JP4483898B2 - 記録装置、再生装置、記録方法、再生方法及び記録媒体 - Google Patents

記録装置、再生装置、記録方法、再生方法及び記録媒体 Download PDF

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Description

本発明は、例えば記録媒体に対してホログラムによりデータを記録する記録装置及び記録方法、当該データを再生する再生装置及び再生方法並びに当該記録媒体に関する。
従来から、光ディスク等の記録媒体に記録マークとしてホログラムを用いる技術が知られている。例えば、レーザ光を分岐して、２つのレーザ光を再び記録媒体の記録位置に集光させることにより、光の干渉を生じさせ、その干渉縞の形状を記録し、記録を行った位置を反射体とする記録方式で有効な方法である。
この記録方式は、光ディスクを挟むように２つの光学系を配置する方式と、光ディスクに反射面を形成し、光ディスクの片側に２つの光学系を配置する方式とがある。いずれにしても２つの光学系の光軸方向（フォーカス方向）と光軸に垂直な方向（トラッキング方向）の４つの方向は最低限制御を行わなければならない。
ここで、例えば、非特許文献１では、媒体中に層状に情報を記録することで通常の光ディスクを層数分まとめて記録することが可能である。
また、情報が記録された層ごとにアドレス面（信号）を持つような一般的な多層ディスクを用いる方法がある（特許文献１）。
（R. R. McLeod etal.,"Microholographicmultilayer optical disk data storage," Appl. Opt., Vol. 44, 2005, pp3197） 特開２００５−３３９８０１（［００４５］、図１）
しかしながら、上記非特許文献１の技術では、光ディスクの大容量化を実現できるが、データの転送レートは従来の光ディスクとなんら変わりなく、大容量のデータを記録したり、読み取ったりするために時間がかかる、という問題がある。
一般的には、光ディスクの場合には、記録密度に関してはＣＬＶ（Constant Linear Velocity）方式が最も優れている。このため、ＣＬＶ方式が望ましい。ＣＬＶ方式とは、光ディスクの記録密度が光ディスクの内周側と外周側とで一定であり、データを一定速度で読み出すために光ディスクの回転速度を制御する方式である。しかし、マルチビームで同じ記録層の別の場所に記録／再生を行う場合には、ＣＬＶ方式のように読む場所によって光ディスクの回転速度を制御する記録方式では、対応できない。
また、上記非特許文献１の技術では、記録層が多層であるので、記録媒体が傾いた場合に、アドレス面と記録層との間が広がれば広がるほど、アドレス面での位置と記録層での位置にずれが発生する可能性がある。
このような問題点を回避するために、上記特許文献１のように、層ごとにアドレス信号を持つ多層ディスクを、非特許文献１のホログラムディスクに適応した場合、ホログラムディスクの構造が複雑になり、コスト高となると共に、層間にアドレス領域があると、記録光、参照光が影響を受けて記録信号のＳ／Ｎの劣化を生ずる、という問題がある。
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、大容量のデータの記録及び読み取りに優れた記録装置、再生装置、記録方法、再生方法及び記録媒体を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る記録装置は、記録層を有する記録媒体にデータを記録する記録装置であって、前記記録媒体が装着される装着部と、前記装着部に装着された記録媒体の記録層の厚さ方向に一度で物理的変化が検出できる程度に複数のデータを集約させて記録する記録部とを具備する。
本発明では、記録媒体の記録層の厚さ方向に一度で物理的変化が検出できる程度に複数のデータを集約させて記録しているので、複数のデータを一度に記録し、また再生時には複数のデータをまとめて検出することができる。よって、大容量のデータの記録及び読み取りが可能となる。
本発明の一の形態によれば、前記記録部は、前記記録層にホログラムによるデータを記録することを特徴とする。これにより、例えばレーザ光を分岐して、再び記録層の記録部で集光させることにより、光の干渉を生じさせ、その干渉縞の形状を記録することで、容易に記録マークであるホログラムを形成することができる。
本発明の一の形態によれば、前記記録部は、前記ホログラムによるデータをホログラムの有無により表現することを特徴とする。これにより、ホログラムより２値データを記録することができる。
本発明の一の形態によれば、前記集約して記録された複数のデータが１つの情報単位を構成していることを特徴とする。これにより、例えば３層の記録部にデータを記録することで、３ビットのデータを表現することができる。
本発明の一の形態によれば、前記記録部は、前記記録層に熱的変化を起こすことでホログラムを記録することを特徴とする。これにより、例えば記録部に熱を加えることにより、記録層の屈折率を変化させ、容易に記録部を形成することができる。
本発明の一の形態によれば、前記記録部は、前記記録媒体に対して再生時の集光率よりも高い集光率で光を集光させてデータを記録することを特徴とする。これにより、これにより再生時に複数のデータをまとめて再生することができる。
本発明の一の形態によれば、前記記録部は、前記集約して記録する複数のデータごとにレーザ光源を有することを特徴とする。これにより、光学系を簡単な構成とすることができ、調整の容易化及び部品点数の削減を図ることができる。
本発明の一の形態によれば、前記記録部は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を前記記録媒体に集光させるための光学系と、前記レーザ光のフォーカス位置を高速に移動させて前記記録媒体に複数のデータを集約して記録するための前記光学系の駆動制御部とを具備することを特徴とする。これにより、レーザ光源の数を低減し低コスト化を図ることができる。例えば、前記光学系は、対物レンズを備え、前記駆動制御系は、前記対物レンズを高速移動させることで前記フォーカス位置を高速に移動させてもよし、前記光学系は、液体レンズからなる対物レンズを備え、前記駆動制御系は、前記液体レンズを高速膨縮させることで前記フォーカス位置を高速に移動させてもよいし、前記光学系は、高速変調器を備え、前記駆動制御系は、前記高速変調器を駆動させることで前記フォーカス位置を高速に移動させてもよい。
本発明に係る再生装置は、記録層にデータが記録された記録媒体を再生する再生装置であって、前記記録媒体が装着される装着部と、前記装着部に装着された記録媒体の記録層の厚さ方向に集約された複数のデータを同時に読み込み、これら読み込んだ複数のデータの物理的変化を検出する検出部とを具備することを特徴とする。
本発明では、検出部により、記録媒体の記録層の厚さ方向に集約された複数のデータを同時に読み込み、これら読み込んだ複数のデータの物理的変化を検出するので、再生時には複数のデータをまとめて検出することができる。よって、大容量のデータの読み取りが可能となる。
本発明の一の形態によれば、前記記録媒体の記録層の厚さ方向に集約された複数のデータは、それぞれホログラムの有無により表現され、前記検出部は、前記ホログラムの有無により表現された複数のデータを信号強度として検出することを特徴とする。これにより、検出部により、ホログラムの有無により表現された複数のデータの信号強度を検出し、データを再生することができる。
本発明の一の形態によれば、前記検出部は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光のスポットが前記記録媒体の記録層の厚さ方向に集約された複数のデータに当たるように、前記レーザ光を集光させるための光学系とを具備することを特徴とする。これにより、記録媒体の記録層の厚さ方向に集約された複数のデータにレーザ光のスポットを当ててデータを再生することができる。
本発明の一の形態によれば、前記記録媒体は、多数のトラックを有し、前記光学系は、前記記録媒体の複数のトラックに跨らないように前記レーザ光を前記集約された複数のデータに集光させることを特徴とする。これにより、所定のトラックから正確にデータを読み取ることができる。
本発明に係る記録方法は、記録層を有する記録媒体にデータを記録する記録方法であって、前記記録媒体を装着部に装着し、前記装着部に装着された記録媒体の記録層の厚さ方向に一度で物理的変化が検出できる程度に複数のデータを集約させて記録する。
本発明では、記録媒体の記録層の厚さ方向に一度で物理的変化が検出できる程度に複数のデータを集約させて記録しているので、複数のデータを一度に記録し、また再生時には複数のデータをまとめて検出することができる。よって、大容量のデータの記録及び読み取りが可能となる。
本発明に係る再生方法は、記録層にデータが記録された記録媒体を再生する再生方法であって、前記記録媒体を装着部に装着し、前記装着部に装着された記録媒体の記録層の厚さ方向に集約された複数のデータを同時に読み込み、これら読み込んだ複数のデータの物理的変化を検出する。
本発明では、記録媒体の記録層の厚さ方向に集約された複数のデータを同時に読み込み、これら読み込んだ複数のデータの物理的変化を検出するので、再生時には複数のデータをまとめて検出することができる。よって、大容量のデータの読み取りが可能となる。
本発明に係る記録媒体は、記録層を有する記録媒体であって、前記記録層の厚さ方向に一度で物理的変化が検出できる程度に複数のデータを集約させて記録した。
本発明では、上述した再生装置を用いることで、記録媒体に大容量のデータを高速で再生することができる。
本発明の一の形態によれば、前記記録層の厚さ方向に一度で物理的変化が検出できる程度に集約して記録された複数のデータは、１つの情報単位を構成することを特徴とする。これにより、例えば３ビットのデータを同時に再生することができる。
以上のように、本発明によれば、大容量のデータの記録及び読み取りが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
（ホログラム記録再生装置の構成）
図１は本発明の一実施形態に係るホログラム記録再生装置１のブロック図である。
ホログラム記録再生装置１は、図１に示すように、ホログラム記録再生装置１の制御を行う制御部２、制御部２により制御される駆動制御部３、信号処理部４、スピンドルモータ５、スレッドモータ６及び光ピックアップ７及び光ディスク１０が装着される装着部８を備えている。
制御部２は、図１に示すように、光ディスク１０が装填された状態で、図示しない外部機器から記録、再生命令及び記録、再生アドレス情報を受け取り、駆動制御部３に対して駆動命令を供給すると共に、記録、再生命令を信号処理部４に供給する。また、制御部２は、信号処理部４からの再生情報を受け取り図示しない外部機器へ送出する。
駆動制御部３は、駆動命令に従い、スピンドルモータ５を駆動制御することにより光ディスク１０を所定の回転速度で回転させると共に、スレッドモータ６を駆動制御することにより、光ピックアップ７を移動軸６Ａ、６Ｂに沿って記録、再生アドレス情報に対応した位置に移動させる。
信号処理部４は、供給された記録情報に対して所定の符号化処理等の各種処理を施すことにより記録信号を生成し、これを光ピックアップ７に供給する。また、信号処理部４は、光ピックアップ７が光ディスク１０から読み取った信号に対して所定の復調処理等を施すことにより再生信号を生成し、この再生信号を制御部２に供給する。
光ピックアップ７は、例えば光ディスク１０に対して一面側から焦点を合わせて光を照射するために、移動軸６Ａ、６Ｂに設けられている。
図２はホログラム記録再生装置１の光ピックアップ７の光学系のブロック図、図３、図４は青色光ビームの光路図（Ｉ）、（ＩＩ）である。
（光ピックアップ７の構成）
光ピックアップ７の光学系は、図２に示すように、（１）位置制御光学系Ｋ１と、（２）第１の情報光学系Ｋ２と、（３）第２の情報光学系Ｋ３とを備えている。なお、以下の説明において、ミラー１４、対物レンズ１５及び２軸アクチュエータ１６については各光学系で共通な部品として考える。
（１）位置制御光学系Ｋ１
位置制御光学系Ｋ１は、赤色光ビームＬｒを基に、主に後述する対物レンズ１５の位置の制御を行う。
位置制御光学系Ｋ１は、図２に示すように、レーザーダイオード１１、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１３、シリンドリカルレンズ１７及びフォトディテクタ１８を備えている。
レーザーダイオード１１は、図２に示すように、波長約６６０ｎｍの赤色光ビームＬｒを照射する。レーザーダイオード１１は、制御部２の制御に基いて発散光である所定光量の赤色光ビームＬｒを発射し、コリメートレンズ１２に入射させる。
コリメートレンズ１２は、赤色光ビームＬｒを発散光から平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ１３に入射させる。
偏光ビームスプリッタ１３は、赤色光ビームＬｒを反射面において反射し、ミラー１４に入射させる。赤色光ビームＬｒは、ミラー１４で反射し、対物レンズ１５に入射する。
対物レンズ１５は、赤色光ビームＬｒを集光し、光ディスク１０に向けて照射する。このとき、赤色光ビームＬｒは、後述する基板３６を透過し後述する反射透過層３７で反射される。対物レンズ１５の焦点距離はｆ１である。この後、反射透過層３７で反射された赤色光ビームＬｒは、対物レンズ１５を透過した後、偏光ビームスプリッタ１３の反射面で反射され、シリンドリカルレンズ１７に入射される。
シリンドリカルレンズ１７は、赤色光ビームＬｒに非点収差を持たせた上でフォトディテクタ１８に照射する。
ホログラム記録再生装置１では、回転する光ディスク１０の偏心や面ブレ等が発生する可能性がある。このため、目標のトラックの位置が変動する可能性がある。赤色光ビームＬｒを目標のトラックに追従させるためには、焦点を光ディスク１０に対して接近又は離れる方向であるフォーカス方向及び光ディスク１０の径方向の内周側又は外周側方向であるトラッキング方向に移動させる必要がある。そこで、対物レンズ１５は、２軸アクチュエータ１６によりフォーカス方向及びトラッキング方向に駆動されるようになっている。
フォトディテクタ１８は、赤色光ビームＬｒを検出する。これにより、制御部により、例えば非点収差法によるフォーカス制御を行い、赤色光ビームＬｒの焦点を反射透過層３７７に合焦させる（フォーカス制御）。また、制御部により、例えばプッシュプル法によるトラッキング制御を行い、赤色光ビームＬｒを目標のトラックに合焦させる（トラッキング制御）。
（２）第１の情報光学系Ｋ２
第１の情報光学系Ｋ２は、図３に示すように、レーザーダイオード２１、コリメートレンズ２２、偏光ビームスプリッタ２３、集光レンズ２４及びフォトディテクタ２５等を備えている。
レーザーダイオード２１は、波長約４０５ｎｍの青色光ビームＬｂを照射する。レーザーダイオード２１は、制御部２の制御に基いて発散光である所定光量の青色光ビームＬｂ１を発射し、コリメートレンズ２２に入射させる。
コリメートレンズ２２は、青色光ビームＬｂ１を発散光から平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ２３に入射させる。
偏光ビームスプリッタ２３は、青色光ビームＬｂ１を反射面において反射し、ミラー１４に入射させる。
ミラー１４は、青色光ビームＬｂ１を反射し、対物レンズ１５に入射する。これにより、後述するように青色光ビームＬｂ１、Ｌｂ１´を干渉させて情報を記録（ホログラムを形成）する。
（３）第２の情報光学系Ｋ３
第２の情報光学系Ｋ３は、図４に示すように、第１の情報光学系Ｋ２と同様に、レーザーダイオード３１、コリメートレンズ３２、偏光ビームスプリッタ３３、集光レンズ３４及びフォトディテクタ３５等を備えている。なお、対物レンズ１５の焦点距離をｆ１、コリメートレンズ３２の焦点距離をｆ２とし、レーザーダイオード２１とレーザーダイオード３１とのずれがΔｆであるとき、光ディスク１０の記録層３８での焦点位置がΔｆ×ｆ２／ｆ１ずれることになる。図４に示すように、記録時の他の光路については、第１の情報光学系Ｋ２と同様である。
（光ディスクの構成）
図５は上記のようにホログラムが形成された光ディスク１０の断面図である。
光ディスク１０は、例えば中央部に図示しない孔部が形成された直径約１２０ｍｍの円盤形状を有している。
光ディスク１０は、図５に示すように、基板３６、反射透過層３７、情報を記録するための記録層３８、反射層３９及び保護膜４０が積層されて構成されている。
基板３６は、例えばポリカーボネートやガラス等の材料により構成されている。一面側から他面側に光を入射する光を高い透過率で透過させる。また、記録層３８を保護するために必要な強度を有している。
反射透過層３７は、例えば誘電体多層膜などであり、波長４０５ｎｍの青色光ビームＬｂ１を透過すると共に波長６６０ｎｍの赤色光ビームＬｒを所定の割合で反射する。反射透過層３７は、例えばスパッタリング等により基板３６に形成されており、後述するように赤色光ビームＬｒが照射される参照面（アドレス層）となる。
記録層３８は、その厚さ方向（Ｚ方向）に複数の記録部３８（１）、３８（２）、、、が積層されている。各記録部においては後述するように例えば３個のホログラムの有無により「０」から「７」のうちいずれかを意味している。記録層３８の厚さ方向に一度で物理的変化が検出できる程度に複数のホログラムを集約させて記録している。そして、情報が６ビットの場合には、例えば２層の記録部３８（１）、３８（２）により１つの情報を構成している。そして、これらの２層の記録部３８（１）、３８（２）に対して同時にホログラムの記録と再生を行うことが本発明の特徴である。なお、図５の記録部３８（１）、３８（２）において、楕円がない状態はホログラムがない状態、内部が所定の間隔で平行線が描かれた楕円はホログラムが形成された状態を示している。
図６は、図５の各記録部において３ビットの情報の記録方式を説明する図である。
つまり、図６において、一例を示せば以下の通りである。
図６（Ａ）に示すように、記録層３８（ｉ）（ｉ １、２、、、）の１層目ホログラムなし、２層目ホログラムなし、３層目ホログラムなし→「０００」
図６（Ｂ）に示すように、記録層３８（ｉ）の１層目ホログラムなし、２層目ホログラムなし、３層目ホログラムあり→「００１」
図６（Ｃ）に示すように、記録層３８（ｉ）の１層目ホログラムあり、２層目ホログラムなし、３層目ホログラムなし→「１００」
図６（Ｄ）に示すように、記録層３８（ｉ）の１層目ホログラムあり、２層目ホログラムなし、３層目ホログラムあり→「１０１」
図６（Ｅ）に示すように、記録層３８（ｉ）の１層目ホログラムなし、２層目ホログラムあり、３層目ホログラムなし→「０１０」
図６（Ｆ）に示すように、記録層３８（ｉ）の１層目ホログラムなし、２層目ホログラムあり、３層目ホログラムあり→「０１１」
図６（Ｇ）に示すように、記録層３８（ｉ）の１層目ホログラムあり、２層目ホログラムあり、３層目ホログラムなし→「１１０」
図６（Ｈ）に示すように、記録層３８（ｉ）の１層目ホログラムあり、２層目ホログラムあり、３層目ホログラムあり→「１１１」
３層目のホログラムは、再生時に照射される光のスポットＳの中心位置Ｏから距離Ｒ１の位置に形成されている。１層目のホログラムは、再生時に照射される光のスポットＳの中心位置Ｏから距離Ｒ２の位置に形成されている。２層目のホログラムは、再生時に照射される光のスポットＳの中心位置Ｏから距離Ｒ３の位置に形成されている。距離Ｒ２は、距離Ｒ１より小さく、距離Ｒ１と距離Ｒ２との比率は、例えば２１／２：１に設定されている。距離Ｒ３は、略０である。
再生時に記録部３８（ｉ）に光のスポットＳが照射されたときに、記録部３８（ｉ）の各ホログラムで生成される光の光量は、それぞれ距離Ｒ１〜Ｒ３の２乗に反比例する。すなわち、１層目、２層目、３層目のホログラムで生成される光の光量が、２：４：１となるようにする。
図７は、３ビットで表現される数（０〜７）と再生光の強度Ｅとの関係を示す図である。
例えば図６（Ａ）に示す記録層３８（ｉ）に光が照射されたときには、ホログラムが形成されていないので、再生光は生成されず、図７に示すように再生光の光の強度Ｅは０となる。これにより、数０が表現される。
図６（Ｂ）に示す３層目のホログラムに光が照射されたときには、図７に示すように光の強度Ｅが１の再生光が生成される。これにより、数１が表現される。
図６（Ｃ）に示す１層目のホログラムに光が照射されたときには、図７に示すように光の強度Ｅが２の再生光が生成される。これにより、数２が表現される。
図６（Ｄ）に示す１層目のホログラムと、３層目のホログラムに光が照射されたときには、図７に示すように光の強度Ｅが３の再生光が生成される。これにより、数３が表現される。
図６（Ｅ）に示す２層目のホログラムに光が照射されたときには、図７に示すように光の強度Ｅが４の再生光が生成される。これにより、数４が表現される。
図６（Ｆ）に示す２層目のホログラムと、３層目のホログラムに光が照射されたときには、図７に示すように光の強度Ｅが５の再生光が生成される。これにより、数５が表現される。
図６（Ｇ）に示す１層目のホログラムと、２層目のホログラムに光が照射されたときには、図７に示すように光の強度Ｅが６の再生光が生成される。これにより、数６が表現される。
図６（Ｈ）に示す１〜３層目のホログラムに光が照射されたときには、図７に示すように光の強度Ｅが７の再生光が生成される。これにより、数７が表現される。
光ディスク１０の場合には、光ディスク１０の表面状態や面密度により再生光の強度Ｅを階段状にするには、限界がある。このため、例えば深い層の図示しないホログラムを冗長度を持たせるための層にしてもよい。
記録層３８は、例えば屈折率が１．５のフォトポリマなどが用いられている。記録層３８の厚さは、例えば数百μｍである。
記録層３８の複数の層に形成されたホログラムは、記録層３８の厚さ方向（Ｚ方向）で例えば同軸上に異なる層に配設されている。各記録層の１層目〜３層目の３個のホログラムは記録層３８の厚さ方向（Ｚ方向）で重なるように配設されている。つまり、ホログラムの記録部３８（ｉ）の厚さ方向（Ｚ方向）の長さが、ホログラム３個分の厚さより小さくなっている。
なお、本実施形態では、記録層３８に記録部３８（１）、３８（２）が形成されている例を示した。しかし、記録部の数はこれに限定されず、２以上形成されていてもよい。
また、１層目〜３層目のホログラムの形状は、略同様の形状を有している。
反射層３９は、記録層３８に重なるように配置され、例えばアルミニウムや銀等の材料が用いられている。反射層３９は、例えば真空蒸着法等により形成されている。
保護膜４０は、例えば反射層３９の信頼性を保つために反射層３９の外側に配置されている。
再生時の赤色光ビームＬｒの光路図、図２に点線で示した光路と同様である。
図８は再生時のレーザーダイオード２１からの青色光ビームＬｂ１の光路図である。
レーザーダイオード２１からの青色光ビームＬｂ１が対物レンズ１５に照射されるまでは、図３と同様であるのでこれ以降を説明する。
対物レンズ１５は、青色光ビームＬｂ１を集光し、光ディスク１０に向けて照射する。青色光ビームＬｂ１のスポットＳは、光ディスク１の複数のトラックにまたがらず所定のトラックに照射される。
これにより、例えば記録部３８（１）のホログラムにより青色再生光ビームＬｓ１が生成される。このとき生成される青色再生光ビームＬｓ１の強度Ｅは、図６（Ａ）〜図６（Ｈ）に示したホログラムに応じて、それぞれ図７に示すように異なっている。
また、スポットＳがホログラムが存在する可能性のある領域に亘って照射されるように、対物レンズ１５の開口数ＮＡが記録時より小さく調整されている。開口数ＮＡの調整は、例えば制御部２により対物レンズ１５を移動させたり、図示しないアパチャ（絞り）を調整したりすることで行う。
この後、光ディスク１０で再生された青色再生光ビームＬｓ１は、対物レンズ１５を透過した後、偏光ビームスプリッタ２３の反射面で反射され、集光レンズ２４に入射される。
集光レンズ２４は、青色再生光ビームＬｓ１をフォトディテクタ２５に照射する。
フォトディテクタ２５は、青色再生光ビームＬｓ１を検出し、図７に示す強度Ｅの強弱に応じた信号を発生させる。
図９は再生時のレーザーダイオード３１からの青色光ビームＬｂ２の光路図である。
レーザーダイオード３１からの青色光ビームＬｂ２が対物レンズ１５に照射されるまでは、図４と同様であるのでこれ以降を説明する。
対物レンズ１５は、青色光ビームＬｂ２を集光し、光ディスク１０に向けて照射する。このとき、上述したように焦点位置がΔｆ×ｆ２／ｆ１ずれる。
これにより、例えば記録部３８（２）のホログラムにより青色再生光ビームＬｓ２が生成される。このとき生成される青色再生光ビームＬｓ２の強度Ｅは、図６（Ａ）〜図６（Ｈ）に示したホログラムに応じて、それぞれ図７に示すように異なっている。
また、スポットＳがホログラムが存在する可能性のある領域に亘って照射されるように、対物レンズ１５の開口数ＮＡが記録時より小さく調整されている。開口数ＮＡの調整は、例えば制御部２により対物レンズ１５を移動させたり、図示しないアパチャ（絞り）を調整したりすることで行う。
この後、光ディスク１０で再生された青色再生光ビームＬｓ２は、対物レンズ１５を透過した後、偏光ビームスプリッタ３３の反射面で反射され、集光レンズ３４に入射される。
集光レンズ３４は、青色再生光ビームＬｓ２をフォトディテクタ３５に照射する。
フォトディテクタ３５は、青色光ビームＬｓ２を検出し、図７に示す強度Ｅの強弱に応じた信号を発生させる。
図１０は、図２の位置情報光学系Ｋ１の詳細な構成を示すブロック図である。
位置制御光学系Ｋ１は、図８に示すように、レーザーダイオード１１、コリメートレンズ１２、偏光ビームスプリッタ１３、集光レンズ１７´、シリンドリカルレンズ１７及びフォトディテクタ１８を備えている。
レーザーダイオード１１は、図８に示すように、波長約６６０ｎｍの赤色光ビームＬｒを照射する。
コリメートレンズ１２は、赤色光ビームＬｒを発散光から平行光に変換し、偏光ビームスプリッタ１３に入射させる。
偏光ビームスプリッタ１３は、赤色光ビームＬｒを反射面において反射し、ミラー１４に入射させる。
対物レンズ１５は、ミラー１４で反射された赤色光ビームＬｒを集光し、光ディスク１０に向けて照射する。このとき、赤色光ビームＬｒは、基板３６を透過し反射透過層３７（図２参照）で反射される。この後、反射透過層３７で反射された赤色光ビームＬｒは、対物レンズ１５を透過した後、偏光ビームスプリッタ１３の反射面で反射され、集光レンズ１７´に入射される。
集光レンズ１７´は、赤色光ビームＬｒを収束させシリンドリカルレンズ１７に入射させる。
シリンドリカルレンズ１７は、赤色光ビームＬｒに非点収差を持たせた上でフォトディテクタ１８に照射する。
フォトディテクタ１８は、赤色光ビームＬｒを検出し、その信号に応じた信号を発生させる。
図１１は、図２の第１の情報光学系Ｋ２の詳細な構成を示すブロック図である。
第１の情報光学系Ｋ２は、図１１に示すように、レーザーダイオード２１、コリメートレンズ２２、１／２波長板４３、偏光ビームスプリッタ４４、シャッタ４５、アナモプリズム４６、１／２波長板４７、１／４波長板４９、リレーレンズ５０、偏光ビームスプリッタ２３、無偏光ビームスプリッタ５３、集光レンズ２４、ピンホール板５５及びフォトディテクタ２５、反射ミラー５７、集光レンズ５８、シリンドリカルレンズ５９、フォトディテクタ６０、ガルバノミラー６１、シャッタ６２、１／４波長板６３、リレーレンズ６４、偏光ビームスプリッタ６５を備えている。
レーザーダイオード２１は、波長約４０５ｎｍの青色光ビームＬｂ１を照射する。レーザーダイオード２１は、制御部２の制御に基いて発散光である青色光ビームＬｂ１を発射し、コリメートレンズ２２に入射させる。再生時にレーザーダイオード２１から記録部３８（１）のホログラムに照射される光は、ホログラムに記録されている情報を書き換えることがないように制御部２によりエネルギーが制御されている。
コリメートレンズ２２は、青色光ビームＬｂ１を発散光から平行光に変換し、１／２波長板４３に入射させる。
１／２波長板４３は、青色光ビームＬｂ１の偏光方向を所定角度回転させ、例えばｐ偏光成分と、ｓ偏光成分との比率がほぼ５０％ずつとなるようにし、偏光ビームスプリッタ４４に入射させる。
偏光ビームスプリッタ４４は、入射された青色光ビームＬｂ１を偏光方向に応じて反射し、シャッタ４５に入射させる。
シャッタ４５は、制御部２の制御に基いて青色光ビームＬｂ１を遮断又は透過する。例えば青色光ビームＬｂ１を透過した場合には、シャッタ４５は青色光ビームＬｂ１をアナモプリズム４６に入射させる。
アナモプリズム４６は、入射された青色光ビームＬｂ１の強度を整形し、１／２波長板４７に入射させる。
１／２波長板４７は、青色光ビームＬｂ１の偏光方向を所定角度回転させ、例えばｐ偏光成分と、ｓ偏光成分との比率がほぼ５０％ずつとなるように、青色光ビームＬｂ１を１／４波長板４９に入射させる。
１／４波長板４９は、入射された光を例えば直線偏光（ｐ偏光）から円偏光に変換し、リレーレンズ５０に入射させる。
リレーレンズ５０は、可動レンズ５１と、固定レンズ５２とを備えており、可動レンズ５１により青色光ビームＬｂ１を平行光から収束光に変換し、収束後発散光となった青色光ビームＬｂ１を固定レンズ５２により再度収束光に変換し、偏光ビームスプリッタ２３に入射させる。
この後、偏光ビームスプリッタ２３で反射された青色光ビームＬｂ１は、ミラー１４に入射して反射され、対物レンズ１５に照射される。
対物レンズ１５は、青色光ビームＬｂ１を集光し、光ディスク１０に向けて照射する。このとき、青色光ビームＬｂ１は、基板３６、反射透過層３７（図８参照）を透過し例えば記録部３８（１）のホログラムに照射される。
これにより、例えば記録部３８（１）のホログラムにより青色再生光ビームＬｓ１が生成される。このとき生成される青色再生光ビームＬｓ１の強度Ｅは、図６（Ａ）〜図６（Ｈ）に示したホログラムに応じて、それぞれ図７に示すように異なっている。
この後、記録部３８（１）のホログラムにより生成された青色再生光ビームＬｓ１は、対物レンズ１５、偏光ビームスプリッタ１３を順次透過した後、偏光ビームスプリッタ２３に入射される。
偏光ビームスプリッタ２３は、青色再生光ビームＬｓ１をその反射面で反射し、無偏光ビームスプリッタ５３に入射させる。
無偏光ビームスプリッタ５３は、入射した青色再生光ビームＬｓ１を集光レンズ２４に入射させ、集光レンズ２４は青色再生光ビームＬｓ１を集光し、ピンホール板５５を介してフォトディテクタ２５に照射させる。
フォトディテクタ２５は、青色再生光ビームＬｓ１を受光し、図７の光の強弱によって信号の再生を行う。
また、無偏光ビームスプリッタ５３は、入射した青色再生光ビームＬｓ１を反射ミラー５７に入射させる。
反射ミラー５７は、入射した青色再生光ビームＬｓ１を反射し、集光レンズ５８に入射させる。
集光レンズ５８は、入射した青色再生光ビームＬｓ１を収束させ、シリンドリカルレンズ５９により非点収差を持たせた上でフォトディテクタ６０に照射する。
再生時の別の光路を説明する。図９に示すように、偏光ビームスプリッタ４４は、レーザーダイオード２１から入射された青色光ビームＬｂ１の一部である青色光ビームＬｂ１´を透過し、ガルバノミラー６１に入射させる。
ガルバノミラー６１は、反射面を変化させることができるように構成されており、制御部２の制御に従い反射面の角度を調整することにより、青色光ビームＬｂ１´の進行方向を調整することができる。
シャッタ６２は、制御部２の制御に基いて青色光ビームＬｂ１´を遮断又は透過する。例えば青色光ビームＬｂ１´を透過した場合（シャッタ４５遮断）には、シャッタ６２は青色光ビームＬｂ１´を１／４波長板６３に入射させる。
１／４波長板６３は、入射された光を例えば直線偏光（ｐ偏光）から円偏光に変換し、リレーレンズ６４に入射させる。
リレーレンズ６４は、可動レンズ６５と、固定レンズ６６とを備えており、可動レンズ６５により青色光ビームＬｂ１´を平行光から収束光に変換し、収束後発散光となった青色光ビームＬｂ１´を固定レンズ６６により再度収束光に変換し、偏光ビームスプリッタ６５に入射させる。
この後、偏光ビームスプリッタ６５で反射された青色光ビームＬｂ１´は、ミラー１４に入射し反射され、対物レンズ１５に入射する。以降の光路については同様である。再生時には、青色光ビームＬｂ１又はＬｂ１´の光路が用いられる。なお、第２の情報光学系Ｋ３についても同様である。また、記録時には、両方の光路が用いられる。
なお、これらの青色再生光ビームＬｓ１、Ｌｓ２は、互いにフォトディテクタ２５、３５に入射するが、例えば焦点距離が調整（最適化）されていれば、その出力は距離の二乗に比例して減少していくので、実質的に問題ないレベルとなる。
次に、記録部３８（１）にホログラムを形成する場合について説明する。
レーザーダイオード２１から青色光ビームＬｂ１を照射し図１１に示す光路と同様に光ディスク１の記録層３８の所定の位置（ホログラムを形成する位置）に集光させる（図３参照）。
一方、レーザーダイオード２１から照射され図１１の偏光ビームスプリッタ４４で分離された青色光ビームＬｂ１´を、リレーレンズ６４等により焦点位置を調整し、偏光ビームスプリッタ６５により偏光して、青色光ビームＬｂ１´を対物レンズ１５に光を入射させる（図３参照）。
対物レンズ１５は、青色光ビームＬｂ１´を光ディスク１に向けて照射させる。このとき、青色光ビームＬｂ１´が、図３に示すように、反射層３９で反射され、反射光が青色光ビームＬｂ１の焦点に重なり干渉する。また、リレーレンズ等の位置を調整することで、青色光ビームＬｂ１、Ｌｂ１´の開口数ＮＡが、再生時より大きくなるようにする。これにより、焦点深度を小さくして、正確な位置で干渉を生じさせる。これにより、干渉した位置に、ホログラムが形成される。他のホログラムについても同様に同時に形成することができる。
このように本実施形態によれば、ホログラム記録再生装置１は、レーザーダイオード２１、フォトディテクタ２５等を備えた第１の情報光学系Ｋ２、レーザーダイオード３１、フォトディテクタ３５等を備えた第２の情報光学系Ｋ３を備えている。これにより、レーザーダイオード２１により、青色光ビームＬｂ１のスポットＳが図５に示す光ディスク１０の記録部３８（１）の複数のホログラムに亘るように照射することができる。このため、１つの青色光ビームＬｂ１のスポットＳを記録部３８（１）の複数のホログラムに同時に照射し、複数のホログラムから生成される複数の異なる再生光を１つの青色再生光ビームＬｓ１として検出することができる。
この結果、図６（Ａ）〜図６（Ｈ）に示すホログラムにより、図７に示すように、青色再生光ビームＬｓ１の強度Ｅが異なるようにできる。つまり、再生時に１つの青色光ビームＬｂ１のスポットＳにより、例えば３ビットの情報を得ることができる。同時に、レーザーダイオード３１による青色光ビームＬｂ２を記録部３８（２）に照射することで、記録部３８（１）の３ビットの情報を得るのと同時に記録部３８（２）の３ビットの情報を得ることができる。従って、従来のように１つの青色光ビームＬｂ１のスポットにより１ビットの情報を検出する場合に比べて、より高速に情報を再生することができる。
また、記録部３８（１）の複数のホログラムが記録層３８の厚さ方向（Ｚ方向）で重なるように配設されている。これにより、厚さ方向に情報を記録するためのスペースを縮小することができ、従来のように各ホログラムが記録層３８の厚さ方向に離れている場合に比べて、記録密度を向上させることができる。例えば光ディスク１を薄型化することができる。この場合には、光ディスク１が厚い場合に生じる収差の問題を解決することができる。
また、例えば第１の情報光学系Ｋ２により、図３に示すように、光ディスク１０の記録部３８（１）にホログラムを形成できる。これと同時に、図４に示すように、第２の情報光学系Ｋ３を用いて記録部３８（２）における上記の記録部３８（１）のホログラム形成位置の直下にホログラムを形成することができる。従って、大容量のデータを高速で記録することができる。
また、記録層３８の記録部３８（１）は複数のホログラムを有するが、例えばデータのアドレスを得るためのアドレス層が各ホログラム間等に配設されているわけではない。従って、例えばホログラムのデータを同時に読み取るときに、ホログラムにより生成された光がアドレス層により影響を受けて劣化することもない。
また、ホログラム記録再生装置１は、再生時には、例えば対物レンズ１５を移動させることで、開口数ＮＡを小さくして、図６（Ｈ）に示すように、青色光ビームＬｂ１のスポットＳを、記録部３８（ｉ）のホログラムに照射することができる。また、記録時には、対物レンズ１５を移動させることで、開口数ＮＡを大きくして、焦点深度を小さくする。つまり、光ディスク１０に対して再生時の集光率よりも高い集光率で光を集光させてデータを記録する。これにより、正確な位置にホログラムを形成することができる。
（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態の光ディスク装置について説明する。なお、本実施形態以降においては、上記第１の実施の形態と同一の構成部材等には同一の符号を付しその説明を省略し異なる箇所を中心的に説明する。
（光ディスク装置の構成）
図１２は第２の実施形態の光ディスク装置の光ピックアップの光学系のブロック図である。
本実施形態の光ディスク装置は、第１の実施形態の光ピックアップ７の代わりに、図１２に示す光ピックアップ７´を備えている。
光ピックアップ７´は、図１２に示すように、図２に示したレーザーダイオード３１を備えておらず、コリメートレンズ２２と偏光ビームスプリッタ２３との間に設けられたビームスプリッタ６７と、ミラー６８とを更に備えている。
ビームスプリッタ６７は、コリメートレンズ２２で平行光にされた青色光ビームＬｂ１を分離し、偏光ビームスプリッタ６７と、ミラー６８とに入射させる。
ミラー６８は、ビームスプリッタ６７からの距離がΔｆとなる位置に配置されており、入射された青色光ビームＬｂ２を反射し、偏光ビームスプリッタ３３に入射させる。
（青色光ビームＬｂ１の光路（Ｉ））
レーザーダイオード２１は、青色光ビームＬｂ１を照射し、コリメートレンズ２２に入射させる。コリメートレンズ２２は、入射した青色光ビームＬｂ１を平行光に変換し、ビームスプリッタ６７に入射させる。
ビームスプリッタ６７は、入射した青色光ビームＬｂ１の一部を透過し、上記実施形態と同様に偏光ビームスプリッタ２３に入射させる。以降、記録部３８（１）のホログラムに入射するまでは、図８に示す光路と同様である。
（青色光ビームＬｂ１の光路（ＩＩ））
ビームスプリッタ６７は、入射した青色光ビームＬｂ１の一部を反射し、反射された青色光ビームＬｂ２をミラー６８に入射させる。
ミラー６８は、入射した青色光ビームＬｂ２を反射し、上記実施形態と同様に偏光ビームスプリッタ３３に入射させる。以降、記録部３８（２）のホログラムに入射するまでは、図９に示す光路と同様である。
このように本実施形態によれば、図２に示したレーザーダイオード３１を備えず図１２に示すレーザーダイオード２１を一つ備えている。これにより、複数のレーザーダイオードを備える必要がないので低コスト化を図ることができる。また、レーザーダイオード２１からの青色光ビームＬｂ１を分離するビームスプリッタ６７を備えているので、レーザーダイオード２１からの青色光ビームＬｂ１をビームスプリッタ６７により分離し、複数の記録部３８（１）、３８（２）のホログラムに照射し情報を同時に再生したり記録したりすることができる。
（第３の実施の形態）
次に、第３の実施の形態の光ディスク装置について説明する。
図１３は第３の実施形態の光ディスク装置の光ピックアップの光学系のブロック図である。
本実施形態は、第１の実施形態に比べて、図２に示す第２の情報光学系Ｋ３（レーザーダイオード３１、コリメートレンズ３２、偏光ビームスプリッタ３３、集光レンズ３４及びフォトディテクタ３５等）を備えていない。
また、ボイスコイルモータを備える２軸アクチュエータ１６、このボイスコイルモータに送る信号を生成する信号発生器１５０を備え、これらを記録再生時に青色光ビームＬｂ１のスポットの位置を高速で調整するために用いる。２軸アクチュエータ１６の動力源には、ピエゾ素子を用いてもよい。
信号発生器１５０は、ボイスコイルモータを高速に駆動するための信号を発生させる。信号は、例えば正弦波または三角波が好ましい。
図１４は第３の実施の形態の記録再生時の光のスポットを説明するための図である。
記録時には、制御部２により、信号発生器１５０に信号を生成させてボイスコイルモータに供給し２軸アクチュエータ１６を駆動し、対物レンズ１５を記録層３８の厚さ方向に高速で移動させる。これにより、フォーカス位置を調整し、図１４に示すように、例えばスポットＳａで２つの青色光ビームを干渉させ、高速で１層目のホログラムを記録し、更に同様にフォーカス位置を高速で調整し、スポットＳｂで２つの青色光ビームを干渉させ、２層目のホログラムを記録することができる（高速スキャン方式）。
再生時には、制御部２により同様に対物レンズ１５を記録層３８の厚さ方向に高速で移動させる。これにより、図１４に示すように、フォーカス位置を高速に調整し、例えばホログラム等に高速で青色光ビームを照射し、開口数ＮＡを記録時から変えずに大きいままでも、高速で再生することができる（高速スキャン方式）。
（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態の光ディスク装置について説明する。
図１５は第４の実施形態の光ディスク装置の光ピックアップの光学系のブロック図である。
本実施形態は、第３の実施形態に比べて、対物レンズ１５の代わりに液体レンズ１６０を備え、更に、液体レンズ１６０に電圧を印加するための信号を生成する信号発生器１７０と、信号発生器１７０により生成された信号を増幅するアンプ１８０とを備えている。
液体レンズ１６０は、例えば電圧を印加することで液体レンズ１６０内の液体を変形させて光の屈折率を変更させることができるレンズである。
これにより、制御部２により、信号発生器１７０に信号を発生させて、この信号をアンプ１８０で増幅し、増幅した信号を液体レンズ１６０に印加する。その結果、液体レンズ１６０内の液体を変形（例えば高速膨縮）させて、液体レンズ１６０に入射した光の屈折率を変更させ、液体レンズ１６０の焦点距離を調整することができる。従って、所定の位置に焦点位置を調整して記録再生を行うことができる。
このとき、例えば光ディスク１のぶれを調整するために２軸アクチュエータ１６を用い、フォーカス位置を調整するために液体レンズ１６０を用いることができる。従って、２軸アクチュエータ１６と、液体レンズ１６０とをそれぞれ別々に用いることができるので、より高速かつ安定した制御を行うことができる。
本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
例えば、フォーカス位置調するために、対物レンズ１５の代わりに、例えば音響光学変調器（acousto-optic modulator ＡＯＭ）等の高速変調器を用いてもよい。
また、上記実施形態では、図６に示すように記録部３８（１）内の３層で３ビットの情報を表現する例を示した。しかし、これに限定されず、例えば、図６（Ａ）〜図６（Ｄ）を用いて、３層で２ビットの情報を表現するようにしてもよい。この場合には、再生時に、例えば記録部３８（１）のホログラムの数を単純に数えるだけでよい。
また、上記実施形態では、２つの光の干渉により記録層３８にホログラムを形成する例を示した。しかし、記録層３８に例えば熱処理を施すことにより屈折率を変化させ、情報を記録するようにしてもよい。この場合にも、熱を加えるだけで、容易に記録層３８に情報を記録することができる。再生時にレーザーダイオードから熱処理により屈折率が変化した部分に照射される光は、記録されている情報を書き換えることがないように制御部２により光の照射時間、熱エネルギーを制御すればよい。これにより、再生時に熱処理により屈折率が変化した部分に光を照射しても、光の照射時間を制御したり、熱エネルギーを制御したりすることで、記録された情報が書き換えられることを防止することができる。
本発明の一実施形態に係るホログラム記録再生装置１のブロック図である。 光ディスク装置の光ピックアップの光学系のブロック図である。 記録時の青色光ビームの光路図（Ｉ）である。 記録時の青色光ビームの光路図（ＩＩ）である。 ホログラムが形成された光ディスクの断面図である。 図５の各記録部において３ビットの情報の記録方式を説明する図である。 ３ビットで表現される数と再生時の再生光の強度との関係を示す図である。 再生時のレーザーダイオードからの青色光ビームＬｂ１の光路図である。 再生時のレーザーダイオードからの青色光ビームＬｂ２の光路図である。 図２の位置情報光学系Ｋ１の詳細な構成を示すブロック図である。 図２の第１の情報光学系Ｋ２の詳細な構成を示すブロック図である。 第２の実施形態の光ピックアップの光学系のブロック図である。 第３の実施形態の光ピックアップの光学系のブロック図である。 第３の実施形態の記録再生時の光のスポットを説明するための図である。 第４の実施形態の光ピックアップの光学系のブロック図である。
符号の説明
Ｌｂ１、Ｌｂ１´、Ｌｂ２ 青色光ビーム
Ｌｒ 赤色光ビーム
Ｓ、Ｓａ、Ｓｂ、Ｓｃ スポット
Ｏ 中心位置
Ｒ１〜Ｒ３ 距離
Ｅ 強度
Ｌｓ１、Ｌｓ２ 青色再生光ビーム
ＮＡ 開口数
１ 光ディスク装置
２ 制御部
７、７´ 光ピックアップ
８ 装着部
１１、２１、３１ レーザーダイオード
１５ 対物レンズ
１６ ２軸アクチュエータ
１８、２５、３５ フォトディテクタ
３８ 記録層
３９ 反射層
１６０ 液体レンズ

Claims (9)

  1. 再生用のレーザ光を出射するレーザ光源と、
    それぞれホログラム記録が可能な複数の層で構成される記録層の前記層ごとのホログラム記録の有無をビット列として１つのデータを構成する記録媒体の、前記記録層を構成する前記複数の層に前記レーザ光のスポットが亘るように前記レーザ光を集光する光学系と、
    前記記録媒体への前記レーザ光の照射により生成される再生光の強度を前記ビット列に対応する強度として検出する検出部と、
    前記検出部により検出された前記再生光の前記強度をもとに前記データを再生する信号処理部と
    を具備することを特徴とする再生装置。
  2. 請求項１に記載の再生装置であって、
    前記記録媒体は、多数のトラックを有し、
    前記光学系は、前記記録媒体の複数のトラックに跨らないように前記レーザ光を前記集約された複数のデータに集光させることを特徴とする再生装置。
  3. レーザ光源より再生用のレーザ光を出射し、
    それぞれホログラム記録が可能な複数の層で構成される記録層の前記層ごとのホログラム記録の有無をビット列として１つのデータを構成する記録媒体の、前記記録層を構成する前記複数の層に前記レーザ光のスポットが亘るように前記レーザ光を集光し、
    前記記録媒体への前記レーザ光の照射により生成される再生光の強度を前記ビット列に対応する強度として検出し、
    前記検出部により検出された前記再生光の前記強度をもとに前記データを再生する
    ことを特徴とする再生方法。
  4. それぞれホログラム記録が可能な複数の層で構成される記録層を有する記録媒体の前記記録層を構成する前記複数の層に、前記層ごとのホログラム記録の有無をビット列として１つのデータを構成するようにホログラムを選択的に記録する記録部
    を具備することを特徴とする記録装置。
  5. 請求項４に記載の記録装置であって、
    前記記録部は、前記記録層に熱的変化を起こすことでホログラムを記録することを特徴とする記録装置。
  6. 請求項４に記載の記録装置であって、
    前記記録部は、前記記録媒体に対して再生時の集光率よりも高い集光率で光を集光させて前記複数のホログラムを記録することを特徴とする記録装置。
  7. 請求項４に記載の記録装置であって、
    前記記録部は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光を前記記録媒体に集光させるための光学系と、前記複数の層に前記ホログラムを選択的に記録するために前記レーザ光のフォーカス位置を移動させるように前記光学系を制御する駆動制御部とを具備することを特徴とする記録装置。
  8. それぞれホログラム記録が可能な複数の層で構成される記録層を有する記録媒体の前記記録層を構成する前記複数の層に、前記層ごとのホログラム記録の有無をビット列として１つのデータを構成するようにホログラムを選択的に記録する
    ことを特徴とする記録方法。
  9. それぞれホログラム記録が可能な複数の層で構成される記録層を具備し、
    前記層ごとのホログラム記録の有無をビット列として１つのデータを構成するように前記記録層を構成する前記複数の層にホログラムが選択的に記録された
    ことを特徴とする記録媒体。
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