JP2009080890A - 光情報記録再生装置及び光学的に情報を記録再生する方法 - Google Patents

光情報記録再生装置及び光学的に情報を記録再生する方法 Download PDF

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Abstract

【課題】再生モード時の再生効率性を上げる光記録再生装置を提供するにある。
【解決手段】光記録再生装置においては、光記録媒体には、角度多重干渉法を利用して記録データが多重記録されている。この多重記録する際の記録条件並びにアドレス等の管理情報が同軸干渉法で同一のブックに記録されている。再生モードにおいては、同軸干渉法で形成されたホログラムから管理情報が読み出され、この管理情報を利用して角度多重干渉法で形成されたホログラムから記録データが迅速に読み出される。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ホログラフィ、特に、デジタル・ボリューム・ホログラフィに情報を記録し、ホログラムから情報を再生するホログラム型光情報記録再生装置及びホログラムに情報を記録し、ホログラムから情報を再生する記録再生方法に関する。
高密度画像等の容量の大きなデータを記録可能な情報記録装置として光情報記録装置がある。従来、光情報記録装置としては、光磁気情報記録装置或いは光相変化型情報記録装置、ＣＤ−Ｒ等の装置が実用化されている。しかし、未だ光記録媒体に記録することが可能な情報量の高容量化に対する要求は高まる一方である。このような高容量の光情報記録を実現するためにホログラフィ、特に、デジタル・ボリューム・ホログラフィを利用したホログラム型光情報記録装置が特許文献１に提案されている。
一般に、ホログラフィを用いた光記録再生装置では、記録モード時には、２次元パターンとして情報が付与されている情報光ビームと参照光ビームとが光記録媒体の内部で干渉され、情報が干渉縞として記録されている。また、再生モード時には、記録された干渉縞（ホログラム）に参照光ビームのみが照射されて干渉縞からの回折像が２次元パターンとして取り出され、このパターンから情報が再生される。この光記録再生装置は、高容量の光情報を高速で入出力が出来る利点を有している。
デジタル・ボリューム・ホログラフィを用いた光記録再生装置では、光記録媒体の厚み方向のボリュームを積極的に活用して３次元的に干渉縞がデジタル・ボリューム・ホログラフィとして記録されている。従って、デジタル・ボリューム・ホログラフィを記録する光記録再生装置では、回折効率を高めることによって、光記録媒体内部の同一領域に多重に情報を記録することを可能となり、より記録容量を増大できる特徴がある。
特開２００３−１７８４６０
ホログラフィを用いた光記録再生装置では、上述したように記録モード時に、記録すべき情報が２次元パターンとして情報光ビームに付与され、この情報光ビームと参照光ビームが記録媒体中で干渉されて干渉縞（ホログラム）として情報が記録されている。また、再生モード時には、記録されたホログラムに対して参照光ビームのみが記録モード時と同じ配置（配向）で照射され、ホログラムからの回折像（パターン）が取り出されて記録された情報が読み出される。再生モード時には、ホログラムに照射する参照光ビームの配向（照射する角度及び位置等の照射条件）が記録モード時の配向からほんの少しだけずれると、記録されたホログラムに参照光ビームが照射されているにもかかわらず、参照光ビームの位相とホログラムの位相の整合が取れなくなり、回折像が得られなくなる。この回折像が得られなくなる参照光ビームの配向で、他の情報光ビームとの干渉縞を記録することができる。従って、光記録媒体内部の同一領域（同一のブック）に、参照光ビームの配向に応じた複数の２次元情報を多重に記録することが可能になる。
このように、ホログラフィを用いた光記録再生装置では、干渉縞と光の位相との整合を利用して情報の多重記録を可能にしているが、これは、逆に再生モード時における読み出しに際して厳格に読み出し条件に設定されることが必要とされ、読み出しの許容値が低いこととなる。
ホログラムの記録再生方法として、大きく２種類の方式が提案されている。その1つの方式は、角度多重方式であり、他の1つの方式は、同軸方式である。角度多重方式は、ホログラム記録が提案されていた初期の段階から提案されている一般的な方式であり、記録すべき情報を含む情報光ビームと参照光ビームが異なる入射角度で記録媒体に照射されて干渉縞が記録される方式として知られている。この方式では、参照光ビームの入射角度を正確に記録モード時における参照光ビームの入射角に一致させることが要求される。角度多重方式では、この厳格な条件を外れて参照光ビームが記録領域に照射されると、所望の情報光ビームを再生することができない問題がある。しかし、この入射角度の選択性を利用することによって、1つの体積中に情報を多重記録することができる利点もある。
他の方式に係る同軸方式は、情報光ビームと参照光ビームが同軸的に転送されて記録媒体に垂直に入射され、同軸的な情報光ビームと参照光ビームでホログラムを記録する方法として知られている。この同軸方式では、光源から光ビームが空間光変調器に入射され、空間光変調器の外周部から参照光ビームが得られ、また、空間光変調器の外周部で囲まれた内周部から情報光ビームが得られる。この同軸方式では、再生モード時において、参照光ビームが記録モード時のスポットから平行に僅かにずらされる（シフトされる）と情報光ビームが得られなくなる。このシフト選択性が利用されて情報が異なる領域（異なるブック）に多重記録される。
この２つの方式には、透過光ビームを検出する透過型及び反射光ビームを検出する反射型の光学系がある。反射型且つ同軸方式の装置においては、ＤＶＤ或いはＣＤで採用されているサーボ方式がそのまま使用でき、しかも、光学系がシンプルになる利点がある。しかし、反射型では、記録媒体に本来不必要な干渉縞までも記録されてしまい、記録媒体が無駄に消費されてしまうという問題もある。記録媒体を効率よく使い、記録できる情報の容量を上げるという観点から言えば、透過型で、且つ、角度多重方式が望ましいと想定されている。
また、透過型角度多重方式には、サーボに関する問題点があることが指摘されている。透過型の光ディスクは、サーボシステムが現在まで最適なシステムが確立されず、未解決の問題として残存している。記録モード時においては、多重記録の為の角度間隔（選択する角度）が重要になるが、しかし、この角度間隔は、機械精度に依存し、この機械性をと高めることで十分に対応することができる。しかし、再生モード時においては、絶対角度が重要になり、僅かに微小角度のずれが生じただけで、再生光ビームが得られない問題もある。また、目標とする記録スポットに効率よく参照光ビームを照射する制御方法も未解決の問題として残っている。
本発明は、上記問題点を解決するためになされてものであり、その目的は、再生モード時において情報再生の効率性を向上することができる光記録再生方法及び記録再生装置を提供するにある。
この発明によれば、
光同軸干渉で第１のホログラムが形成され、当該第１のホログラムが記録された領域に角度多重干渉で第２のホログラムが形成されている光記録層を有する光記録媒体と、
干渉性の光ビームを発生する光源と、
第１の再生モードにおいて、前記光ビームに第１の参照光パターンを与えて生成された第１の参照光ビームを前記第１のホログラムに照射して第１の再生光ビームを生成させる第１の再生光学系と、
前記第１の情報再生光ビームを検出して当該第１の情報再生光ビームに含まれる記録パターンを読み出し、前記第２のホログラムを記録する記録モードにおいて第２の参照光ビームに設定された特定入射角を読み出す再生部と、
第２の再生モードにおいて、前記特定入射角に応じて前記光ビームに予め設定された方向性を与えて前記第２の参照光ビームを生成させる第２の再生光学系であって、当該第２の参照光ビームを前記特定入射角度で前記第２のホログラムに入射させて第２の再生光ビームを生成させ、前記再生部から再生信号を再生させる第２の再生光学系と、
を具備することを特徴とする光情報記録再生装置が提供される。
また、この発明によれば、
光同軸干渉で第１のホログラムが形成され、当該第１のホログラムが記録された領域に角度多重干渉で第２のホログラムが形成されている光記録層を有する光記録媒体と、
干渉性の光ビームを発生する光源と、
第１の記録モードにおいて、前記光ビームを空間的に分離して第１の記録情報に応じた記録パターンが与えられている第１の情報記録光ビーム及び第１の参照光パターンを与えた第１の参照光ビームを同軸的に発生し、前記領域で前記第１の参照光ビームと前記第１の情報記録光ビームとを干渉させて前記領域に前記第１のホログラムを形成させる第１の再生光学系と、
第２の記録モードにおいて、前記光ビームを第２の参照光ビーム及び第２の記録情報に応じた記録パターンが与えられる第２の情報記録光ビームに分離し、前記第２の参照光ビームを特定入射角で前記領域に入射させ、前記第２の参照光ビームと第２の情報記録光ビームとを干渉させて前記第２のホログラムを形成させる第２の再生光学系と、
前記第１の記録情報に前記特定入射角を含ませるデータ生成部と、
を具備することを特徴とする光情報記録再生装置が提供される。
更に、この発明によれば、
第１の再生モードにおいて、第１の参照光パターンを含む第１の参照光ビームを光同軸干渉で光記録媒体に形成された第１ホログラムに照射して第１の再生光ビームを生成させ、
前記第１の情報再生光ビームを検出して当該第１の情報再生光ビームに含まれる記録パターンを読み出し、第２の再生モードにおいて、第２の参照光ビームに設定される特定入射角を読み出し、
前記第２の再生モードにおいて、角度多重干渉によって前記第１ホログラムが形成された領域に多重に形成された第２のホログラムに前記第２の参照光ビームを前記特定入射角度で入射させて第２の再生光ビームを生成させ、
前記第２の再生光ビームから再生信号を再生させて情報を再生する、
ことを特徴とする光情報記録再生方法が提供されう。
更に、また、この発明によれば、
第１の記録モードにおいて、第１の参照光ビーム及び第１の記録情報に応じた記録パターンが与えられる第１の情報記録光ビームに分離して発生させ、
前記第１の参照光ビームを特定入射角で記録媒体の領域に入射させ、前記第１の参照光ビームと第１の情報記録光ビームとを干渉させて前記第１のホログラムを前記領域に形成させ、
前記特定入射角を含ませる管理データを生成し、
第２の記録モードにおいて、前記管理データに応じた記録パターンが与えられている第２の情報記録光ビーム及びこの第２の情報記録光ビームとは空間的に分離され、第２の参照光パターンを与えた第２の参照光ビームを同軸的に発生させ、前記第２の参照光ビームと前記第２の情報記録光ビームとを干渉させて前記領域に第２のホログラムを形成させて前記第１及び第２ホログラムを前記同一領域に記録する、
ことを特徴とする光情報記録再生方法が提供される。
この発明に係る光情報記録再生方法及び装置においては、角度多重方式で同一ブックにホログラムとしてデータが高い角度選択性を有して多重記録されている。また、この角度情報等の管理情報が同軸干渉方式で位置選択性の高いホログラムが同一ブックに記録される。同軸干渉方式における再生モード時には、再生される検出信号がトラッキング並びにチルトのサーボ信号として用いることができ、光学部品を追加することなく効率的な再生が実現される。また、位置選択性の高いホログラム信号から角度多重記録の為の管理情報が読み出され、この管理情報を利用することによって、角度多重情報の効率的な再生ができ、転送レートを向上させることができる。その結果、ホログラフィ、特に、ボリューム・ホログラフィを利用しているホログラム光記録再生装置においては、同軸干渉方式における再生光ビームを利用してトラッキング並びにチルトサーボを実現することができ、また、角度多重方式における再生モード時の効率性を向上することができる。
以下、必要に応じて図面を参照しながら、この発明の一実施の形態に係るホログラム型光記録再生装置を説明する。
図１及び図２は、夫々この発明の一実施の形態及び他の実施の形態に係るホログラム型光記録再生装置を示している。図１に示される装置は、光記録媒体１を透過した情報光ビームを検出する透過型の光学系の配置を有し、図２は、光記録媒体１から反射された情報光ビームを検出する反射型の光学系の配置を示している。図１及び図２においては、同一の参照符号を付してその説明を省略する。
図１に示される透過型の光学系においては、光記録媒体１が同軸干渉光学系７２からの光ビーム並びに角度多重光学系７４からの光ビームに対して透明な構造を有している。フォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６では、光記録媒体１から戻された光ビームを検出することから、サーボ光学系からの光ビームを選択的に反射する反射層を有している。フォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６が光記録媒体１を通過した光ビームを検出するのであれば、全ての光ビームに対して光記録媒体１は、透明な構造に形成されている。
図３には、透過型同軸干渉法に用いられるディスク状に形成された光記録媒体１が示されている。この光記録媒体１は、図３に示すようにガラス、ポリカーボネイト等によって形成された透明基板４を有し、透明基板４の主面上に記録層３、他方の主面上には光学系からの光ビームを選択的に反射する反射層５を備え、更に、記録層３の光入射側には、保護層２が設けられている。尚、この保護層２は、光記録媒体１に必ずしも設けられなくとも良い。
記録層３は、電磁波としての光ビームが照射されると、その強度に応じてその光学特性が変化する材料により形成されている。記録層３に用いられるホログラム記録材料は、有機材料であっても、また、無機材料であっても良い。ホログラム記録材料が有機材料であれば、例えば、フォトポリマ、フォトリフラクティブポリマ、フォトクロミック色素分散ポリマなどが挙げられる。ホログラム記録材料が無機材料であれば、例えば、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウムなどが挙げられる。反射層５は、記録光ビームの波長における反射率が高い材料、例えば、アルミニウム等によって形成されている。
図３には、図示されていないが、反射層５に接合される透明基板４側の面には、トラッキングサーボのための情報及びアドレス情報が予め凹凸などの構造により記録されている。フォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６のトラッキングサーボの方式としては、連続してトラッキング信号が検出される連続サーボ方式を用いることが好ましいが、光ビームを選択的に反射する選択的反射層５で記録光ビームが乱反射されてサーボ信号にノイズが多く混入する虞がある場合には、トラッキング信号がサンプルホールドされるサンプルドサーボ方式であっても良い。トラッキングサーボのための情報としては、例えば、ウォブルピットをトラック（トラキングガイド）中に設けてこのウォブルピットからトラッキングサーボのための情報が再生されても良い。
図１に示される装置においては、フォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６からのサーボ用の光ビームがダイクロイックプリズム１６等の光学素子を介して対物レンズ７に入射される。対物レンズ７でサーボ用の光ビームが反射層５に向けられ、この反射層５でサーボ用の光ビームが反射されて対物レンズ７を介してダイクロイックプリズム１６等の光学素子に戻され、再びフォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６に向けられる。フォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６では、後に詳細に説明するようにこの戻されたサーボ用の光ビームを検出してフォーカスエラー信号ＦＥ及びトラッキングエラー信号ＴＥを発生する。このフォーカスエラー信号ＦＥ及びトラッキングエラー信号ＴＥによってボイスコイルモータ１７を含む対物レンズ駆動部が駆動され、対物レンズ７がフォーカス状態に維持される。また、サーボ用の光ビームでターゲットとするトラックが検索され、対物レンズ７がトラッキング状態に維持される。
記録モード時には、始めにデータ生成部８０で生成されたデータが角度多重光学系７４に与えられ、角度多重光学系７４から参照光ビームがリレーレンズ４５を介して記録媒体１の記録層３に向けられる、また、参照光ビームと同一波長、同位相並びに同一の偏光面を有する情報光ビームが同軸干渉光学系７２の光路を導かれて記録媒体１の記録層３に集光される。情報光ビームは、角度多重データ生成部８０から生成された記録データで空間変調された情報パターンを含み、この情報光ビームと参照光ビームとが干渉してホログラムが生成される。参照光ビームの記録媒体１への入射角が微小増加或いは微小減少されて（角度多重されて）同様にホログラムが形成される。この角度多重で記録した１つのホログラムの体積は、ブックと称せられている。
多重記録される際の入射角は、入射角設定部８２で設定され、あるブックの入射角及びそのブックアドレスは、管理情報として同軸ホログラム用データ生成部８４内のメモリに与えられる。角度多重で１つのブックに多数のホログラムが記録されると、光学系が角度多重光学系７４から同軸干渉光学系７２に切り換えられ、ブックのアドレス、角度多重記録で記録されたホログラムの多重数、角度多重記録してある参照光ビームの入射角度情報等のブック情報（管理情報）が同軸干渉で記録される。同軸干渉光学系では、ブック情報で空間変調された情報光ビーム及び参照光ビームが発生され、この情報光ビーム及び参照光ビームが同軸干渉されて記録媒体１の記録層３に記録される。
再生モード時には、同軸干渉光学系７２からの参照光ビームが対物レンズ７を介して記録媒体１に向けられる。この参照光ビームの記録層３内の同軸干渉ホログラムから回折光線が情報光ビームとして検出光学系８８に導入される。この検出光学系８８で情報光ビームが検出されて再生信号生成部９０でブック情報が再生され、このブック情報が入射角設定部８２等に与えられる。このブック情報に含まれる入射角で角度多重光学系７４が設定されて参照光ビームが角度多重光学系７４から記録層３内の角度多重ホログラムに向けて照射される。角度多重ホログラムからは、同様に回折光線が生じ、この回折光線が情報光ビームとして検出光学系に伝達されて検出され、再生信号に再生信号生成部９０で変換される。
記録媒体１は、駆動機構８６で回転駆動され、記録媒体がチルトされて傾いている場合には、このチルト機構によって後に説明するように補正される。
図２に示す反射型の光学系は、記録媒体１から反射された情報光ビームを検出する為に対物レンズ７と同軸干渉光学系７２との間に偏向ビームスプリッタ１４等の光学素子が配置されている点が異なるのみで他の構成は、ほぼ同一であるのでその説明は省略する。
図３に示される光記録媒体１を反射型同軸干渉法に適用する場合には、透明基板４の主面上に記録層３、他方の主面上には、全ての光ビームを反射する反射層５が形成され、更に、記録層３の光入射側には、保護層２が設けられる。尚、この保護層２は、光記録媒体１に必ずしも設けられなくとも良い。
光記録媒体１には、対物レンズ７が対向して配置され、この対物レンズ７から光記録媒体１に照射された記録光ビームは、記録層３中で参照光ビームと干渉して記録層３中にホログラム６を形成して記録情報が記録層３にホログラムとして記録される。
反射型同軸ホログラフィの方式に係る記録再生装置では、再生モード時に参照光ビームが記録媒体３に照射され、参照光ビームがホログラムで回折されて再生光ビーム（情報光ビーム）が生成される。記録媒体３に照射された参照光ビームは、ホログラムで回折され、再生光ビーム（情報光ビーム）に相当する回折光成分及び記録媒体３を透過する残存光成分に分離される。この残存透過光成分が同軸的に回折光成分と共に光検出器に入射する虞があり、この残存透過光成分によって検出系のＳＮ比が悪化する虞がある。従って、検出光学系は偏光によって参照光ビームと再生光ビームとに分離する反射型偏光同軸干渉方式が好ましい。また、同軸干渉光学系では、一つの空間光変調器を用いて情報光ビームと変調された参照光ビームとを生成してホログラムを記録層３に記録し、光軸の中心部と周辺部で参照光ビームと再生光ビームとに分離している。空間光変調器は、後に説明されるように角度多重光学系でも共用することができ、光学系のコンパクト化を図ることができる。
後の説明から明らかなように反射型記録再生装置よりも透過型記録再生装置の方は、光学系が簡素化され、また、光学系のアライメントも容易である点において好ましい。
[透過型同軸方式における同軸干渉光学系７２]
透過型記録再生装置のより詳細な光学系が図４及び図５に示されている。この図４を参照して透過型同軸方式における同軸干渉光学系７２ついて説明する。
この装置では、一つの空間光変調器１１を用いて情報光ビームと変調された参照光ビームとを生成してホログラムを記録媒体１に記録する同軸干渉法を用いている。
図４及び図５に示される装置において、同軸干渉光学系７２の光源装置８としては、光ビームが可干渉性を備えることが要求されることから、直線偏光しているレーザ・ビームを発生するレーザ源が望ましい。具体的なレーザ源としては、半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザなどが挙げられる。また、光源装置８は、その出射されるレーザ・ビームの波長を調整できる機能を有していることが好ましい。光源装置８からのレーザ・ビームは、ビームエキスパンダ９に入射され、このビームエキスパンダ９において、レーザ・ビームが拡張（発散）され、平行光束に整形（コリメート）される。コリメートされたレーザ・ビームは、ミラー１０で反射されて反射型空間光変調器１１に照射される。
反射型空間光変調器１１は、格子状に２次元に配置された複数の画素を有し、画素毎に反射光束の方向を変えることができる偏向素子構造、或いは、画素毎に反射光束の偏光方向を変えることができる偏光光学素子を備えている。このような構造を有する光変調器１１に入射されたレーザ・ビームは、この変調器１１で反射される際に空間変調されて２次元パターンとして情報を付与した情報光ビーム及び参照光ビームに分離されて結像レンズ１２、１３から成る結像光学系に向けられる。即ち、反射型空間光変調器１１において、単一のレーザ・ビームから同軸的に結像光学系に向けられる情報光ビーム及び参照光ビームが同時に生成される。反射型空間光変調器１１としては、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）、反射型液晶素子、磁気光学効果を用いた反射型変調素子等を用いることができる。図４及び図５に示した反射型空間光変調器１１は、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）を想定している。反射型空間光変調器１１には、図６に示すような変調模様が表示される。即ち、光変調器１１の反射面は、光軸を含む中心領域が情報光ビームを生成する情報光ビーム領域３１に定められ、中心領域の周辺部分が参照光ビームを生成する参照光ビーム領域３２に定められている。
記録モード時には、この反射型空間光変調器１１からは、同軸的に伝達される情報光ビーム及び参照光ビームを含む記録光ビームが発生され、発生された記録光ビームは、結像レンズ１２、１３から成る結像レンズ系を介して偏光ビームスプリッタ１４に入射される。ここで、記録光ビームは、偏光ビームスプリッタ１４を透過するような偏光面が与えられている。即ち、光源装置８からの出射されたレーザ・ビームは、特定方向に偏光されて射出され、或いは、偏光素子を通過して特定方向に偏光される。偏光ビームスプリッタ１４を透過した記録光ビームは、記録光ビームの偏光面を回転する旋光用光学素子１５を透過し、ダイクロイックプリズム１６に入射される。ダイクロイックプリズム１６は、記録光ビームの波長を透過するダイクロイックミラーを有し、ダイクロイックプリズム１６を透過した記録光ビームは、対物レンズ７によって光記録媒体１に向けて照射される。対物レンズ７は、ボイスコイルモータ１７によってフォーカスが調整されてフォーカス状態に維持され、このフォーカス状態おいて、射出する記録光ビームを光記録媒体１の反射層５の表面でビーム径が最小になるように集光する。旋光用光学素子１５としては、１／４波長板、或いは、１／２波長板等が用いられる。
このように光路上で、情報光ビームは、光軸を含む中心領域を伝播され、参照光ビームは、中心領域周辺の周辺部を伝播され、情報光ビーム及び参照光ビームを含む記録光ビームが光記録媒体１に照射され、記録層３の内部で情報光ビームと参照光ビームが干渉し、光記録媒体１にホログラム６が形成される。
ここで、トラックキングガイド毎に参照光ビームのパターンが定められ、トラッキングガイドが指定されると、参照光ビームのパターンがその指定に基づいて変更される。
記録された情報を再生する再生モードにおいては、レーザ源８から記録モード時と同様にレーザ・ビームが反射型空間光変調器１１に向けられ、この反射型空間光変調器１１から参照光ビームが反射される。再生モード時には、図７に示すように、反射型空間光変調器１１から参照光ビームのみが反射されて記録媒体１に向けられるようなパターンが反射型空間光変調器１１の反射面に形成される。このパターンは、図６に示した記録光ビームを生成する際に、周辺部の参照光ビーム領域に形成されるパターンと同一の変調模様を有し、反射型空間光変調器１１は、記録モード時と同様に光記録媒体１に向けて参照光ビームを反射する。図６及び図７の比較から明らかなように、情報光ビームを生成する反射型空間光変調器１１の中心領域は、光記録媒体１に向けて光ビームを反射しないようなパターンを生成するように制御されている。この再生モード時の参照光ビームは、特に説明するまでもなく、記録光ビームと同様の光路を伝播して光記録媒体１に向けられる。
参照光ビームは、光記録媒体１内に入射されて記録層３に形成されたホログラム６に入射される。この参照光ビームの一部は、このホログラム６で回折されて再生光ビームを生成する。再生光ビームは、光記録媒体１の反射層５を通過してコリメータレンズ４２に向けられ、ダイクロイックプリズム１８で反射されて２次元光検出器２０に向けられる。従って、再生光ビームは、コリメータレンズ４２によって２次元光検出器２０上に再生像として結像される。この再生像は、記録モード時に反射型空間光変調器１１の情報光ビーム領域３１に形成されるパターンに相当し、この再生像が形成されることでホログラムに含まれる情報が再生される。ホログラム６により回折されなかった参照光ビームは、透過光ビームとして再生光ビームと同様に２次元光検出器２０上に結像される。ここで、２次元光検出器２０上では、中心部領域に再生光ビームの再生像パターンが形成され、周辺部には、透過光ビームの照射パターンが形成される。この中心部領域上の再生像パターンと周辺部上の照射パターンとは、２次元光検出器２０上では、分離して形成されることから、再生像パターンのみは、空間的に照射パターンから容易に分離され、この再生像パターンから再生信号が再生される。
[フォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６]
次に、図４に示される装置におけるトラッキングサーボ並びにフォーカスサーボについて説明する。
図４に示されるように、光記録再生装置は、サーボ用光ビームを発生するサーボ用光源装置２２を有している。光源装置２２としては、直線偏光をしたレーザ・ビームを発生するレーザ源が望ましい。レーザ源としては、具体的には半導体レーザ、Ｈｅ−Ｎｅレーザ、アルゴンレーザ、ＹＡＧレーザなどが挙げられ、記録用光源装置８とは異なる波長を有するレーザ・ビームを発生し、記録層３の光学特性を変化させない波長を有することが好ましい。一例として、光源装置２２は、波長６５０ｎｍ付近の赤色レーザ・ビームを発生する半導体レーザが最も望ましい。光源装置２２から射出されたサーボ用光ブームは、コリメートレンズ２３によって平行光束に整形（コリメート）されて偏光ビームスプリッタ２４に入射される。ここで、サーボ用光ビームは、光源装置２２から出射された時点で偏光ビームスプリッタ２４を透過するような偏光方向を有する偏光面を有している。偏光ビームスプリッタ２４を透過したサーボ用光ビームは、旋光用光学素子２５を透過し、ダイクロイックプリズム１６に入射される。ダイクロイックプリズム１６は、サーボ用光ビームの波長を反射するようなダイクロイックミラーを有している。旋光用光学素子２５としては、光学素子１５と同様に１／４波長板、或いは、１／２波長板等を用いることが出来る。ダイクロイックプリズム１６によって反射されたサーボ用光ビームは、対物レンズ７によって光記録媒体１に照射される。ここで、サーボ用光ビームは、光記録媒体１の反射層５の表面でそのビーム径が最小になるように集光される。サーボ用光ビームは、反射層５によって選択的に反射され、反射の際に、反射面５上に形成されたピットによって変調される。光記録媒体１から反射されたサーボ用戻り光ビームは、対物レンズ７を透過してダイクロイックプリズム１６に入射される。ダイクロイックプリズム１６においては、その境界面で反射されて旋光用光学素子２５を透過して偏光ビームスプリッタ２４に向けられる。更に、旋光用光学素子２５において、サーボ用戻り光ビームは、旋光用光学素子２５を透過する際に偏光面が回転されて光源装置２２から射出されたサーボ用光ビームとは異なる偏光成分を含む偏光ビームに変換され、偏光ビームスプリッタ２４によって反射される。
尚、偏光ビームスプリッタ２４でのサーボ用戻り光ビームの反射率が最も高くなるようにサーボ用戻り光ビームの偏光面が旋光用光学素子２５によって回転されるように旋光用光学素子２５の配向角度が調節されることが望ましい。
偏光ビームスプリッタ２４で反射されたサーボ用戻り光ビームは、凸レンズ２６及びシリンドリカルレンズ２７で構成される非点収差光学系を透過して４分割フォトディテクタ２８に向けられ、この４分割フォトディテクタ２８によってサーボ用戻り光ビームが検出される。この４分割フォトディテクタからの検出信号に基づいて、図８に示すようにアドレス信号を含む再生信号ＲＦ、フォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＲが生成さる。
図８は、４分割フォトディテクタ２８の出力に基づいて、フォーカスエラー信号ＦＥ及びトラッキングエラー信号ＴＥを検出するための回路を示している。この検出回路は、４分割フォトディテクタ２８の対角の受光部２８a、２８dの各出力を加算する加算器３３と、４分割フォトディテクタ２８の対角の受光部２８ｂ、２８ｃの各出力を加算する加算器３４と、加算器３３の出力と加算器３４の出力との差を演算して、非点収差法によるフォーカスエラー信号ＦＥを生成する減算器３５から構成されている。また、図８に示す検出回路は、４分割フォトディテクタのトラック方向に沿って隣り合う受光部２８a、２８bの各出力を加算する加算器３６と、４分割フォトディテクタのトラック方向に沿って隣り合う受光部２８c、２８dの各出力を加算する加算器３７と、加算器３６の出力と加算器３７の出力との差を演算して、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＴＥを生成する減算器３８と、加算器３６の出力と加算器３７の出力とを加算して再生信号ＲＦを生成する加算器３９とを備えている。
尚、再生信号ＲＦは、光記録媒体１の反射層５上に予め記録された情報を再生した信号に相当している。光記録再生装置と光記録媒体の位置ずれ補正（フォーカス補正並びにトラッキング補正）は、上述のように４分割フォトディテクタ２８より得られたフォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥがそれぞれ０になるように図２に示したボイスコイルモータ１７を附勢して対物レンズ１９を駆動することにより実現される。非点収差法を利用したフォーカスサーボ及びトラッキングサーボに関しては、よく知られていることから、上述した説明に留めるものとする。
[透過型角度多重光学系７４]
透過型角度多重方式に係る記録再生装置について図４、図５、図９及び図１０を参照して説明する。
透過型角度多重方式に係る記録再生装置で情報が記録され、情報が再生される記録媒体１は、既に図１を参照して説明したように反射型同軸方式における記録媒体１と略同様の構造を有し、サーボ用の光ビームのみを選択的に反射する反射層５が設けられ、透過光ビームを検出する為に透明な記録媒体１が用いられる。
光源装置８としては、反射型同軸方式の光源装置と同様に可干渉性の高いレーザ・ビームを発生するレーザ源が望ましい。光源装置８から出射された光ビームは、λ/２波長板４０を通過して偏光ビームスプリッタ４１で２本の光ビームに分割される。光ビームの偏光面を回転するλ/２波長板４０は、その配向が調整されて分割される２本の光ビームの強度比を調整することができる。偏光ビームスプリッタ４１を透過した光ビームは、再び波長板４８に入射されて偏光面が回転されて偏光ビームスプリッタ４１で反射された他方の光ビームの偏光面と同一の偏光面を有するようにその偏光面が調整される。波長板４８から射出された光ビームは、ビームエキスパンダ９によって拡張（発散）され、平行光束に整形（コリメート）され、空間光変調器１１に照射される。
空間光変調器１１には、図６に示される同軸型の変調器１１とは異なるパターン、例えば、図９に示されるような一様な２次元データのパターン（情報光ビームパターン）が表示される。情報が与えられた空間光変調器から反射された光ビームは、レンズ７を透過して記録媒体１に照射される。この光ビームを情報光ビームと称する。偏光ビームスプリッタ４から反射された他の１本の光ビームは、ガルバノミラー４４で反射されて投射レンズ系を構成するレンズ４５，４６を透過して記録媒体１に照射される。この光ビームを参照光ビームと称する。この参照光ビームは、ガルバノミラー４４が微動回転しても常に記録媒体１の同一の点に照射されるようにガルバノミラー４４上の参照ビーム入射点及び記録媒体１中の参照光ビームの照射点（集光点）がレンズ４５，４６に関して共役の関係に配置されている。そして、情報光ビームの記録媒体１の記録層３内の集光点と参照光ビームの集光点が一致されるように光学系の配置が定められている。
記録モードにおいては、記録媒体１内の記録層３において、情報光ビームと参照光ビームが重なり、空間光変調器１１に表示された情報パターンを含む情報光ビーム、参照光ビームの入射角度、波面及び波長等の記録モード時の条件を反映した干渉縞が生じ、記録媒体１の記録層３にホログラムが形成される。
情報光ビームは、ホログラムの生成に寄与した後、記録媒体１を透過してコリメータレンズ４２に向けられ、コリメータレンズ４２でコリメートされてビームスプリッタ１８に入射される。ビームスプリッタ１８で反射されてイメージ・センサ２０の検出面に結像され、また、ビームスプリッタ１８を透過した再生ビームは、投射レンズ２９で集光されてフォトディテクタ３０に向けられ、このフォトディテクタ３０よって情報光ビームの強度がモニタされる。
再生モード時においては、図１０に示されるように参照光ビームのみが記録媒体１に向けられ、情報光ビームが生じないように制御される。図１０に示す光学系では、偏光ビームスプリッタ４１と変調器１１の間に光路遮断部材として、例えば、シャッター４３が設けられ、このシャッター４３が閉成されて光路が遮断される。記録モード時に記録媒体１に照射されたと、同一の条件の参照光ビームがガルバノミラー４４及びレンズ４５，４６を介して記録媒体１に入射されると、記録媒体１に記録された干渉縞によって参照光ビームが回折され、その回折光ビームが再生光ビームとしてコリメータレンズ４２に入射される。ここで、同一条件とは、波長、波面、入射角度が情報記録モード時の参照光ビームと同一の条件である参照光ビームがガルバノミラー４４に向けられていることを意味している。再生光ビームは、コリメータレンズ４２でコリメートされてビームスプリッタ１８に入射され、ビームスプリッタ１８で反射されてイメージ・センサ２０の検出面に結像される。また、ビームスプリッタ１８を透過した再生ビームは、投射レンズ２９で集光されてフォトディテクタ３０に向けられ、このフォトディテクタ３０よって再生光ビームの強度がモニタされる。
記録媒体１においては、回折は、ブラック条件を満たした時にのみ生じる。記録モード時と異なる条件の参照光ビームを入射させても回折は生ぜず、情報は得られない。例えば、ガルバノミラー４４を回転させて、記録モード時の参照光ビームと入射角度のみを僅かに変化させて記録媒体に照射させると回折光は得られなくなる。
[反射型同軸方式における同軸干渉光学系７２]
反射型同軸方式における同軸干渉光学系７２は、図１１に示されている。
図１１に示される装置においては、透過型同軸方式と同様に一つの空間光変調器１１を用いて情報光ビームと変調された参照光ビームとを生成してホログラムが記録媒体１に記録される。この記録モードにおける光学系並びにホログラムの記録方法は、透過型同軸方式における同軸干渉光学系７２と同一であるので、透過型同軸方式における同軸干渉光学系７２に関する説明を参照されたい。
記録された情報を再生する再生モードにおいては、レーザ源８から記録モード時と同様にレーザ・ビームが反射型空間光変調器１１に向けられ、この反射型空間光変調器１１から参照光ビームが反射される。再生モード時には、図７に示すような反射型空間光変調器１１から参照光ビームのみが反射されて記録媒体１に向けられるようなパターンが反射型空間光変調器１１の反射面に形成される。このパターンは、図６に示した記録光ビームを生成する際に、周辺部の参照光ビーム領域に形成されるパターンと同一の変調模様を有し、反射型空間光変調器１１は、記録モード時と同様に光記録媒体１に向けて参照光ビームを反射する。この再生モード時の参照光ビームは、特に説明するまでもなく、記録光ビームと同様の光路を伝播して光記録媒体１に向けられる。
参照光ビームは、光記録媒体１内に入射されて記録層３に形成されたホログラム６に入射される。この参照光ビームの一部は、このホログラム６で回折されて再生光ビームを生成する。再生光ビームは、光記録媒体１の反射層５によって反射されて再び対物レンズ７に向けられ、ダイクロイックプリズム１６を通過して旋光用光学素子１５に入射される。再生光ビームは、旋光用光学素子１５を透過する際に偏光面が回転されて参照光ビームとは異なる偏光成分を含む偏光ビームに変換される。従って、旋光用光学素子１５から射出された再生光ビームは、偏光ビームスプリッタ１４によって反射されて検出光学系に向けられる。
尚、偏光ビームスプリッタ１４で再生光ビームの反射率が最も高くなるように再生光ビームの偏光面が旋光用光学素子１５によって回転され、旋光用光学素子１５の配向角度が調節されることが望ましい。偏光ビームスプリッタ１４によって反射された再生光ビームは、その殆どがビームスプリッタ１８によって反射されて検出光学系の結像レンズ１９に向けられ、この結像レンズ１９によって２次元光検出器２０上に再生像として結像される。この再生像は、記録モード時に反射型空間光変調器１１の情報光ビーム領域３１に形成されるパターンに相当し、この再生像が形成されることでホログラムに含まれる情報が再生される。ホログラム６により回折されなかった参照光ビームは、透過光ビームとして再生光ビームと同様に２次元光検出器２０上に結像される。ここで、２次元光検出器２０上では、中心部領域に再生光ビームの再生像パターンが形成され、周辺部には、透過光ビームの照射パターンが形成される。この中心部領域上の再生像パターンと周辺部上の照射パターンとは、２次元光検出器２０上では、分離して形成されることから、再生像パターンのみは、空間的に照射パターンから容易に分離され、この再生像パターンから再生信号が再生される。
尚、再生信号のＳＮ比を良好に維持するためには、光検出器２０と結像レンズ１９との間にアイリス２１を配置して参照光ビームが遮られても良い。
[反射型同軸方式でのフォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６]
反射型同軸方式でのフォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６は、透過型のフォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６と同一であり、上述したフォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６に関する説明を参照されたい。
[反射型角度多重光学系７４]
反射型角度多重光学系７４は、透過型角度多重光学系７４と略同一の光学系を有することからその説明は省略する。従って、記録モードの説明は、透過型角度多重光学系７４の説明を参照されたい。
再生モード時には、図１１に示される光学系において、参照光ビームのみが記録媒体１に向けられる。記録モード時に記録媒体１に照射されたと、同一の条件の参照光ビームが記録媒体１に入射されると、記録媒体１に記録された干渉縞によって参照光ビームが回折され、その回折光ビームが再生光ビームとして対物レンズ７に戻される。再生光ビームは、対物レンズ７、ダイクロイッックプリズム１６、波長板１５を介して偏向ビームスプリッタ１４に戻され、偏向ビームスプリッタ１４で反射される。反射された再生光ビームは、ビームスプリッタ１８で反射されてイメージ・センサ２０の検出面に結像される。また、ビームスプリッタ１８を透過した再生ビームは、投射レンズ２９で集光されてフォトディテクタ３０に向けられ、このフォトディテクタ３０よって再生光ビームの強度がモニタされる。
[同軸方式と角度多重方式の相違]
上述した同軸方式と角度多重方式の相違点に関して説明する。
同軸方式と角度多重方式では、多重方法が相違している。同軸方式では、同軸的な参照光ビーム及び記録光ビームがシフトされてビームスポットが変位されるシフト多重で情報が記録される。即ち、記録媒体１の面に対して平行に記録媒体１、又は光学系がシフトされると、シフト方向から見て近い側から生ずる回折光と遠い側から生ずる回折光の位相のずれがちょうど逆になり、回折光が消失される。このシフト選択性を利用して情報が多重記録される。シフト選択性は、光ビームの断面が円である場合、参照光ビームの半径が大きいほど、参照光ビームパターンの幅が広いほど大きくなる。シフト選択性が大きいほど多くの情報を記録できることになるが、ビームのサイズは限られ、また、参照光ビームパターンの幅が広くなると情報光ビームのエリアが狭くなり、書き込み容量は上がらなくなるトレードオフの関係にある。
角度多重方式は、その名前の通り、角度選択性を用いて多重記録する。図５に示される光学系において、ガルバノミラー４４が微小回転されても、生ずる記録スポットの形成領域は変化されず、参照光ビームの入射角度のみが変化されて同一体積（ボリューム）に多重記録される。この角度多重で記録した１つのホログラムの体積は、ブックと称せられている。
図１２に示されるように記録媒体１の記録層には、入射角０（θ＝０）の情報光ビームがパルス照射されて同軸記録で同一体積（ボリューム）中にブックが形成され、角度多重方式で入射角（θ＝θ０・・・θ１）が微小に増加或いは減少されて情報光ビームがパルス照射されて同一体積（ボリューム）中にブックが形成される。
［チルト補正機構８６］
図１３及び図１４を参照して散ると補正機構８６の動作について説明する。図１３に示されるように軸ｂが参照光ビームの光軸に対して直交する面に対ししチルト角δだけ傾いている場合には、光記録媒体１が軸ａまわりに微動される。例えば、図１７に示されるようにチルト補正機構８６が動作して記録媒体１に接する回転駆動部に設けられる突起部５１がチルト角δを補正するように不均等に上下動されて微小傾動量＋δθ1〜−δθ1の範囲で記録媒体１が傾動される。この微小傾動量＋δθ1〜−δθ1の範囲で記録媒体１が傾動されるにともない、再生光ビームの光強度が変動されることから、再生光ビームが検出され、再生光ビームで生ずる信号強度が最大値となるようにチルト補正機構８６から記録媒体１に最適微小傾動角が与えられてチルト角δが補正される。最適微小傾動角が定まると、この最適微小傾動角に記録媒体１が維持されて記録媒体１が回転される。チルト補正機構８６は、常に、再生光ビーム信号をモニタし、その再生光ビーム信号が最大値となるように記録媒体１にチルト角を与えるように記録媒体１を制御することとなる。
同様に、図１４に示されるように軸ａが参照光ビームの光軸に対して直交する面に対ししチルト角δだけ傾いている場合には、光記録媒体１が軸ｂまわりに微動される。即ち、チルト補正機構８６が動作して記録媒体１に接する回転駆動部に設けられる突起部５１がチルト角δを補正するように不均等に上下動されて微小傾動量＋δθ1〜−δθ1の範囲で記録媒体１が傾動される。この微小傾動量＋δθ２〜−δθ２の範囲で記録媒体１が傾動されるにともない、再生光ビームの光強度が変動されることから、再生光ビームが検出され、再生光ビームで生ずる信号強度が最大値となるようにチルト補正機構８６から記録媒体１に最適微小傾動角が与えられてチルト角δが補正される。最適微小傾動角が定まると、この最適微小傾動角に記録媒体１が維持されて記録媒体１が回転される。チルト補正機構８６は、常に、再生光ビーム信号をモニタし、その再生光ビーム信号が最大値となるように記録媒体１にチルト角を与えるように記録媒体１を制御することとなる。
ここで、軸ａは、図１５に示すように半径方向ｒに沿って延出される光軸とビームスポット４９を通る軸に相当している。また、軸bは、軸ａに直交してビームスポット４９を通過する記録媒体１の面に平行な直線に相当している。目標トラックにビームスポットが一致するチルト角δは、上述した同軸干渉記録で記録されるホログラムにディスク装置を特定する情報、記録媒体１及び当該トラック５０の番号を特定する情報とともに管理情報として記録されることが好ましい。
［ブックの記録位置］
図１５に示すようにビームスポット４９で記録されるブック位置は、トラック５０内での信号が極大値になる回転角度φが測定されて特定されることが好ましい。回転角φは、当該トラック５０内の基準位置を基準としてその基準位置からの回転角に相当し、当該トラック５０に記録されているブックの記録位置を示すこととなる。この回転角φも同軸干渉記録で記録されるホログラムにアドレス情報の管理情報として同一トラック或いは他のトラックに記録されることが好ましい。
目的のトラックから記録された情報を角度多重方式で再生する場合、転送速度を上げるために、参照光ビームの入射角度が固定され、記録媒体１がφ方向に回転されてそのトラックを再生し、参照光ビームの入射角度を変化させて、再びそのトラックに渡って再生することを繰り返すことが望ましい。また、イメージ・センサ２０で検出する情報光ビームは、最も回折強度が高いところ付近で効率よく検出することが望ましい。
同軸参照光ビームを照射した時に測定した極大値と取る角度φ付近で得られた情報光ビームのみがイメージ・センサ２０で検出され、この検出信号に含まれるデータがデコードされてホログラムに含まれる再生条件に関する情報を得ることができる。同軸方式は、シフト選択性が高い（角度依存性が小さい）ため高精度でブック位置を検出することができる。同軸方式ホログラムの位置選択性は、同軸参照光ビームの面積に依存している。同軸参照光ビームの面積が大きいほど位置選択性は向上する。一方で同軸情報光ビームの面積が減るため表現できる情報は減ってしまう。しかし、上述したように同軸方式のホログラムは、あくまで管理情報等の補助情報のみを記録するため、同軸参照光ビームの面積に対して、同軸情報光ビームの面積はあまり大きくする必要はなく、十分な位置選択性を有するように同軸参照光ビームの面積を自由に確保できるメリットがある。これによって高い精度で、より回折強度の高い記録位置で角度多重情報光ビームを再生でき、かつ転送レートを上げることができる。トラック５０を移動する時は、参照光ビームをシャッター４７で遮断し、目標とするトラックの同軸方式の参照光ビームを照射し、トラックを検出し、ブックの記録してある角度φを検出し、情報光ビームを再生する。
比較例として単独の透過型角度多重方式の光学系で情報を記録方式では、再生したいブックにビームスポットを一致させる場合、機械精度に依存する機械的制御で参照光ビームの光軸を制御している。機械的制御では、同一のドライブで、且つ、同一記録媒体（ディスク）であれば効率は悪いものの再生はある程度行えると思われる。しかし、異なるドライブで且つ異なる記録媒体（ディスク）にあっては、ビームスポットを目的のブックに到達させることは難しいとされている。しかし、上述したように、目的のブックに同軸方式ホログラムの位置選択性精度でビームスポットが一致され、予め角度多重方式における再生条件が管理情報として効率的に再生されることで、角度多重方式における再生が迅速化され、しかも、角度多重方式におけるブックから高い精度で再生信号が再生される。
［角度選択性とシフト選択性］
次に角度多重方式及び同軸方式の角度選択性とシフト選択性について下記に記載する式を参照して説明する。
下記式１は、回折効率η（θ,L,Δθ）を表している。
Figure 2009080890
 ここで、L：記録媒体厚さ、λ；レーザ波長、θ：情報光ビームと参照光ビームの入射角度差、n：記録媒体屈折率、Δθ：角度選択性である。
この式１から記録媒体１が厚いほど、θが大きいほど回折効率の角度選択性は、大きいことが容易に理解することができる。具体的には、Ｌ＝２００μｍ、ｎ＝１．５、θ＝４５°の時、角度選択性は、約０．２°である。また、Ｌ＝１．０ｍｍの時は、角度選択性は、約０．０３°になる。このことは、この程度であっても、参照光ビームの入射角度がずれると回折光は得られないことになる。
これに対して、同軸方式では、この角θはレンズ７のNAに依存する。例えばNA＝０．６、n=１．５の時、角度差θは、最大で２４°である。角度選択性は０．０６°となる。しかし、同軸方式における角度差θは、最大でこの値であり、更に、小さい角度であっても良いことから、同軸方式では、角度選択性はさらに低くすることができる。また、干渉効率を上げるために、空間光変調によって光ビームは、空間変調を受けるので入射角度差さらに小さくなり、角度選択性は、低下し、結果的に約数倍から１０倍角度選択性に小さくなる。即ち、同軸方式では、回折角度マージンが数倍から１０倍広いこととなる。シフト選択性について言えば、逆に、角度多重方式は小さく、参照光ビームの径にも依存するが数十μm程度となる。それに対して、同軸方式は、１０μｍ以下のシフト選択性を有する。
下記式２は、変数をλ、L、θの他に、記録媒体内の屈折率差Δnにとった時の回折効率η（θ,L,Δθ）を表している。
Figure 2009080890
同一の回折効率η（θ,L,Δθ）を得るため、入射角度差θが小さい同軸方式はより大きな屈折率差Δｎが記録媒体に要求される。即ち、大きな屈折率差Δｎに設定することは、記録媒体で記録するボリュームが消費されることを意味している。より多くの情報を記録媒体に記録するには、同軸方式より角度多重方式の方が向いているということになる。しかし、角度多重方式はシフト選択性が低いため、記録スポットに正確にアクセスできない問題もある。そこで、シフト選択性の高い同軸方式でブックのアドレス等の管理情報が同時に記録され、それを利用することで、この二つの方式の長所を本願の実施例の装置に与えることができる。また、角度多重方式では、光学素子の配置が制約されることから、情報光ビームと参照光ビームの入射角度差Δθは、ある範囲から小さくすることができない。この利用できない範囲の角度領域をも本願の実施例の装置では用いるため、角度多重された情報に悪影響を及ぼさないという利点がある。
[本発明の適応例]
上述した説明を基にこの発明を適用した実施形態に係る装置の動作について説明する。始めに、本発明の実施形態に係る装置では、ディスク型記録媒体を用い、透過型角度多重方式に適応した実施形態について説明をする。
図１６は、記録モード時における記録再生装置の動作を示している。始めに、記録動作の処理がステップＳ１で始まると、記録媒体１が記録媒体１１の面に垂直な軸で回転され、ステップＳ２に示すようにフォーカスサーボ、例えば、サーボ用の光ビームが記録媒体１に向けられ、記録媒体１からの反射光ビームが前述した４分割フォトディテクタ２８で検出されてフォーカスが検出され、この検出されたフォーカス信号に応答するフォーカスサーボが実施される。このフォーカスサーボは、ステップＳ８に示される記録動作の終了まで持続される。次に、ステップＳ３に示すようにトラックサーボで再内周のトラックが指定され、ターゲットビームスポットがディスク最内周部に移動されるように光学系が制御される。その後、ステップＳ４に示すように、そのビームスポットに参照光ビーム及び情報光ビームを照射して高い機械精度で同一体積（ブック）に角度多重記録で情報が記録される。ブックが記録された後、角度多重で用いた参照光ビームは、ステップＳ５に示すようにシャッター４７を用いて遮断される。そして、光変調器１１に図３に示すように同軸方式の参照光ビーム領域及び同軸方式の情報光ビーム領域に所定のパターンが表示され、ステップＳ６に示すように参照光ビーム及び情報光ビームが光変調器１１から記録媒体１に向けられて参照光ビーム及び情報光ビームが記録媒体１に照射されてホログラムが形成される。
この明細書において、同軸方式の参照光ビームを同軸参照光ビーム、同軸方式の情報光ビームを同軸情報光ビームと称する。同軸方式のホログラムは、角度多重記録モード時の参照光ビームを照射してもブラック条件を満足しないため、再生光ビームに影響を与えないこととなる。同軸方式の情報パターンには、そのブックのアドレス、角度多重記録で記録されたホログラムの多重数、角度多重記録してある参照光ビームの入射角度情報が与えられる。また、同一のトラック内では、同一の参照光ビームパターンに設定され、トラック毎に参照光ビームパターンが異なるようなに特徴付けられている。ステップＳ７に示すように角度多重記録に伴い同軸ホログラム記録が実施されて次々に情報の記録が実施され、ステップＳ７において記録が終了された後に記録動作が終了される。
次に再生モード時における再生動作について説明する。
図１７は、再生モード時における記録再生装置の動作を示している。再生モードにおいては、始めに、再生動作の処理がステップＳ１１で開始されると、記録媒体１が記録媒体１１の面に垂直な軸で回転され、ステップＳ１２に示すようにフォーカスサーボ、例えば、上述したと同様なフォーカス検出方法でフォーカスサーボが実施される。ここで、フォーカス検出用の光ビームは、記録媒体１の光学特性を変化させないような波長を有することが好ましい。このフォーカスサーボは、ステップＳ２１に示される再生動作の終了まで持続される。次に、ステップＳ１３に示すようにターゲットビームスポットがディスク最内周部に移動されるように光学系が制御される。より具体的には、記録媒体１１、又は、対物レンズ７を含む光学系が移動され、ビームスポットが記録媒体１の最内周部に照射されるように光学系が配置される。ビームスポットが目標トラックに形成されると。ステップＳ１４に示すように、同軸参照光ビームが記録媒体１１に照射されて、回折光が再生光ビームとして同軸ホログラムから生成され、検出速度の速いフォトディテクタ３０で再生光ビームが検出される。このステップＳ１４で照射する同軸参照光ビームは、目標とするトラック５０で定められたパターンを有するものとする。この状態で、図１５に示すように、ディスクの半径方向ｒにビームスポット４９が移動するように、ディスク１或いは光学系が移動制御される。目的のトラックにビームスポット４９が到達すると、フォトディテクタ３０には、ディスクの回転Ｒoに伴って周期的に再生光ビームが照射されて再生信号が出力される。この再生光信号の各ピークがそのトラック５０に記録されているブックの位置に対応している。従って、この再生信号は、トラッキングエラー信号とし処理されて、図１８に示すように再生光信号が極大値になるように光学系または記録媒体１が制御される。即ち、ステップＳ１２において、当初フォーカス及びトラッキングサーボ光学系７６でサーボが実施されて参照光ビームのスポットが目的トラック５０に形成され、ステップＳ１５において、フォトディテクタ３０から再生光信号がトラッキングサーボ系に供給されてトラッキングサーボ系がこの再生光信号が極大値となるように対物レンズ７が制御される。トラック５０毎に定まる参照光ビームのパターンＲｅｆが定められ、このパターンが目標のトラック５０に向けられると、当該トラック５０中においては、このパターンで形成されたホログラムによって再生光ビームが図１８に示すように生じる。目標トラック５０に参照光ビームが近づくに従って再生光ビームが表れ、この光ビームのレベルが急激に上昇される。従って、再生光ビームの強度が最大である限りにおいては、参照光ビームが正確にトラック５０を追従していることとなる。
トラッキング制御に伴いステップＳ１６に示すようにチルト制御が実施される。チルト制御においては、図１３及び図１４を参照して説明したように、参照光ビームの光軸に対して直交する面に記録媒体１の面が一致するようにチルト角度が補正される。この補正によって、角度多重方式における再生光ビームの入射角が正しく補正され、再生準備が整えられる。
尚、図１６のステップＳ４に示す角度多重記録での記録モード時においても当然に同様にチルト補正が実施されることが望ましい。
角度多重方式における再生準備が整えられると、ステップＳ１７に示されるように同軸参照光ビームがシャッター等で遮断される。その後、再生モードにおいて、同軸参照ビームでの再生された所定の入射角度が設定され、この入射角度で参照光ビームが記録媒体１に向けられ、この角度多重で記録されたブックから再生光ビームが再生される。ステップＳ１９に示すように同一トラックから次々と再生光ビームが再生されて記録されたブックからデータが再生される。
予め設定されたデータが再生されたかが、ステップＳ１９で確認され、所定のデータが再生されていな場合には、ステップＳ１４に戻される。ステップＳ１９で予め設定されたデータが再生されたことが確認されると、ステップＳ２１で再生が終了される。
［実施例］
（記録媒体の作製）
まず、ビニルカルバゾール３．８６ｇとビニルピロリドン２．２２ｇとを混合し、次いで、イルガキュア７８４（チバスペシャルティケミカルズ社製）０．１ｇを加えて攪拌した。すべてが溶解したのちパーブチルH（日本油脂製）０．０４ｇを混合してモノマー溶液Ａを調製した。次に、1，4−ブタンジオールジグリシジルエーテル１０．１ｇとジエチレントリアミン３．６ｇを混合してエポキシ溶液Ｂを調製した。Ａのモノマー溶液１．５ｍｌとＢのエポキシ溶液８．５ｍｌを混合、脱泡して光記録媒体前駆体を調製した。別途準備したディスク状ポリカーボネイト基板を対向配置し、さらに一様圧力を加えることにより、上記混合溶液を厚さ２５０μｍにまで延伸した。最後に５０℃で１０時間加熱して厚さ２５０μmの記録領域をもつディスク状の光記録媒体を作成した。中心部を磁気クランプで挟みこんだ。また、磁気クランプには三点のくぼみを設けた。本実施例で作成した光記録媒体１は上部ポリカーボネイト基板が保護層２を形成している。なお、本実施例では一連の作業は、記録層３が感光しないように、波長600nmより短い光が遮光されている室内で行った。
（光情報記録装置の作成）
まず、光記録再生装置として、図３に示す構成の光記録再生装置を作製した。対物レンズ７は開口数NA=0.5を用いた。これらを光記録再生装置Ｄ、光記録再生装置Ｅとする。光源装置８としては窒化ガリウム系の半導体レーザ素子を用いて外部共振器構造を作成した（発振波長403nm-405nm）。サーボ用光源装置２２としては直線偏光した半導体レーザ（波長650nm）を用いた。こちらは、外部共振器を加えなかった。反射型空間光変調器１１してはデジタルミラーデバイスを用い、２次元光検出器２０としてはＣＣＤアレイを用いた。旋光用光学素子１５としては波長405nm用の１／４波長板、旋光用光学素子２５としては波長650nm用の１／４波長板を用いた。また、旋光用光学素子１５として用いた１／４波長板は、２次元光検出器２０上で再生光ビームと強度が最も大きくなるようにその方位を調整し、旋光用光学素子２５においてもそれぞれ、４分割フォトディテクタ２８上での光強度が最も強くなるようにその方位を調整した。
（情報の記録）
次に、上記の方法で作製した光記録媒体１を光記録再生装置Ｄに搭載して、実際に情報の記録を行った。記録媒体は、磁気クランプの３点に対して装置に固定した。1rpmの回転数で光記録媒体を回転させ、光源２２を用いて、光記録媒体に対するフォーカスサーボを行い、レーザ８を点灯させ、ガルバノミラー４３を回転させながらホログラムの記録を行った。光記録媒体表面での光強度は0.1mW、レーザビームのスポットサイズは400μm径であった。デジタルミラーデバイス１１上の画素としては４００×４００の１６００００画素の領域を用い、隣接する４×４の１６画素を１シンボルとし、１６画素中の３画素を明点とする１６：３変調方法を用いた。角度多重の角度間隔は１°間隔とした。最後に、参照光ビームをシャッター１９によって遮断し、同軸方式での記録を各ブックに対して行った。この時、前述したようにトラック内では、同じ参照光ビームパターンにした。
（情報の再生）
1rpmの回転数で光記録媒体を回転させ、光源２２を用いて、光記録媒体に対するフォーカスサーボを行った。レーザ８を点灯させ、同軸参照光ビームを空間光変調器１１を用いて表示させ、記録媒体に照射した。この時シャッター１９は遮断した。ビームスポットを記録媒体の中心部に移動させた。そこから、フォトディテクタ３０で周ごとに回折光強度を測定しながら、半径方向にビームスポットを移動させた。周ごとの平均回折光強度が極大値を取る位置で移動を停止させた。回転駆動装置、上下させ、前述した軸b周りに回転させ、回折光強度が極大値を取る位置で停止させた。この時、そのトラック内でピークをとる角度φを測定した。次に、シャッター１９を開放し、また、波長板４０を回転させ、ビームがすべてガルバノミラー４３側に向かうようにした。ガルバノミラーを回転させ、信号強度をフォトディテクタ３０で測定し、平均強度が極大値を取る位置で停止させた。測定した、トラック内でのピーク角度φごとにＣＣＤ２０で回折光を測定した。その結果トラック内で回折光強度が極大値をとる位置で効率良い再生が行えた。
（比較例に係る装置おける再生）
記録モード時に同軸方式で記録をせず、角度多重方式での再生を行った。トラックサーボはガルバノミラー４３からの参照光ビームを用いて行った。その結果、トラックサーボするために、ガルバノミラーを回転させなければ信号が得られなかった。ビームスポットをトラックに一致させたあと、そのトラック内の情報を再生する場合、回折光強度が極大値を取る位置以外の位置での再生が含まれてしまい、効率的な再生を行うことができなかった。
以上のように、この発明のホログラフィ、特にボリューム・ホログラフィを用いたホログラム型光記録再生装置及び方法によれば、トラッキング及びチルトサーボを実現することができ、また、再生モード時の効率性を上げることができる。
この発明の一実施の形態に係る透過型のホログラム光記録再生装置を概略的に示すブロック図である。 この発明の他の実施の形態に係る反射型のホログラム光記録再生装置を概略的に示すブロック図である。 図１及び図２に示される光記録媒体の構造を概略的に破断して示す断面図である。 図１に示した透過型ホログラム光記録再生装置の光学系を示すブロック図である。 図１に示したホログラム光記録再生装置の透過型角度多重光学系を示すブロック図である。 図１及び図２に示す同軸干渉光学系に配置される空間光変調器に記録モード時に表示されるパターンを概略的に示す平面図である。 図１及び図２に示す同軸干渉光学系に配置される空間光変調器に再生モード時に表示されるパターンを概略的に示す平面図である。 図１及び図２に示すフォーカス及びトラッキングサーボ光学系における検出回路を示すブロック図である。 図５に示す透過型角度多重光学系における空間光変調器に表示されるパターンを概略的に示す平面図である。 図５に示す透過型角度多重光学系における再生モード時における光ビームの光路を概略的に示すブロック図である。 図２に示される反射型同軸干渉光学系を概略的に示すブロック図である。 図３に示される光記録媒体に記録モード時に同軸記録方式において照射される情報光ビームの光パルス波形並びに角度多重記録方式において照射される情報光ビームの光パルス波形を示している。 図１及び図２に示されるチルト補正機構の動作を示す概略図である。 図１及び図２に示されるチルト補正機構の動作を示す概略図である。 図１及び図２に示される光記録媒体上に形成されるビームスポットとトラックとの関係を示す平面図である。 図１及び図２に示すホログラム光記録再生装置の記録動作を示すフローチャートである。 図１及び図２に示すホログラム光記録再生装置の再生動作を示すフローチャートである。 図１及び図２に示すホログラム光記録再生装置における参照光ビームを利用したトラッキングサーボ動作を説明する為の目標トラックからの信号レベルの変化を示すグラフである。
符号の説明
１．．．記録媒体、２．．．保護層、３．．．記録層、４．．．透明基板、５．．．反射層、６．．．干渉縞、７、１２，１３，１９、２３，２６、２７，２９，４２、４５、４６．．．レンズ、８．．．光源、９．．．光形状補正機構、１０．．．ミラー、１１．．．空間光変調器、１４、１８、２４、４１．．．偏光ビームスプリッター、１５．．．波長板、１６．．．ダイクロックプリズム、１７．．．レンズ調整機構、２０．．．イメージ・センサ、２１．．．ノイズカットフィルター、２２．．．光源、２５．．．波長板、２８．．．４分割フォトディテクター、３０．．．フォトディテクター、３１．．．同軸情報光ビーム、３２．．．同軸参照光ビーム、４０．．．波長板、４３、４７．．．シャッター、４４．．．ガルバノミラー、４８．．．波長板、４９．．．ビームスポット、５０．．．トラック、５１．．．回転駆動部

Claims (17)

  1. 光同軸干渉で第１のホログラムが形成され、当該第１のホログラムが記録された領域に角度多重干渉で第２のホログラムが形成されている光記録層を有する光記録媒体と、
    干渉性の光ビームを発生する光源と、
    第１の再生モードにおいて、前記光ビームに第１の参照光パターンを与えて生成された第１の参照光ビームを前記第１のホログラムに照射して第１の再生光ビームを生成させる第１の再生光学系と、
    前記第１の情報再生光ビームを検出して当該第１の情報再生光ビームに含まれる記録パターンを読み出し、前記第２のホログラムを記録する記録モードにおいて第２の参照光ビームに設定された特定入射角を読み出す再生部と、
    第２の再生モードにおいて、前記特定入射角に応じて前記光ビームに予め設定された方向性を与えて前記第２の参照光ビームを生成させる第２の再生光学系であって、当該第２の参照光ビームを前記特定入射角度で前記第２のホログラムに入射させて第２の再生光ビームを生成させ、前記再生部から再生信号を再生させる第２の再生光学系と、
    を具備することを特徴とする光情報記録再生装置。
  2. 前記第１のホログラムには、前記第２のホログラムの多重数、前記第２ホログラムのアドレス並びに前記多重数毎に用意された前記特定入射角が管理情報として記録されていることを特徴とする請求項１の光情報記録再生装置。
  3. 前記光記録媒体は、トラックを有し、前記第１の参照光パターンは、当該トラック毎に特有のパターンに定められていることを特徴とする請求項１の光情報記録再生装置。
  4. 前記光記録媒体は、前記第１のホログラムが形成されているトラックを有し、
    前記再生部は、前記第１の再生光ビームを検出して検出信号を発生し、
    当該検出信号で前記トラックを前記第１の参照光ビームで追従させるトラッキングサーボ機構を更に含むことを特徴とする請求項１の光情報記録再生装置。
  5. 前記再生部は、前記第１の再生光ビームを検出して検出信号を発生し、
    当該検出信号から前記光記録媒体のチルトを補正するチルト補正機構を更に含むことを特徴とする請求項１の光情報記録再生装置。
  6. 前記第１のホログラムは、高い位置選択性を有するように記録されることを特徴とする請求項１の光情報記録再生装置。
  7. 前記管理情報は、前記第２のホログラムが記録されているアドレス情報を含むことを特徴とする請求項２の光情報記録再生装置。
  8. 光同軸干渉で第１のホログラムが形成され、当該第１のホログラムが記録された領域に角度多重干渉で第２のホログラムが形成されている光記録層を有する光記録媒体と、
    干渉性の光ビームを発生する光源と、
    第１の記録モードにおいて、前記光ビームを空間的に分離して第１の記録情報に応じた記録パターンが与えられている第１の情報記録光ビーム及び第１の参照光パターンを与えた第１の参照光ビームを同軸的に発生し、前記領域で前記第１の参照光ビームと前記第１の情報記録光ビームとを干渉させて前記領域に前記第１のホログラムを形成させる第１の再生光学系と、
    第２の記録モードにおいて、前記光ビームを第２の参照光ビーム及び第２の記録情報に応じた記録パターンが与えられる第２の情報記録光ビームに分離し、前記第２の参照光ビームを特定入射角で前記領域に入射させ、前記第２の参照光ビームと第２の情報記録光ビームとを干渉させて前記第２のホログラムを形成させる第２の再生光学系と、
    前記第１の記録情報に前記特定入射角を含ませるデータ生成部と、
    を具備することを特徴とする光情報記録再生装置。
  9. 前記第１の記録情報は、前記第２のホログラムの多重数、前記第２ホログラムのアドレス並びに前記多重数毎に用意された前記特定入射角を管理情報として含むことを特徴とする請求項８の光情報記録再生装置。
  10. 前記光記録媒体は、トラックを有し、前記第１の参照光パターンは、当該トラック毎に特有のパターンに定められていることを特徴とする請求項８の光情報記録再生装置。
  11. 第１の再生モードにおいて、第１の参照光パターンを含む第１の参照光ビームを光同軸干渉で光記録媒体に形成された第１ホログラムに照射して第１の再生光ビームを生成させ、
    前記第１の情報再生光ビームを検出して当該第１の情報再生光ビームに含まれる記録パターンを読み出し、第２の再生モードにおいて、第２の参照光ビームに設定される特定入射角を読み出し、
    前記第２の再生モードにおいて、角度多重干渉によって前記第１ホログラムが形成された領域に多重に形成された第２のホログラムに前記第２の参照光ビームを前記特定入射角度で入射させて第２の再生光ビームを生成させ、
    前記第２の再生光ビームから再生信号を再生させて情報を再生する、
    ことを特徴とする光情報記録再生方法。
  12. 前記第１のホログラムには、前記第２のホログラムの多重数、前記第２ホログラムのアドレス並びに前記多重数毎に用意された前記特定入射角が管理情報として記録されていることを特徴とする請求項１１の光情報記録再生方法。
  13. 前記光記録媒体は、トラックを有し、前記第１の参照光パターンは、当該トラック毎に特有のパターンに定められていることを特徴とする請求項１１の光情報記録再生方法。
  14. 前記管理情報は、前記第２のホログラムが記録されているアドレス情報を含むことを特徴とする請求項１２の光情報記録再生装置。
  15. 第１の記録モードにおいて、第１の参照光ビーム及び第１の記録情報に応じた記録パターンが与えられる第１の情報記録光ビームに分離して発生させ、
    前記第１の参照光ビームを特定入射角で記録媒体の領域に入射させ、前記第１の参照光ビームと第１の情報記録光ビームとを干渉させて前記第１のホログラムを前記領域に形成させ、
    前記特定入射角を含ませる管理データを生成し、
    第２の記録モードにおいて、前記管理データに応じた記録パターンが与えられている第２の情報記録光ビーム及びこの第２の情報記録光ビームとは空間的に分離され、第２の参照光パターンを与えた第２の参照光ビームを同軸的に発生させ、前記第２の参照光ビームと前記第２の情報記録光ビームとを干渉させて前記領域に第２のホログラムを形成させて前記第１及び第２ホログラムを前記同一領域に記録する、
    ことを特徴とする光情報記録再生方法。
  16. 前記管理記録データは、前記第２のホログラムの多重数、前記第２ホログラムのアドレス並びに前記多重数毎に用意された前記特定入射角を管理情報として含むことを特徴とする請求項１５の光情報記録再生方法
  17. 前記光記録媒体は、トラックを有し、前記第２の参照光パターンは、当該トラック毎に特有のパターンに定められていることを特徴とする請求項１５の光情報記録再生方法。
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