(57)【要約】 【課題】  簡易な構成により、大容量記録媒体としてのホログラムメモリに最適な信号の記録再生を実現できる記録再生装置を提供することを目的とする。【解決手段】  物体光と参照光とを光記録媒体の同一面方向から照射して、光記録媒体に物体光の情報を干渉縞としてシフト多重記録するとともに、記録された干渉縞に参照光を照射して、回折した光により情報を再生する記録再生装置であって、物体光を記録媒体上に集光する対物レンズと参照光の波面を非平面波に変換する波面変換手段との位置関係を機構的に固定した光学ユニットと、光学ユニットを移動させる移動手段によりホログラムメモリに最適な信号の記録再生を実現できる記録再生装置を提供する。【選択図】  図２          
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体光と参照光とを光記録媒体の同一面方向から照射して、該光記録媒体に前記物体光の情報を干渉縞としてシフト多重記録するとともに、記録された該干渉縞に前記参照光を照射して、回折した光により情報を再生する記録再生装置であって、
前記物体光を前記記録媒体上に集光する対物レンズ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の位置関係を機構的に固定した光学ユニットと、
該光学ユニットを移動させる移動手段を備えることを特徴とする記録再生装置。
【請求項２】
前記波面変換手段が、前記参照光の位相を空間的にランダムに変換することを特徴とする請求項１に記載された記録再生装置。
【請求項３】
前記波面変換手段が、前記参照光の振幅を空間的にランダムに変換することを特徴とする請求項１に記載された記録再生装置。
【請求項４】
前記波面変換手段が、前記参照光の進行方向を空間的にランダムに変換することを特徴とする請求項１に記載された記録再生装置。
【請求項５】
前記波面変換手段が、前記参照光を球面波に変換する波面変換手段であることを特徴とする請求項１に記載された記録再生装置。
【請求項６】
前記波面変換手段が、前記参照光の波面を非平面波に変換する光学的処理を基板の表側と裏側に施したことを特徴とする請求項１に記載された記録再生装置。
【請求項７】
前記請求項２から請求項５に記載された波面変換手段のうち同一の波面変換手段を含めて、少なくとも２つの波面変換手段を前記参照光の光路中に配置したことを特徴とする請求項１に記載された記録再生装置。
【請求項８】
前記波面変換手段が、ホログラムにより構成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載された記録再生装置。
【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し、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、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。また、こうしたホログラムメモリに対する記録再生装置に関しては、例えば、特許文献１に示すように、記録媒体上に参照光の角度を変えて多重記録する方式が提案されている。
【特許文献１】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】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された技術によれば、大容量記録のために一対の楔型プリズムをそれぞれ回転制御する必要があるため、回転駆動部が２箇所必要になり、装置が複雑化、大型化するという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により、大容量記録媒体としてのホログラムメモリに最適な信号の記録再生を実現できる記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１に係る発明は、物体光と参照光とを光記録媒体の同一面方向から照射して、該光記録媒体に前記物体光の情報を干渉縞としてシフト多重記録するとともに、記録された該干渉縞に前記参照光を照射して、回折した光により情報を再生する記録再生装置であって、前記物体光を前記記録媒体上に集光する対物レンズ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の位置関係を機構的に固定した光学ユニットと、該光学ユニットを移動させる移動手段を備えることを特徴とする記録再生装置を提案している。
【０００９】
この発明によれば、移動手段により、物体光を集光する対物レンズと参照光の波面を非平面波に変換する波面変換手段を一体で移動するため、記録媒体上の任意の位置に干渉縞を生成することができる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載された記録再生装置について、前記波面変換手段が、前記参照光の位相を空間的にランダムに変換することを特徴とする記録再生装置を提案している。
この発明によれば、参照光の位相を空間的にランダムに変換するため、シフト多重記録時の各ホログラムを作成する時の参照光の間に相関が無くなり、再生時にクロストークの無い再生が可能となる。
【００１１】
請求項３に係る発明は、請求項１に記載された記録再生装置について、前記波面変換手段が、前記参照光の振幅を空間的にランダムに変換することを特徴とするた記録再生装置を提案している。
この発明によれば、参照光の振幅を空間的にランダムに変換するため、シフト多重記録時の各ホログラムを作成する時の参照光の間に相関が無くなり、再生時にクロストークの無い再生が可能となる。
【００１２】
請求項４に係る発明は、請求項１に記載された記録再生装置について、前記波面変換手段が、前記参照光の進行方向を空間的にランダムに変換することを特徴とする記録再生装置を提案している。
この発明によれば、参照光の進行方向を空間的にランダムに変換するため、シフト多重記録時の各ホログラムを作成する時の参照光の間に相関が無くなり、再生時にクロストークの無い再生が可能となる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項１に記載された記録再生装置について、前記波面変換手段が、前記参照光を球面波に変換する波面変換手段であることを特徴とする記録再生装置を提案している。
この発明によれば、参照光を球面波に変換するため、シフト多重記録時の各ホログラムを作成する時の参照光の間に相関が無くなり、再生時にクロストークの無い再生が可能となる。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１に記載された記録再生装置について、前記波面変換手段が、前記参照光の波面を非平面波に変換する光学的処理を基板の表側と裏側に施したことを特徴とする記録再生装置を提案している。
この発明によれば、基板の表側と裏側に参照光の波面を非平面波に変換する光学的処理を施したので、部品点数を増やすことなく、参照光の空間的なランダム度合を増すことができる。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項１に記載された記録再生装置について、前記請求項２から請求項５に記載された波面変換手段のうち同一の波面変換手段を含めて、少なくとも２つの波面変換手段を前記参照光の光路中に配置したことを特徴とする記録再生装置を提案している。
この発明によれば、参照光の光路中に請求項２から請求項５に記載された波面変換手段のうち同一の波面変換手段を含めて、少なくとも２つを配置したことから、参照光の空間的なランダム度を増すことができる。
【００１６】
請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載された記録再生装置について、前記波面変換手段が、ホログラムにより構成されていることを特徴とする記録再生装置を提案している。
この発明によれば、波面変換手段をホログラムにより構成したので、波面変換手段の薄型化ができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、簡易な構成で、多重記録および多重記録された情報の再生に好適な記録再生装置を提供できるという効果がある。
また、物体光を集光する対物レンズと参照光の波面を非平面波に変換する波面変換手段を一体で移動できるため、物体光の制御のみを行えば、参照光の照射位置に対しても最適な制御を行うことができるとい効果がある。
また、波面変換手段が参照光の位相、振幅および進行方向をランダムに変換する機能や参照光を球面波に変換する機能を備えたことから、良好な再生信号を得ることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態に係る記録再生装置について図１から図８を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１９】
本発明の実施例に係る記録再生装置は、図１に示すように、ホログラム記録媒体１と、スピンドルモータ２と、光ピックアップ３と、フィードモータ４と、信号処理ＩＣ５と、ＣＰＵ（ＣＰＵ：Central Processing Unit）６と、ドライバーＩＣ７とから構成されている。
【００２０】
ホログラム記録媒体１は、フォトポリマーなどを記録材料とする記録層をガラス板等により構成された基板と反射層とで挟み込んで形成した記録媒体であり、記録情報に対応する物体光と参照光とを記録領域に照射し、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る。また、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、記録情報に対応する光学情報を抽出する。
【００２１】
スピンドルモータ２は、ホログラム記録媒体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ための駆動装置であり、ドライバーＩＣ７の出力により回転数等をコントロールされる。
光ピックアップ３は、半導体レーザによるレーザ光源や、コリメータレンズ、フォーカスアクチュエータあるいはトラッキングアクチュエータとによって駆動される対物レンズ、偏光ビームスプリッタ等の光学部品、及び、受光素子である２次元光検出アレイ等を備えている。
【００２２】
フィードモータ４は、光ピックアップを例えば、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り、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。
信号処理ＩＣ５は、２次元光検出アレイに入射したホログラム記録媒体１からの戻り光量に基づいて、再生信号を生成するとともに、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フォーカスエラー信号（ＦＥ）を例えば、光ピックアップ３内の受光素子により得られる戻り光量に基づいて非点収差法等によって生成し、さらに光ピックアップ３における照射レーザのトラックずれを検出するトラッキングエラー信号（ＴＥ）を例えば、プッシュプル法等によって生成する。また、生成されたＦＥおよびＴＥに基づいて、フォーカス駆動信号（ＦＯＤＲＶ）、トラッキング駆動信号（ＴＲＤＲＶ）を生成する。
【００２３】
ＣＰＵ６は、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。本発明においては、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おいて、各種のサーボ動作を制御する。
ドライバーＩＣ７は、信号処理ＩＣ５において生成されたフォーカス駆動信号（ＦＯＤＲＶ）、トラッキング駆動信号（ＴＲＤＲＶ）、あるいは、スピンドル制御信号を入力し、これを所望の大きさに増幅した後、フォーカスアクチュエータ、トラッキングアクチュエータあるいはスピンドルモータ等に供給する。また、トラッキング駆動信号（ＴＲＤＲＶ）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た後、これをフィードモータに供給する。
【００２４】
ホログラム記録媒体への情報の記録方式としては、様々な方式が提案されているが、そのうち代表的な記録方式としてシフト多重方式に関し、図４を用いて説明する。
シフト多重方式は、情報を記録する領域を微少量ずつずらしながらホログラム記録媒体１の記録層に情報を記録していく方式である。シフト多重方式による記録を行うには参照光を球面波とするか、その位相、振幅、進行方向等を空間的にランダムとする必要がある。
【００２５】
具体的に、シフト多重方式について、図４を用いて説明すると、まず、ある領域に物体光３３−１（情報１）を照射し、同様に、物体光３３−１が照射された位置に参照光３４−１を照射して、これらを干渉させて、干渉縞３５−１を体積記録する。次に、照射スポットを微少量ずらすことによって記録する位置をずらし、同様に、物体光３３−２（情報２）と、参照光３４−２とを同じ位置に照射して、干渉させることにより干渉縞３５−２を体積記録する。以下、順次、記録位置を微少量ずつずらしながら情報を多重記録していく。
【００２６】
シフト多重方式により記録された情報の再生動作は、記録した干渉縞３５−１の位置に参照光３４−１を照射し、その参照光によって、その位置に記録された干渉縞３５−１からのみ回折光を得ることができる。したがって、参照光３４−１を用いることによって、情報１の２次元データが再生できる。
【００２７】
なお、この例では、Ｘ方向のシフト多重のみについて説明したが、同様に、Y方向についても、同様のシフト多重記録が可能である。したがって、Ｘ方向とY方向のシフト多重記録を合わせて行うことにより、膨大な多重記録が可能となる。
【００２８】
次に、図２および図３を用いて、ホログラム記録媒体への情報の記録および再生、特に、シフト多重方式に対応した本発明の光学系の作用および構成について説明する。
光ピックアップ３内の半導体レーザ１１から出射した光（例えばＳ偏光とする）は、レンズ１２により平行光とされ、１／２の波長板（λ／２板）１３において偏光面が回転されたのち、Ｐ偏光とＳ偏光成分に分離される。このうちのＰ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１４を透過し、λ／２板１５において、さらに偏光面が回転され、ふたたびＰ偏光とＳ偏光成分に分離される。
【００２９】
分離されたＳ偏光の光は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）１６で反射し、空間光変調器（ＳＬＭ）１７により、２次元データに変換される。変換された２次元データは、λ／２板１８をＳ偏光状態のまま透過し、対物レンズ（ＯＬ）１９によりホログラム記録媒体１の記録層３１近傍に集光する。この光が物体光５０となる。  
【００３０】
一方、λ／２板１３を透過してＳ偏光とされた光は、ＰＢＳ１４において反射し、集光作用および/あるいは光束の位相および/あるいは振幅等を空間的にランダムにする作用を持つ波面変換素子４２により、波面が非平面波に変換される。非平面波に変換された光は、楔型プリズム４１により偏向され、物体光が照射されたホログラム記録媒体１上の記録層３１近傍に、物体光と同一の側から照射される。これが参照光５１となる。
【００３１】
物体光５０と参照光５１とが照射されたホログラム記録媒体１の記録層３１では、物体光５０と参照光５１が干渉し、干渉縞が体積記録される。なお、物体光５０、参照光５１の光量は、λ／２板１３、１５を光軸回りに回転することにより任意に設定することができる。したがって、物体光５０、参照光５１の光量は、干渉縞のパターンが最も鮮明になるように任意に選択をすればよい。
【００３２】
ここで、波面変換素子４２は、参照光をランダム化する光学的作用を有する光学素子である。以下、この詳細について、図５を用いて説明する。
上述のように、シフト多重記録を実現するためには、参照光の波面を、その光束中全くランダムなものにするか、球面波とする必要がある。これは、シフト前後で重なった領域の記録データが参照光の波面に対して、シフトの前後で相関を持つと、シフトの前後の情報が同時に再生されてしまうためである。
【００３３】
本実施例における波面変換素子４２は、参照光の波面を位相、振幅、進行方向を空間的にランダムに変換する作用を備えており、その一例は図５に示すように、不規則に配置された黒、灰、白の各領域は光学的に厚みの異なる領域を有している。したがって、これらの厚みによる光学的な作用により、これらの領域を透過あるいは反射した光は空間的に位相のランダムな光に変換される。
【００３４】
また、黒、灰、白の各領域において、各領域が光の透過率あるいは反射率が異なるように構成することもできる。この場合も、これらの透過率あるいは反射率の相違による光学的な作用により、これらの領域を透過または反射した光は、空間的に振幅あるいは強度がランダムな光に変換される。
【００３５】
また、黒、灰、白の各領域において、各領域が透過光あるいは反射光に対して、入射角あるいは反射角が異なるような角度を持つ構成とすることができる。この場合も、これらの入射角あるいは反射角の相違による光学的な作用により、これらの領域を透過あるいは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。
【００３６】
なお、本実施例においては、黒、灰、白と３段階でそれぞれの例を説明したが、この段階は細かいほど、また、各領域の面積が小さいほど、光の位相、振幅等のランダム度が上昇するため、多重記録による再生時クロストークが小さくなる。
【００３７】
さらに、図６に示したように、例えばガラス基板４２の一方の面に不規則に配置された光学的に厚みの異なる黒、灰、白の領域４２−１を設け、他方の面に不規則に配置された透過率の異なる黒、灰、白の領域４２−２を設けることにより、1枚の光学素子で、平面波を位相と振幅の両方がランダムな光に変換することができる。
【００３８】
また、ホログラムを用いることにより、参照光の光束をランダム化することもできる。図３は、波面変換素子としてホログラム４３を用いた場合の光学系の構成を示している。図７および図８を用いて、ホログラム４３を波面変換素子として用いる場合について説明する。なお、図７に示す光束６１は、例えば図５に示した波面変換素子４２を透過あるいは反射した光、またはレンズを透過した光である。
この光を物体光として、参照光６２と干渉させ干渉縞を記録したホログラム６３を作製する。そうすると、図８に示すように、ホログラム６３に参照光６５を照射すると、光束を空間的に不規則に、すなわち、位相または振幅（強度）あるいは光束の進行方向を変える光学素子を透過あるいは反射した光、もしくはレンズを透過した光６４が図の矢印方向に発生する。
【００３９】
なお、ランダム光６４は、ランダム光６１と等価で進行方向が反対である光束である。また、ホログラムの波面変換素子としての機能を複合化するには、物体光６１の光束を空間的に不規則に、すなわち、位相と振幅（強度）の両方を変える光学素子とレンズを透過あるいは反射した光として、参照光６２と干渉させ干渉縞を記録しホログラム４３を作製すればよい。
【００４０】
これにより、図８に示すように、ホログラム６３に参照光６５を照射すれば、複合されたランダム光６４が図の矢印方向に発生する。なお、ランダム光６４は、ランダム光６１と等価で進行方向が反対の光束である。また、ホログラム量産時は、ホログラムパタンを型に転写し、それをさらにガラス、樹脂等に転写することにより、安価に再現性良く量産可能である。
【００４１】
次に、記録データを再生する時は、λ／２板１３を光軸周りに回転し、半導体レーザ１１からの出射光をＳ偏光成分のみの光として、ＰＢＳ１４において全て反射させる。すなわち、Ｓ偏光である参照光のみをホログラム記録媒体１の記録層３１の記録領域に形成された干渉縞に照射する。
【００４２】
記録層３１で回折した光は、ホログラム記録媒体１の反射膜層３２で反射し、ＯＬ１９に入射し、平行光束に変換された後、λ／２板１８においてＰ偏光に変換される。変換されたＰ偏光は、ＳＬＭ１７、ＰＢＳ１６を透過し、集光レンズ２０により２次元光検出アレイ２１上に集光し、２次元データが再生される。
【００４３】
ただし、信号再生時は、ＳＬＭ１７は、全透過状態とするか、光路からはずれるようにしておく必要がある。また、λ／２板１８は、光学軸をＳ偏光に対して４５度に回転しておく必要がある。なお、本実施例においては、ホログラム記録媒体１の構成を基板３０、記録膜層３１、反射層３２からなるものとしたが、ホログラム記録媒体の構成は、これに限るものではない。
【００４４】
また、本実施例における光学系は、物体光５０をホログラム記録媒体１の記録層３１に集光するための対物レンズ１９と参照光５１の波面を非平面波に変換する波面変換素子４２との位置関係を機構的に固定した構造を有する光学ユニット２２を備えていることから、物体光５０の集光位置を制御することにより参照光５１の集光位置をも正確に制御することができる。
【００４５】
また、本実施例においては、上記の干渉縞３５−１を記録した後、光学ユニット２２を所定量移動して、順次記録再生動作を続行することができる。光学ユニット２２は光ピックアップ３に内蔵されているため、フィードモータ４を制御することにより、光学ユニット２２を所定量移動することが可能である。したがって、特別な制御機構を用いることなく、物体光および参照光に対して高精度の位置決め制御を実現することができる。
【００４６】
したがって、本実施例によれば、物体光を集光する対物レンズと参照光の波面を非平面波に変換する波面変換手段を一体で移動できるため、物体光の制御のみを行えば、参照光の照射位置に対しても最適な制御を行うことができる。また、波面変換手段が参照光の位相、振幅および進行方向をランダムに変換する機能や参照光を球面波に変換する機能を備えたことから、再生時のクロストークの影響が少なく、良好な再生信号を得ることができる。
【００４７】
以上、図面を参照して本発明の実施の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。例えば、本実施例においては、光ピックアップを移動してホログラム記録媒体への情報の記録あるいは再生を行うと説明したが、これに限らず、例えば、記録媒体がカード形状の場合には、光ピックアップを固定して、ホログラム記録媒体を移動制御してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本実施例における記録再生装置の構成図である。
【図２】本実施例における光学系の構成図である。
【図３】本実施例における光学系の変形例を示す図である。
【図４】シフト多重方式の概念図である。
【図５】本実施例における波面変換素子を示した図である。
【図６】本実施例における波面変換素子の他の形態を示した図である。
【図７】波面変換素子としてホログラムを用いた場合の光の作用を示す図である。
【図８】波面変換素子としてホログラムを用いた場合の光の作用を示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
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、１１・・・半導体レーザ、１２・・・レンズ、１３、１５、１８・・・１／２波長板、１４、１６・・・偏光ビームスプリッタ、１７・・・空間光変調器、１９・・・対物レンズ、２０・・・集光レンズ、２１・・・２次元検出アレイ、２２・・・光学ユニット、３０・・・基板、３１・・・記録層、３２・・・反射層、４１・・・楔型プリズム、４２・・・波面変換素子、４３・・・波面変換ホログラム、５０・・・物体光、５１・・・参照光
【図１】
2005235312.tif 000003
【図２】
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【図３】
2005235312.tif 000005
【図４】
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【図５】
2005235312.tif 000007
【図６】
2005235312.tif 000008
【図７】
2005235312.tif 000009
【図８】
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