(57)【要約】 【課題】  情報の記録および再生に使用する光を精度よく記録媒体上に照射することができる記録再生装置を提供する。【解決手段】  物体光５０は、対物レンズ３１０によって集光され、参照光５１は、ホログラム素子３１２によって偏向され、共にホログラム記録媒体１の情報記録領域１０６に照射される。参照光５１は物体光５０の光軸を中心として回転する。対物レンズ３１０を透過した検出光５２は、サーボ情報領域１０７に照射される。サーボ用受光素子３１４は、検出光５２の反射光に基づいて位置情報を検出する。アクチュエータ３２０は、位置情報に基づいて生成されたフォーカシング駆動信号およびトラッキング駆動信号に基づいて、対物レンズ３１０とホログラム素子３１２とをフォーカシング制御方向またはトラッキング制御方向に移動制御する。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体光および参照光を光記録媒体に照射し、該光記録媒体に前記物体光の情報を干渉縞として記録すると共に、前記干渉縞に前記参照光を照射し、該参照光の回折光に基づいて情報を再生する記録再生装置において、
対物レンズにより物体光を集光し、情報が記録される前記光記録媒体上の情報記録領域に前記物体光を集光する物体光照射手段と、
前記参照光を、前記対物レンズの光軸を中心として回転させると共に、前記情報記録領域に照射する回転照射手段と、
前記参照光の波面を非平面波に変換する波面変換手段と、
位置検出用の検出光を、前記光記録媒体上の、前記情報記録領域と異なるサーボ情報領域に照射する検出光照射手段と、
前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする記録再生装置。
【請求項２】
前記検出光照射手段は、前記物体光を集光する前記対物レンズによって、前記光記録媒体上の、前記情報記録領域と異なるサーボ情報領域に前記検出光を集光し、
前記対物レンズに入射する前記物体光の光軸と前記検出光の光軸は非平行である
ことを特徴とする請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項３】
前記物体光、前記参照光、および前記検出光は同一の光源により生成されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の記録再生装置。
【請求項４】
前記物体光および前記参照光の偏光方向と前記検出光の偏光方向は互いに直交することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の記録再生装置。
【請求項５】
前記サーボ情報領域には、凹部または凸部が形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載の記録再生装置。
【請求項６】
前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズおよび前記波面変換手段を前記光記録媒体の主面の法線方向に一体で移動することにより、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置。
【請求項７】
前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズおよび前記波面変換手段を前記光記録媒体の主面に平行な方向に一体で移動することにより、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置。
【請求項８】
前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズ、前記物体光照射手段、前記回転照射手段、前記波面変換手段、および前記検出光照射手段を含む光学系全体を、前記光記録媒体の主面の法線方向に一体で移動することにより、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置。
【請求項９】
前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズ、前記物体光照射手段、前記回転照射手段、前記波面変換手段、および前記検出光照射手段を含む光学系全体を、前記光記録媒体の主面に平行な方向に一体で移動することにより、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置。
【請求項１０】
前記物体光の情報を前記光記録媒体の同一の領域に複数記録する多重記録方式として、ペリストロフィック多重方式とシフト多重方式とを組み合わせることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれかの項に記載の記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムメモリ媒体に情報を記録すると共に、記録された情報を再生する記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、情報の記録媒体として相変化型や光磁気型などの書き換え可能な光ディスクが、広く普及している。これらの光ディスクは、さらに記録密度を高めるためには、ビームスポット径を小さくして、隣接トラックまたは隣接ビットとの距離を短くするなどの技術が必要である。
【０００３】
このように、光ディスクの高密度化は年々進んでいるが、一方で、上記の光ディスクは面内にデータを記録するため、その記録密度は光の回折限界に制限され、高密度記録の物理的限界に近づいている。したがって、更なる大容量化のためには、奥行き方向を含めた３次元（体積型）の多重記録が必要となる。
【０００４】
そこで、次世代のコンピュータファイルメモリとして、３次元的多重記録領域に由来する大容量性と２次元一括記録再生方式に由来する高速性とを兼ね備えたホログラムメモリが注目されている。ホログラムメモリは、例えば、フォトポリマーなどを記録材料とする記録層を２枚のガラス板に挟み込んで形成した記録媒体に記録情報に対応する物体光と参照光とを照射し、双方の光により生成される干渉縞を記録材料の屈折率の変化として記録するものであり、情報の再生時には、記録された干渉縞に対して参照光のみを照射し、参照光の回折光に基づいて、記録情報に対応する光学情報を抽出するものである。
【０００５】
このホログラムメモリは、同一の領域に複数の２次元データを多重記録することが可能であるから、ＣＤ等と同形状でありながら、膨大な記録容量をもつテラバイトメモリとして注目されている。こうしたホログラムメモリに対する再生装置に関しては、例えば、特許文献１に示すように、位置決め用信号をデータ信号とは別にホログラム情報として書き込む技術が提案されている。
【０００６】
また、特許文献２には、記録媒体上に物体光および参照光の位置を制御するための位置決め情報を記録したアドレスサーボエリアを設け、この情報に基づいて物体光および参照光の位置決めを行う技術が記載されている。また、特許文献３には、回転機構を用いて一対の楔形プリズムを相対的に回転させることにより、入射光線を偏向させ、記録媒体にデータを多重記録する技術が記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２６８３８０号公報
【特許文献２】特開平１０−１２４８７２号公報
【特許文献３】特開２０００−３３８８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載された技術においては、記録媒体全面にデータを記録することができるものの、例えば、異なるドライブ装置において、データの再生を行う場合に、それぞれのドライブ装置の有するスピンドルの偏芯量が異なり、また、この偏芯量は、記録媒体をチャッキングするたびに変化することから、装置間の互換性に乏しく、正確な位置決め制御が困難であるという問題があった。
【０００８】
また、特許文献２に記載された技術においては、アドレス・サーボエリアが所定の間隔で設けられているため、記録領域が減少する。また、サーボ方式としてサンプルドサーボ方式が用いられているため、記録媒体を高速で動かす必要があり、記録および再生時間に制約があるという問題があった。また、特許文献３に記載された技術においては、一対の楔形プリズムを用いるため、部品が２個必要となり、この部品を回転させるための回転駆動部が２個必要となるため、装置が複雑化および大型化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、情報の記録および再生に使用する光を精度よく記録媒体上に照射することができる記録再生装置を提供することを第１の目的とする。また、記録媒体の移動速度に関わりなくサーボ信号の検出を行うことができ、装置を大型化することなくデータの多重記録を行うことができる記録再生装置を提供することを第２の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、請求項１に記載の発明は、物体光および参照光を光記録媒体に照射し、該光記録媒体に前記物体光の情報を干渉縞として記録すると共に、前記干渉縞に前記参照光を照射し、該参照光の回折光に基づいて情報を再生する記録再生装置において、対物レンズにより物体光を集光し、情報が記録される前記光記録媒体上の情報記録領域に前記物体光を集光する物体光照射手段と、前記参照光を、前記対物レンズの光軸を中心として回転させると共に、前記情報記録領域に照射する回転照射手段と、前記参照光の波面を非平面波に変換する波面変換手段と、位置検出用の検出光を、前記光記録媒体上の、前記情報記録領域と異なるサーボ情報領域に照射する検出光照射手段と、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御する制御手段とを具備することを特徴とする記録再生装置である。
【００１１】
光記録媒体上の情報記録領域と異なるサーボ情報領域には、例えば凹部または凸部が形成され、情報記録領域とは区別される。物体光照射手段は、記録される情報が付加された物体光を対物レンズにより集光し、光記録媒体の情報記録領域に照射する。回転照射手段は、干渉縞の形成用および情報の再生用の参照光を、物体光を集光する対物レンズの光軸を中心として回転させると共に、情報記録領域に照射する。物体光および参照光は、光記録媒体の同一の主面側または異なる主面側からそれぞれ情報記録領域に照射される。
【００１２】
検出光照射手段は、物体光および参照光が照射される情報記録領域と異なるサーボ情報領域に検出光を照射する。検出光は、例えば光記録媒体の記録面に平行な方向または記録面の法線方向の位置情報を有しており、制御手段は、この位置情報に基づいて、物体光および参照光の照射位置を制御する。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の記録再生装置において、前記検出光照射手段は、前記物体光を集光する前記対物レンズによって、前記光記録媒体上の、前記情報記録領域と異なるサーボ情報領域に前記検出光を集光し、前記対物レンズに入射する前記物体光の光軸と前記検出光の光軸は非平行であることを特徴とする。
【００１４】
検出光は、物体光を集光する対物レンズによって、サーボ情報記録領域に集光される。例えば、検出光の光路中に配置される光学部品の位置等の設定により、対物レンズに入射する物体光の光軸と検出光の光軸は非平行となる。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の記録再生装置において、前記物体光、前記参照光、および前記検出光は同一の光源により生成されることを特徴とする。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれかの項に記載の記録再生装置において、前記物体光および前記参照光の偏光方向と前記検出光の偏光方向は互いに直交することを特徴とする。
【００１７】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかの項に記載の記録再生装置において、前記サーボ情報領域には、凹部または凸部が形成されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置において、前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズおよび前記波面変換手段を前記光記録媒体の主面の法線方向に一体で移動することにより、前記対物レンズおよび前記波面変換手段の位置を制御することを特徴とする。
【００１９】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置において、前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズおよび前記波面変換手段を前記光記録媒体の主面に平行な方向に一体で移動することにより、前記対物レンズおよび前記波面変換手段の位置を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置において、前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズ、前記物体光照射手段、前記回転照射手段、前記波面変換手段、および前記検出光照射手段を含む光学系全体を、前記光記録媒体の主面の法線方向に一体で移動することにより、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御することを特徴とする。
【００２１】
請求項９に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかの項に記載の記録再生装置において、前記制御手段はさらに、前記検出光による位置の検出結果に基づいて、前記対物レンズ、前記物体光照射手段、前記回転照射手段、前記波面変換手段、および前記検出光照射手段を含む光学系全体を、前記光記録媒体の主面に平行な方向に一体で移動することにより、前記物体光および前記参照光の照射位置を制御することを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の発明は、請求項１〜請求項９のいずれかの項に記載の記録再生装置において、前記物体光の情報を前記光記録媒体の同一の領域に複数記録する多重記録方式として、ペリストロフィック多重方式とシフト多重方式とを組み合わせることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、検出光によって位置情報を検出し、その位置情報に基づいて、情報の記録および再生に使用する光の、記録媒体に対する照射位置を制御するようにしたので、情報の記録および再生に使用する光を精度よく記録媒体上に照射することができるという効果が得られる。また、記録媒体の移動速度に関わりなくサーボ信号の検出を行うことができ、装置を大型化することなくデータの多重記録を行うことができるという効果も得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態による記録再生装置の構成を示すブロック図である。図において１は、物体光と参照光とによって形成された干渉縞によって情報が記録されるホログラム記録媒体（光記録媒体）である。２はスピンドルモータであり、ホログラム記録媒体１の外形形状がディスク状である場合に、これを例えば、線速度一定に回転させる。回転数等は、ドライバーＩＣ７の出力によりコントロールされる。
【００２５】
３は光ピックアップであり、図示せぬレーザ光源や、コリメータレンズ、対物レンズ、偏光ビームスプリッタ等の光学部品（物体光照射手段、回転照射手段、検出光照射手段、波面変換手段）、フォーカシングアクチュエータ（制御手段）、トラッキングアクチュエータ（制御手段）、および受光素子である２次元光検出アレイ等を備えている。対物レンズは、フォーカシングアクチュエータによって、ホログラム記録媒体１の厚さ方向に駆動され、トラッキングアクチュエータによって、ホログラム記録媒体１の記録面の面内方向に駆動される。
【００２６】
４はフィードモータ（制御手段）であり、光ピックアップ３を、例えばホログラム記録媒体１の内周から外周に送るための機構である。フィードモータ４は、トラッキングアクチュエータのドライブ信号により、光ピックアップ３の位置を制御する。５は信号処理ＩＣであり、２次元光検出アレイ等の受光素子に入射したホログラム記録媒体１からの戻り光に基づいてデータ再生信号、アドレス信号、スピンドル制御信号、フォーカスエラー信号およびトラックエラー信号を生成する。また、信号処理ＩＣ５は、生成したフォーカスエラー信号およびトラックエラー信号に基づいて、フォーカシング駆動信号、トラッキング駆動信号を生成し、スピンドル制御信号と共に、ドライバーＩＣ７へ出力する。
【００２７】
アドレス信号は、データ再生信号に基づいて検出された、ホログラム記録媒体１上の物理アドレスを検出するための信号である。スピンドル制御信号は、スピンドルモータ２の回転制御用の信号であり、アドレス信号に基づいた信号である。フォーカスエラー信号は、光ピックアップ３における照射レーザの焦点ずれを検出するための信号であり、トラックエラー信号は、光ピックアップ３における照射レーザのトラックずれを検出するための信号である。フォーカスエラー信号は、例えば光ピックアップ３内の受光素子により得られる戻り光出力に基づいて、非点収差法等によって生成される。トラックエラー信号は、例えばプッシュプル法等によって生成される。
【００２８】
６はＣＰＵ（中央処理装置）であり、図示せぬＲＯＭ（ＲＯＭ：Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等に格納された制御プログラムに基づいて、装置全体の制御を行う。本実施形態においては、ＣＰＵ６は、ホログラム記録媒体１への情報の記録および再生の動作に係る各種のサーボ動作を制御する。
【００２９】
ドライバーＩＣ７は、信号処理ＩＣ５から入力されたフォーカシング駆動信号、トラッキング駆動信号、およびスピンドル制御信号を所望の大きさに増幅し、フォーカシングアクチュエータ、トラッキングアクチュエータおよびスピンドルモータ２にそれぞれ供給する。また、トラッキング駆動信号から生成されたフィードモータ駆動信号を所望の大きさに増幅し、フィードモータ４に供給する。
【００３０】
図２は、ホログラム記録媒体１の断面構造を示す断面構造図である。図において、１００は基板であり、予め凹（凸）部が形成されている。基板１００上には、半透過膜層１０１、保護層１０２、記録層１０３、保護層１０４の順に膜が積層され、保護層１０４は基板１０５によって被覆されている。記録層１０３には、高い読み出し（再生）効率が期待でき、記録や消去の繰り返しが可能で、しかもそれによる特性の劣化がなく、また、多重記録が可能で、高い解像度が期待できるニオブ酸リチウム単結晶などが用いられる。
【００３１】
凹（凸）部の間隔Ａは、光学系にもよるが、おおよそ１００〜５００（μｍ）程度であり、凸（凹）部の間隔Ｂも光学系によるが、おおよそ０．１〜２（μｍ）程度である。凹（凸）部間の平坦な領域が情報記録領域１０６であり、凹（凸）部がサーボ情報領域１０７である。１０８および１０９はホログラム記録媒体１の主面である。ホログラム記録媒体１の外形形状は、円盤型でもカード型でもよい。
【００３２】
図３は、光ピックアップ３が備える光学系３０の概略構成を示す概略構成図である。図において、３０１は、光源となるレーザである。３０２はコリメータレンズ等のレンズであり、レーザ３０１から出射された光を平行光線にする。３０３はビームスプリッタであり、透過反射特性に応じて、レンズ３０２を透過した光を透過および反射する。３０４は偏光ビームスプリッタであり、Ｐ偏光（振動方向が入射面に平行）の光を透過させ、Ｓ偏光（振動方向が入射面に垂直）の光を反射する。
【００３３】
３０５は２分の１波長板であり、入射光の偏光面を回転させて出射する。３０６は偏向手段であり、ビームスプリッタ３０６ａおよび偏向面３０６ｂを備えている。３０７は空間光変調器であり、透過する光に対して２次元データを付加する。３０８は２分の１波長板である。３０９は複合偏光ビームスプリッタであり、偏光ビームスプリッタ３０９ａおよび３０９ｂを備えている。３１０は対物レンズ（検出光照射手段）であり、物体光および検出光を集光し、ホログラム記録媒体１に照射する。
【００３４】
３１２は、集光作用と光束の位相および振幅等を空間的にランダムにする作用とを同時に併せ持つホログラム素子（波面変換手段）である。ホログラム素子３１２の詳細に関しては後述する。３１３は、集光作用を有する集光レンズである。３１４は、再生時に再生情報が付加された参照光の反射光が有する２次元データを検出する２次元光検出アレイである。３１５は集光レンズである。３１６はシリンドリカルレンズである。３１７はサーボ用受光素子であり、物体光および参照光の位置制御に用いられる位置情報を、位置検出用の検出光の反射光に基づいて検出する。
【００３５】
３２０は、前述したフォーカシングアクチュエータおよびトラッキングアクチュエータとしての機能を有するアクチュエータである。物体光および参照光のずれは、サーボ用受光素子３１７の出力に基づいたフォーカスエラー信号およびトラックエラー信号として検出され、アクチュエータ３２０は、このフォーカスエラー信号およびトラックエラー信号に基づいたフォーカシング駆動信号およびトラッキング駆動信号に基づいて、対物レンズ３１０とホログラム素子３１２とをフォーカシング制御方向（記録面の法線方向；図３における上下方向）またはトラッキング制御方向（記録面の凹部または凸部に直交する面内方向；図３における左右方向）に一体で移動制御する。５０は物体光であり、５１は参照光であり、５２は検出光である。
【００３６】
上記の光学系３０は、物体光５０の光軸を中心として、参照光５１の軌跡が円錐を描くように回転するぺリストロフィック多重方式（後述する）による光学系である。ペリストロフィック多重方式においては、参照光５１を回転させることにより、同一の記録領域に複数の情報を多重化して記録することができる。偏向手段３０６、対物レンズ３１０、およびホログラム素子３１２は一体となって回転する（回転照射手段）。このための回転手段としては、例えばステッピングモータ等を用いることができる。
【００３７】
次に、本実施形態による物体光、参照光、および検出光の照射方法について説明する。物体光は、ホログラム記録媒体１に記録する情報が付加された光である。参照光は、情報の記録時に物体光と共にホログラム記録媒体１の情報記録領域１０６に照射されて、干渉縞を生成すると共に、情報の読み出し時にホログラム記録媒体１の情報記録領域１０６に照射されて、再生情報を含む回折光となる光である。検出光は、ホログラム記録媒体１のサーボ情報領域１０７に照射され、物体光および参照光の位置制御用の位置情報を検出するための光である。
【００３８】
レーザ３０１から出射した光（例えばＳ偏光とする）は、レンズ３０２により平行光とされ、ビームスプリッタ３０３を透過する。この光は偏光ビームスプリッタ３０４で反射され、２分の１波長板３０５によってＰ偏光に変換され、ビームスプリッタ３０６ａにおいて透過光と反射光とに分離される。ビームスプリッタ３０６ａを透過した光は、空間光変調器３０７によって２次元データが与えられ、２分の１波長板３０８をＰ偏光状態のまま透過し、偏光ビームスプリッタ３０９ａを透過し、対物レンズ３１０により、物体光５０として、ホログラム記録媒体１の情報記録領域１０６の記録層１０３近傍に集光される。ビームスプリッタ３０３の透過反射特性は、例えば透過率８０％、反射率２０％（無偏光）であり、ビームスプリッタ３０６ａの透過反射特性は、例えば透過率５０％、反射率５０％（無偏光）である。
【００３９】
また、ビームスプリッタ３０６ａによって反射された光は、偏向面３０６ｂによって反射され、ホログラム素子３１２によって、光束の位相や振幅等が空間的にランダムとなり、物体光５０が照射される情報記録領域１０６に、物体光５０と同一の主面１０８側から、参照光５１として照射される。ホログラム記録媒体１の情報記録領域１０６の記録層１０３においては、物体光５０と参照光５１とが干渉し、干渉縞が体積記録される。物体光５０の光量は、２分の１波長板３０８を光軸周りに回転することにより、任意に設定することができる。光量は、干渉縞のパターンが最も鮮明になるように選べばよい。
【００４０】
記録された情報を再生する場合には、２分の１波長板３０８を光軸周りに回転することにより、Ｓ偏光成分のみの光が２分の１波長板３０８から出射されるようにする。この光は偏光ビームスプリッタ３０９ａによって全て反射され、ホログラム記録媒体１には照射されない。これにより、Ｐ偏光の参照光５１のみが、干渉縞が記録されている情報記録領域１０６の記録層１０３に照射される。この光は記録層１０３で回折し、半透過膜層１０１において反射される。反射された光は対物レンズ３１０および偏光ビームスプリッタ３０９ａを透過する。
【００４１】
ビームスプリッタ３０６ａを透過した光は、２分の１波長板３０８によってＳ偏光に変換され、空間光変調器３０７およびビームスプリッタ３０６ａを透過する。この光は、２分の１波長板３０５によって再びＰ偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ３０４および集光レンズ３１３を透過し、２次元光検出アレイ３１４に入射する。２次元光検出アレイ３１４は、この光に基づいて、２次元データを再生する。なお、記録されたデータを再生する場合には、空間光変調器３０７は全透過状態とするか、光路から外しておくことが望ましい。
【００４２】
また、レーザ３０１から出射し、レンズ３０２によって平行光とされた光の一部はビームスプリッタ３０３で反射される。このＳ偏光の光は偏光ビームスプリッタ３０９ｂおよび３０９ａで反射され、対物レンズ３１０に入射する。対物レンズ３１０に入射する光の光軸は、光路中の反射光学部品（ビームスプリッタ３０３、偏光ビームスプリッタ３０９ｂおよび３０９ａ等）によって、物体光５０の光軸から微小角だけずれるように設定されている。対物レンズ３１０により集光された光は、ホログラム記録媒体１のサーボ情報領域１０７に、検出光５２として入射する。
【００４３】
サーボ情報領域１０７に形成された凹（凸）部によって変調された光は、半透過膜層１０１で反射され、対物レンズ３１０によって再びほぼ平行光にされる。この光は偏光ビームスプリッタ３０９ａおよび３０９ｂによって反射され、ビームスプリッタ３０３を透過する。続いて、この光は集光レンズ３１５によって集光され、シリンドリカルレンズ３１６によって非点収差を与えられ、サーボ用受光素子３１７に入射する。サーボ用受光素子３１７は、この光に基づいて、位置情報を検出する。
【００４４】
次に、本実施形態における物体光５０および参照光５１の照射位置の位置決め制御について説明する。ホログラム記録媒体１が可搬性媒体であるとすると、記録再生する装置間で、記録層１０３に照射される物体光５０および参照光５１のフォーカシング制御方向およびトラッキング制御方向の位置が定まらない。また、同一の記録装置でも、記録再生のためにホログラム記録媒体１を回転（移動）させると、面振れおよび偏芯により、記録層１０３に照射される物体光５０および参照光５１のフォーカシング制御方向およびトラッキング制御方向の位置がずれることになる。
【００４５】
これを防止するために、サーボ情報領域１０７に照射された検出光５２の反射光に基づいて、光ディスクにおいて一般的なトラック検出方式、フォーカス検出方式、およびアドレス検出方式により、トラッキング制御方向およびフォーカシング制御方向の位置ずれと、トラッキング制御方向に直交する面内方向の位置とが検出される。トラッキング制御方向は、例えばプッシュプル法、フォーカシング制御方向は非点収差法によって検出することができ、トラッキング制御方向に直交する面内方向は、サーボ情報領域１０７に構成されたアドレス情報に基づいて検出することができる。
【００４６】
サーボ用受光素子３１７によって検出された検出光５２の戻り光に基づいて、信号処理ＩＣ５によってフォーカスエラー信号およびトラックエラー信号が生成され、フォーカスエラー信号およびトラックエラー信号に基づいて、フォーカシング駆動信号およびトラッキング駆動信号が生成される。アクチュエータ３２０は、フォーカシング駆動信号およびトラッキング駆動信号に基づいて、対物レンズ３１０およびホログラム素子３１２をフォーカシング制御方向あるいはトラッキング制御方向に移動制御する。これにより、物体光５１および参照光５２を所望の位置に照射することができる。このとき、移動量が大きい場合には、２次元光検出アレイ３１４上に正確に像を結ぶために、集光レンズ３１３を光軸方向および光軸に直交する方向に移動制御する必要がある場合もある。
【００４７】
また、サーボ用受光素子３１７によって検出された検出光５２の戻り光に基づいて生成されたフォーカシング駆動信号およびトラッキング駆動信号に基づいて、光学系３０全体をフォーカシング制御方向あるいはトラッキング制御方向に移動制御してもよい。これにより、物体光５１および参照光５２を所望の位置に照射することができる。光学系３０全体を移動する場合には、２次元光検出アレイ３１４上の像がずれることはない。
【００４８】
次に、ホログラム記録媒体１に対してデータを多重化して記録する場合の多重方式について説明する。多重方式にはいくつかの種類があるが、ここではペリストロフィック多重方式およびシフト多重方式を説明する。ペリストロフィック多重方式は、ホログラム記録媒体１を頂点とする円錐面内で参照光を回転させながら、同一の記録領域に対して複数のデータを多重記録する方式である。シフト多重方式は、データを記録する領域を微小量ずつずらしていきながらデータを記録していく方式である。
【００４９】
以下、図８を用いて、ペリストロフィック多重方式を説明する。例えば、４パターンの異なる２次元データ（例えばデータａ〜データｄ）を同一箇所に記録する場合、物体光には、４種類の異なる２次元データが順次与えられる。図において、３１ａ〜３１ｄはそれぞれデータａ〜データｄに対応した物体光である。また、３２ａ〜３２ｄはそれぞれ物体光３１ａ〜３１ｄに対応した参照光である。
【００５０】
参照光３２ａ〜３２ｄは、物体光を照射するための対物レンズ１０の光軸４０とホログラム記録媒体１の記録層とが交差する点（この点を中心にして、データが干渉縞として記録される）を円錐の頂点として、円錐面に沿って回転される。データａを記録する場合には、物体光３１ａと参照光３２ａとを干渉させ、記録層に干渉縞を記録し、データｂを記録する場合には、物体光３１ｂと参照光３２ｂとを干渉させ、記録層に干渉縞を記録し、データｃを記録する場合には、物体光３１ｃと参照光３２ｃとを干渉させ、記録層に干渉縞を記録し、データｄを記録する場合には、物体光３１ｄと参照光３２ｄとを干渉させ、記録層に干渉縞を記録していけばよい。
【００５１】
データの再生を行う場合には、データ記録位置に参照光３２ａを照射すれば、データａに対応する回折光が得られ、２次元光検出器等でその光を電気信号に変換すれば、元の２次元データが得られる。以下同様に、データ記録時に用いた参照光を記録層に照射することにより、それぞれのデータに対応した回折光が得られる。
【００５２】
以下の［数１］はペリストロフィック多重におけるブラッグ角を表す式である。［数１］において、Lはホログラム記録媒体１の記録層の厚みであり、λは光の波長であり、θｒはホログラム記録媒体１への参照光の入射角であり、θｓはホログラム記録媒体１への物体光の入射角である。例えば、Ｌ＝２００（μｍ）、λ＝５００（ｎｍ）、θｒ＝５０（ｄｅｇ）、θｓ＝０（ｄｅｇ）とすれば、Δψ〜５．３（ｄｅｇ）となる。この条件の場合は、参照光を光軸４０の周りに６°おきに回転し、同一領域に６０（３６０／６）多重が可能となる。
【００５３】
【数１】
2005251291.tif 000003
【００５４】
以下、図９を用いてシフト多重方式を説明する。シフト多重方式は、データを記録する領域を微小量ずつずらしていきながらデータを記録していく方式である。シフト多重を行うには、参照光を球面波とするか、参照波の位相、振幅、あるいは進行方向等を空間的にランダムとする必要がある。なお、シフト多重方式においてデータが記録された各領域は他の領域と重なりを持つものとする。
【００５５】
ある領域に物体光３３ａ（データａに対応した物体光）を照射し、物体光３３ａと参照光３４ａとを干渉させ、ホログラム３５ａを記録する。続いて、記録する位置を微少量だけずらしてから、物体光３３ｂ（データｂに対応した物体光）を照射し、物体光３３ｂと参照光３４ｂとを干渉させ、ホログラム３５ｂを記録する。以下、順次記録位置をずらしながらデータを多重記録していく。データの再生を行う場合には、記録したホログラム３５ａの位置に参照光３４ａを照射すれば、参照光３４ａによってその位置に記録されたホログラム３５ａからのみ回折光を得ることができ、データａの２次元データを再生することができる。
【００５６】
以上の２種類の多重方式であるペリストロフィック多重方式とシフト多重方式とを組み合わせて記録することにより、膨大な多重記録が可能となり、大容量のデータ記録を行うことができる記録再生装置を実現することができる。なお、シフト多重方式によるデータ記録を行う場合には、例えば、前述したトラッキングアクチュエータ等により物体光および参照光のスポットを記録面の面内方向にシフトさせればよい。
【００５７】
次に、参照光を非平面波にする手法について説明する。シフト多重を行うためには、参照光の波面を、光束中において完全にランダムなものとするか、球面波とする必要がある。これは、物体光および参照光のシフト前後において参照光の波面に相関があると、シフト前後で重なった領域に記録されたデータが同時に再生されてしまうからである。
【００５８】
以下、参照光を非平面波にする手法を、図４〜図７を参照しながら説明する。図４は、参照光の位相、振幅、および進行方向を空間的にランダムに変換する手段の一例を示している。図において、３２１は上記の機能を有する波面変換素子である。波面変換素子３２１の、物体光および参照光が照射される領域３２１ａには、波面を変換するための構造が形成されている。
【００５９】
領域３２１ａに不規則に配置された黒Ｂ、灰Ｇ、白Ｗの各領域は、光学的に厚みの異なる領域を表している。この領域３２１ａを透過（反射）した光は空間的に位相がランダムな光に変換される。あるいは、黒Ｂ、灰Ｇ、白Ｗの各領域は、透過率（反射率）が異なる領域を表している。この領域を透過（反射）した光は空間的に振幅（強度）がランダムな光に変換される。あるいは、黒Ｂ、灰Ｇ、白Ｗの各領域は、透過（反射）した光に対して、入射角（反射角）が異なるように形成された領域を表している。この領域を透過（反射）した光は空間的に進行方向がランダムな光に変換される。
【００６０】
この例においては、黒、灰、白の３段階でそれぞれの例を説明したが、この段階が多く、各領域が小さい方が光の位相や振幅等のランダム度が上がるため、多重記録によって生じる再生時のクロストークは小さくなる。
【００６１】
図５は、ホログラムを用いることにより、参照光の位相、振幅（強度）、または進行方向を空間的にランダムに変換する、あるいは参照光を平面波から球面波に変換する一例を示している。図５において６２は、上述した波面変換素子３２１を透過（反射）した光、あるいはレンズを透過した光の光束である。この光束６２は位相、振幅（強度）、または進行方向が空間的にランダムに変換された光または球面波の光である。この光束６２を物体光として参照光６１と干渉させることによって生じた干渉縞を記録し、図３におけるホログラム素子３１２にホログラム６３を作製する。このホログラム６３に対して、図６に示されるように参照光６４を照射すると、光束６２と等価で進行方向が反対の光束６５が発生する（位相共役再生）。
【００６２】
ホログラムの機能を複合化するためには、物体光の位相および振幅（強度）を空間的にランダムに変換する光学素子およびレンズを透過（反射）した光束６２を用いる。この光束６２と参照光６１とを干渉させることによって生じた干渉縞を記録し、ホログラム６３を作製する。ホログラム６３に参照光６４を照射すれば、光束６２と等価で進行方向が反対である、複合されたランダムな光束６５が発生する（位相共役再生）。ホログラム素子３１２を量産する場合には、ホログラムパタンを型に転写し、それをさらにガラスや樹脂等に転写することにより、安価に再現性よく量産することができる。
【００６３】
なお、上述した実施形態においては、物体光および参照光がホログラム記録媒体１の同一の主面側から照射されるようになっているが、両者がそれぞれ異なる主面側から照射されるようにしてもよい。
【００６４】
なお、図３における偏向手段３０６はプリズムである必要はなく、図７に示されるように、平板ミラー３０６ｃおよび３０６ｄを対向させ、一体にホルダで保持したものでもよい。
【００６５】
以上で説明したように、本実施形態によれば、検出光によって位置情報を検出し、その位置情報に基づいて、記録媒体に対する物体光および参照光の照射位置を制御することにより、異なる記録再生装置あるいは記録媒体の間に面振れや偏芯等があっても、記録面への最適な照射光の状態で、適正な記録位置に情報を記録したり再生したりすることができる。また、検出光を記録領域に照射せず、制御領域に照射するので、高品質の記録および再生を行うことができる。さらに、記録媒体の移動速度に関わりなくサーボ信号の検出を行うことができ、装置を大型化することなくデータの多重記録を行うことができる。
【００６６】
また、参照光を物体光の光軸周りに回転する手段を備えたことにより、ペリストロフィック多重方式によるデータ記録および再生を行うことができる。さらに、参照光の波面を非平面波に変換する波面変換手段（ホログラム素子３１２）を備えたことにより、シフト多重方式によるデータ記録および再生を行うことができる。したがって、大容量データを記録および再生する光学系を実現することができる。
【００６７】
また、物体光の位置検出用の検出光を、物体光を集光する対物レンズと同一の対物レンズにより集光することにより、装置の小型化およびコストダウンを図ることができる。さらに、同一の対物レンズに入射する物体光の光軸と検出光の光軸を非平行にすることにより、記録面において、物体光と検出光とを異なる領域に照射することができる。さらに、物体光、参照光、および検出光の光源として同一の光源を用いることにより、装置の小型化およびコストダウンを図ることができる。
【００６８】
また、本実施形態における物体光および参照光はＰ偏光であり、検出光はＳ偏光である。このように、物体光および参照光と検出光との偏光方向を直交させることにより、情報の記録時に、検出光が物体光のノイズとなることがない。さらに、偏光光学素子により再生光と検出光とを分離することができるので、再生時に再生光のノイズ成分となる検出光をカットすることができる。
【００６９】
また、記録媒体のサーボ情報領域に凹部または凸部を設けることにより、検出光がその領域に照射された場合に、光が回折され、プッシュプル信号の検出が可能となり、トラッキング制御方向の位置ずれを検出することができる。
【００７０】
また、対物レンズと波面変換手段とを一体でフォーカシング制御方向に移動制御することにより、記録媒体の記録面に垂直な方向において、物体光と参照光とを最適な位置に制御することができる。さらに、対物レンズと波面変換手段とを一体でトラッキング制御方向に移動制御することにより、記録媒体の記録面に平行な方向において、物体光と参照光とを最適な位置に制御することができる。
【００７１】
また、対物レンズ、回転照射手段、および波面変換手段等を含む光学系全体を一体でフォーカシング制御方向に移動制御することにより、記録媒体の記録面に垂直な方向において、物体光と参照光とを最適な位置に制御することができる。この場合、この制御に伴って２次元光検出器上の像がぼけることはない。さらに、対物レンズ、回転照射手段、および波面変換手段を含む光学系全体を一体でトラッキング制御方向に移動制御することにより、記録媒体の記録面に平行な方向において、物体光と参照光とを最適な位置に制御することができる。この場合、この制御に伴って２次元光検出器上の像がずれることはない。
【００７２】
また、ペリストロフィック多重方式とシフト多重方式とを組み合わせてデータを多重記録することにより、データの記録容量の大容量化を図ることができる。
【００７３】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施形態による記録再生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】同実施形態におけるホログラム記録媒体１の断面構造を示す断面構造図である。
【図３】同実施形態による光ピックアップ３が備える光学系３０の概略構成を示す概略構成図である。
【図４】同実施形態において、参照光の位相、振幅、および進行方向を空間的にランダムに変換する手段の一例を示す参考図である。
【図５】同実施形態において、参照光の位相、振幅、または進行方向を空間的にランダムに変換するホログラム６３の作製方法を示す参考図である。
【図６】同実施形態において、参照光の位相、振幅、または進行方向が空間的にランダムなランダム光６５の発生方法を示す参考図である。
【図７】同実施形態による偏向手段３０６の他の構成例を示す概略構成図である。
【図８】ペリストロフィック多重方式によるデータ記録の原理を説明するための参考図である。
【図９】シフト多重方式によるデータ記録の原理を説明するための参考図である。
【符号の説明】
【００７５】
１・・・ホログラム記録媒体、２・・・スピンドルモータ、３・・・光ピックアップ、４・・・フィードモータ、５・・・信号処理ＩＣ、６・・・ＣＰＵ、７・・・ドライバーＩＣ、３０・・・光学系、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ，３１ｄ，３３ａ，３３ｂ，５０・・・物体光、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３２ｄ，３４ａ，３４ｂ，５１，６１，６４・・・参照光、３５ａ，３５ｂ，６３・・・ホログラム、４０・・・光軸、５２・・・検出光、６２，６５・・・光束、１００，１０５・・・基板、１０１・・・透過膜層、１０２，１０４・・・保護層、１０３・・・記録層、１０６・・・情報記録領域、１０７・・・サーボ情報領域、１０８，１０９・・・主面、３０１・・・レーザ、３０２・・・レンズ、３０３，３０６ａ・・・ビームスプリッタ、３０４，３０９ａ，３０９ｂ・・・偏光ビームスプリッタ、３０５，３０８・・・２分の１波長板、３０６・・・偏向手段、３０６ｂ・・・偏向面、３０６ｃ，３０６ｄ・・・平板ミラー、３０７・・・空間光変調器、３０９・・・複合偏光ビームスプリッタ、３１０・・・対物レンズ、３１２・・・ホログラム素子、３１３，３１５・・・集光レンズ、３１４・・・２次元光検出アレイ、３１６・・・シリンドリカルレンズ、３１７・・・サーボ用受光素子、３２０・・・アクチュエータ、３２１・・・波面変換素子、３２１ａ・・・領域。
【図１】
2005251291.tif 000004
【図２】
2005251291.tif 000005
【図３】
2005251291.tif 000006
【図４】
2005251291.tif 000007
【図５】
2005251291.tif 000008
【図６】
2005251291.tif 000009
【図７】
2005251291.tif 000010
【図８】
2005251291.tif 000011
【図９】
2005251291.tif 000012