(57)【要約】【課題】３次元方向に情報を記録再生し、記憶容量を向上させる。【解決手段】３次元格子を作成し、光スポットの進行する方向に対して、垂直な面内に格子を揺動させて、光スポットを制御する信号を作成し、格子間に情報を記録し、再生する。【効果】光スポットを３次元的に位置決めして、３次元方向に情報ビットをマークに対応させて記録することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学的に情報を３次元方向に記録し、再生する情報記憶系において、少なくとも情報を記録再生するための微小スポットを案内するための領域を３次元空間に設け、該案内領域を用いて微小スポットの３次元方向の位置きめを行い、情報を３次元方向に記録再生することを特徴とする３次元情報記録再生方法。
【請求項２】
請求項第１項記載の３次元情報記録再生方法において、該案内領域は３次元格子であることを特徴とする３次元情報記録再生方法。
【請求項３】
請求項第２項記載の３次元情報記録再生方法において、該３次元格子が光スポットの進行方向に対して、垂直な２つの方向の内、少なくとも一つの方向において、光スポットの進行に応じて遥動していることを特徴とする３次元情報記録再生方法。
【請求項４】
請求項第２項記載の３次元情報記録再生方法において、情報マークは３次元格子の間に記録されること特徴とする３次元情報記録再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学的特性変化を用いて媒体に情報を３次元的に記録再生する方式及び装置に係わり、特に光ディスク装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
３次元方向に情報を記録する方法としては最近のＩＳＯＭ２００３の国際学会で２件発表された。いずれも、現在主流の情報をビットごとにひとつのマークに対応させて１層の面内に記録する光ディスクの記録方法をディスクの厚さ方向に拡張して、３次元方向に情報を記録する方法である。
【０００３】
【非特許文献１】”Bit-Wise Volumetric Optical Memory Utilizing Two-Photon Absorption in Aluminum Oxide Medium” Technical Digest of International Symposium on Optical Memory 2003, We-E-04
【０００４】
【非特許文献２】”Mechanism of Recording on Electrochromic Information Layers of Multi-Information-Layer”, Technical Digest of International Symposium on Optical Memory 2003, We-E-05
【非特許文献３】“Three-dimensional ordered patterns by light interference”,
【非特許文献４】“Diarylethenes for memories and switches” Chem. Rev. Vol. 100(2000), 1685-1716
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記、発表では記録再生の原理的な動作については発表されているが、実用化するためには光スポットを３次元方向に位置決めする手段が必要となるが、実験的に手動でスポットを位置決めするか、その手段については開示されていない。３次元記録を実用化するためには上記手段として、光ディスクを大量に生産できるものでなくてはならない。これまでの光ディスクでは２次元平面上に光スポットを位置決めするために、２次元平面に垂直な方向（対物レンズの光軸方向）には焦点検出用に特別なマークを設けることなく、光学ピックアップ側で戻ってくる光束の状態を見ることにより検出していた。これは、一層しかないため、１層目に正しく焦点があたった状態を反射光束の状態から判定することができたためである。
【０００６】
しかし、光軸方向に情報を記憶するためには光スポットの光軸方向の位置を任意に検出することが必要となる。また、これまでの光ディスク同様に２次元平面内を光スポットが進行していく方向（トラックの円周方向）に垂直な方向（トラックの半径方向）の光スポットの位置を検出することも同時に必要となる。トラック方向にはこれまで、案内溝、または特別なマーク群が用いられてきたが、焦点方向には特別な考慮はなされてこなかった。本発明は３次元方向に情報ビットをマークに対応させて記録する方法において、光スポットを３次元的に位置決めする方法について提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
全体構成として、少なくとも情報を記録再生するための微小スポットを案内するための領域を３次元空間に設け、該案内領域を用いて微小スポットの３次元方向の位置きめを行い、情報を３次元方向に記録再生する。その３次元立体構造体として３次元格子を使用する。
前記３次元の構造体の中を光スポットが通過していくときに、微小スポットを案内するための制御信号を発生する該案内領域から、スポットの進行方向に対して垂直な２つの方向に対する光スポット制御信号を発生することができるようにし、この制御信号を用いて光スポット位置を制御する。
【０００８】
この制御信号発生領域では、３次元格子としては、一方の軸が光スポットの進行方向に一致するように配置する。この格子が光スポットの進行方向に対して、格子定数を変えることなく、進行方向に対して垂直な２つの方向のうち、少なくとも一方が遥動しているか、２つの方向に対して遥動周期が等しく、位相が異なるように移動している。
この制御信号発生領域では焦点ずれ信号、トラックずれ信号の２つの信号を検出するが、前記領域を分けて、各領域で独立して前記２つの信号を検出するか、同時に検出するかいずれかの方法を用いることができる。
【０００９】
例えば“Three-dimensional ordered patterns by light interference”, Optical letters, Vol.20,No.5, March 1, 1995などに、３次元格子を作成するためには少なくとも４つのビームを干渉させる方法が報告されている。
ここでは対称性を持った結晶構造（面心体、体心体、立方体、斜方体）を作るために、少なくとも４つのビームを干渉させることが必要なことが述べられている。本発明においてもこの方法を使用する。制御信号を発生するために３次元格子を形状を変えることなく、光スポットの進行方向に揺動させるために、干渉させるビームの光波面の位相を他のビームの光波面に対して相対的に動かす。
【発明の効果】
【００１０】
光スポットを３次元的に位置決めして、３次元方向に情報ビットをマークに対応させて記録することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、同じ機能部分には同じ符号を付けて説明する。
【実施例１】
【００１２】
本発明では、図１に示す３次元的に情報を記録する３次元構造体１を用いる。３次元構造体１は円板形状であり、上から見ると内周ｒ１の部分が中空になり、仮想回転中心１０を持ち、外周ｒ２までの部分に情報を記録する。記録のためにはこの円板を半径ｒ１のハブに嵌め合わせ、仮想回転中心１０を中心に回転する。光スポットへのアクセスは円板の円周方向、円板の半径方向および厚さ方向の3次元方向に行われる。
【００１３】
このような３次元構造体は従来の光ディスクの基板と同じ形状となる。材質としては、よく知られているものには、２光子吸収がある。この特性は特定の波長のエネルギーを吸収して、このエネルギー分だけ励起された状態から、さらに同じ波長のエネルギーを吸収して、さらに別の状態に変化する。変化した状態では、最初の光を照射しても変化が起こらないが、別の波長の光を照射すると２光子吸収起こり、２つの光子分の励起されたエネルギーが放出されるときに、この波長の半分の波長の蛍光が発生する。このような材料としては、フォトクロミックジアリールエテンが知られている。この分子をＰＭＭＡのようなプラスティック基板に分散させて使用する。参考文献として、“Diarylethenes for memories and switches” Chem. Rev. Vol. 100(2000), 1685-1716など。
【００１４】
前述のように作られた構造体に光スポットを照射し、前述のような3次元方向のアクセスを行うためには、光スポットを導くための仮想的な案内トラックが必要となる。
上記案内トラックにスポットを導くためには、トラックの位置を表す領域を連続的に設ける。この領域から光スポットを位置きめするための制御信号を検出する。その信号は光スポットの進行方向、すなわち３次元構造体１の円周方向に対して、垂直な２つの方向に対するスポットと案内トラックの位置ずれを表す信号である。これら信号をこれまでの光ディスクの名称を使用し、ディスク厚さ方向を焦点ずれ信号、ディスク半径方向をトラックずれ信号と呼ぶ。
【００１５】
本発明の制御信号検出原理を３次元格子点の格子点に着目して、図２を用いて説明する。光スポットの進行方向ｚと垂直な方向ｘとｙに複数の格子点を配置する。ここでは４つの格子点１１，１２，１３、１４から成る格子点群を取り上げる。４つの格子点は形状が等しいが、それら位置がことなる。これらの位置を光スポットの進行方向ｚに垂直な平面４０に投影し、この平面内にディスク厚さ方向ｙとディスク半径方向ｘの互いに直交する座標を用いて格子点の投影位置を表現する。格子点１１、１２、１３、１４をそれぞれｘ軸、ｙ軸上に設定し、格子点の座標（ｘ、ｙ）を（a,0）,(0,b),(-a,0),(0,-b)とする。これらの格子点を光スポットの進行方向に順番に配置するが、各格子点は光スポットの進行する軸ｚを回転中心とするスパイラス線４１の上に配置させる。ｘ−ｚ平面、ｙ−ｚ平面に投影したスパイラル線は正弦波となり、周期Ｔが等しく、位相が９０度ずれたものとなる。図２では各格子点はそれらの正弦波の最大点、最小点に配置されている。各振幅はa, bとなる。光スポットのｚ軸からのｘ、ｙ方向のずれを知るためには各マークにおける検出信号を演算して求める。
【００１６】
すなわち、ｘ方向のずれを知るためにはｙ方向のずれの影響をなくすために、格子点１１からの信号Ｓ（１）と格子点１４からの信号Ｓ（４）の和と、格子点１２からの信号Ｓ（２）と格子点１３からの信号Ｓ（３）の和の差をとる。すなわち
Ｓ（１）＋Ｓ（４）−（Ｓ（２）＋Ｓ（３））      式１
ｙ方向のずれを知るためには、ｘ方向の影響をなくすために、式２の
Ｓ（１）＋Ｓ（２）−（Ｓ（３）＋Ｓ（４））      式２
演算を行う。これは良く知られた同期検波によっても、検波信号の位相を変えてｘ方向、ｙ方向のずれをそれぞれ検出できる。ここでは、スパイラルを４つの格子点で表したが、多数の格子点を用いてスパイラルを表しても良い。その場合にも上記、格子点（１）、（２）、（３）、（４）に対応するタイミングで信号を検出すればよい。
【００１７】
次に、３次元格子を作成する方法について、図３を用いて説明する。４つのビー部を図３（１）のように３次元構造体１に対して、照射する。３つのビームＫ１，Ｋ２，Ｋ３は構造体１の内部で交差させ、残りのビームＫ４を構造体１に垂直に入射させる。各ビームの進行方向のベクトルを図３（２）の極座標で表すと、ベクトルＫ１、Ｋ２，Ｋ３は同じ極角θをもち、原点を頂点としてＹ軸を主軸とする円錐面（頂角が２θ）内にあり、方位角がπ/２ずつずれている。ベクトルＫ４はｙ軸に平行であり、極角、方位角はゼロである。図３（１）の平面３１上で４つのビームを見ると図３（３）のように見える。できる３次元格子の立体図を図４に示す。格子点の形状は干渉強度の一定の大きさの範囲を表わしている。できる３次元格子は２つの立方体、２１と２２の組み合わせになり、立方体２１の体心位置に立方体２２の格子が位置し、立方体２２の体心位置には立方体２１の格子が入った構造と成っている。Ｙ軸方向の位置２２と２３において、ｘ−ｚ平面に平行な断面をとると、干渉強度はそれぞれ、図５（１）と（２）になる。干渉強度の強いところが明るいレベルである。
【００１８】
格子をｙ軸方向に動かすためにはビームＫ４の光波面の位相を他のビームの位相を固定して、動かせばよい。その方法としては干渉の波面を動かすのに良く知られた、ビームＫ４を反射している折り返しミラーの位置を動かして光路長を変える方法がある。また、ｘ軸方向に格子を動かすためにはビームＫ１，Ｋ２，Ｋ３のいずれか一つのビームの光波面の位相を変えてやればよい。３次元構造体がｚ軸方向に移動するにつれて、上記位相を動かすことにより、３次元格子の位置が円周方向で動いて記録されていく。このように作成された格子の中を光スポットがｚ軸に沿って進んでいくと、格子がスポットに対して揺動することになる。
【００１９】
スパイラル状に格子位置が移動するようにするためには、ｙ軸方向に波面をかえる揺動周期とｘ軸方向に波面をかえる揺動周期をあわせ、揺動の位相を９０度シフトさせる。このようにすると、３次元構造体がｚ軸方向に移動するにつれて、スパイラル状に格子が移動して記録される。この格子の中を光スポットがｚ軸に沿って進んでいくと、格子がスポットに対してスパイラル状に揺動することになる。
【実施例２】
【００２０】
実施例１により、案内トラックとして３次元格子を用いることができ、トラックずれ、焦点ずれを検出でき、光スポットを制御することができるようになるが、次に、情報の記録再生方法について説明する。情報は図５（２）の平面内にスポットの焦点が合わされ、図６の中心軸６５に沿って光スポットがz軸方向に進むようにトラッキングが行われているとすると、記録マーク６３、６４は格子点の間に記録していく。格子点の間にマークがあるか、ないかによって情報を表す。情報を記録するタイミングは格子点の繰り返しタイミングを表すクロック信号を格子点からの再生信号から再生する。これは従来のサンプルサーボで用いられていた方法を使用すればよい。マークの記録原理には格子点の作成と同様に２格子吸収の原理を用いる。同様に、y軸方向にスポットを移動させ、図５（１）の平面内にスポットの焦点位置を合わせ、その面内で、格子点間に情報マークを記録していく。
【００２１】
ここで、トラックの極性を反転させることで、４つの格子点の中心部分に、記録マークを形成することも可能である。すなわち、格子点位置からｘ方向にずれた位置への記録マークの形成が可能である。これにより、さらに高密度記録が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明により３次元方向に情報を光学的に記録再生でき、記憶容量を飛躍的に向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】情報を記録する３次元構造体の概観図。
【図２】制御信号を検出する原理説明図。
【図３】３次元格子を作成する説明図。
【図４】３次元格子の概観図。
【図５】３次元格子の断面図。
【図６】情報記録動作説明図。
【符号の説明】
【００２４】
１：３次元構造体、１０：仮想回転中心、１１，１２，１３、１４：格子点。
【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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