(57)【要約】【課題】  記憶容量低下を最低限に抑えつつ、媒体製造コストを抑えたまま、再生装置の入射光の位置決め機構を簡素化し、かつ、消費電力を抑えること。【解決手段】  凹凸で形成された光導波路ホログラムを有するシングルモードの平板型光導波路が積層された構造を有する積層導波路ホログラム情報記録媒体であって、該積層導波路ホログラム情報記録媒体１は円盤状に形成され、かつ回転可能に構成されており、記積層導波路ホログラム情報記録媒体の外周面から内部に向かって情報再生用の光が入射されるように構成されている。また、積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラム４０の記録領域の外周部に情報再生用の光の入射位置の位置合せ用導波路ホログラム４１が前記媒体１の円周方向に間欠的に形成されている。【選択図】    図４
2006018924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸で形成された光導波路ホログラムを有するシングルモードの平板型光導波路が積層された構造を有する積層導波路ホログラム情報記録媒体であって、
該積層導波路ホログラム情報記録媒体は円盤状に形成され、かつ回転可能に構成されており、
前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の外周面から内部に向かって情報再生用の光が入射されるように構成されていることを特徴とする積層導波路ホログラム情報記録媒体。
【請求項２】
前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の外周部に情報再生用の光の入射位置の位置合せ用導波路ホログラムが前記媒体の円周方向に間欠的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の積層導波路ホログラム情報記録媒体。
【請求項３】
前記位置合せ用導波路ホログラムは、前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の中心位置を示す中心線と、前記媒体の外周面から入射された光の光束の中心線とが略一致するときにおける前記いずれかの中心線上で前記記録領域と前記媒体の外周面における光入射位置との中間に位置するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の積層導波路ホログラム情報記録媒体。
【請求項４】
前記位置合せ用導波路ホログラムは、前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の中心位置を示す中心線と、前記媒体の外周面から入射された光の光束の中心線とが略一致するときにおける前記媒体の外周面における光入射位置の円周方向の両側に配置されていることを特徴とする請求項２に記載の積層導波路ホログラム情報記録媒体。
【請求項５】
前記位置合せ用導波路ホログラムには、前記所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域に関する情報が記憶されていることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の積層導波路ホログラム情報記録媒体。
【請求項６】
前記積層導波路ホログラム情報記録媒体のサイズは、直径24mm以下、厚みが2.1mm以下であり、かつ、外形24mm×32mm×2.1mm以下の筐体内に保持されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の積層導波路ホログラム情報記録媒体。
【請求項７】
凹凸で形成された光導波路ホログラムを有するシングルモードの平板型光導波路が積層された構造を有する積層導波路ホログラム情報記録媒体に記録された情報を読み出す情報読出装置であって、
円盤状の前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の外周面から内部に向かってレーザ光を照射する光照射手段と、
前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の円盤面から出射する光を受光する受光素子と、
前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の円盤面と前記受光素子との間に位置し、かつ開口を有するとともに、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の円盤面から出射する光を、前記開口を介して前記受光素子の受光面に通過させる遮蔽素子と、
前記積層導波路ホログラム情報記録媒体を回転駆動し、前記光照射手段から出射する光が所定の入射位置に入射されるように前記媒体を円周方向に回転駆動させる媒体駆動手段と、
前記遮蔽素子の開口及び受光素子の受光位置の何れか一方又は双方を、前記媒体内の円盤面に平行に進行する導波光進行方向に相対的に平行移動させ、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムからの回折光の受光位置まで移動させる遮蔽素子／受光素子駆動手段と、
を有することを特徴とする情報読出装置。
【請求項８】
前記積層導波路ホログラム情報記録媒体は、前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の外周部に情報再生用の光の入射位置の位置合せ用導波路ホログラムが前記媒体の円周方向に間欠的に形成されており、
前記光照射手段は、レーザを出射するレーザ光源と、該レーザ光源からの出射光を前記媒体に入射させるための入射光学系を含み、
さらに、前記位置合せ用導波路ホログラムにより回折された光を検出する光検出手段と、
前記入射光学系を前記媒体の円盤面に対し垂直方向に移送し、所定の入射位置に位置決めする入射光学系移送手段と、
前記光検出手段の検出出力に基づいて前記入射光学系移送手段を駆動し、入射光学系の位置制御を行う制御手段と、
を有することを特徴とする請求項７に記載の情報読出装置。
【請求項９】
前記位置合せ用導波路ホログラムには、前記所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域に関する情報が記憶されており、
前記制御手段は、前記光検出手段の検出出力から、前記所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域に関する情報を読み取り、該読み取った導波路ホログラムの記録領域に関する情報に基づいて、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムにアクセスするために前記媒体駆動手段及び遮蔽素子／受光素子駆動手段を制御することを特徴とする請求項８に記載の情報読出装置。
【請求項１０】
前記積層導波路ホログラム媒体は、直径24mm以下、厚みが2.1mm以下であり、かつ、外形24mm×32mm×2.1mm以下の筐体内に保持されていることを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載の情報読出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＳＤメモリカードやコンパクトフラッシュ（登録商標）メモリの様に持ち運びが容易な携帯用メモリカードとして好適な光情報記録謀体としての積層導波路ホログラム情報記録媒体及び積層導波路ホログラム情報記録媒体からホログラム情報を読み出す情報読出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シングルモード平面光導波路内に微小な凹凸を形成し、その微小凹凸によって導波光を回折させて任意の波面を光導波路外に取り出す技術を導波路ホログラフィーと呼び、目的の波面を作るように形成された該光導波路平面内の微小な凹凸の集合を導波路ホログラムと呼ぶ。ホログラフィーを体積ホログラフィーと薄膜ホログラフィーに分類すると、導波路ホログラフィーは薄膜ホログラフィーに分類される。
【０００３】
しかし、導波路ホログラムが作り込まれた光導波路を積層化した積層導波路ホログラフィーは、薄膜ホログラフィーでありながら三次元領域を記録領域として使用できることから、大容量の光メモリとしての応用が可能である（特許文献１参照）。
【０００４】
また、複数の独立なホログラムデータが書き込まれたスラブ型シングルモード導波路から成るデータ多重型ホログラムメモリにおいて、 前記スラブ型シングルモード導波路を伝搬する光は前記ホログラムデータにより導波路面の法線方向に回折され、微小なスポットの集合として平面内に結像するが、そのような像を結ぶ平面（焦点面）が複数存在し、それぞれの平面に結像される像が互いに独立で、別々に再生できるようにしたデータ多重型ホログラムメモリや、複数の独立なホログラムデータが書き込まれたスラブ型シングルモード導波路から成るデータ多重型ホログラムメモリからデータを再生するデータ多重型ホログラムメモリ再生装置であって、 前記スラブ型シングルモード導波路に光を導波させるための光源及び光学系と、前記導波路から垂直方向に所定距離は離して配置され、前記ホログラムデータ領域よりも小さな面積の開口部を持つマスクと、前記導波路の垂直方向で、前記マスクの外側に配置された光検出器とを有し、前記スラブ型シングルモード導波路から回折される光のうち、前記マスクの開口部を通過する光のみから結像される像を、前記光検出器によって検出することを特徴とするデータ多重型ホログラムメモリ再生装置が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−３４５４１９号公報
【特許文献２】特開２００１−２１００８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ホログラムは原盤からの転写によって量産され、積層の後、端面が切断される。転写工程と端面切断とが超精密な位置あわせ過程を要すると、記録媒体の価格が高くなるので、端面からホログラムまでの距離は媒体ごとにばらつきがある。そのようなばらつきを許容する為に、導波光は導波方向に並進対称性を持つ、即ち、一定の幅で進行することが望ましい。従って、外部から光導波路内に光を入射するには、シリンドリカルレンズによってレーザ光を線状に集光し、集光線を光導波路端面に合わせる作業が必要となる。
【０００６】
しかし、線状に集光したビームを導波層に結合する為には、光導波路端面のコア層とレーザビームの集光線を一致させなければならず、傾き補正の軸が必要となり、層選択と合わせると２軸の駆動が必要となる。
２軸駆動を行う手段として、光ディスクのピックアップに用いられているような電磁アクチュエーターが存在するが、これは、一般に駆動電流を必要としない中点からのズレを補正する用途に用いられ、中点からずれた位置に恒常的に保持する為には、定常的に電流を流し続けなければならず、消費電力が大きくなるという欠点がある。
【０００７】
一方、傾き補正が不必要な構成としては、レーザビームの集光線を十分短くするか、もしくは点とする方法がある。しかしながら、細くしぼられた集光線が覆う光導波路上の面積は、集光線の長さに比例して小さくなり、また、点に絞った場合には前述したように並進対象性が失われる為に、点の位置ずれ許容値が小さくなってしまう。
以上のように、媒体の製造マージンと、再生装置の組み付けマージン、および消費電力はトレードオフの関係にあるという欠点があった。
【０００８】
また、媒体の入射端面にて、レーザ光はマイクロメータサイズのコアに結合しなければならず、入射端面を何らかの方法でキズやゴミから保護する必要がある。この問題を解決する方法として、円盤の中央付近に傾斜端面を設け、媒体へのレーザ光入射位置に光はデフオーカスされ、傾斜面にて反射し光導波路に結合させる方法も提案されている（特許文献１参照）。この構成では、レーザ光は媒体入射位置にてデフオーカスされているので、ゴミやキズに対して耐性が高くなっている。しかし、この方法では傾斜面を円盤の中央に作らねばならず、製作コストが高くなると言う欠点があった。
【０００９】
本発明は、記憶容量低下を最低限に抑えつつ、媒体製造コストを抑えたまま、再生装置の入射光の位置決め機構を簡素化し、かつ、消費電力を抑えることできる積層導波路ホログラム情報記録媒体及び情報読出装置を提供することを目的とする。また、本発明は、媒体の可換性・可搬性を担保する為に、媒体の汚れやキズに強い構成の積層導波路ホログラム情報記録媒体を提供することも目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、
1）媒体形状を円盤状にすることで、ビームの傾き補正が不必要な程度にまで細めた、細い入射ビームを使ったとしても、円盤が回転することで情報を再生できる領域を大きくし、記憶容量を大きくすることができ、
2）円盤の外周から光を入射させる構造を持つことで、製造困難な内周傾斜面ではなく、比較的容易な外周研磨で入射端面製造が可能であるようにし、
3）同時に、細いビーム使用によって高められる光強度密度によって、二次元受光素子と遮蔽マスクを用いる開口多重方法（特開２００１−２１００８８、T. Imai, T. Kurihara, S. Yagi, Y.Kurokawa, M.Endo, T.Tanabe,“Orthogonal  aperture  multiplexing  for  multilayered waveguide holographic read-only memories”, Applied Optics, Vol.42, No. 35, p.7085-7092, 10 December 2003）での開口サイズを小さくしても十分な強度の信号が得られ、
４）媒体外周部に間欠的に位置合せ用導波路ホログラムを設けることで、回転位置ずれを検出し、位置ずれ信号を元に回転制御を行うことで無歪みの再生像が得られ、
５）所望の情報を記憶している導波路ホログラムを読み出すのに最適なレーザ光入射位置を示すように位置合せ用導波路ホログラムを設けることでレーザ光の進行方向のずれを検出し、位置ずれ信号を元にフォーカス制御を行うことで無歪みの再生像が得られ、
６）最適なレーザ光入射位置の両側に位置合せ用導波路ホログラムを設けることで所望の情報を記憶している導波路ホログラムを読み出すレーザ光への影響を最小限とし、
７）位置合せ用導波路ホログラムに、所望の情報を記憶している導波路ホログラムの領域に関する情報を記憶させることで、必要な情報へ迅速にアクセスでき、
８）円盤状媒体を筐体内に保持することで、キズやゴミから守り、かつ、その筐体を32mm×24mm×2.1mm以下のサイズにすることで、最も広汎に用いられているSDメモリカードとの互換ドライブ構成に資するものである。
【００１１】
すなわち、上記目的を達成するために本発明の積層導波路ホログラム情報記録媒体は、凹凸で形成された光導波路ホログラムを有するシングルモードの平板型光導波路が積層された構造を有する積層導波路ホログラム情報記録媒体であって、該積層導波路ホログラム情報記録媒体は円盤状に形成され、かつ回転可能に構成されており、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の外周面から内部に向かって情報再生用の光が入射されるように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の積層導波路ホログラム情報記録媒体は、前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の外周部に情報再生用の光の入射位置の位置合せ用導波路ホログラムが前記媒体の円周方向に間欠的に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の積層導波路ホログラム情報記録媒体は、前記位置合せ用導波路ホログラムは、前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の中心位置を示す中心線と、前記媒体の外周面から入射された光の光束の中心線とが略一致するときにおける前記いずれかの中心線上で前記記録領域と前記媒体の外周面における光入射位置との中間に位置するように配置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の積層導波路ホログラム情報記録媒体は、前記位置合せ用導波路ホログラムは、前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の中心位置を示す中心線と、前記媒体の外周面から入射された光の光束の中心線とが略一致するときにおける前記媒体の外周面における光入射位置の円周方向の両側に配置されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の積層導波路ホログラム情報記録媒体は、前記位置合せ用導波路ホログラムには、前記所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域に関する情報が記憶されていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の積層導波路ホログラム情報記録媒体は、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体のサイズは、直径24mm以下、厚みが2.1mm以下であり、かつ、外形24mm×32mm×2.1mm以下の筐体内に保持されていることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の情報読出装置は、凹凸で形成された光導波路ホログラムを有するシングルモードの平板型光導波路が積層された構造を有する積層導波路ホログラム情報記録媒体に記録された情報を読み出す情報読出装置であって、円盤状の前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の外周面から内部に向かってレーザ光を照射する光照射手段と、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の円盤面から出射する光を受光する受光素子と、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の円盤面と前記受光素子との間に位置し、かつ開口を有するとともに、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の円盤面から出射する光を前記開口を介して前記受光素子の受光面に通過させる遮蔽素子と、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体を回転駆動し、前記光照射手段から出射する光が所定の入射位置に入射されるように前記媒体を円周方向に回転駆動させる媒体駆動手段と、前記遮蔽素子の開口及び受光素子の受光位置の何れか一方又は双方を、前記媒体内の円盤面に平行に進行する導波光進行方向に相対的に平行移動させ、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムからの回折光の受光位置まで移動させる遮蔽素子／受光素子駆動手段とを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の情報読出装置は、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体は、前記積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の外周部に情報再生用の光の入射位置の位置合せ用導波路ホログラムが前記媒体の円周方向に間欠的に形成されており、前記光照射手段は、レーザを出射するレーザ光源と、該レーザ光源からの出射光を前記媒体に入射させるための入射光学系を含み、さらに、前記位置合せ用導波路ホログラムにより回折された光を検出する光検出手段と、前記入射光学系を前記媒体の円盤面に対し垂直方向に移送し、所定の入射位置に位置決めする入射光学系移送手段と、前記光検出手段の検出出力に基づいて前記入射光学系移送手段を駆動し、入射光学系の位置制御を行う制御手段とを有することを特徴とする。
【００１９】
また、本発明の情報読出装置は、前記位置合せ用導波路ホログラムには、前記所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域に関する情報が記憶されており、前記制御手段は、前記光検出手段の検出出力から、前記所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域に関する情報を読み取り、該読み取った導波路ホログラムの記録領域に関する情報に基づいて、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムにアクセスするために前記媒体駆動手段及び遮蔽板／受光素子移送手段を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、媒体製造コストを抑え、再生装置の入射光駆動軸を１軸に減らすことで、機構系の簡略化と消費電力の低減、および耐衝撃性の向上をもたらす。同時に、レーザ光の有効利用が可能となり信号光強度が相対的に大きくなる為に、低価格のレーザ光源にて短時間の撮像による信号取得が可能となり、データ転送速度が向上する。
また、媒体外周部に間欠的に位置合せ用導波路ホログラムを設けることで、回転位置ずれを検出し、位置ずれ信号を元に回転制御を行うことで無歪みの再生像が得られる。
【００２１】
さらに、所望の情報を記憶している導波路ホログラムを読み出すのに最適なレーザ光入射位置を示すように位置合せ用導波路ホログラムを設けることでレーザ光の進行方向のずれを検出し、位置ずれ信号を元にフォーカス制御を行うことで無歪みの再生像が得られる。
また、最適なレーザ光入射位置の両側に位置合せ用導波路ホログラムを設けることで所望の情報を記憶している導波路ホログラムを読み出すレーザ光への影響を最小限とし、Ｓ／Ｎの良い再生画像が得られる。
【００２２】
また、位置合せ用導波路ホログラムに、所望の情報を記憶している導波路ホログラムの領域に関する情報を記憶させることで、必要な情報へ迅速にアクセスできるようになる。
さらに、円盤状媒体を筐体内に保持することで、キズやゴミから守り、かつ、その筐体を32mm×24mm×X2.1mm以下のサイズにすることで、最も広汎に用いられているＳＤメモリカードとの互換ドライブ構成が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１に本発明の実施形態に係る情報読出装置の構成を示す。
同図において、本発明の実施形態に係る情報読出装置は、凹凸で形成された光導波路ホログラムを有するシングルモードの平板型光導波路が積層された構造を有する積層導波路ホログラム情報記録媒体１に記録された情報を読み出す情報読出装置である。
【００２４】
本発明の実施形態に係る情報読出装置は、円盤状に形成された積層導波路ホログラム情報記録媒体１の外周面（端面）５から内部に向かってレーザ光を照射する光照射手段と、積層導波路ホログラム情報記録媒体１の円盤面から出射する光を受光する受光素子９と、積層導波路ホログラム情報記録媒体１の円盤面と受光素子９との間に位置し、かつ開口を有するとともに、前記積層導波路ホログラム情報記録媒体の円盤面から出射する光を前記開口を介して受光素子９の受光面に通過させる遮蔽素子７と、積層導波路ホログラム情報記録媒体１を回転駆動し、光照射手段から出射する光が所定の入射位置に入射されるように前記媒体を円周方向に回転駆動させる媒体駆動手段６と、前記遮蔽素子の開口及び受光素子の受光位置の何れか一方又は双方を、前記媒体内の円盤面に平行に進行する導波光進行方向に相対的に平行移動させ、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムからの回折光の受光位置まで移動させる遮蔽素子／受光素子駆動手段８とを有している。
遮蔽素子７は、本実施形態では、開口を有する遮蔽板であり、受光素子と一体的に設けられている例について示しているが、これに限定されず、例えば、受光面積の大きい受光素子に対面するように遮光素子を液晶素子で構成して固定して設け、開口部を電気的に制御することにより開口を移動させるようにしてもよい。
また、受光面積の大きい受光素子を固定して、開口を有する遮光板のみを移動させるように制御してもよい。
また、遮蔽素子／受光素子駆動手段８は、本実施形態では、一体的に設けられた遮蔽板及び受光素子を前記媒体内の円盤面に平行に進行する導波光進行方向に平行移動させ、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムからの回折光の受光位置まで移動させる遮蔽板／受光素子移送手段として機能する例について示しているが、上述した遮光素子を液晶素子で構成する場合の開口の位置制御、あるいは、開口を有する遮光板のみを移動させるようにする位置制御を行う場合には、これらの制御は遮蔽素子／受光素子駆動手段８により行われる。
【００２５】
光照射手段は、全体構成を図示していないが、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源からの出射光を媒体１に入射させるためのレンズ２を有する入射光学系を含んで構成されている。
積層導波路ホログラム情報記録媒体１は、円盤形状を有し、導波面は円形の面と平行である。端面５は導波面と垂直である。光照射手段から出射したレーザ光１０は積層導波路ホログラム情報記録媒体１の端面５に露出する導波層端面からレンズ２によって集光されて入射される。レンズ２を含む入射光学系を入射光学系移送手段４により上下方向に移送することによって、任意の導波層に選択的に光を入射させることが可能である。
【００２６】
入射された光は、導波層内を導波光３として進行し、導波層内に作られたホログラムによって回折されるが、開口を持つ遮蔽板７によって、その一部のみが二次元受光素子９に到達する。二次元受光素子９と遮蔽版７は一体として、導波光進行方向に平行に移動することができるようにしておく。円盤形状の媒体１をその円周方向に回転駆動させる媒体駆動手段６と、受光素子９及び遮蔽板７を移送する移送手段８の両者によって、遮蔽板７の開口は、円盤状の媒体１における盤面上の任意の点上に配置させることが可能である。
【００２７】
遮蔽版７の開口部は、二次元受光素子９よりは小さく、小さい面積から発した光が大面積上に結像することにより、ピクセルピッチの粗い受光素子を用いても、単位層あたりの情報密度を大きくすることが可能である。
図１では、入射光１０は端面５において、点状に集光されている様子を示したが、レンズ２をシリンドリカルレンズにすることにより、端面５において線状に集光することも可能である。
【００２８】
しかしながら、媒体の端面５が曲率を持つ為に、単純なシリンドリカルレンズでは媒体入射後の導波光３は線幅を短くしながら進む為に、並進対称性を失っていることに変わりはない。ホログラムと導波光の位置関係が設計値と異なっていても良いように並進対称性を持つ為には、導波光が導波層面内では平行に進行するように、入射レンズ２を、導波層面内では凹レンズ、導波層に垂直方向には端面５にて焦点を持つような凸レンズとする必要がある。
【００２９】
レンズ２と端面５の距離をＬとし、媒体１の屈折率をｎ、半径をＲ、レンズ２ヘの入射光を平行光とした場合、レンズの積層方向への焦点距離はL、導波層内での焦点距離はＲ／（ｎ−１）−Ｌにしておく必要がある。
媒体１の端面５にて点状に集光して入射させる場合、遮蔽版７の開口部は入射点からＲ以上離れた地点に限定されるように受光素子の移送手段８による移動範囲を制限した方がよい。媒体駆動手段６によって、円盤状の全面を覆うことが出来ることに変わりない。
点状に集光して入射させる場合、並進対称性が失われることにより、媒体１における光照射手段からの出射光の入射点と媒体１に記録されているホログラムとの位置関係が設計値からずれることはあまり好ましくない。
【００３０】
しかし、媒体１における設計入射点からからホログラム位置までのベクトルをｐベクトル、その単位ベクトルをｐ0、入射位置の設計値からのズレのベクトルをｄベクトルとして、ホログラム上を進行する導波光の位相ズレ(δθ)のホログラム上での変化は  
【数１】
2006018924.tif 000003
で与えられ、これは、ｄベクトルの単位ベクトルｐ0を法線とする平面への射影に比例する。
【００３１】
したがって、位置ずれ誤差の中でも気にすべきは、導波光進行方向に対する垂直方向への位置ずれであり、導波光進行方向に対する平行方向への位置ずれは、あまり、再生像画質に影響を及ぼさないことが分かる。
これは、媒体を円盤状に製造する場合、回転中心が真の中心と一致しなくても、回転によって導波光進行方向と垂直方向の位置ずれを補正しさえすれば、同時に導波光進行方向への位置ずれは補正する必要がないことを意味している。
【００３２】
つまり、回転型の機構を採用することにより、媒体製造時の積層や研磨精度に過大な負担をかけずに点状に集光して入射させることによる入射光学系のチルト軸排除の恩恵を受けることが可能であることを意味する。
ここで、集光点の位置からホログラムが遠ければ遠いほど、同面積のホログラムに対して単位ベクトルｐの分散が小さくなり、ホログラム面内の位相ズレが少なくなるので、開口位置は入射点から見て遠い側に配置した方が有利である。
【００３３】
また、媒体駆動手段６と遮蔽板／受光素子移送手段８により、導波光は最低限、一個の開口に対応するホログラム上を導波すればよく、複数の開口に対応する従来の矩形板状の積層導波路ホログラム情報記録媒体を用いる方法と比較し、導波光３をあまり広げる必要がない。従って、光強度を強く保つことが可能となり、高出力のレーザを必要とせず、十分な回折光強度を得ることが可能であることを意味する。
【００３４】
次に、図２に本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の構成を示す。同図において、円盤状の媒体１の各層の内周部１Ａに所望のデータを記録するための導波路ホログラムを、外周部１Ｂに微小な位置合せ用導波路ホログラムが形成されている。
位置合せ用導波路ホログラムが拡大図の黒点２０で示すように円周方向に間欠的に形成されている。この位置合せ用導波路ホログラムで回折された光は、図１の所望の情報を記録した導波路ホログラムからの回折光を受光する二次元受光素子９とは別の光検出器により検出される、この光検出器は例えば、入射ビームの進行方向に平行で媒体面に垂直な面と、外周部(4−3)を通り媒体面に垂直な円筒面が交わる線上に配置される。この光検出器は、本発明の光検出手段に相当する。
【００３５】
また、位置合せ用導波路ホログラムは、例えば、回折された光が上記検出器上で点に結像されるようなグレーティングとする。このときのグレーティングピッチは、使用光の波長をλ、円盤状に形成された媒体１のコア層の屈折率をnとして、λ／ｎの周期をもつ。円周に対して垂直に入射される光に対する回折光は媒体面垂直上方に進むが、入射光が相対的に傾いていると、回折方向が媒体面垂直上方からずれてくる。円周に対する垂直入射からのズレ角をθとすると、回折方向は媒体面に垂直な方向から2θほど円周方向にずれてくる。
【００３６】
次に、図３に、位置合せ用導波路ホログラムからの回折光を検出する検出器の構成例を示す。同図において、図３（ａ）に示すように、光検出器３０は、受光素子３１を有し、レーザ光の進行方向に平行な線３２により２分割されている。この２分割された受光素子３１上に、図３（ｂ）に示すように前記位置合せ用導波路ホログラムからの回折光が最適な位置に結像され、光スポット３４が平行線３２で対称となる位置にあると、２分割されたそれぞれの受光素子３１から得られる電気信号の差がゼロとなる。
【００３７】
これが、図３（ｃ）に示すように、光スポット３５が平行線で非対称となる位置にあると、電気信号がゼロからずれるが、光検出器の検出出力に基づいてこれをゼロとなるように制御手段（図示せず）により入射光の位置制御を行う。入射光の位置制御は、上記制御手段が入射光学系を媒体１の円盤面に対し垂直方向に移送し、所定の入射位置に位置決めする入射光学系移送手段４を上記光検出器の検出出力に基づいて駆動することにより行う。
【００３８】
また、入射光の位置制御は、光を媒体端面に集光するレンズ位置を微調整するようにしても良いし、レンズや半導体を含む入射光生成部全体の位置を微調整するようにしても良い。さらには、入射光を生成する部分の位置を微調整する代わりに、円盤状媒体の支持部の位置を微調整するようにしてもよい。
【００３９】
次に、図４に本発明の実施形態に係る情報読出装置における入射光の位置ずれを検出する検出手段と、積層導波路ホログラム情報記録媒体１における情報を記録した導波路ホログラム４０と位置合せ用導波路ホログラム４１の位置関係を示す。同図において、位置合せ用導波路ホログラム４１は、所望の情報を記録するための導波路ホログラム４０の中心位置と入射光１０の中心位置との間に位置し、媒体１の外周部に形成されている。すなわち、位置合せ用導波路ホログラム４１は、積層された媒体１における平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラム４０の記録領域の中心位置を示す中心線と、媒体１の外周面から入射された光の光束の中心線とが略一致するときにおける前記いずれかの中心線上で前記記録領域と媒体１の外周面における光入射位置との中間に位置するように配置されている。
【００４０】
位置合せ用導波路ホログラム４１により回折された光は光検出器４２で検出されて電気信号に変換される。本実施形態では、入射光１０が媒体１の光導波路層内を拡がりながら伝搬し、広がったレーザ光が情報を記録した導波路ホログラム４０を最適に覆うときのレーザ光入射位置において、上記電気信号が最大となるように設計されており、入射光を媒体面に集光する入射光学系の位置を該電気信号が最大となるように制御される。
【００４１】
また、光検出器４２が、図３を用いて説明した２分割された受光素子を有する場合は、各受光素子から得られる電気信号の差がゼロとなり、かつ和が最大値となるように制御してもよい。
このように構成することにより、情報を記録した導波路ホログラム４０において回折された光が、開口を持つ遮蔽板７によって、所望のデータのみが二次元受光素子９で再生される際に、検出される光強度が最大となる。
【００４２】
次に、図５に本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の他の構成例を示す。この構成例では、位置合せ用導波路ホログラム５２は、媒体１Ａにおける積層された平板型光導波路の各層において、所望の情報が記憶されている導波路ホログラムの記録領域の中心位置を示す中心線と、媒体１Ａの外周面から入射された光の光束の中心線とが略一致するときにおける媒体１Ａの外周面における光入射位置の円周方向の両側に配置されている。
【００４３】
すなわち、円盤状の媒体１Ａの外周部に位置合せ用導波路ホログラム５２が形成され、図４に示す実施形態において、入射光５３Ａ、５３Ｂが媒体１Ａの光導波路層内を拡がりながら伝搬し、拡がったレーザ光が情報が記憶されている導波路ホログラム５０Ａ，５０Ｂを最適に覆うときのレーザ光入射位置付近には、位置合せ用導波路ホログラムは存在していない。つまり、情報を記録した導波路ホログラム５０Ａ，５０Ｂのそれぞれに対し、位置合せ用導波路ホログラム５２が存在していない領域があり、その領域にレーザ光が入射される。
【００４４】
図５では、入射光が５３Ａの位置にあるとき、再生される導波路ホログラムは５０Ａとなり、入射光が５３Ｂの位置にあるとき、再生される導波路ホログラムは５０Ｂとなっている様子を示している。図６には、２つの情報を記録した導波路ホログラムに対し、２つの位置合せ用導波路ホログラムが存在しない領域が記載してあるが、実際には円形の媒体１Ａ全面に渡って、これら導波路ホログラムの組が周期的に配置される。
さらには、媒体１Ａに入射した後のレーザ光の拡がりが比較的広く記載されていて、情報を記録した導波路ホログラム間に余分なスペースが存在するが、この拡がりを十分狭くすれば、この無駄なスペースを削減できる。
【００４５】
また、このときの上記位置合せ用導波路ホログラムが存在しない領域の間隔も狭くなる。位置合せ用導波路ホログラムにより回折された光は図４に示した情報読出装置の構成例と同様に光検出器で検出されて電気信号に変換されるが、入射光を媒体面に集光する入射光学系の位置は該電気信号が最小となるように制御される。こうすることにより、情報を記録したホログラム５０において回折された光が、二次元受光素子で再生される際に、検出される光強度が最大となるとともに、位置合せ用導波路ホログラムが再生信号に与える影響も最小限となり、Ｓ／Ｎの良い再生信号を得ることが可能となる。
【００４６】
図６は、本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の他の構成例と、該記録媒体から所望の情報が記憶されている導波路ホログラムをアクセスする際の動作状態を示している。
同図において、位置合せ用導波路ホログラム４１により回折された光は小型の二次元受光素子４２により、二次元の再生画像として検出される。この再生像には情報が記憶されている導波路ホログラム４０に関するアドレス情報等が記録されており、情報の読み出し制御に用いられる。
【００４７】
レーザ光の入射位置制御には、小型の二次元受光素子で検出される像のエネルギー総和が一定となるような符号を用いることで前述の制御方法と同様な制御が可能となる。
また、二次元受光素子を前述のように２分割して、分割されたそれぞれの領域でのエネルギーの総和が一定になるようにすれば、前述の制御方法と同様な制御が可能となる。
【００４８】
図７は、本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体のさらに他の構成例と、該記録媒体から所望の情報が記憶されている導波路ホログラムをアクセスする際の動作状態について示している。
同図において、位置合せ用導波路ホログラム５１は、情報を記録した導波路ホログラム５０を再生するときのレーザ入射位置を除き、連続的に記録されている。レーザがこの位置合せ用導波路ホログラム５１を通過すると、回折されて光検出器４２で検出され、電気信号に変換される。ある特定の情報を記録した導波路ホログラム５０を読み出すために、円盤状の媒体１Ｂが回転されると、位置合せ用導波路ホログラム５１も回転し、レーザ光が通過する位置が変わる。
【００４９】
本実施形態では、位置合せ用導波路ホログラムのパターンが位置により変化しており、これにより、光検出器４２で検出される電気信号強度も変化する。つまり、この変化する電気信号が予め特定のアドレス情報などを含むように位置合せ用導波路ホログラムが設計されている。例えば、所定の情報を含む導波路ホログラムを再生しようとするとき、該導波路ホログラムに対応する位置合せ用導波路ホログラムが存在しない領域に、円盤状の媒体が回転して、レーザ光が入射するとき、その直前に検出された上記電気信号が、上記導波路ホログラムのアドレス情報等を含んでいるようにすればよい。
【００５０】
以上の実施形態では、連続的に記録された位置合せ用導波路ホログラムについて説明したが、間欠的に配置された位置合せ用導波路ホログラムを、ある特定の電気信号パターン(すなわちアドレス情報)が得られるように配置しても良い。
【００５１】
次に、図８に本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の具体的構造を示す。同図において、積層導波路ホログラム情報記録媒体は、上蓋８４、端面ガード８０、図１に示した円盤状積層導波路メモリ媒体１及び底蓋８５からなり、上蓋８４、端面ガード８０、底蓋８５は互いに矢印８８方向に合わせて接着されている。接着後の大きさは、32mm×24mm×2.1mmのＳＤメモリカードと同サイズにしておけば、既に普及しているＳＤカードと互換ドライブを作ることによって、ＳＤカードにてユーザ情報など書き換えが必要な情報の保存を、本発明によって、ユーザが購入したか、または配布されたコンテンツの再生を同じドライブで行うことが可能となる。
【００５２】
例えば、上蓋８４と底蓋８５の厚みをそれぞれ0.2mm、端面ガード８０の厚みを1.7mm、円形の内周径を22.5mm、円盤状メモリ媒体１の厚みを端面ガード８０より若干薄い1.6mm、外形を22mmとすれば、積層導波路ホログラム情報記録媒体全体の構造体の中で、円盤状メモリ媒体１は回転自由度が保たれる。また、円盤状メモリ媒体１が端面ガード８０によって覆われている為、キズや埃の付着から守られている。
【００５３】
端面ガード８０に空けられたガイド部８１は、円盤状メモリ媒体１にレーザを照射する際の光の通り道である。端面ガード８０として透明物質を選択する場合には、必ずしもガイド部８１を設ける必要はない。端面ガード８０に空けられた3ヵ所の穴８２、８３、および上蓋８４に空けられた穴８６、８７は、円盤状メモリ媒体１を回転する為に外部からローラや回転モータを差し込む為の物で、例えば、８２、８６に相当する２穴にローラを、８３、８７に相当する穴に回転モータを挿入する。
【００５４】
ローラや回転モータを穴に差し込む際に、底蓋８５を若干押すようにした後に、円盤状メモリ媒体１を固定するようにすれば、上蓋８４・底蓋８５と円盤状メモリ媒体１との間の隙間が確保されて、円盤状メモリ媒体１が回転する際に摩擦がなくなり、摩擦による円盤状メモリ媒体１表面の傷を防ぐことが可能となる。
回転機構を持つ為に、レーザ光入射位置を、媒体を回転させることによって調整することが可能であり、ＸＹ駆動機構に比べて小さな駆動機構を用いて、円盤状メモリ媒体１作製時の積層位置精度や、回転中心位置精度などの要求精度を低く抑えることが可能となっている。
【００５５】
なお、端面ガード８０は、本来、光学的に透明である必要はないので、ガード部内にＩＣチップを埋め込むなどの機能性を持たせることも可能である。
図９に図８に示した積層導波路ホログラム情報記録媒体の再生時の光路図を示す。同図において、レーザ光９０はレンズ２によって円盤状メモリ媒体1の端面にて集光される。
レンズ２は紙面に垂直方向への移送手段を有し、それが層選択機構となる。媒体１内に入射された導波光９４は拡がりながら進行するが、導波光９４が覆う領域の情報に図１で示した遮蔽板７と二次元受光素子９のセットが配置されている。７Ａは遮蔽板の開口部を、９は二次元受光素子を示している。
【００５６】
円盤状メモリ媒体１は、ローラ９２、９３によって押さえられ、回転モータ９１によって回転されるので、媒体面のすべての情報を再生する為にビームを媒体全体に渡って拡げる必要はなく、拡がり角度を小さくすることが可能である。例えば、22mm直径の媒体１を使用するとして、開口サイズが0.7mm×0.7mm、対応するホログラムサイズを最大1.5mm×1.5mmと見積もると、媒体内での拡がり角度は、2θ= 7.8°以上であればよい。媒体の屈折率を1.5として、入射レンズの開口数(NA)は0.1であれば良く、レンズ作製が容易であることが分かる。
【００５７】
また、入射光が無用に拡げられることが無い為、再生像を強くすることが可能である。例えば、回折効率を単位導波距離あたり0.03%/mmとして、1.5mm×0.03%/mm=0.045%、レーザ入射パワーを5ｍW、結合効率を80%として、180μWの再生像出力が得られる。これは、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサにとって十分に大きな値であって、光量不足による転送速度低下は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態に係る情報読出装置の概略構成を示す図。
【図２】図１における本実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の構成例を示す説明図。
【図３】位置合せ用導波路ホログラムからの回折光を検出する光検出器の構成例を示す説明図。
【図４】本発明の実施形態に係る情報読出装置における入射光の位置ずれを検出する検出手段と、積層導波路ホログラム情報記録媒体における情報を記録した導波路ホログラムと位置合せ用導波路ホログラムの位置関係を示す説明図。
【図５】本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の他の構成例を示す説明図。
【図６】本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の他の構成例と、該記録媒体から所望の情報が記憶されている導波路ホログラムをアクセスする際の動作状態を示す説明図。
【図７】本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体のさらに他の構成例と、該記録媒体から所望の情報が記憶されている導波路ホログラムをアクセスする際の動作状態を示す説明図。
【図８】本発明の実施形態に係る積層導波路ホログラム情報記録媒体の具体的構造を示す説明図。
【図９】図８に示した積層導波路ホログラム情報記録媒体の再生時の光路図を示す説明図。
【符号の説明】
【００５９】
１、１Ａ，１Ｂ，…記録媒体（円盤状メモリ媒体）、２…レンズ、３…導波光、４…入射光学系移送手段、５…端面（外周面）、６…媒体駆動手段、７…遮蔽素子、８…遮蔽素子／受光素子駆動手段、９…受光素子（二次元受光素子），４０，５０，５０Ａ，５０Ｂ…導波路ホログラム、４１、５１、５２…位置合せ用導波路ホログラム、４２…光検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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