(57)【要約】【課題】  簡便にホログラム記録媒体への多重記録、再生を行うこと。【解決手段】  ホログラム記録装置が、光変調素子で変調された信号光および位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御機構とを備える。位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御することで、ホログラム記録媒体への多重記録を行える。通常の位相相関多重方式ではホログラム記録媒体の表面方向に集光箇所をシフトすることで多重記録を行っているのに対して、このような表面方向でのシフトを要することなく多重記録が可能となる。ホログラム記録媒体の表面方向へのシフトを行うことで、更に記憶容量の増大を図ることが可能であり、このときには、通常の位相相関多重の場合よりも、シフト量に余裕を持たせることができる。【選択図】  図１
2005293630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記光分岐素子で分岐された参照光を位相変調する位相変調素子と、
前記光変調素子で変調された信号光および前記位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、
前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御機構と、
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
【請求項２】
前記光学系が、前記信号光、前記参照光の双方を前記ホログラム記録媒体に集光する対物レンズを有する
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項３】
前記光学系が、前記信号光、前記参照光の一方のみを通過させるレンズを有する
ことを特徴とする請求項２記載のホログラム記録装置。
【請求項４】
前記光学系が、前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する第１の対物レンズと、前記参照光を前記ホログラム記録媒体に集光する第２の対物レンズと、を有する
ことを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
【請求項５】
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参照光として位相変調する位相変調素子と、
前記位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光する光学系と、
前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御機構と、
を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
【請求項６】
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ステップと、
前記光分岐ステップで分岐された信号光を光変調素子で変調する光変調ステップと、
前記光分岐ステップで分岐された参照光を位相変調素子で位相変調する位相変調ステップと、
前記光変調ステップで変調された信号光および前記位相変調ステップで位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する集光ステップと、
前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御ステップと、
を具備することを特徴とするホログラム記録方法。
【請求項７】
レーザ光源から出射されたレーザ光を参照光として位相変調素子で位相変調する位相変調ステップと、
前記位相変調ステップで位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光する集光ステップと、
前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御ステップと、
を具備することを特徴とするホログラム再生方法。
【請求項８】
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ステップと、
前記光分岐ステップで分岐された信号光を光変調素子で変調する光変調ステップと、
前記光分岐ステップで分岐された参照光を位相変調素子で位相変調する位相変調ステップと、
前記光変調ステップで変調された信号光および前記位相変調ステップで位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する集光ステップと、
前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御ステップと、
を有するホログラム記録方法によってデータが記録されていることを特徴とするホログラム記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホログラムを用いて記録を行うホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法、ホログラム再生方法、およびホログラム記録媒体に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
ホログラム記録装置では、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。
【０００３】
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ことも可能である。これは、いわゆる多重記録（角度多重）であり、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可能である。
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。）。
【特許文献１】特開平１１−２４２４２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、位相相関多重ではホログラム記録媒体の表面方向に集光箇所をシフトすることで多重記録を行っており、記録容量の増大を図るには、このシフト量を微少量として精密に制御する必要がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、簡便にホログラム記録媒体への多重記録、再生を行えるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法、ホログラム再生方法、およびホログラム記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
Ａ．本発明に係るホログラム記録装置は、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、前記光分岐素子で分岐された参照光を位相変調する位相変調素子と、前記光変調素子で変調された信号光および前記位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御機構と、を具備することを特徴とする。
【０００６】
位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御することで、ホログラム記録媒体への多重記録を行える。通常の位相相関多重方式ではホログラム記録媒体の表面方向に集光箇所をシフトすることで多重記録を行っているのに対して、表面方向でのシフトを要することなく多重記録が可能となる。
なお、通常の位相相関多重方式と同様にホログラム記録媒体の表面方向へのシフトを行うことで、更に記憶容量の増大を図ることが可能である。このときには、通常の位相相関多重の場合よりも、シフト量に余裕を持たせることができる。
【０００７】
（１）前記光学系が、前記信号光、前記参照光の双方を前記ホログラム記録媒体に集光する対物レンズを有してもよい。
単一の対物レンズで信号光および参照光の焦点調整が行えるため、フォーカス制御が容易である。
【０００８】
ここで、前記光学系が、前記信号光、前記参照光の一方のみを通過させるレンズを有してもよい。
信号光と参照光の焦点の深さを異ならせることが容易に行える。
【０００９】
（２）前記光学系が、前記信号光を前記ホログラム記録媒体に集光する第１の対物レンズと、前記参照光を前記ホログラム記録媒体に集光する第２の対物レンズと、を有してもよい。
第１、第２の対物レンズそれぞれで信号光、参照光を集光することから、光学系の構成が容易になる。
【００１０】
Ｂ．本発明に係るログラム再生装置は、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参照光として位相変調する位相変調素子と、前記位相変調素子で位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光する光学系と、前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御機構と、を具備することを特徴とする。
【００１１】
位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御することで、ホログラム記録媒体への多重記録を再生できる。通常の位相相関多重方式ではホログラム記録媒体の表面方向に集光箇所をシフトすることで多重記録を再生するのに対して、表面方向でのシフトを要することなく多重記録の再生が可能となる。
【００１２】
Ｃ．本発明に係るホログラム記録方法は、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ステップと、前記光分岐ステップで分岐された信号光を光変調素子で変調する光変調ステップと、前記光分岐ステップで分岐された参照光を位相変調素子で位相変調する位相変調ステップと、前記光変調ステップで変調された信号光および前記位相変調ステップで位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する集光ステップと、前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御ステップと、を具備することを特徴とする。
【００１３】
位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御することで、ホログラム記録媒体への多重記録を行える。通常の位相相関多重方式ではホログラム記録媒体の表面方向に集光箇所をシフトすることで多重記録を行っているのに対して、表面方向でのシフトを要することなく多重記録が可能となる。
【００１４】
Ｄ．本発明に係るホログラム再生方法は、レーザ光源から出射されたレーザ光を参照光として位相変調素子で位相変調する位相変調ステップと、前記位相変調ステップで位相変調された参照光をホログラム記録媒体に集光する集光ステップと、前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御ステップと、を具備することを特徴とする。
【００１５】
位相変調素子とホログラム記録媒体との距離を制御することで、ホログラム記録媒体への多重記録を再生できる。通常の位相相関多重方式ではホログラム記録媒体の表面方向に集光箇所をシフトすることで多重記録を再生するのに対して、表面方向でのシフトを要することなく多重記録の再生が可能となる。
【００１６】
Ｅ．本発明に係るホログラム記録媒体は、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ステップと、前記光分岐ステップで分岐された信号光を光変調素子で変調する光変調ステップと、前記光分岐ステップで分岐された参照光を位相変調素子で位相変調する位相変調ステップと、前記光変調ステップで変調された信号光および前記位相変調ステップで位相変調された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する集光ステップと、前記位相変調素子と前記ホログラム記録媒体との距離を制御する距離制御ステップと、を有するホログラム記録方法によってデータが記録されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、簡便にホログラム記録媒体への多重記録、再生を行えるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法、ホログラム再生方法、およびホログラム記録媒体を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の光学ユニット１００を表す模式図である。また、図２は光学ユニット１００の一部を拡大した状態を表す模式図である。なお、図２では、内容の判りやすさのための、光学素子の一部の図示を省略している。
【００１９】
図１、２に示すように、ホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体１０１への情報の記録、再生を行うものであり、光学ユニット１００を備える。
光学ユニット１００は、記録再生用光源１１１，コリメートレンズ１１２，偏光ビームスプリッタ１１３，ミラー１２１，ピンホール１２２，空間光変調器１２３，ミラー１２４，ダイクロイックミラー１２５，凹レンズ１２６，対物レンズ１２７，ファラデー素子１３１、１３２，偏光ビームスプリッタ１３３，撮像素子１３４，ミラー１４１，遮蔽板１４２，位相変調素子１４３，サーボ用光源１５１，コリメートレンズ１５２，グレーティング１５３，ビームスプリッタ１５４，集光用レンズ１５５，シリンドリカルレンズ１５６，受光素子１５７，サーボ用駆動ユニット１５８を有する。
【００２０】
ホログラム記録媒体１０１は、保護層１０２，記録層１０３，グルーブ１０４，反射層１０５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。
保護層１０２は、記録層１０３を外界から保護するための層である。
記録層１０３は、この干渉縞を屈折率（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。
【００２１】
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。そして、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１０３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１０１に記録できる。
【００２２】
ホログラム記録媒体１０１は、図示しない駆動手段で移動、または回転され、空間光変調器１２３の像を多数のホログラムとして記録することができる。
ホログラム記録媒体１０１が移動することから、ホログラム記録媒体１０１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。
グルーブ１０４は、ホログラム記録媒体１０１へのトラッキング、フォーカス等のサーボ制御を行うために設けられる。即ち、ホログラム記録媒体１０１のトラックに沿ってグルーブ１０４が形成され、信号光の集光位置、集光深さをグルーブ１０４と対応するように制御することで、トラッキングサーボ、およびフォーカスサーボが行われる。
【００２３】
記録再生用光源１１１は、レーザ光源であり、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レーザーを用いることができる。
コリメートレンズ１１２は、記録再生用光源１１１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。
偏光ビームスプリッタ１１３は、コリメートレンズ１１２から入射した平行光を信号光と参照光に分割する光学素子である。偏光ビームスプリッタ１１３からは、ミラー１２１に向かうs波の信号光とミラー１４１に向かうp波の参照光が出射される。
【００２４】
ミラー１２１、１２４、１４１は、入射光を反射してその方向を変更する光学素子である。
ピンホール１２２は、信号光のビーム径を絞る光学素子である。
空間光変調器１２３は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器１２３は、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。なお、空間光変調器に反射型の素子であるDMD (Digital micro mirror) や反射型液晶、GLV (Grating Light Value)素子を用いることが可能である。
【００２５】
ダイクロイックミラー１２５は、記録再生に用いる光（記録再生用光源１１１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源１５１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１２５は、記録再生用光源１１１とサーボ用光源１５１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１１１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源１５１からのサーボ光を反射する。ダイクロイックミラー１２５は記録再生用の光は全透過し、サーボ用に用いる光は全反射するような薄膜処理がその表面に施されている。
凹レンズ１２６は、信号光の収束性を参照光と異ならせるためのレンズである。信号光のみが凹レンズ１２６を通過することで、信号光と参照光のホログラム記録媒体１０１での集光深さが異なってくる。
対物レンズ１２７は、信号光および参照光の双方をホログラム記録媒体１０１に集光するための光学素子である。
【００２６】
ファラデー素子１３１、１３２は、偏光面を回転するための光学素子である。ファラデー素子１３１に入射したｓ偏光は偏光面が４５°回転され、ファラデー素子１３２で元のｓ偏光に戻される。
偏光ビームスプリッタ１３３は、ファラデー素子１３１から入射した偏光を透過し、ホログラム記録媒体１０１で反射されてファラデー素子１３２から戻ってきた戻り光（再生光）を反射するための光学素子である。これは、ファラデー素子１３１、１３２、と偏光ビームスプリッタ１３３との組み合わせにより実現される。
撮像素子１３４は、再生光の画像を入力するための素子である。例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）素子を用いることができる。
【００２７】
遮蔽板１４２は、参照光の一部を遮蔽して、記録光と重ならないようにするための光学素子である。
位相変調素子１４３は、参照光にランダム位相またはある一定の位相パターンを持たせるための光学素子であり、位相マスクといってもよい。位相変調素子１４３には、すりガラスやデフューザ、空間位相変調器を用いても良い。また、位相パターンを記録したホログラム素子を用いることも可能である。ホログラム素子からの再生によって位相パターンを有する光が発生する。
【００２８】
サーボ用光源１５１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１１１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源１５１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１０１に対して感度が小さい、例えば、６５０ｎｍを使用する。
コリメートレンズ１５２は、サーボ用光源１５１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。
グレーティング１５３は、コリメートレンズ１５２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。
【００２９】
ビームスプリッタ１５４は、グレーティング１５３から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録媒体１０１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１５５は、ビームスプリッタ１５４からの戻り光を受光素子１５７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１５６は、集光用レンズ１５５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１５７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である。
サーボ用駆動ユニット１５８は、受光素子１５７の出力から生成されたトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号により対物レンズ１２７を駆動し、トラッキング制御およびフォーカス制御を行うための駆動機構であり、駆動用のコイル１６１，１６２を有する。
【００３０】
（ホログラム記録装置の動作）
以下、ホログラム記録装置の動作の概要を説明する。
Ａ．記録時
記録時におけるホログラム記録装置の動作の概要を説明する。
記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光がコリメートレンズ１１２によって平行光になり偏光ビームスプリッタ１１３によってs波の信号光とp波の参照光とに分割される。
【００３１】
信号光はミラー１２１によって反射され,ピンホール１２２によって所望のビーム径にされ、空間光変調器１２３によって空間的に強度変調される。空間光変調器１２３で光変調されたレーザ光はファラデー素子１３１、偏光ビームスプリッタ１３３，ファラデー素子１３２を通過し、ミラー１２４によって反射され、ホログラム記録媒体１０１上での焦点を調節する凹レンズ１２６を通過する。
【００３２】
また偏光ビームスプリッタ１１３を透過した参照光はミラー１４１で反射され、遮蔽板１４２によってビームの中心部分のみが遮断され所望のビームの形にされる。このため、ミラー１２４では反射されず信号光と同一の光路となる。
対物レンズ１２７が記録光と参照光とをホログラム記録媒体１０１上の略同一の箇所に集光することで、ホログラム記録媒体１０１上に干渉縞が形成される。この結果、空間光変調器１２３によって空間変調された情報をホログラム記録媒体１０１上にホログラムとして記録される。
【００３３】
ここでホログラム記録媒体１０１またはユニット１００全体を平面的に移動（シフト）させ、信号光および参照光を略同一の箇所に入射させることで、空間変調によるデータをホログラムとしてホログラム記録媒体１０１に記録する。なお、このときに必要な移動量（シフト量）は位相変調素子１４３の位相パターンのピッチに依存する。
また、位相変調素子１４３またはユニット１００全体をホログラム記録媒体１０１の表面に垂直な方向（奥行き方向）に移動（シフト）させ、信号光および参照光を入射させることで、空間変調によるデータを記録する。
なお、受光素子１５７からの出力信号から生成されたサーボ信号に基づきサーボ用駆動ユニット１５８が動作することで、トラッキングおよびフォーカスのずれが解消される。この詳細は後述する、
【００３４】
Ｂ．再生時
再生時におけるホログラム記録装置の動作の概要を説明する。
再生時には信号光を遮断し、参照光のみをホログラム記録媒体１０１に入射させる。
記録再生用光源１１１から出射し、偏光ビームスプリッタ１１３を透過した参照光がミラー１４１によって反射され、遮蔽板１４２によってビームの中心部分のみが遮断される。その後、参照光はダイクロイックミラー１２５を通過し、位相変調素子１４３によって記録時と同様の位相パターンを有する参照光となりホログラム記録媒体１０１に入射する。
【００３５】
記録時と同じ位相パターンを持った参照光がホログラム記録媒体１０１に入射することにより、ホログラム記録媒体１０１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。
発生した再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ１２７、凹レンズ１２６，ダイクロイックミラー１２５を透過して、ミラー１２４で反射される。
ミラー１２４で反射された再生光は、ファラデー素子１３２によって偏光方向が回転される。その結果、ファラデー素子１３２を出射した再生光は、偏光ビームスプリッタ１３３で反射され、撮像素子１３４によって空間光変調器１２３での空間的な2次元データに対応する電気信号に変換される。撮像素子１３４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値化データに変換される。
【００３６】
ここでホログラム記録媒体１０１またはユニット１００全体を平面的に移動（シフト）させ、ホログラム記録媒体１０１上で再生したい場所に参照光を入射させることによって所望のデータが再生される。
また、位相変調素子１４３またはユニット１００全体をホログラム記録媒体１０１の表面に垂直な方向（奥行き方向）に移動（シフト）させることで奥行き方向に多重化されたデータを取り出すことができる。
【００３７】
［位相変調素子１４３によるホログラムの記録］
図３は、ホログラム記録装置により記録・再生されるホログラムを表す模式図である。
図３に示すように、空間光変調器１２３により空間的に変調された信号光と、位相変調素子１４３によってランダムな位相パターン又はある一定の規則性を持った位相パターンが付与された参照光とが干渉することで、ホログラム記録媒体１０１上にホログラムが記録される。記録時と一致する位相パターンを有する参照光をホログラム記録媒体１０１上に照射することで記録したホログラムが再生される（位相相関多重方式）。
【００３８】
ここで、ホログラム記録媒体１０１またはユニット１００のいずれかまたは双方をホログラム記録媒体１０１の表面に沿ってシフトさせることで多重記録を行うことができる。このとき、参照光が位相パターンを有することから、このシフト量は微少で良い。
また、ホログラム記録媒体１０１と位相変調素子１４３の相対的な距離を変えることによって厚さ方向（表面に垂直な方向）の位相パターンを変えることができる。このため、ホログラム記録媒体１０１の厚さ方向への多重記録・再生が可能となる。
【００３９】
多重記録する方向の順序は適宜に選択することが可能である。ホログラム記録媒体１０１の表面方向での多重記録の後に厚さ方向への多重記録することができる。この逆に、ホログラム記録媒体１０１の厚さ方向での多重記録の後に表面方向への多重記録することもできる。
【００４０】
［焦点位置］
図１，２，では、凹レンズ１２６に信号光のみを通すことで、信号光の焦点をグルーブ１０４に、参照光の焦点をグルーブ１０４の手前に合わせている。
図４は、このときの干渉の状態を表す模式図である。
信号光、参照光の干渉によってホログラムが記録される。このとき生成されるホログラムは透過型格子である。再生時にも参照光によって回折光が再生され、その光が反射層１０５によって反射され、再生光として取り出される。
【００４１】
図５は、凹レンズ１２６に換えて凸レンズ１２６ａを用いることで、信号光の焦点をグルーブ１０４の手前に、参照光の焦点をグルーブ１０４に合わせたときの干渉の状態を表す模式図である。
このときには参照光が反射層１０５で反射した成分と信号光との干渉によってホログラムが記録され、再生時と同様に参照光の反射成分から回折光が発生する。
この他にも、信号光と参照光の両方ともグルーブ１０４の手前に焦点を合わせたり、両方ともグルーブ１０４の後に焦点を合わせたりするなどの組み合わせが考えられる。
図１，２では参照光を信号光の手前に結ばせるために信号光に凹レンズ１２６を入れているが、これに換えて参照光側に凸レンズを入れてもよい。また、図５では信号光に凸レンズ１２６ａを入れているが、これに換えて参照光に凹レンズを入れることもできる。
【００４２】
[参照光の形状について]
図６は、図１，２における参照光の形状を表す模式図である。信号光の回りを囲うように参照光が入射されている。
これに換えて、図７のように信号光に対して両脇から参照光を2本入射させることができる。また両脇からではなく片方のみから参照光を入射させることもできる。参照光が３本や４本であっても良い。
【００４３】
[サーボ機構について]
以下、ホログラム記録装置のサーボ動作について説明する。
サーボ用光源１５１から出射したレーザービーム（サーボ用ビーム）は、コリメートレンズ１５２で平行光とされ、グレーティング１５３で複数に分けられ、ビームスプリッタ１５４に入射する。サーボ用ビームはビームスプリッタ１５４を通過し、ダイクロイックミラー１２５で反射される。ダイクロイックミラー１２５で反射されたサーボ用ビームは対物レンズ１２７で絞られてホログラム記録媒体１０１に照射される。
【００４４】
ホログラム記録媒体１０１の反射層１０５で反射されたサーボ用ビームは対物レンズ１２７を通り、ダイクロイックミラー１２５で反射されてビームスプリッタ１５４に入射する。このサーボ用ビームは、ビームスプリッタ１５４で反射され、集光用レンズ１５５で絞られた後にシリンドリカルレンズ１５６で非点収差を発生させて受光素子（フォトディテクタ）１５７に入射する。
【００４５】
図８は、ホログラム記録媒体１０１に照射されるサーボ用ビームとグルーブ１０４との関係を表す模式図である。
本図に示すように、サーボ用ビームは、グレーティング１５３で分割され、センタービームＣ、およびこれを挟む複数のビームＳ１〜Ｓ４としてグルーブ１０４に照射される。グレーティング１５３は、２枚で構成され、１枚でＳ１とＳ２を、もう１枚でＳ３とＳ４のビームを生成する。
これらのサーボ用ビームＳ１〜Ｓ４は、例えばグルーブ１０４に半分だけかかるように傾けて配置される。ビームＳ１、Ｓ２とビームＳ３、Ｓ４は互いに反対方向に傾けられる。
なお、サーボ用ビームの位置は記録再生用ビームの中央に配置する必要はなく、どこにあっても良い。
【００４６】
図９は、受光素子１５７の構成の詳細を表す模式図である。本図に示すように、受光素子１５７は、８つの素子Ａ〜Ｈで構成される。素子Ｇ上にビームＳ３が、素子Ｅ上にビームＳ１が、素子Ａ〜Ｄ上にビームＣが、素子Ｆ上にビームＳ２が、素子Ｈ上にビームＳ４が入射する。
フォーカスサーボエラー信号とトラッキングサーボエラー信号は、８つの素子Ａ〜Ｈの出力ＰＡ〜ＰＨより以下の演算により生成される。
フォーカスエラー信号（Focus error）：(ＰA+ＰC)-(ＰB+ＰD)
トラッキングエラー信号（Tracking error）：ＰE-ＰF
これらのエラー信号に基づいて、サーボ用駆動ユニット１５８のコイル１６１，１６２が対物レンズ１２７を駆動することで、フォーカスサーボ、トラッキングサーボが行われる。
【００４７】
図１０は、図１，２に示す光学ユニット１００を駆動する駆動機構を表す模式図である。
本図に示すように、光学ユニット１００は、送りステージ１７０の上に配置され、片方の端にギヤ１７１が取り付けられている。送りステージ１７０上の他方にはモーター１７２とその回転を減速するギヤ１７３が取り付けられており、モーター１７２とギヤ１７３とギヤ１７１が噛み合い光学ユニット１００が対物レンズ１２７を通る光軸１７４を中心として回転される。
送りステージ１７０にはシャフト１７５が取り付けられており、ホログラム記録媒体１０１の内外周方向（矢印１７６の方向）への移動がモーター（図示せず）で可能なようにされている。これら光学ユニット１００の上にホログラム記録媒体１０１が配置され、スピンドルモーター（図示せず）によって回転させられる。
その結果、ホログラム記録媒体１０１上の適宜の位置でホログラムを記録、再生できる。
【００４８】
[位相変調素子（デフューザ）１４３の位置制御]
ホログラム記録媒体１０１に対する位相変調素子１４３の位置制御機構につき説明する。
図１１は、位相変調素子１４３の位置制御機構を表す模式図である。
光学ユニット１００ａに対物レンズ１２７と位相変調素子１４３とを有する対物レンズユニット１８１が配置される。光学ユニット１００ａの両側にコイル１８２が取り付けられ、サスペンション１８３でキャリッジ１８４に取り付けられている。
コイル１８２の対抗側にはキャリッジ１８４に取り付けられたマグネット１８５が配置される。
コイル１８２に電流を流すと、マグネット１８５からの磁界により電磁力が生じ、光学ユニット１００ａが上下方向に移動する。
ホログラム記録媒体１０１は回転しているため面ぶれ等により対物レンズ１２７との距離が変化する。このため、フォーカスエラー信号に基づきコイル１８２に電流を流して、光学ユニット１００ａ全体を上下方向に動かして、フォーカスサーボをかける。
【００４９】
図１２は、対物レンズユニット１８１の内部構成を表す模式図である。
対物レンズ１２７がホルダ１９１に取り付けられ、光学ユニット１００ａの筐体に固定されている。対物レンズ１２７の下にはホルダ１９３に位相変調素子１４３が取り付けられ、その両側にコイル１９４と、片方のコイル１９４の上に反射板１９５が取り付けられている。
ホルダ１９３はサスペンション１９６により対物レンズユニット１８１の筐体に取り付けられ、位相変調素子１４３が上下方向に移動できる。又、コイル１９４の対抗側にはマグネット１９７が光学ユニット１００ａの筐体に取り付けられている。反射板１９５の上部には位置検出器１９８が取り付けられており、対物レンズ１２７に対する位相変調素子１４３の上下方向の位置が検出できる。
【００５０】
図１３は、位置検出器１９８の詳細な構成を表す模式図である。
位置検出器１９８は、ＬＥＤ２０１と位置検出素子２０２が同一のパッケージに入って構成される。ＬＥＤ２０１から出射された光が反射板１９５で反射されて位置検出素子２０２に入射する。
図１４は、位置検出器１９８の特性を表すグラフである。
本図に示すように、位置検出器１９８から出力される出力電圧は、位置検出器１９８と反射板１９５との距離に対してリニアに変化する。
【００５１】
図１５は、位相変調素子１４３の位置を制御する制御系を表すブロック図である。
例えば、位相変調素子１４３と対物レンズ１２７の距離がＰ１の位置にあり、ここからＰ２に移動する場合、位置検出器１９８からの出力電圧Ｖ１が誤差増幅器２１１の入力端子に入力される。
誤差増幅器２１１のもう一方の入力端子には目標値の電圧Ｖ２が入力され、ここでＶ２とＶ１の誤差が増幅される。この出力は次のループフィルタ２１２でサーボ系として最適な特性とされコイル駆動回路２１３によりコイル１９４に電流を流す。
【００５２】
コイル１９４の電流とマグネット１９７の磁界によりコイル１９４側に電磁力が働き、例えば誤差増幅器２１１の出力電圧の極性が正ならばコイル１９４に正極性の電流が流れ、位相変調素子１４３は遠ざかる方向に動く。それに伴って位置検出器１９８の出力電圧は目標電圧Ｖ２に近づいて行くため、誤差増幅器２１１の出力電圧が減少して行き、Ｐ２の位置で停止する。
位相変調素子１４３と対物レンズ１２７の距離がＰ４の位置にあり、ここからＰ３に移動する場合は、誤差増幅器２１１の出力電圧の極性が負となるので、コイル１９４には負極性の電流が流れ、位相変調素子１４３は対物レンズ１２７に近づく方向に動く。それに伴って位置検出器１９８の出力はＶ３に近づいて行くため、誤差増幅器２１１の出力電圧が減少して行き、Ｐ３の位置で停止する。
【００５３】
以上のように制御回路はネガティブフィードバックを構成しているので、目標値として入力した電圧Ｖ２と、位置検出器１９８の出力電圧が等しくなる位置にいつも制御される。以上のように目標値をＶ３、Ｖ４・・・と入力すればそれぞれに対応して位相変調素子１４３と対物レンズ１２７の距離関係をＰ３、Ｐ４・・・に位置決めすることができ、その距離をいつも一定に維持することができる。
【００５４】
図１６は、位相変調素子１４３の位置制御機構の他の実施例を表す模式図である。対物レンズユニット１８１ｂを備える光学ユニット１００ｂがキャリッジ１８４ｂに固定されている。
図１７は光学ユニット１００ｂに配置される対物レンズユニット１８１ｂを表す模式図である。
図１７に示すように、ホルダ１９３ｂに位相変調素子１４３が取り付けられ、その両側にコイル１９４ｂと、一方のコイル１９４ｂの上に反射板１９５が取り付けられている。更にホルダ１９３ｂはサスペンション１９６ｂによりホルダ１９１ｂに取り付けられており、位相変調素子１４３を上下方向に移動できる。
又、コイル１９４ｂの対抗側には、ホルダ１９１ｂに取り付けられたマグネット１９７ｂが配置される。反射板１９５の上部には位置検出器１９８が取り付けられており、対物レンズ１２７に対する位相変調素子１４３の上下方向の位置が検出できる。既述のように、対物レンズ１２７と位相変調素子１４３との距離は制御系により一定に制御される。
対物レンズ１２７はホルダ１９１ｂに取り付けられ、光学ユニット１００ｂの筐体にサスペンション２２１で固定されている。ホルダ１９１ｂにはコイル２２２が取り付けられ、その対抗側にマグネット２２３が対物レンズユニット１８１ｂの筐体に取り付けられている。
【００５５】
回転しているディスクの面ぶれ等によりホログラム記録媒体１０１と対物レンズ１２７との距離が変化する。このため、フォーカスエラー信号に基づきコイル２２２に電流を流し、同じホルダ１９１ｂに取り付けられた対物レンズ１２７と位相変調素子１４３とが一緒に上下・左右方向に動き、フォーカスサーボ・トラッキングサーボがかけられる。すなわち、この例では光学ユニット１００ｂは固定され、光学ユニット１００ｂ上に配置してあるフォーカスサーボ用と位相変調素子１４３用のアクチュエータが動作する。
【００５６】
図１８は、位相変調素子１４３の位置制御機構の他の実施例に係る対物レンズユニット１８１ｃを表す模式図である。
図１８に示すように、ホルダ１９３ｂに位相変調素子１４３が取り付けられる。更にホルダ１９３ｂはサスペンション１９６ｂによりホルダ２２５に取り付けられる。又、コイル１９４ｂの対抗側にはマグネット１９７ｂがホルダ２２５に取り付けられ、このホルダ２２５は対物レンズユニット１８１ｃの筐体に固定されている。
【００５７】
反射板１９５の下部には位置検出器１９８が取り付けられており、対物レンズユニット１８１ｃに対する位相変調素子１４３の上下方向の位置が検出できるようにされている。
この場合は位置検出器１９８がホルダ２２５に取り付けられているので、対物レンズユニット１８１ｃと位相変調素子１４３の距離が制御される。
対物レンズ１２７はホルダ１９１ｂに取り付けられ、対物レンズユニット１８１ｃの筐体にサスペンション２２１で固定されている。
ホルダ１９１ｂにはコイル２２２が取り付けられ、その対抗側にマグネット２２３が対物レンズユニット１８１ｃの筐体に取り付けられている。
【００５８】
回転しているディスクの面ぶれ等によりホログラム記録媒体１０１と対物レンズ１２７との距離が変化する。このため、フォーカスエラー信号に基づきコイル２２２に電流を流し、対物レンズ１２７が上下方向に動き、フォーカスサーボがかけられる。
すなわち、この例では対物レンズユニット１８１ｃは固定されており、位相変調素子１４３とフォーカスサーボ用のアクチュエータ（コイル２２２）がそれぞれ単独に動作する。
【００５９】
この例はホログラム記録媒体１０１の厚み方向に対して位相変調素子１４３の位置トレランスが広い場合に有利である。本方式においてユニット１００全体を動かしてサーボをかけると動作が遅くなるように思えるが、ホログラム記録の場合通常のCDやDVDと比べると線速度は数10〜数100分の１であるためサーボの帯域としては非常に小さいためさほど問題にならない。
【００６０】
以上のように、対物レンズユニット１８１ｃにおいて、対物レンズ１２７はフォーカスサーボ回路により、ホログラム記録媒体１０１との距離が一定になるように制御され、位相変調素子１４３は目標位置となるように制御されている。
これら両者は別々に制御されているが、例えば、フォーカスサーボにより対物レンズ１２７が移動した場合には位相変調素子１４３の位置も同じ量だけ移動するのがより良い。すなわち、両者が同期して動作するようにしたほうが良い。
【００６１】
図１９は、対物レンズ１２７および位相変調素子１４３の位置を制御する制御系を表すブロック図である。
図１９で、コイル２２２にはフォーカスエラー信号に基づきサーボ回路２１４により電流が流され、動作している。
コイル２２２に流れる電流、あるいは電圧の直流成分は、対物レンズ１２７の移動距離に比例するため、低域フィルター２１５により直流成分を取り出し、ゲイン調整回路２１６で対物レンズ１２７の移動量と同じ移動量となるようにゲイン調整され、加算回路２１７に入力される。この入力量は対物レンズ１２７の移動量に相当する。加算回路２１７のもう一方には、対物レンズ１２７と位相変調素子１４３間の距離の目標値が入力される。この両者が加算され、誤差増幅器２１１に入力される。
すでに説明したように、位相変調素子１４３は、誤差増幅器２１１、ループフィルタ２１２，コイル駆動回路２１３によりこの目標値で設定した位置となるよう位置が制御される。すなわち、位相変調素子１４３は対物レンズ１２７に対して目標値で設定した距離を保ちながら、対物レンズ１２７に同期して移動する。
【００６２】
［対物レンズ、位相変調素子１４３の駆動手段］
以上では、対物レンズ１２７や位相変調素子１４３をコイル１６１，１６２等で電磁力により駆動させている。これに対して、他の手段、例えば、機械的な手段により対物レンズ１２７や位相変調素子１４３を駆動することも可能である。
図２０は、対物レンズ１２７や位相変調素子１４３を機械的な手段で駆動するものであり、図２と対応する。
ここでは、ラック２３１とピニオン２３２の組み合わせで、対物レンズ１２７および位相変調素子１４３が上下に移動する。即ち、ピニオン２３２を図示しないモータで駆動することで、対物レンズ１２７および位相変調素子１４３を駆動できる。
【００６３】
［信号光と参照光の別入射］
今までは、信号光と参照光を同一の光路からホログラム記録媒体１０１に入射させていたが、信号光と参照光を別々の光路から入射させてもよい。
図２１は、信号光と参照光が別々の光路で入射するホログラム記録装置の光学ユニット１００ｓを表す模式図である。
信号光が空間光変調器１２３によって空間強度変調され、対物レンズ１２７ａによってホログラム記録媒体１０１に入射される。また参照光が位相変調素子１４３によって位相変調され対物レンズ１２７ｂによってホログラム記録媒体１０１に入射する。
サーボ系メカニカルユニット２４１は参照光にサーボをかける。また奥行き方向の多重記録は奥行き方向多重用メカニカル機構２４２０によって位相変調素子１４３がシフトすることによって行われる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の一実施形態に係るホログラム記録装置の光学ユニットを表す模式図である。
【図２】光学ユニットの一部を拡大した状態を表す模式図である。
【図３】ホログラム記録装置により記録・再生されるホログラムを表す模式図である。
【図４】信号光の焦点をグルーブに、参照光の焦点をグルーブの手前に合わせたときの干渉の状態を表す模式図である。
【図５】信号光の焦点をグルーブの手前に、参照光の焦点をグルーブに合わせたときの干渉の状態を表す模式図である。
【図６】ホログラム記録装置での参照光の形状を表す模式図である。
【図７】ホログラム記録装置での参照光の他の形状を表す模式図である。
【図８】ホログラム記録媒体に照射されるサーボ用ビームとグルーブとの関係を表す模式図である。
【図９】受光素子の構成の詳細を表す模式図である。
【図１０】光学ユニットを駆動する駆動機構の一例を表す模式図である。
【図１１】位相変調素子の位置制御機構の一例を表す模式図である。
【図１２】対物レンズユニットの内部構成の一例を表す模式図である。
【図１３】位置検出器の詳細な構成を表す模式図である。
【図１４】位置検出器の特性を表すグラフである。
【図１５】位相変調素子の位置を制御する制御系の一例を表すブロック図である。
【図１６】位相変調素子の位置制御機構の一例を表す模式図である。
【図１７】対物レンズユニットの内部構成の一例を表す模式図である。
【図１８】位相変調素子の位置制御機構の一例を表す模式図である。
【図１９】対物レンズおよび位相変調素子の位置を制御する制御系の一例を表すブロック図である。
【図２０】対物レンズおよび位相変調素子を機械的な手段で駆動する光学ユニットの一例を表す模式図である。
【図２１】信号光と参照光が別々の光路で入射するホログラム記録装置の光学ユニットを表す模式図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００      光学ユニット
１０１      ホログラム記録媒体
１０２      保護層
１０３      記録層
１０４      グルーブ
１０５      反射層
１１１      記録再生用光源
１１２      コリメートレンズ
１１３      偏光ビームスプリッタ
１２１      ミラー
１２２      ピンホール
１２３      空間光変調器
１２４      ミラー
１２５      ダイクロイックミラー
１２６      凹レンズ
１２７      対物レンズ
１３１      ファラデー素子
１３２、１３３      偏光ビームスプリッタ
１３４      撮像素子
１４１      ミラー
１４２      遮蔽板
１４３      位相変調素子
１５１      サーボ用光源
１５２      コリメートレンズ
１５３      グレーティング
１５４      ビームスプリッタ
１５５      集光用レンズ
１５６      シリンドリカルレンズ
１５７      受光素子
１５８      サーボ用駆動ユニット
１６１，１６２      コイル
【図１】
2005293630.tif 000003
【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】
2005293630.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2005293630.tif 000015
【図１４】
2005293630.tif 000016
【図１５】
2005293630.tif 000017
【図１６】
2005293630.tif 000018
【図１７】
2005293630.tif 000019
【図１８】
2005293630.tif 000020
【図１９】
2005293630.tif 000021
【図２０】
2005293630.tif 000022
【図２１】
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