光記録装置、光記録方法、記録媒体及び再生方法
【課題】記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムを多重記録する。
【解決手段】ホログラム記録再生装置１は、光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光をホログラム記録媒体１００に対して集光させ、記録光がホログラム記録媒体１００に対して集光される集光位置を、光軸方向について移動させ、各位置において、記録光により形成される干渉縞を、ホログラム記録媒体１００に記録する。
【解決手段】ホログラム記録再生装置１は、光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光をホログラム記録媒体１００に対して集光させ、記録光がホログラム記録媒体１００に対して集光される集光位置を、光軸方向について移動させ、各位置において、記録光により形成される干渉縞を、ホログラム記録媒体１００に記録する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムを記録する光記録装置、光記録方法、記録媒体及び再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光記録技術において、大容量、高速記録再生を可能とする技術の１つに、ホログラム記録技術がある。ホログラム記録技術においては、ホログラム記録媒体の同一又は略同一位置にホログラムを記録することで、ホログラム記録媒体の記録容量を増加させることができる。
【０００３】
そして、従来では、二光波でホログラムを記録するホログラム記録装置において、信号光と参照光との集光位置を制御して、ホログラムの多重記録を行っているものがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、光分岐素子を用いてレーザ光を信号光と参照光に分岐させ、光変調素子により信号光に情報を付与し、位相変調素子により参照光を位相変調させ、集光光学系により両者をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させてホログラム記録する技術が開示されている。上記の技術では、集光位置をホログラム記録媒体の表面に沿った方向で制御して面内の多重記録を、位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御させて深さ方向の多重記録を行うものである。こうすることで、多重化される信号光波面の相関による多重時のクロストークの低減を実現させている。
【特許文献１】特開２００５−３２２３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムを多重記録することができる光記録装置、及び光記録方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の光記録装置は、光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光手段と、前記集光手段により前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動手段と、を含み、前記集光位置移動手段により移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、前記集光手段は、前記記録光を前記光軸に対して、ｓｉｎθ＞０．２を満たす角度θで集光する、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１又は２に記載の発明において、前記集光位置移動手段は、前記記録光の集光位置を、前記透過型記録媒体の光記録層の前記記録光の光軸と交差する各境界面から所定の範囲内に移動させ、前記各所定の範囲内にある前記光記録層に、前記記録光により形成される干渉縞を記録する、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の光記録装置において、前記記録光の光軸は、前記光記録層の境界面と２箇所で交差し、前記各所定の範囲は、前記記録層の光軸と前記光記録層の境界面との各交点から略等しい場所であり、前記光記録層の厚さ方向において該光記録層の中心から略対称位置に干渉縞を記録する、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記透過型記録媒体は、前記記録光の波長とは異なる波長の位置決め用の光を反射する反射膜を備え、前記光記録装置は、前記位置決め用の光を照射する照射手段と、前記照射手段により照射される位置決め用の光が前記反射膜により反射された反射光を受光する受光手段と、をさらに含み、前記集光位置移動手段は、前記受光手段により受光した反射光に基づいて、前記記録光の集光位置を移動させる、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、上記請求項５に記載の発明において、前記透過型記録媒体は、複数の光記録層を積層して形成され、各光記録層の間には反射膜が備えられ、前記受光手段は、各反射膜により反射された反射光をそれぞれ受光し、前記集光位置移動手段は、前記受光手段によりそれぞれ受光された反射光に基づいて、前記各光記録層における記録光の集光位置を移動させる、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の光記録方法は、光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光ステップと、前記集光ステップで前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動ステップと、を含み、前記集光位置移動ステップで移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、上記請求項７に記載の光記録方法において、前記透過型記録媒体の光記録層の各境界面から所定の範囲内に位置する各層において、前記透過型記録媒体の面内方向に所定の間隔で干渉縞を記録し、前記各層の互いに隣り合う層において記録される干渉縞の位置は、前記面内方向に前記所定の間隔の半分ずつずらして記録される、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の記録媒体の発明は、上記請求項７又は８に記載の光記録方法によりデータが記録された記録媒体である。
【００１５】
請求項１０に記載の再生方法の発明は、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の光記録装置によりデータが記録される透過型記録媒体に参照光を照射させて得られる回折光に含まれる１ビットのデジタル信号を複数の受光素子により受光して、データを再生する再生方法である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、透過型記録媒体に対して、信号光と参照光をともに光軸方向へシフトさせて多重記録を行うため、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムを多重記録することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に多重記録されるホログラム間のシフト量を小さくした際にも、ホログラムの記録を精度良く行うことができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ホログラム記録媒体の光記録層において多重記録が精度良く行える部分を選択的に用いて、ホログラムの多重記録をより精度良く行うことができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、１つの光記録層について、厚さ方向における略対象位置においてホログラムを記録するため、本構成を有していない場合に比較して、光記録材料を均一に消費することができ、記録媒体のダイナミックレンジを有効に使うことができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、記録光が透過型記録媒体に対して集光される集光位置の位置決め精度が良好となり、記録光の光軸方向に関して多重記録されるホログラム間のシフト量を小さくした際にも、ホログラムの記録を精度良く行うことができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、複数の光記録層が積層された透過型記録媒体の各光記録層に対して、記録光の光軸方向に多重記録されるホログラム間のシフト量を小さくすることができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、透過型記録媒体に対して、信号光と参照光をともに光軸方向へシフトさせて多重記録を行うため、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムを多重記録することができる。
【００２３】
請求項８の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ホログラムを光軸方向に記録する際に、光記録層の記録材料を有効に使用できる。さらには、複数のホログラムを均一の多重状態で記録していくことで、光記録層の記録材料を有効に使用できる。
【００２４】
請求項９の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムが多重記録された記録媒体を提供することができる。
【００２５】
請求項１０の発明によれば、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムによりデジタルデータを多重記録した記録媒体から、記録したデジタルデータを再生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明では、ホログラムを記録するホログラム記録媒体には、光を透過する透過型のホログラム記録媒体を用いる。本発明において、ホログラム記録媒体に反射型記録媒体ではなく、透過型記録媒体を用いるのは、以下の理由による。
【００２７】
反射型記録媒体では、常に反射面に焦点をもってくることで、固定された２次元センサアレイ（受光素子）に結像させる装置構成を可能としている。反射型記録媒体に対して信号光の焦点位置を変えると、それに応じて再生画像の結像位置や大きさが変化する。そのため、反射型記録媒体を用いる場合に、信号光を参照光とともに光軸方向にシフトさせてデータを記録すると、その記録されたデータを再生することが困難で、たとえ実現させるにしても極めて複雑な再生光学系が必要となってしまう。
【００２８】
また、透過型記録媒体を利用した場合においても、従来では、空間光変調器（ＳＬＭ）とセンサアレイの画素を完全に一致させる、いわゆる画素マッチをおこなっていた。この方式では、フーリエ変換レンズの間に存在する記録媒体の位置が変化すると結像画像が歪んでしまうため、きちんとした４ｆ系を構成するために、記録媒体と対称な位置に補償板を入れるという技術も提案されている（Applied Optics Vol.43,No.25, 4902-4914(2004).を参照）。しかしながら、この従来技術でも、透過型記録媒体にホログラムを記録する場合に、信号光と参照光とをともに光軸方向にシフトさせながら記録することを実現しているものではない。
【００２９】
そこで、本発明者は、信号光データの１画素の「明」「暗」で示されたデジタルデータを複数の受光素子によって受光する、いわゆるオーバーサンプリングを採用している場合には、信号光を光軸方向にシフトさせても、記録したホログラムを読み取れることを見出した。さらに、膜厚方向の選択性を高めるために、参照光を信号光と同一のレンズで集光させ、かつ、その集光角度を所定の条件（ｓｉｎθ＞０．２）とすることで、従来の１０分の１程度のピッチで厚さ方向にホログラムが記録できることを見出した。
【００３０】
そして、本発明では、上記の見地に基づき、透過型記録媒体にホログラムを記録する技術において、光学系の結像関係をくずさずに信号光の集光位置を厚さ方向（信号光の光軸方向）にシフトさせることを実現した。さらには、ホログラムの形成領域を限定し、なおかつ、信号光をシフトさせて記録することにより、多重化される信号光波面の相関を減らし、高いシフト選択性を実現するものである。
【００３１】
以下、本発明を実施するための実施の形態の一例（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００３２】
本実施形態に係るホログラム記録再生装置は、光軸を共通とする信号光と参照光とを同方向からホログラム記録媒体に照射する。そして、ホログラム記録媒体上で、信号光と参照光とが干渉して、照射点に回折格子（干渉縞）が形成される。こうして、ホログラム記録媒体に信号光が持つ情報が記憶される。以下、ホログラム記録媒体に照射される信号光と参照光とを含む光を記録光とする。本発明では、記録光が、信号光と参照光とが光軸を共通とする１光束からなる、同軸記録方式であることを特徴としている。
【００３３】
そして、本実施形態のホログラム記録再生装置は、記録光の光軸方向（ホログラム記録媒体の膜厚方向）に記録光の集光位置を移動させながら、記録光の光軸方向（ホログラム記録媒体の膜厚方向）及びホログラム記録媒体の面内方向にホログラムを多重記録する。
【００３４】
また、ホログラム記録媒体に記憶された情報は、ホログラム記録媒体に形成された回折格子に参照光のみを照射させ、そこから出射される再生光（回折光）を受光し、受光した再生光に基づいて読み出される。
【００３５】
図１には、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１のシステム構成を示す。ホログラム記録再生装置１は、レーザ光源１０、シャッター１２、π／２波長板１４、偏光板１６、拡大・コリメート光学系１８、ミラー２０、偏光ビームスプリッター２２、空間光変調器２４、リレーレンズ系を構成するレンズ２６，３０、アパチャー２８、フーリエ変換レンズ３２，３６、記録媒体位置決め制御機構部３４、アパチャー３８、リレーレンズ系を構成するレンズ４０，４２、センサアレイ４４、位置決め用の光源（ここではレーザ光を用いる）４６、コリメートレンズ４８、ビームスプリッター５０、ダイクロイックミラー５２、及び受光素子５４を備える。
【００３６】
レーザ光源１０は、ホログラムを記録する信号光及び参照光の光源となるレーザ光を照射する。レーザ光源１０からは、ホログラム記録媒体１００の光記録層に感度のある所定の波長のレーザ光（例えば、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ等）が照射される。
【００３７】
シャッター１２は、レーザ光源１０から照射されたレーザ光の光路上に設けられる。シャッター１２の開閉に応じて、レーザ光が遮断される。そして、シャッター１２を通過したレーザ光は、π／２波長板１４と、偏光板１６とを通過して、光強度や偏光方向が調整される。
【００３８】
偏光板１６を通過したレーザ光は、拡大・コリメート光学系１８により所定径の平行光に変換される。拡大・コリメート光学系１８で平行光に変換されたレーザ光は、ミラー２０により反射され、偏光ビームスプリッター２２に入射する。
【００３９】
偏光ビームスプリッター２２により反射されたレーザ光は、空間光変調器２４に入射する。
【００４０】
空間光変調器２４は、偏光ビームスプリッター２２から入射したレーザ光を、記録情報に応じたパターンでレーザ光を偏光変調する。変調されたレーザ光が再び偏光ビームスプリッター２２に入射し、偏光ビームスプリッター２２はｐ偏光のみを透過させるため、光強度変調された光強度変調パターンを有する光に変調することができる。記録情報は、例えばデジタルデータ「０，１」を「明，暗」に対応させた明暗のパターン画像により表現される。
【００４１】
図２には、空間光変調器２４により変調された信号光と、参照光の表示パターンの一例を示す。図２に示されるように、記録光の中心部に信号光が配置され、信号光の外周に参照光が配置される。なお、参照光は信号に基づいた変調はしないが、適宜変調してもよい。参照光を変調させることで記録媒体内での信号光と参照光の重なりを大きくすることが可能である。図２においては、参照光を、信号光を表現する画素サイズでランダムな強度パターンによって変調させている。参照光にデータパターンと同程度の周期でランダム変調を与えることによって、データ記録に必要な領域に参照光を均等に照射させるという利点がある。
【００４２】
空間光変調器２４により出射された信号光と参照光を含む記録光は、レンズ２６に入射する。記録光は、レンズ２６によりアパチャー２８（ピンホール）を通過するように集光され、アパチャー２８を通過する際に所定の周波数成分がカットされる。なお、アパチャー２８により所定の周波数成分がカットされ、記録媒体を寄り有効に使った記録が可能となるが、アパチャー２８は発明の実施のために必須なものではない。そして、アパチャー２８を通過した記録光は、レンズ３０により再び平行光にされ、フーリエ変換レンズ３２に入射する。
【００４３】
フーリエ変換レンズ３２は、信号光と参照光とを共にホログラム記録媒体１００に集光させる。そして、信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉した干渉縞がホログラム記録媒体１００の光記録層に形成される。本実施形態において、フーリエ変換レンズ３２は、開口数（ＮＡ）の大きなレンズであることを特徴とするが、その詳細については後述する。
【００４４】
また、本発明では、上述したように、ホログラムを記録するホログラム記録媒体１００には、光を透過する透過型のホログラム記録媒体を用いる。
【００４５】
図３には、本実施形態におけるホログラム記録媒体１００の構成の一例を示す。図３に示されるように、ホログラム記録媒体１００は、光記録層１０２、保護層１０４、及び選択反射層１０６を含み構成される。
【００４６】
光記録層１０２は、記録光により形成されるホログラム（干渉縞）が記録されるホログラム記録層である。
【００４７】
保護層１０４は、光記録層１０２や選択反射層１０６を保護する層であり、透明のガラス基板等から構成される。
【００４８】
選択反射層１０６は、光記録層１０２の界面に接するように設けられ、記録光２００とは異なる波長の位置決め用の光としてレーザ光２０２（例えば、波長が６５０ｎｍの赤色半導体レーザ等、以下「位置決め用レーザ光」と呼ぶ）を選択的に反射する。位置決め用レーザ光２０２には、ホログラム記録媒体１００の光記録層１０２の材料に対して感度が小さいものが用いられる。
【００４９】
位置決め用レーザ光２０２は、位置決め用レーザ光源４６から照射される。照射された位置決め用レーザ光２０２は、コリメートレンズ４８により平行光にされる。平行光にされた位置決め用レーザ光２０２は、ビームスプリッター５０を通過して、ダイクロイックミラー５２に入射する。そして、ダイクロイックミラー５２において、記録光と同一の光路とされる。そして、位置決め用レーザ光２０２は、ホログラム記録媒体１００に入射すると、選択反射層１０６により位置決め用レーザ光２０２の一部が反射される。選択反射層１０６により反射された反射光は、ダイクロイックミラー５２、ビームスプリッター５０により反射されて、受光素子５４により受光される。そして、受光素子５４では、受光された反射光に基づいて、記録光の焦点位置制御のためのサーボ信号を出力する。
【００５０】
ホログラム記録媒体１００は、記録媒体位置決め制御機構部３４に保持される。記録媒体位置決め制御機構部３４は、記録光の光軸方向に移動することができる。そして、受光素子５４から出力されたサーボ信号に基づいて、記録媒体位置決め制御機構部３４は、光軸方向にその位置を調整し、ホログラム記録媒体１００とフーリエ変換レンズ３２との距離を調整する。こうして、記録光がホログラム記録媒体１００に対して集光する集光位置が制御される。また、位置決め用レーザ光２０２は、図３に示されるように、ホログラム記録媒体１００の両面から入射されるようにしてもよい。
【００５１】
ホログラム記録媒体１００に記録したデータを読み出す際には、ホログラム記録媒体１００に、参照光のみが照射される。そして、参照光が、ホログラム記録媒体１００に形成された回折格子（干渉縞）に照射されることにより、ホログラム記録媒体１００を透過する再生光（回折光）が出射される。再生光は、回折格子を形成した際に照射した記録光を含むものである。そして、出射された再生光は、フーリエ変換レンズ３６により逆フーリエ変換される。そしてアパチャー３８を通過する際に、参照光がカットされる。なお、アパチャー３８が参照光をカットすることで、高いＳＮ比で信号光を検出することが可能となるが、アパチャー３８は発明の実施のために必須なものではない。そして、レンズ４０，４２によりリレーされた再生光を、センサアレイ４４により受光する。センサアレイ４４では、再生光に含まれる信号光の光強度変調パターンに基づいて、信号光に重畳されたデータを読み出す。なお、本実施形態においては、センサアレイ４４は、１ビットのデータを４つ（２×２）の受光素子により受光している。
【００５２】
また、上述したように、本実施形態においては、フーリエ変換レンズ３２には、開口数（ＮＡ）が所定値よりも大きなレンズを用いる。具体的には、記録光を光軸に対してｓｉｎθ＞０．２を満たす角度θを最大角度として集光すること、すなわち、フーリエ変換レンズ３２は、少なくとも開口数（ＮＡ）が０．２より大きいことを特徴とする。以下には、上記の角度θの範囲を選択した理由を説明する。
【００５３】
図４（Ａ）には、ホログラム記録媒体にホログラムを記録し、光軸方向に参照光の焦点位置を移動させながら再生されるＯＮ画素（明画素）の平均輝度を測定した結果を示す。上記の測定は、異なる集光角度（sinθ：０．４５，０．３７，０．２７，０．２０，０．０９）で記録再生したものである。また、上記の測定には、光記録層の厚みが、１ｍｍのホログラム記録媒体を用いた。そして、図４（Ａ）においては、横軸には、ホログラムを記録した位置から光軸方向に記録光（又は参照光）を移動させたシフト量を取っている。そして、縦軸には、ＯＮ画素の相対輝度を取っている。なお、図４（Ａ）では、各集光角度（sinθ）についての測定結果をまとめて示しており、縦軸の相対輝度はそれぞれの集光角度（sinθ）に関して、低い値を取っているところは輝度が小さく、高い値を取っているところは輝度が大きいことを表している。
【００５４】
そして、図４（Ａ）に示されるように、例えば、集光角度（sinθ）が０．４５では、ホログラムを記録した位置から５μｍ程度、参照光が移動すると回折光が消失していることが分かる。従って、集光角度（sinθ）が０．４５では、５μｍ程度の微小シフト量でホログラムを多重記録できる。また、図４（Ａ）から、集光角度（sinθ）が大きい程、回折光が消失するまでのシフト量が小さくなることが示されている。
【００５５】
そして、図４（Ｂ）には、上記の測定結果において、集光角度（sinθ）に対する、ＯＮ画素の相対輝度の半値幅をプロットしたグラフを示す。ここで、半値幅とは、ＯＮ画素の相対輝度の値が半分になるまでの参照光のシフト量を示すものである。図４（Ｂ）に示されるように、集光角度（sinθ）が０．２を超える場合では、半値幅が１０μｍ以下となり、１００μｍ以上であった従来に比べて、微少なシフト量で多重記録ができることがわかる。
【００５６】
以上の知見により、集光角度（sinθ）が０．２より大きく集光させることが望ましく、すなわち、ホログラム記録媒体に記録光を集光させるフーリエ変換レンズには、少なくとも開口数が０．２より大きなレンズを用いるのが望ましいとした。
【００５７】
次に、図５（Ａ）に、ホログラム記録再生装置１によりホログラム記録媒体１００に記録したデジタルデータを光軸方向に参照光をシフトさせながら再生した際のＯＮ画素とＯＦＦ画素のそれぞれの平均濃度と、再生したデジタルデータのビットエラーレートを示す。ここで、ビットエラーレート（ＢＥＲ）は、エラー補正を用いない場合の値を用いている。そして、ホログラム記録媒体１００への集光角度（sinθ）を０．４５とした。
【００５８】
図５（Ａ）に示されているように、集光角度（sinθ）を０．４５としてホログラムを記録した場合には、５μｍのシフト量により回折光が消失し、次のホログラムが十分に記録できることが分かった。また、記録されたホログラムを再生した際のエラービットレートも十分に許容値（０．００５）を満たしているものである。
【００５９】
また、図５（Ｂ）には、記録光を光軸方向に５μｍずつシフトさせながらホログラム記録媒体１００にデジタルデータを３多重記録し、記録したデジタルデータを光軸方向に参照光をシフトさせながら再生した際のＯＮ画素とＯＦＦ画素の平均濃度と、再生したデジタルデータのビットエラーレートを示す。
【００６０】
そして、図５（Ｂ）に示されるように、デジタルデータを５μｍ間隔で３多重記録した場合にも、記録されたホログラムを再生した際のエラービットレートも許容値（０．００５）を満たし、精度良く多重記録できることが分かった。
【００６１】
次に、以下に行った測定に基づいて、ホログラム記録媒体の光記録層のどの位置にホログラムを記録することが望ましいのかについて説明する。
【００６２】
ホログラム記録層の膜厚方向における中心部を原点位置として、ホログラム記録媒体の膜厚方向（記録光の光軸方向）にデフォーカス量を変更しながら、ホログラムを記録した。デフォーカス量とは、ホログラム記録媒体の膜厚方向における中心部からの記録光の焦点位置のシフト量のことを示す。
【００６３】
図６（Ａ）は、横軸にデフォーカス量を示し、縦軸には記録したデジタルデータを再生した際のビットエラーレートを示したグラフである。また、図６（Ｂ）は、横軸にデフォーカス量を示し、縦軸には記録したデジタルデータを再生した際のＳＮ比を示したグラフである。上記の測定は、光記録層の厚みが５００μｍの場合と、１ｍｍの場合のそれぞれについて行った。
【００６４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、記録光の焦点位置が、光記録層の中心部付近よりも、光記録層の界面に近い部分にある場合の方が、ビットエラーレートが低く、さらに高ＳＮ比で記録したデータが再生されることが分かった。そして、ビットエラーレートの目標値を０．００５（５ｅ−３）とした場合には、その目標値を充足するデフォーカス量は、図６（Ａ）の矢印で示されている範囲に相当する。すなわち、光記録層の膜厚が５００μｍである場合には約０．５ｍｍの範囲で、膜厚が１ｍｍである場合には約０．７５ｍｍの範囲で、目標のビットエラーレートを充足させながら記録することができる。上記の場合に、５μｍで光軸方向に記録光をシフトさせながら多重記録すると、理論上は、５００μｍのホログラム記録媒体では１００多重、１ｍｍのホログラム記録媒体では１５０多重もの多重記録が可能となる。
【００６５】
また、ホログラム記録媒体は、光記録層を１層とした構成に限られるものではなく、図７（Ａ）に示されるように、選択反射層と光記録層とを交互に積層して構成することとしてもよい。また、図７（Ｂ）に示されるように、選択反射層と光記録層と交互に積層した層の間にギャップを設けてもよい。そして、図７（Ｃ）に示されるように、選択反射層と光記録層とを交互に複数積層させ、各層の間の一部もしくは全部にギャップを設けるようにしてもよい。
【００６６】
そして、積層された各光記録層において、記録光の集光位置の位置決めを行う際には、その光記録層に対応する選択反射層により位置決めレーザ光の一部を反射させ、反射された位置決め用レーザ光を受光し、その受光された反射光に基づいて、記録光の焦点位置制御のためのサーボ信号を出力する。そして、出力されたサーボ信号に基づいて、位置決め制御機構は光軸方向の位置を調整する。こうして、各光記録層について位置決め用レーザ光の反射光を用いたサーボ制御を行い、各光記録層に対する位置決め精度を向上させる。こうして、ホログラム記録媒体の光記録層が多層になった場合にも、本発明を適用することができる。
【００６７】
そして、図８には、ホログラム記録媒体の面内方向、及び膜厚方向（光軸方向）に記録光をシフトさせる順番（記録シーケンス）を変更させて多重記録を行った場合に、各記録シーケンスにより記録されるホログラムを再生した際のビットエラーレートの測定結果を示す。ここでは、各記録シーケンスについて、ホログラム記録媒体の面内方向のシフト量を変えながらホログラムを記録し、各シフト量において記録されたホログラムを再生した際のビットエラーレートを測定している。なお、測定対象とした記録シーケンスは３つである。
【００６８】
まず、１つ目の記録シーケンスＡは、図９（Ａ）に示されるように、横７×縦７の４９個のホログラムを、渦巻き状にシフトさせながら記録する記録シーケンスである。なお、記録シーケンスＡは、従来型の記録シーケンスである。
【００６９】
また、２つ目の記録シーケンスＢは、図９（Ｂ）に示されるように、横７×縦７の４９個のホログラムを、上下の２層に交互に記録する記録シーケンスである。
【００７０】
そして、３つ目の記録シーケンスＣは、図９（Ｃ）に示されるように、横５×縦５の２５個のホログラムを、上記の記録シーケンスＡ及びＢ場合と比べて２倍のシフト量でまず１層に記録し、さらに１層とは半分のシフト量をずらして同様に２層目に記録する記録シーケンスである。記録シーケンスＢ，Ｃにおける上下の層のシフト量は６００μｍとしている。なお、各記録シーケンスにより記録されるホログラム数は、記録シーケンスＡ，Ｂが４９、記録シーケンスＣが５０であり、ほぼ同一としている。
【００７１】
図８には、各記録シーケンスＡ，Ｂ，Ｃにより記録されたホログラムを再生した際のビットエラーレートが示されている。図８に示されるように、記録シーケンスＣが最もビットエラーレートが低く、ついで記録シーケンスＢ、そして記録シーケンスＡの順にビットエラーレートが高くなる。従って、記録シーケンスＡによりも記録シーケンスＢ，Ｃによればビットエラーレートが低い多重記録が可能である。
【００７２】
また、以下には、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジを有効に利用するための、ホログラムの記録シーケンスの一例について、図１０を参照しつつ説明する。
【００７３】
図１０における記録シーケンスでは、記録するホログラムを光記録層の界面付近の上下二層に配置する。ホログラムを記録する二層は、上述したようにＳＮ比が高く記録できる層を選択する。そして、図１０に示されるように、記録光による焦点位置のスポットの直径が上下の各層についてａ及びｂとした場合に、近接するホログラムが重ならないように、ホログラム間の距離が（ａ＋ｂ）／２となるように記録光を集光させる。このようにホログラムを記録することにより、光記録層の記録材料が均一に消費される。また、図１０に示されるホログラム群を、図１１に示されるように、ホログラム記録媒体の面方向にシフトさせて記録することで、多重記録も可能となる。
【００７４】
以上、本発明の一実施形態を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、公知の技術を応用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】ホログラム記録再生装置のシステム構成の一例を示す図である。
【図２】信号光と参照光の表示パターンの一例を示す図である。
【図３】ホログラム記録媒体の構成の一例を示す図である。
【図４】回折光が消失するまでのシフト量に関する計測結果を示す図である。
【図５】記録したデジタルデータの読み出しに関する計測結果を示す図である。
【図６】デフォーカス量に応じて計測されたビットエラーレートを示す図である。
【図７】ホログラム記録媒体の他の構成例を示す図である。
【図８】３次元シフト多重記録の記録シーケンスに応じて計測されたビットエラーレートを示す図である。
【図９】ホログラムの記録シーケンスを示す図である。
【図１０】ホログラムの記録シーケンスの一例を示す図である。
【図１１】記録媒体の面内方向に多重記録されたホログラムの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ ホログラム記録再生装置、１０ レーザ光源、１２ シャッター、１４ π／２波長板、１６ 偏光板、１８ 拡大・コリメート光学系、２０ ミラー、２２ 偏光ビームスプリッター、２４ 空間光変調器、２６ レンズ、２８ アパチャー、３０ レンズ、３２ フーリエ変換レンズ、３４ 記録媒体位置決め制御機構部、３６ フーリエ変換レンズ、３８ アパチャー、４０，４２ レンズ、４４ センサアレイ、４６ 位置決め用レーザ光源、４８ コリメートレンズ、５０ ビームスプリッター、５２ ダイクロイックミラー、５４ 受光素子、１００ ホログラム記録媒体、１０２ 光記録層、１０４ 保護層、１０６ 選択反射層、２００ 記録光、２０２ 位置決め用レーザ光。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムを記録する光記録装置、光記録方法、記録媒体及び再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光記録技術において、大容量、高速記録再生を可能とする技術の１つに、ホログラム記録技術がある。ホログラム記録技術においては、ホログラム記録媒体の同一又は略同一位置にホログラムを記録することで、ホログラム記録媒体の記録容量を増加させることができる。
【０００３】
そして、従来では、二光波でホログラムを記録するホログラム記録装置において、信号光と参照光との集光位置を制御して、ホログラムの多重記録を行っているものがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には、光分岐素子を用いてレーザ光を信号光と参照光に分岐させ、光変調素子により信号光に情報を付与し、位相変調素子により参照光を位相変調させ、集光光学系により両者をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光させてホログラム記録する技術が開示されている。上記の技術では、集光位置をホログラム記録媒体の表面に沿った方向で制御して面内の多重記録を、位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御させて深さ方向の多重記録を行うものである。こうすることで、多重化される信号光波面の相関による多重時のクロストークの低減を実現させている。
【特許文献１】特開２００５−３２２３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムを多重記録することができる光記録装置、及び光記録方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の光記録装置は、光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光手段と、前記集光手段により前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動手段と、を含み、前記集光位置移動手段により移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、ことを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、前記集光手段は、前記記録光を前記光軸に対して、ｓｉｎθ＞０．２を満たす角度θで集光する、ことを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１又は２に記載の発明において、前記集光位置移動手段は、前記記録光の集光位置を、前記透過型記録媒体の光記録層の前記記録光の光軸と交差する各境界面から所定の範囲内に移動させ、前記各所定の範囲内にある前記光記録層に、前記記録光により形成される干渉縞を記録する、ことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、上記請求項３に記載の光記録装置において、前記記録光の光軸は、前記光記録層の境界面と２箇所で交差し、前記各所定の範囲は、前記記録層の光軸と前記光記録層の境界面との各交点から略等しい場所であり、前記光記録層の厚さ方向において該光記録層の中心から略対称位置に干渉縞を記録する、ことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、上記請求項１乃至４のいずれかに記載の発明において、前記透過型記録媒体は、前記記録光の波長とは異なる波長の位置決め用の光を反射する反射膜を備え、前記光記録装置は、前記位置決め用の光を照射する照射手段と、前記照射手段により照射される位置決め用の光が前記反射膜により反射された反射光を受光する受光手段と、をさらに含み、前記集光位置移動手段は、前記受光手段により受光した反射光に基づいて、前記記録光の集光位置を移動させる、ことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、上記請求項５に記載の発明において、前記透過型記録媒体は、複数の光記録層を積層して形成され、各光記録層の間には反射膜が備えられ、前記受光手段は、各反射膜により反射された反射光をそれぞれ受光し、前記集光位置移動手段は、前記受光手段によりそれぞれ受光された反射光に基づいて、前記各光記録層における記録光の集光位置を移動させる、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の光記録方法は、光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光ステップと、前記集光ステップで前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動ステップと、を含み、前記集光位置移動ステップで移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、上記請求項７に記載の光記録方法において、前記透過型記録媒体の光記録層の各境界面から所定の範囲内に位置する各層において、前記透過型記録媒体の面内方向に所定の間隔で干渉縞を記録し、前記各層の互いに隣り合う層において記録される干渉縞の位置は、前記面内方向に前記所定の間隔の半分ずつずらして記録される、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の記録媒体の発明は、上記請求項７又は８に記載の光記録方法によりデータが記録された記録媒体である。
【００１５】
請求項１０に記載の再生方法の発明は、上記請求項１乃至６のいずれかに記載の光記録装置によりデータが記録される透過型記録媒体に参照光を照射させて得られる回折光に含まれる１ビットのデジタル信号を複数の受光素子により受光して、データを再生する再生方法である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、透過型記録媒体に対して、信号光と参照光をともに光軸方向へシフトさせて多重記録を行うため、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムを多重記録することができる。
【００１７】
請求項２の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に多重記録されるホログラム間のシフト量を小さくした際にも、ホログラムの記録を精度良く行うことができる。
【００１８】
請求項３の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ホログラム記録媒体の光記録層において多重記録が精度良く行える部分を選択的に用いて、ホログラムの多重記録をより精度良く行うことができる。
【００１９】
請求項４の発明によれば、１つの光記録層について、厚さ方向における略対象位置においてホログラムを記録するため、本構成を有していない場合に比較して、光記録材料を均一に消費することができ、記録媒体のダイナミックレンジを有効に使うことができる。
【００２０】
請求項５の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、記録光が透過型記録媒体に対して集光される集光位置の位置決め精度が良好となり、記録光の光軸方向に関して多重記録されるホログラム間のシフト量を小さくした際にも、ホログラムの記録を精度良く行うことができる。
【００２１】
請求項６の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、複数の光記録層が積層された透過型記録媒体の各光記録層に対して、記録光の光軸方向に多重記録されるホログラム間のシフト量を小さくすることができる。
【００２２】
請求項７の発明によれば、透過型記録媒体に対して、信号光と参照光をともに光軸方向へシフトさせて多重記録を行うため、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムを多重記録することができる。
【００２３】
請求項８の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、ホログラムを光軸方向に記録する際に、光記録層の記録材料を有効に使用できる。さらには、複数のホログラムを均一の多重状態で記録していくことで、光記録層の記録材料を有効に使用できる。
【００２４】
請求項９の発明によれば、本構成を有していない場合に比較して、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムが多重記録された記録媒体を提供することができる。
【００２５】
請求項１０の発明によれば、記録光の光軸方向に対して、互いにクロストークの少ないホログラムによりデジタルデータを多重記録した記録媒体から、記録したデジタルデータを再生できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明では、ホログラムを記録するホログラム記録媒体には、光を透過する透過型のホログラム記録媒体を用いる。本発明において、ホログラム記録媒体に反射型記録媒体ではなく、透過型記録媒体を用いるのは、以下の理由による。
【００２７】
反射型記録媒体では、常に反射面に焦点をもってくることで、固定された２次元センサアレイ（受光素子）に結像させる装置構成を可能としている。反射型記録媒体に対して信号光の焦点位置を変えると、それに応じて再生画像の結像位置や大きさが変化する。そのため、反射型記録媒体を用いる場合に、信号光を参照光とともに光軸方向にシフトさせてデータを記録すると、その記録されたデータを再生することが困難で、たとえ実現させるにしても極めて複雑な再生光学系が必要となってしまう。
【００２８】
また、透過型記録媒体を利用した場合においても、従来では、空間光変調器（ＳＬＭ）とセンサアレイの画素を完全に一致させる、いわゆる画素マッチをおこなっていた。この方式では、フーリエ変換レンズの間に存在する記録媒体の位置が変化すると結像画像が歪んでしまうため、きちんとした４ｆ系を構成するために、記録媒体と対称な位置に補償板を入れるという技術も提案されている（Applied Optics Vol.43,No.25, 4902-4914(2004).を参照）。しかしながら、この従来技術でも、透過型記録媒体にホログラムを記録する場合に、信号光と参照光とをともに光軸方向にシフトさせながら記録することを実現しているものではない。
【００２９】
そこで、本発明者は、信号光データの１画素の「明」「暗」で示されたデジタルデータを複数の受光素子によって受光する、いわゆるオーバーサンプリングを採用している場合には、信号光を光軸方向にシフトさせても、記録したホログラムを読み取れることを見出した。さらに、膜厚方向の選択性を高めるために、参照光を信号光と同一のレンズで集光させ、かつ、その集光角度を所定の条件（ｓｉｎθ＞０．２）とすることで、従来の１０分の１程度のピッチで厚さ方向にホログラムが記録できることを見出した。
【００３０】
そして、本発明では、上記の見地に基づき、透過型記録媒体にホログラムを記録する技術において、光学系の結像関係をくずさずに信号光の集光位置を厚さ方向（信号光の光軸方向）にシフトさせることを実現した。さらには、ホログラムの形成領域を限定し、なおかつ、信号光をシフトさせて記録することにより、多重化される信号光波面の相関を減らし、高いシフト選択性を実現するものである。
【００３１】
以下、本発明を実施するための実施の形態の一例（以下、実施形態という）を、図面に従って説明する。
【００３２】
本実施形態に係るホログラム記録再生装置は、光軸を共通とする信号光と参照光とを同方向からホログラム記録媒体に照射する。そして、ホログラム記録媒体上で、信号光と参照光とが干渉して、照射点に回折格子（干渉縞）が形成される。こうして、ホログラム記録媒体に信号光が持つ情報が記憶される。以下、ホログラム記録媒体に照射される信号光と参照光とを含む光を記録光とする。本発明では、記録光が、信号光と参照光とが光軸を共通とする１光束からなる、同軸記録方式であることを特徴としている。
【００３３】
そして、本実施形態のホログラム記録再生装置は、記録光の光軸方向（ホログラム記録媒体の膜厚方向）に記録光の集光位置を移動させながら、記録光の光軸方向（ホログラム記録媒体の膜厚方向）及びホログラム記録媒体の面内方向にホログラムを多重記録する。
【００３４】
また、ホログラム記録媒体に記憶された情報は、ホログラム記録媒体に形成された回折格子に参照光のみを照射させ、そこから出射される再生光（回折光）を受光し、受光した再生光に基づいて読み出される。
【００３５】
図１には、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１のシステム構成を示す。ホログラム記録再生装置１は、レーザ光源１０、シャッター１２、π／２波長板１４、偏光板１６、拡大・コリメート光学系１８、ミラー２０、偏光ビームスプリッター２２、空間光変調器２４、リレーレンズ系を構成するレンズ２６，３０、アパチャー２８、フーリエ変換レンズ３２，３６、記録媒体位置決め制御機構部３４、アパチャー３８、リレーレンズ系を構成するレンズ４０，４２、センサアレイ４４、位置決め用の光源（ここではレーザ光を用いる）４６、コリメートレンズ４８、ビームスプリッター５０、ダイクロイックミラー５２、及び受光素子５４を備える。
【００３６】
レーザ光源１０は、ホログラムを記録する信号光及び参照光の光源となるレーザ光を照射する。レーザ光源１０からは、ホログラム記録媒体１００の光記録層に感度のある所定の波長のレーザ光（例えば、波長が５３２ｎｍの緑色レーザ等）が照射される。
【００３７】
シャッター１２は、レーザ光源１０から照射されたレーザ光の光路上に設けられる。シャッター１２の開閉に応じて、レーザ光が遮断される。そして、シャッター１２を通過したレーザ光は、π／２波長板１４と、偏光板１６とを通過して、光強度や偏光方向が調整される。
【００３８】
偏光板１６を通過したレーザ光は、拡大・コリメート光学系１８により所定径の平行光に変換される。拡大・コリメート光学系１８で平行光に変換されたレーザ光は、ミラー２０により反射され、偏光ビームスプリッター２２に入射する。
【００３９】
偏光ビームスプリッター２２により反射されたレーザ光は、空間光変調器２４に入射する。
【００４０】
空間光変調器２４は、偏光ビームスプリッター２２から入射したレーザ光を、記録情報に応じたパターンでレーザ光を偏光変調する。変調されたレーザ光が再び偏光ビームスプリッター２２に入射し、偏光ビームスプリッター２２はｐ偏光のみを透過させるため、光強度変調された光強度変調パターンを有する光に変調することができる。記録情報は、例えばデジタルデータ「０，１」を「明，暗」に対応させた明暗のパターン画像により表現される。
【００４１】
図２には、空間光変調器２４により変調された信号光と、参照光の表示パターンの一例を示す。図２に示されるように、記録光の中心部に信号光が配置され、信号光の外周に参照光が配置される。なお、参照光は信号に基づいた変調はしないが、適宜変調してもよい。参照光を変調させることで記録媒体内での信号光と参照光の重なりを大きくすることが可能である。図２においては、参照光を、信号光を表現する画素サイズでランダムな強度パターンによって変調させている。参照光にデータパターンと同程度の周期でランダム変調を与えることによって、データ記録に必要な領域に参照光を均等に照射させるという利点がある。
【００４２】
空間光変調器２４により出射された信号光と参照光を含む記録光は、レンズ２６に入射する。記録光は、レンズ２６によりアパチャー２８（ピンホール）を通過するように集光され、アパチャー２８を通過する際に所定の周波数成分がカットされる。なお、アパチャー２８により所定の周波数成分がカットされ、記録媒体を寄り有効に使った記録が可能となるが、アパチャー２８は発明の実施のために必須なものではない。そして、アパチャー２８を通過した記録光は、レンズ３０により再び平行光にされ、フーリエ変換レンズ３２に入射する。
【００４３】
フーリエ変換レンズ３２は、信号光と参照光とを共にホログラム記録媒体１００に集光させる。そして、信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉した干渉縞がホログラム記録媒体１００の光記録層に形成される。本実施形態において、フーリエ変換レンズ３２は、開口数（ＮＡ）の大きなレンズであることを特徴とするが、その詳細については後述する。
【００４４】
また、本発明では、上述したように、ホログラムを記録するホログラム記録媒体１００には、光を透過する透過型のホログラム記録媒体を用いる。
【００４５】
図３には、本実施形態におけるホログラム記録媒体１００の構成の一例を示す。図３に示されるように、ホログラム記録媒体１００は、光記録層１０２、保護層１０４、及び選択反射層１０６を含み構成される。
【００４６】
光記録層１０２は、記録光により形成されるホログラム（干渉縞）が記録されるホログラム記録層である。
【００４７】
保護層１０４は、光記録層１０２や選択反射層１０６を保護する層であり、透明のガラス基板等から構成される。
【００４８】
選択反射層１０６は、光記録層１０２の界面に接するように設けられ、記録光２００とは異なる波長の位置決め用の光としてレーザ光２０２（例えば、波長が６５０ｎｍの赤色半導体レーザ等、以下「位置決め用レーザ光」と呼ぶ）を選択的に反射する。位置決め用レーザ光２０２には、ホログラム記録媒体１００の光記録層１０２の材料に対して感度が小さいものが用いられる。
【００４９】
位置決め用レーザ光２０２は、位置決め用レーザ光源４６から照射される。照射された位置決め用レーザ光２０２は、コリメートレンズ４８により平行光にされる。平行光にされた位置決め用レーザ光２０２は、ビームスプリッター５０を通過して、ダイクロイックミラー５２に入射する。そして、ダイクロイックミラー５２において、記録光と同一の光路とされる。そして、位置決め用レーザ光２０２は、ホログラム記録媒体１００に入射すると、選択反射層１０６により位置決め用レーザ光２０２の一部が反射される。選択反射層１０６により反射された反射光は、ダイクロイックミラー５２、ビームスプリッター５０により反射されて、受光素子５４により受光される。そして、受光素子５４では、受光された反射光に基づいて、記録光の焦点位置制御のためのサーボ信号を出力する。
【００５０】
ホログラム記録媒体１００は、記録媒体位置決め制御機構部３４に保持される。記録媒体位置決め制御機構部３４は、記録光の光軸方向に移動することができる。そして、受光素子５４から出力されたサーボ信号に基づいて、記録媒体位置決め制御機構部３４は、光軸方向にその位置を調整し、ホログラム記録媒体１００とフーリエ変換レンズ３２との距離を調整する。こうして、記録光がホログラム記録媒体１００に対して集光する集光位置が制御される。また、位置決め用レーザ光２０２は、図３に示されるように、ホログラム記録媒体１００の両面から入射されるようにしてもよい。
【００５１】
ホログラム記録媒体１００に記録したデータを読み出す際には、ホログラム記録媒体１００に、参照光のみが照射される。そして、参照光が、ホログラム記録媒体１００に形成された回折格子（干渉縞）に照射されることにより、ホログラム記録媒体１００を透過する再生光（回折光）が出射される。再生光は、回折格子を形成した際に照射した記録光を含むものである。そして、出射された再生光は、フーリエ変換レンズ３６により逆フーリエ変換される。そしてアパチャー３８を通過する際に、参照光がカットされる。なお、アパチャー３８が参照光をカットすることで、高いＳＮ比で信号光を検出することが可能となるが、アパチャー３８は発明の実施のために必須なものではない。そして、レンズ４０，４２によりリレーされた再生光を、センサアレイ４４により受光する。センサアレイ４４では、再生光に含まれる信号光の光強度変調パターンに基づいて、信号光に重畳されたデータを読み出す。なお、本実施形態においては、センサアレイ４４は、１ビットのデータを４つ（２×２）の受光素子により受光している。
【００５２】
また、上述したように、本実施形態においては、フーリエ変換レンズ３２には、開口数（ＮＡ）が所定値よりも大きなレンズを用いる。具体的には、記録光を光軸に対してｓｉｎθ＞０．２を満たす角度θを最大角度として集光すること、すなわち、フーリエ変換レンズ３２は、少なくとも開口数（ＮＡ）が０．２より大きいことを特徴とする。以下には、上記の角度θの範囲を選択した理由を説明する。
【００５３】
図４（Ａ）には、ホログラム記録媒体にホログラムを記録し、光軸方向に参照光の焦点位置を移動させながら再生されるＯＮ画素（明画素）の平均輝度を測定した結果を示す。上記の測定は、異なる集光角度（sinθ：０．４５，０．３７，０．２７，０．２０，０．０９）で記録再生したものである。また、上記の測定には、光記録層の厚みが、１ｍｍのホログラム記録媒体を用いた。そして、図４（Ａ）においては、横軸には、ホログラムを記録した位置から光軸方向に記録光（又は参照光）を移動させたシフト量を取っている。そして、縦軸には、ＯＮ画素の相対輝度を取っている。なお、図４（Ａ）では、各集光角度（sinθ）についての測定結果をまとめて示しており、縦軸の相対輝度はそれぞれの集光角度（sinθ）に関して、低い値を取っているところは輝度が小さく、高い値を取っているところは輝度が大きいことを表している。
【００５４】
そして、図４（Ａ）に示されるように、例えば、集光角度（sinθ）が０．４５では、ホログラムを記録した位置から５μｍ程度、参照光が移動すると回折光が消失していることが分かる。従って、集光角度（sinθ）が０．４５では、５μｍ程度の微小シフト量でホログラムを多重記録できる。また、図４（Ａ）から、集光角度（sinθ）が大きい程、回折光が消失するまでのシフト量が小さくなることが示されている。
【００５５】
そして、図４（Ｂ）には、上記の測定結果において、集光角度（sinθ）に対する、ＯＮ画素の相対輝度の半値幅をプロットしたグラフを示す。ここで、半値幅とは、ＯＮ画素の相対輝度の値が半分になるまでの参照光のシフト量を示すものである。図４（Ｂ）に示されるように、集光角度（sinθ）が０．２を超える場合では、半値幅が１０μｍ以下となり、１００μｍ以上であった従来に比べて、微少なシフト量で多重記録ができることがわかる。
【００５６】
以上の知見により、集光角度（sinθ）が０．２より大きく集光させることが望ましく、すなわち、ホログラム記録媒体に記録光を集光させるフーリエ変換レンズには、少なくとも開口数が０．２より大きなレンズを用いるのが望ましいとした。
【００５７】
次に、図５（Ａ）に、ホログラム記録再生装置１によりホログラム記録媒体１００に記録したデジタルデータを光軸方向に参照光をシフトさせながら再生した際のＯＮ画素とＯＦＦ画素のそれぞれの平均濃度と、再生したデジタルデータのビットエラーレートを示す。ここで、ビットエラーレート（ＢＥＲ）は、エラー補正を用いない場合の値を用いている。そして、ホログラム記録媒体１００への集光角度（sinθ）を０．４５とした。
【００５８】
図５（Ａ）に示されているように、集光角度（sinθ）を０．４５としてホログラムを記録した場合には、５μｍのシフト量により回折光が消失し、次のホログラムが十分に記録できることが分かった。また、記録されたホログラムを再生した際のエラービットレートも十分に許容値（０．００５）を満たしているものである。
【００５９】
また、図５（Ｂ）には、記録光を光軸方向に５μｍずつシフトさせながらホログラム記録媒体１００にデジタルデータを３多重記録し、記録したデジタルデータを光軸方向に参照光をシフトさせながら再生した際のＯＮ画素とＯＦＦ画素の平均濃度と、再生したデジタルデータのビットエラーレートを示す。
【００６０】
そして、図５（Ｂ）に示されるように、デジタルデータを５μｍ間隔で３多重記録した場合にも、記録されたホログラムを再生した際のエラービットレートも許容値（０．００５）を満たし、精度良く多重記録できることが分かった。
【００６１】
次に、以下に行った測定に基づいて、ホログラム記録媒体の光記録層のどの位置にホログラムを記録することが望ましいのかについて説明する。
【００６２】
ホログラム記録層の膜厚方向における中心部を原点位置として、ホログラム記録媒体の膜厚方向（記録光の光軸方向）にデフォーカス量を変更しながら、ホログラムを記録した。デフォーカス量とは、ホログラム記録媒体の膜厚方向における中心部からの記録光の焦点位置のシフト量のことを示す。
【００６３】
図６（Ａ）は、横軸にデフォーカス量を示し、縦軸には記録したデジタルデータを再生した際のビットエラーレートを示したグラフである。また、図６（Ｂ）は、横軸にデフォーカス量を示し、縦軸には記録したデジタルデータを再生した際のＳＮ比を示したグラフである。上記の測定は、光記録層の厚みが５００μｍの場合と、１ｍｍの場合のそれぞれについて行った。
【００６４】
図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示されるように、記録光の焦点位置が、光記録層の中心部付近よりも、光記録層の界面に近い部分にある場合の方が、ビットエラーレートが低く、さらに高ＳＮ比で記録したデータが再生されることが分かった。そして、ビットエラーレートの目標値を０．００５（５ｅ−３）とした場合には、その目標値を充足するデフォーカス量は、図６（Ａ）の矢印で示されている範囲に相当する。すなわち、光記録層の膜厚が５００μｍである場合には約０．５ｍｍの範囲で、膜厚が１ｍｍである場合には約０．７５ｍｍの範囲で、目標のビットエラーレートを充足させながら記録することができる。上記の場合に、５μｍで光軸方向に記録光をシフトさせながら多重記録すると、理論上は、５００μｍのホログラム記録媒体では１００多重、１ｍｍのホログラム記録媒体では１５０多重もの多重記録が可能となる。
【００６５】
また、ホログラム記録媒体は、光記録層を１層とした構成に限られるものではなく、図７（Ａ）に示されるように、選択反射層と光記録層とを交互に積層して構成することとしてもよい。また、図７（Ｂ）に示されるように、選択反射層と光記録層と交互に積層した層の間にギャップを設けてもよい。そして、図７（Ｃ）に示されるように、選択反射層と光記録層とを交互に複数積層させ、各層の間の一部もしくは全部にギャップを設けるようにしてもよい。
【００６６】
そして、積層された各光記録層において、記録光の集光位置の位置決めを行う際には、その光記録層に対応する選択反射層により位置決めレーザ光の一部を反射させ、反射された位置決め用レーザ光を受光し、その受光された反射光に基づいて、記録光の焦点位置制御のためのサーボ信号を出力する。そして、出力されたサーボ信号に基づいて、位置決め制御機構は光軸方向の位置を調整する。こうして、各光記録層について位置決め用レーザ光の反射光を用いたサーボ制御を行い、各光記録層に対する位置決め精度を向上させる。こうして、ホログラム記録媒体の光記録層が多層になった場合にも、本発明を適用することができる。
【００６７】
そして、図８には、ホログラム記録媒体の面内方向、及び膜厚方向（光軸方向）に記録光をシフトさせる順番（記録シーケンス）を変更させて多重記録を行った場合に、各記録シーケンスにより記録されるホログラムを再生した際のビットエラーレートの測定結果を示す。ここでは、各記録シーケンスについて、ホログラム記録媒体の面内方向のシフト量を変えながらホログラムを記録し、各シフト量において記録されたホログラムを再生した際のビットエラーレートを測定している。なお、測定対象とした記録シーケンスは３つである。
【００６８】
まず、１つ目の記録シーケンスＡは、図９（Ａ）に示されるように、横７×縦７の４９個のホログラムを、渦巻き状にシフトさせながら記録する記録シーケンスである。なお、記録シーケンスＡは、従来型の記録シーケンスである。
【００６９】
また、２つ目の記録シーケンスＢは、図９（Ｂ）に示されるように、横７×縦７の４９個のホログラムを、上下の２層に交互に記録する記録シーケンスである。
【００７０】
そして、３つ目の記録シーケンスＣは、図９（Ｃ）に示されるように、横５×縦５の２５個のホログラムを、上記の記録シーケンスＡ及びＢ場合と比べて２倍のシフト量でまず１層に記録し、さらに１層とは半分のシフト量をずらして同様に２層目に記録する記録シーケンスである。記録シーケンスＢ，Ｃにおける上下の層のシフト量は６００μｍとしている。なお、各記録シーケンスにより記録されるホログラム数は、記録シーケンスＡ，Ｂが４９、記録シーケンスＣが５０であり、ほぼ同一としている。
【００７１】
図８には、各記録シーケンスＡ，Ｂ，Ｃにより記録されたホログラムを再生した際のビットエラーレートが示されている。図８に示されるように、記録シーケンスＣが最もビットエラーレートが低く、ついで記録シーケンスＢ、そして記録シーケンスＡの順にビットエラーレートが高くなる。従って、記録シーケンスＡによりも記録シーケンスＢ，Ｃによればビットエラーレートが低い多重記録が可能である。
【００７２】
また、以下には、ホログラム記録媒体のダイナミックレンジを有効に利用するための、ホログラムの記録シーケンスの一例について、図１０を参照しつつ説明する。
【００７３】
図１０における記録シーケンスでは、記録するホログラムを光記録層の界面付近の上下二層に配置する。ホログラムを記録する二層は、上述したようにＳＮ比が高く記録できる層を選択する。そして、図１０に示されるように、記録光による焦点位置のスポットの直径が上下の各層についてａ及びｂとした場合に、近接するホログラムが重ならないように、ホログラム間の距離が（ａ＋ｂ）／２となるように記録光を集光させる。このようにホログラムを記録することにより、光記録層の記録材料が均一に消費される。また、図１０に示されるホログラム群を、図１１に示されるように、ホログラム記録媒体の面方向にシフトさせて記録することで、多重記録も可能となる。
【００７４】
以上、本発明の一実施形態を詳細に説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、公知の技術を応用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】ホログラム記録再生装置のシステム構成の一例を示す図である。
【図２】信号光と参照光の表示パターンの一例を示す図である。
【図３】ホログラム記録媒体の構成の一例を示す図である。
【図４】回折光が消失するまでのシフト量に関する計測結果を示す図である。
【図５】記録したデジタルデータの読み出しに関する計測結果を示す図である。
【図６】デフォーカス量に応じて計測されたビットエラーレートを示す図である。
【図７】ホログラム記録媒体の他の構成例を示す図である。
【図８】３次元シフト多重記録の記録シーケンスに応じて計測されたビットエラーレートを示す図である。
【図９】ホログラムの記録シーケンスを示す図である。
【図１０】ホログラムの記録シーケンスの一例を示す図である。
【図１１】記録媒体の面内方向に多重記録されたホログラムの一例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１ ホログラム記録再生装置、１０ レーザ光源、１２ シャッター、１４ π／２波長板、１６ 偏光板、１８ 拡大・コリメート光学系、２０ ミラー、２２ 偏光ビームスプリッター、２４ 空間光変調器、２６ レンズ、２８ アパチャー、３０ レンズ、３２ フーリエ変換レンズ、３４ 記録媒体位置決め制御機構部、３６ フーリエ変換レンズ、３８ アパチャー、４０，４２ レンズ、４４ センサアレイ、４６ 位置決め用レーザ光源、４８ コリメートレンズ、５０ ビームスプリッター、５２ ダイクロイックミラー、５４ 受光素子、１００ ホログラム記録媒体、１０２ 光記録層、１０４ 保護層、１０６ 選択反射層、２００ 記録光、２０２ 位置決め用レーザ光。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光手段と、
前記集光手段により前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動手段と、を含み、
前記集光位置移動手段により移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光記録装置において、
前記集光手段は、
前記記録光を前記光軸に対して、ｓｉｎθ＞０．２を満たす角度θで集光する、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光記録装置において、
前記集光位置移動手段は、
前記記録光の集光位置を、前記透過型記録媒体の光記録層の前記記録光の光軸と交差する各境界面から所定の範囲内に移動させ、
前記各所定の範囲内にある前記光記録層に、前記記録光により形成される干渉縞を記録する、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光記録装置において、
前記記録光の光軸は、前記光記録層の境界面と２箇所で交差し、
前記各所定の範囲は、前記記録層の光軸と前記光記録層の境界面との各交点から略等しい場所であり、
前記光記録層の厚さ方向において該光記録層の中心から略対称位置に干渉縞を記録する
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光記録装置において、
前記透過型記録媒体は、前記記録光の波長とは異なる波長の位置決め用の光を反射する反射膜を備え、
前記光記録装置は、
前記位置決め用の光を照射する照射手段と、
前記照射手段により照射される位置決め用の光が前記反射膜により反射された反射光を受光する受光手段と、をさらに含み、
前記集光位置移動手段は、
前記受光手段により受光した反射光に基づいて、前記記録光の集光位置を移動させる、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光記録装置において、
前記透過型記録媒体は、複数の光記録層を積層して形成され、各光記録層の間には反射膜が備えられ、
前記受光手段は、各反射膜により反射された反射光をそれぞれ受光し、
前記集光位置移動手段は、
前記受光手段によりそれぞれ受光された反射光に基づいて、前記各光記録層における記録光の集光位置を移動させる、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項７】
光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光ステップと、
前記集光ステップで前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動ステップと、を含み、
前記集光位置移動ステップで移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、
ことを特徴とする光記録方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光記録方法において、
前記透過型記録媒体の光記録層の各境界面から所定の範囲内に位置する各層において、前記透過型記録媒体の面内方向に所定の間隔で干渉縞を記録し、
前記各層の互いに隣り合う層において記録される干渉縞の位置は、前記面内方向に前記所定の間隔の半分ずつずらして記録される、
ことを特徴とする光記録方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の光記録方法によりデータが記録された記録媒体。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光記録装置によりデータが記録される透過型記録媒体に参照光を照射させて得られる回折光に含まれる１ビットのデジタル信号を複数の受光素子により受光して、データを再生する再生方法。
【請求項１】
光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光手段と、
前記集光手段により前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動手段と、を含み、
前記集光位置移動手段により移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光記録装置において、
前記集光手段は、
前記記録光を前記光軸に対して、ｓｉｎθ＞０．２を満たす角度θで集光する、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光記録装置において、
前記集光位置移動手段は、
前記記録光の集光位置を、前記透過型記録媒体の光記録層の前記記録光の光軸と交差する各境界面から所定の範囲内に移動させ、
前記各所定の範囲内にある前記光記録層に、前記記録光により形成される干渉縞を記録する、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項４】
請求項３に記載の光記録装置において、
前記記録光の光軸は、前記光記録層の境界面と２箇所で交差し、
前記各所定の範囲は、前記記録層の光軸と前記光記録層の境界面との各交点から略等しい場所であり、
前記光記録層の厚さ方向において該光記録層の中心から略対称位置に干渉縞を記録する
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光記録装置において、
前記透過型記録媒体は、前記記録光の波長とは異なる波長の位置決め用の光を反射する反射膜を備え、
前記光記録装置は、
前記位置決め用の光を照射する照射手段と、
前記照射手段により照射される位置決め用の光が前記反射膜により反射された反射光を受光する受光手段と、をさらに含み、
前記集光位置移動手段は、
前記受光手段により受光した反射光に基づいて、前記記録光の集光位置を移動させる、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項６】
請求項５に記載の光記録装置において、
前記透過型記録媒体は、複数の光記録層を積層して形成され、各光記録層の間には反射膜が備えられ、
前記受光手段は、各反射膜により反射された反射光をそれぞれ受光し、
前記集光位置移動手段は、
前記受光手段によりそれぞれ受光された反射光に基づいて、前記各光記録層における記録光の集光位置を移動させる、
ことを特徴とする光記録装置。
【請求項７】
光軸を共通として同方向から照射される信号光と参照光とを含む記録光を透過型記録媒体に対して集光させる集光ステップと、
前記集光ステップで前記記録光が前記透過型記録媒体に対して集光される集光位置を、前記光軸方向について移動させる集光位置移動ステップと、を含み、
前記集光位置移動ステップで移動される各位置において、前記記録光により形成される干渉縞を、前記透過型記録媒体に記録する、
ことを特徴とする光記録方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光記録方法において、
前記透過型記録媒体の光記録層の各境界面から所定の範囲内に位置する各層において、前記透過型記録媒体の面内方向に所定の間隔で干渉縞を記録し、
前記各層の互いに隣り合う層において記録される干渉縞の位置は、前記面内方向に前記所定の間隔の半分ずつずらして記録される、
ことを特徴とする光記録方法。
【請求項９】
請求項７又は８に記載の光記録方法によりデータが記録された記録媒体。
【請求項１０】
請求項１乃至６のいずれかに記載の光記録装置によりデータが記録される透過型記録媒体に参照光を照射させて得られる回折光に含まれる１ビットのデジタル信号を複数の受光素子により受光して、データを再生する再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−１４０４７２（Ｐ２００８−１４０４７２Ａ）
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３２５６８１（Ｐ２００６−３２５６８１）
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年６月１９日（２００８．６．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月１日（２００６．１２．１）
【出願人】（０００００５４９６）富士ゼロックス株式会社 (21,908)
【Ｆターム（参考）】
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