JP5728432B2 - ホログラム用光ピックアップ装置及び光情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラム技術により光情報記録媒体に情報を記録または再生するためのホログラム用光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び光情報記録再生方法に関する。

近年、大容量のデータを高速に記録／再生可能なホログラム技術として２光束角度多重方式が提案されている。この方式では、信号光と参照光の相対角度を高精度に制御することが必要とされる。このような要求に対し、特許文献１に記載の技術では、信号光と参照光の相対角度を探索するために撮像素子で信号光を検出し、各記録角度ごとにＳＮＲを演算し、その値から次の相対角度を予測することで、信号光に対する参照光の相対角度を制御している。

米国特許出願公開第２００９／０２０７７１０号公報

特許文献１の技術では、信号光と参照光の相対角度を探索可能な一方で、２つの課題がある。第１点は、撮像素子により再生信号を検出し、ＳＮＲを演算してから相対角度の制御信号（以下、角度誤差信号）を生成するため、高速再生が困難となることである。また第２点は、参照光の角度誤差信号を生成するために再生信号が最良となる相対角度から微小量だけずれた角度に設定しているため、最良の再生信号が得られないことである。

そこで本発明の目的は、２光束角度多重方式において、高速再生を実現可能でかつ最良な再生信号を得るための角度誤差信号を検出可能なホログラム用光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び光情報記録再生方法を提供することである。

上記目的は、特許請求の範囲に記載の発明によって達成できる。一例を挙げるならば、本発明のホログラム用光ピックアップ装置は、光ビームを出射する光源と、光源から出射した光ビームを信号光と参照光に分岐する分岐素子と、分岐された参照光の光情報記録媒体に入射する角度を変える角度可変素子と、分岐された信号光に記録する情報信号を付加する空間光変調器と、情報信号が付加された信号光を光情報記録媒体に照射する対物レンズと、光情報記録媒体に参照光を照射したときに再生対象領域から発生する回折光を対物レンズを介して検出し再生信号とする撮像素子と、光情報記録媒体に参照光を照射したときに光情報記録媒体内の複数の記録済み領域から発生する回折光を検出する、前記撮像素子とは異なる光検出器を備え、光検出器で検出した信号を用いて、角度可変素子を制御するための角度誤差信号が生成される構成とする。

本発明によれば、高速再生を実現可能でかつ最良な再生信号を得るための角度誤差信号を検出可能なホログラム用光ピックアップ装置、光情報記録再生装置、及び光情報記録再生方法を提供することができる。

第１の実施例に係るホログラム用ピックアップ装置の光学系を示す構成図。 光検出器５０の受光部の構成を示す図。 記録時の隣接ブックに対する参照光の入射角度を示す図。 再生時の参照光入射角度を変えたときの各ブックからの回折光強度の変化を示す図。 参照入射角度を変えたときの角度誤差信号と再生信号の変化を示す図。 光検出器５０の変形例を示す図。 第２の実施例に係るホログラム用ピックアップ装置の光学系を示す構成図。 光検出器６０の構成を示す図。 光検出器６０の変形例を示す図。 第３の実施例に係るホログラム用ピックアップ装置の光学系を示す構成図。 第４の実施例に係るホログラム用光ピックアップ装置の光検出器の構成を示す図。 基準ブックの記録方法を説明する図。 基準ブック形成後の記録方法を説明する図。 光検出器５０の変形例を示す図。 図１４の光検出器を用いた記録方法を説明する図。 第５の実施例に係る光情報記録再生装置の構成図。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は、第１の実施例に係るホログラム用ピックアップ装置の光学系を示す構成図である。ホログラム用ピックアップ装置は、光情報記録媒体に参照光と信号光を照射してホログラムを形成することで情報信号を記録し、あるいは光情報記録媒体のホログラムに参照光を照射することで情報信号を再生する装置である。

まず、本実施例の光学系１００の構成を記録時の動作に沿って説明する。光源１１を出射した光ビームは、コリメートレンズ１２で所望のビーム径に変換された後、シャッタ１３を通り偏光可変素子１４に入射する。偏光可変素子１４は光ビームをＰ偏光とＳ偏光とを有した偏光に変換する。ここに偏光可変素子１４は、記録動作または再生動作に応じて所定の偏光に変換する素子であり、本実施例では記録時にはＰ偏光とＳ偏光、再生時にはＳ偏光に変換するものとする。偏光可変素子１４を出射した光ビームは偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）プリズム１５に入射し、Ｐ偏光は透過、Ｓ偏光は反射することで光ビームが分岐される。ここで、ＰＢＳプリズム１５を透過した光ビームを信号光、反射した光ビームを参照光と呼ぶ。

ＰＢＳプリズム１５を透過した信号光（Ｐ偏光）は、ビームエキスパンダ２５によって所望のビーム径に変換される。ビームエキスパンダ２５を透過した信号光は、位相マスク２６、リレーレンズ２７、ＰＢＳプリズム２８を透過して空間光変調器２９に入射する。空間光変調器２９は信号光に２次元画像データなどの情報信号を付加する光学素子である。例えば偏光変換（Ｐ偏光→Ｓ偏光）する微小素子を２次元配列し、記録する情報信号に応じて各素子を駆動する構成とする。空間光変調器２９によって情報信号を付加された信号光は、ＰＢＳプリズム２８を反射し、リレーレンズ３０（空間フィルタ５１を含む）、対物レンズ３２を経て、光情報記録媒体２００内に集光する。

一方、前記ＰＢＳプリズム１５を反射した参照光（Ｓ偏光）は、ミラー３６，３７を反射し、ガルバノミラー３８に入射する。ガルバノミラー３８を反射した参照光はスキャナーレンズ３９を経て光情報記録媒体２００に入射する。ここでガルバノミラー３８はミラーの角度を矢印方向に制御可能な角度可変素子であり、これにより参照光の光情報記録媒体２００への入射角度を変えながら角度多重記録を実現する。このとき、光情報記録媒体２００内に信号光と参照光（すなわち２光束）が互いに重ね合うように入射することで、光情報記録媒体２００内には干渉縞パターンが形成される。そしてこの干渉縞パターンが記録媒体内にホログラムとして記録される。本実施例では、このホログラムのことを「ページ」と呼び、ページが角度多重化されている記録領域のことを「ブック」と呼ぶ。

光情報記録媒体２００に１ページ分の情報が記録された後、シャッタ１３が閉じ、次に記録される１ページ分の情報が空間光変調器２９によって表示される。同時に、ガルバノミラー３８が微小量だけ回転して、光情報記録媒体２００への参照光の入射角度がθだけ変更される。その後、シャッタ１３が開くと次に記録される情報が光情報記録媒体２００の同一ブックの新たなページとして多重角度で記録される。そしてページ数が所定の多重数に達すると、次の記録領域（ブック）への移動を行う。ブックの移動では対物レンズ３２の位置を固定し、これに対し図示しない駆動手段により光情報記録媒体２００を移動させる。そして本実施例では、新たなブックを記録するとき、参照光の入射角度を隣接する記録済みブックに対する入射角度から微小角度φだけずらして記録する。これにより、隣接するブック間において、対応する各ページはそれぞれ微小角度φだけずらして記録される。これを繰り返して複数のブロックに角度多重記録を行なう。

次に本実施例の光学系１００の構成を再生時の動作に沿って説明する。光源１１を出射した光ビームは、コリメートレンズ１２、シャッタ１３を通り偏光可変素子１４に入射する。偏光可変素子１４は光ビームをＳ偏光に変換し、ＰＢＳプリズム１５は光ビームを反射する。ＰＢＳプリズム１５を反射した参照光は、ミラー３６，３７、ガルバノミラー３８、スキャナーレンズ３９を経て光情報記録媒体２００に入射する。さらに光情報記録媒体２００を透過した参照光は、１／４波長板３５を経てガルバノミラー４０に入射する。ガルバノミラー４０は前記ガルバノミラー３８に連動し、参照光を略垂直に入射し反対方向に反射するように制御する。ここで参照光は１／４波長板３５を２度透過するため、Ｓ偏光からＰ偏光に変換される。そして参照光が光情報記録媒体２００に入射することで、媒体上に記録されたブックからの情報を有した再生光がＰ偏光の回折光として発生する。このとき、参照光の大きさはブックサイズよりも十分大きいため、発生する回折光には再生対象ブックだけでなく隣接するブックからの回折光も含まれる。

光情報記録媒体２００から出射された回折光は、対物レンズ３２を経て、リレーレンズ３０内の空間フィルタ５１に入射する。空間フィルタ５１の開口部は、再生対象ブックからの回折光である再生光のみを通過させ、それ以外のブックからの回折光はミラー部により反射される。これにより、再生時には開口部を通過した再生対象ブックからの回折光と、それ以外のブックからの回折光を分離することができる。

空間フィルタ５１の開口部を通過した再生光は、リレーレンズ３０を経てＰＢＳプリズム２８に入射する。ここで再生光はＰ偏光であるため、ＰＢＳプリズム２８を透過し撮像素子４１に入射する。撮像素子４１は入射した再生光を電気信号に変換し、これから再生信号（画像データなど）が生成される。１つのページの再生が終わると、ガルバノミラー３８を微小量回転させて、光情報記録媒体２００への参照光の入射角度を変更する。そして、光情報記録媒体２００内の次のページを再生する。これを繰り返して角度多重された各ページの再生信号が生成される。

一方、空間フィルタ５１のミラー部を反射した再生対象以外のブックからの回折光は、検出レンズ５２を経て光検出器５０に入射する。光検出器５０は、受光した回折光から参照光の角度誤差信号を生成するための信号を出力する。このように本実施例では、再生時において、光検出器５０に入射した回折光を用いて新たなブックを再生する際の角度誤差信号を生成することを特徴とする。すなわち、再生対象ブック以外の記録済みブックからの信号を用いることで、次に再生するブックに対する参照光の正確な角度設定が可能となる。

図２は、光検出器５０の受光部の構成を示す図である。検出器５０には、記録方向（Ｘ方向）に沿って２つの受光部Ｄ１，Ｄ２を配置し、再生対象ブックに隣接する両側のブックから出射された回折光Ｈ１、Ｈ２を異なる受光面で検出している。この２つの受光部Ｄ１，Ｄ２から得られる信号を信号Ｓ１、Ｓ２とした場合、角度誤差信号（ＡＥＳ）は式（１）で表される。
ＡＥＳ＝Ｓ１−Ｓ２ （１）
この角度誤差信号ＡＥＳの差動演算は、例えば光情報記録再生装置のサーボ信号生成回路で行う。そして算出した誤差信号が０となるように、サーボ制御回路を介してガルバノミラー３８を駆動することで、参照光の角度決め制御を行う。

ここで、本実施例における参照光の角度誤差信号と角度決め制御について詳細に説明する。まず、光情報記録媒体への記録方法に関し、隣接するブック間で対応するページに対する参照光の入射角度がそれぞれ微小角度だけずれていることを特徴としている。

図３は、記録時の隣接ブックに対する参照光の入射角度を示す図である。横軸は記録方向のブック位置、縦軸は各ブックとそれに含まれる各ページの参照光入射角度である。なお、参照光入射角度はガルバノミラー３８の回転角に依存するが、参照光入射角度の変化量はガルバノミラーの回転角の変化量の２倍になる。ここでは連続する５個のブックＢ１〜Ｂ５（破線で囲まれた領域）について示すが、各ブック間では参照光入射角度が微小角度φだけずらして設定している。また各ブック内の実線は各ページ記録時の参照光の入射角度を示す。すなわち再生時には、図３の実線で示した参照光入射角度とすることで回折光の光強度が最大となる再生光を得ることができる。

次に、再生対象ブック以外のブックからの回折光から角度誤差信号をどのように生成するかについて説明する。ここでは簡単のために、再生対象ブックをＢ２とし、連続する３個のブックＢ１，Ｂ２，Ｂ３に着目する。また、１つのブックを３つのページの角度多重で示している。

図４は、再生時の参照光入射角度を変えたときの各ブックからの回折光強度の変化を示す図である。ここでは、図３に示したブックＢ１，Ｂ２，Ｂ３の各ページからの回折光を示す。なお、参照光入射角度はガルバノミラー３８の回転角に依存する。各ブックＢ１，Ｂ２，Ｂ３記録時の参照光入射角度は微小角度±φだけずれているため、回折光量が最大となる参照光入射角度も微小角度±φだけずれている。このため、ブックＢ２の再生信号がピークとなるように参照光角度を合わせるためには、ブックＢ１とブックＢ３の回折光がピークとなる２つの参照光角度の中間に合わせれば良いことがわかる。このため本実施例では、再生対象ブック（ブックＢ２）に隣接するブック（ブックＢ１とブックＢ３）の回折光強度の差分を演算し、その角度誤差信号から参照光角度のずれを求めるようにしている。

図５は、参照入射角度（ガルバノミラー３８の回転角）を変えたときの角度誤差信号とブックＢ２の再生信号の変化を示す図である。角度誤差信号はブックＢ２の再生信号がピークとなる位置でゼロとなり、ピーク位置の両側では正負の信号が検出される。これにより、再生信号をピークとするため、すなわち角度誤差信号をゼロとするためにガルバノミラー３８を駆動すべき補正量（大きさと方向）がわかり、ガルバノミラーの角度を正確に制御することができる。その結果、安定した再生を行うことが可能となる。

ここで、例えば再生光が入射する撮像素子４１によって角度誤差信号を生成することも考えられるが、撮像素子４１では画像信号の検出処理が伴う。これに対し本実施例は、光検出器５０は光量のみを検出するため高周波駆動が可能であり、高速に制御できるメリットがある。また、特許文献１の技術と比較し、ガルバノミラーの角度を再生光量最大位置に制御できるため、最良な再生信号が得られるメリットがある。

以上のように、本実施例のホログラム用ピックアップ装置は、撮像素子４１とは別に光検出器５０を備え、再生時に再生対象ブックに隣接する２つのブックからの回折光を光検出器５０で検出し、角度可変素子（ガルバノミラー３８）を制御するための角度誤差信号を生成することで、高速かつ安定した再生が可能となる。

以下、本実施例のいくつかの変形例を説明する。
本実施例では、再生対象ブック以外からの回折光を検出し、角度誤差信号を検出したが、例えば同様の回折光を用いて再生対象ブックに対する位置誤差信号やフォーカス誤差信号を生成することもできる。

図６は、光検出器５０の変形例を示す図である。図２で示した受光部Ｄ１，Ｄ２をそれぞれ４分割して、計８個の受光面Ｄａ〜Ｄｄ、Ｄｅ〜Ｄｈを形成している。受光面Ｄａ〜Ｄｄには隣接ブックＨ１から、受光面Ｄｅ〜Ｄｈには隣接ブックＨ２からの回折光が入射する。各受光面Ｄａ〜Ｄｄ、Ｄｅ〜Ｄｈからの信号を演算することで再生対象ブックの位置ずれ信号を検出することができる。これは、ブックの回折光が発生する位置がずれると検出器５０の受光部Ｄ１，Ｄ２上の回折光Ｈ１，Ｈ２もずれることを利用している。

受光面Ｄａ〜Ｄｄ、Ｄｅ〜Ｄｈから得られる信号をそれぞれＳａ〜Ｓｄ、Ｓｅ〜Ｓｈとした場合、角度誤差信号（ＡＥＳ）および光情報記録媒体上の位置誤差信号（ＸＰＥＳ、ＹＰＥＳ）は、式（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）で表される。
ＡＥＳ＝（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ）−（Ｓｅ＋Ｓｆ＋Ｓｇ＋Ｓｈ） （２ａ）
ＸＰＥＳ＝（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｅ＋Ｓｆ）−（Ｓｃ＋Ｓｄ＋Ｓｇ＋Ｓｈ） （２ｂ）
ＹＰＥＳ＝（Ｓａ＋Ｓｄ＋Ｓｅ＋Ｓｈ）−（Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｆ＋Ｓｇ） （２ｃ）
ここにＸＰＥＳ，ＹＰＥＳは、それぞれ光情報記録媒体上のＸ方向、Ｙ方向の位置誤差信号を示している。図６の例では２つの検出器Ｄ１，Ｄ２を４分割したが、１つの検出器を４分割しても同様に位置誤差信号が得られる。また１つの検出器を２分割するだけであっても、所定方向（Ｘ方向またはＹ方向）の位置誤差信号を検出できる。

さらには、図１の空間フィルタ５１を反射した光ビームを別に設けた光検出器（図示せず）に導き、フォーカス誤差信号を生成しても良い。フォーカス誤差信号を生成するためには、例えばナイフエッジを設けた構成で安定したフォーカス制御を行える。また、空間フィルタ５１の開口部の周囲をミラー部としたが、プリズムで構成しても良い。

図７は、第２の実施例に係るホログラム用ピックアップ装置の光学系を示す構成図である。実施例１（図１）に対し参照光の角度誤差信号を生成するための光検出器６０の位置を変更し、光情報記録媒体２００を挟んで対物レンズ３２とは反対側に配置したものである。また、空間フィルタ３１は開口部を有する光学素子であり、対物レンズ３２の集光位置（再生対象位置）に対応するブックからの回折光のみを通過させるものである。なお、本実施例における参照光の角度誤差信号の生成方法や制御方法の原理は実施例１と共通であり、実施例１と重複する説明は省略する。

本実施例においても、光情報記録媒体へ情報を記録する際、隣接するブック間で対応するページに対する参照光の入射角度をそれぞれ微小角度φだけずらして記録している。

本実施例の再生時において、参照光はガルバノミラー３８、リレーレンズ３９を経て光情報記録媒体２００に入射する。このとき、光情報記録媒体２００上の記録済みブックからの回折光は、対物レンズ３２と反対側（光情報記録媒体２００の裏面側）に発生する。この回折光は、レンズ６１，６２を経て光検出器６０に入射する。このとき光検出器６０には、再生対象隣接ブックだけでなく、再生対象ブックからの回折光も同時に入射される。そして検出器６０から出力される信号を用いて角度誤差信号を生成する。

また、光情報記録媒体２００を通過した参照光はガルバノミラー４０で反射され、再び光情報記録媒体２００に入射することで、再生対象ブックからの情報を有した回折光（再生光）が発生する。再生光は対物レンズ３２側に出射し、空間フィルタ３１の開口部を通過して撮像素子４１に入射し、再生信号が生成される。

光検出器６０は、実施例１（図２、図６）と同様の受光面構成とすれば、実施例１と同様の演算を行うことで参照光入射角度（ガルバノミラー３８）の角度誤差信号を生成することができる。ただし本実施例では、光検出器６０には再生対象ブックからの回折光も同時に入射される点に注目し、再生対象ブックからの回折光（以下、再生光Ｈ０）を直接利用する構成とした。

図８は、光検出器６０の構成を示す図である。光検出器６０には３つの受光部Ｄ１，Ｄ０，Ｄ２を記録／再生方向（Ｘ方向）に並べて配置する。再生時には、再生対象ブックからの光ビームＨ０を受光部Ｄ０で検出し、他の２つの受光部Ｄ１，Ｄ２で隣接ブックからの回折光Ｈ１，Ｈ２を検出して角度誤差信号を生成し、これらを組み合わせて参照光の角度制御を行う。この場合、角度誤差信号だけでなく受光部Ｄ０で検出した再生光Ｈ０の信号を検出することで、参照光角度が再生信号が最大となるよう設定されていることを確認できる。

さらに、再生対象ブック以外からの回折光を検出し、角度誤差信号だけでなく再生対象ブックの位置ずれ信号やフォーカス誤差信号を生成することもできる。

図９は、光検出器６０の変形例を示す図である。図９（ａ）は、図８で示した受光部Ｄ１，Ｄ０，Ｄ２をそれぞれ４分割し、それぞれＤａ〜Ｄｄ、Ｄｉ〜Ｄｌ、Ｄｅ〜Ｄｈの受光面を形成したものである。各受光面からの信号を演算することで位置誤差信号を検出することができる。これは、光ビームに対してブック位置がずれると、検出器６０上の各受光部に入射する回折光の位置もずれることを利用している。

各受光面Ｄａ〜Ｄｄ、Ｄｅ〜Ｄｈ、Ｄｉ〜Ｄｌから得られる信号をＳａ〜Ｓｄ、Ｓｅ〜Ｓｈ、Ｓｉ〜Ｓｌとすると、角度誤差信号（ＡＥＳ）および光情報記録媒体上の位置誤差信号（ＸＰＥＳ、ＹＰＥＳ）は、式（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）で表される。
ＡＥＳ＝（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｄ）−（Ｓｅ＋Ｓｆ＋Ｓｇ＋Ｓｈ） （３ａ）
ＸＰＥＳ＝（Ｓａ＋Ｓｂ＋Ｓｅ＋Ｓｆ＋Ｓｉ＋Ｓｊ）
−（Ｓｃ＋Ｓｄ＋Ｓｇ＋Ｓｈ＋Ｓｋ＋Ｓｌ） （３ｂ）
ＹＰＥＳ＝（Ｓａ＋Ｓｄ＋Ｓｅ＋Ｓｈ＋Ｓｉ＋Ｓｌ）
−（Ｓｂ＋Ｓｃ＋Ｓｆ＋Ｓｇ＋Ｓｊ＋Ｓｋ） （３ｃ）
ここにＸＰＥＳ，ＹＰＥＳは、それぞれ光情報記録媒体上のＸ方向、Ｙ方向の位置誤差信号を示している。

上記例では、検出器６０の３つの受光部を４分割したが、図９（ｂ）のように１つの受光部Ｄ０のみを４分割しても同様にＸ方向、Ｙ方向の位置誤差信号を得ることができる。さらには、１つの受光部を２分割するだけであっても、１方向の位置誤差信号を得ることができる。

図１０は、第３の実施例に係るホログラム用ピックアップ装置の光学系を示す構成図である。本実施例では光検出器７０を実施例１（図１）と同様に対物レンズ３２側に配置し、光検出器７０では実施例２と同様に再生時の再生光Ｈ０を検出可能としたものである。また、ブックの記録／再生動作を支障なく行うため、いくつかの光学要素を追加／変更している。以下、実施例１、２と重複する部分の説明は省略する。本実施例においても、光情報記録媒体へ情報を記録する際、隣接するブック間で対応するページに対する参照光の入射角度をそれぞれ微小角度φだけずらして記録している。

本実施例の再生時において、参照光（Ｓ偏光）は１／２波長板７４にてＰ偏光に変換され、ガルバノミラー３８等を経て光情報記録媒体２００に入射する。さらに参照光は、光情報記録媒体２００を透過してガルバノミラー４０により反射され、再度光情報記録媒体２００に入射する。その際、波長板７５(位相角は任意とする）を２度通過することにより、Ｐ偏光の参照光はＳ偏光とＰ偏光が合成された偏光成分に変換される。光情報記録媒体２００の記録済みブックからＳ偏光とＰ偏光が合成された回折光が発生し、対物レンズ３２の方向に出射する。このとき、参照光の大きさはブックサイズよりも十分大きいため、再生対象ブックだけでなく隣接するブックからの回折光も含まれる。

この回折光は対物レンズ３２を経て、リレーレンズ３０内のＰＢＳプリズム７１に入射する。ＰＢＳプリズム７１は、入射する回折光のＰ偏光成分を透過しＳ偏光成分を反射する。ＰＢＳプリズム７１を反射した回折光（Ｓ偏光）は、検出レンズ７２を経て光検出器７０に入射する。そして検出器７０から出力される信号を用いて角度誤差信号を生成する。

本実施例では、媒体２００から生じた回折光のうちＳ偏光成分はそのまま光検出器７０に入射するので、記録済みの隣接ブックだけでなく、再生対象ブックからの回折光も受光できる。つまり、実施例２と同様に再生時には再生光Ｈ０を検出可能であることから、再生時は、再生光Ｈ０を用いて角度誤差信号を生成することができる。例えば図８、図９に示した受光面構成の光検出器６０を用いて、実施例２と同様の演算を行えばよい。

このように本実施例では、再生対象ブックからの回折光を直接検出することで、隣接ブックの回折光を検出する場合よりも制御精度が向上する利点がある。さらに本実施例では、光検出器７０を対物レンズ３２側に配置したので、ピックアップ装置全体のサイズが増大することがない。

ここで、本実施例の構成における記録／再生動作を説明する。
記録時には、信号光（Ｐ偏光）は空間光変調器２９によって情報信号を付加された信号光（Ｓ偏光）となる。その後、偏光可変素子７３、リレーレンズ３０（空間フィルタ３１とＰＢＳプリズム７１を含む）、対物レンズ３２を経て、光情報記録媒体２００に集光する。ここに偏光可変素子７３は記録動作または再生動作に応じて所定の偏光に変換する素子であり、ここでは記録時にはＳ偏光をＰ偏光に変換し、再生時には入射偏光をそのまま出射する。一方参照光（Ｓ偏光）は、１／２波長板７４にてＰ偏光に変換され、ガルバノミラー３８等を経て光情報記録媒体２００に入射する。その際、ガルバノミラー３８を制御して、隣接するブック間で対応するページに対する参照光の入射角度をそれぞれ微小角度φだけずらして入射する。光情報記録媒体２００には上記した信号光と参照光が互いに重ね合うように入射されることで、情報信号がホログラムとして記録される。

再生時には、参照光（Ｓ偏光）は１／２波長板７４にてＰ偏光に変換され、ガルバノミラー３８等を経て光情報記録媒体２００に入射する。さらに光情報記録媒体２００を透過して、波長板７５を介してガルバノミラー４０により反射され、再度光情報記録媒体２００に入射する。参照光はＳ偏光とＰ偏光が合成された偏光成分に変換され、光情報記録媒体２００の記録済みブックからＳ偏光とＰ偏光が合成された回折光が発生し、対物レンズ３２の方向に出射する。

この回折光は対物レンズ３２を経てＰＢＳプリズム７１に入射し、Ｐ偏光成分はＰＢＳプリズムを透過して、空間フィルタ３１に入射する。空間フィルタ３１は、再生対象ブックからの再生光のみが通過できるような開口部を有しており、それ以外のブックからの回折光は通過できない。これより、再生対象ブックからの再生光のみを分離する。空間フィルタ３１を通過した再生光は、偏光可変素子７３をそのまま透過する（再生時は偏光変換されない）。そして、ＰＢＳプリズム２８を透過し撮像素子４１に入射して、再生信号が生成される。

本実施例では、光ビーム分離用にＰＢＳプリズム７１を配置したが、通常のＢＳプリズムであっても良い。

上記した各実施例１，２，３は、次のような変形が可能である。
光学系は各実施例に限定されるものではなく、光情報記録媒体からの回折光を検出可能な構成であれば良い。２光束角度多重方式における角度制御にガルバノミラー３８を用いたが、例えば、音響光学素子やＭＥＭＳ（Micro−Electro−Mechanical Systems）などの角度可変素子を用いても良い。また実施例３では参照光角度制御のためガルバノミラー３８を用いたが、再生時においてはガルバノミラー４０を用いて制御しても良い。

各実施例では、角度誤差信号を生成するために再生対象ブック以外のブックからの回折光を検出する構成としているが、検出するブックはどの方向、どの位置にあっても良いし、必ずしも隣接していなくても良い。各実施例の効果を得るためには、少なくとも２つ以上のブックの対応するページ間の記録角度を所定量ずらしてあれば良い。

各実施例では、光情報記録媒体上の異なるブックの対応するページ間の記録角度を所定量ずらしてあれば良いため、記録方法は限定されない。例えば、機械精度で記録しても良いし、光検出器の信号から制御しても良い。さらに、各実施例では微小角度φを一定値で説明したが、参照光の角度に応じて角度選択性も変化するため、参照光の角度に応じて微小角度φの値を変えても良い。

図１１は、第４の実施例に係るホログラム用光ピックアップ装置の光検出器の構成を示す図である。光学系は実施例１の構成とする。前記実施例１−３とは、光検出器５０の受光部の構成が異なっている。光検出器５０には、２つの受光部Ｄ１，Ｄ２が対角方向に配置され、２つの記録済みブックからの回折光Ｈ１，Ｈ２をそれぞれ検出している。図中の破線は、記録対象ブックに対応する仮想的位置を示している。すなわち２つの受光部Ｄ１，Ｄ２は、一方Ｄ２は記録対象ブックに対し記録方向（Ｘ方向）にずれた位置に、他方Ｄ１は記録方向と直交する方向（Ｙ方向）にずれた位置に配置している。

本実施例では、光情報記録媒体が正方形または長方形の場合に２次元状に記録するのに好適であるが、円形やそれ以外の外形であっても良い。また、前記実施例１−３では再生時の角度誤差信号を検出する構成としたが、本実施例では記録／再生時の角度誤差信号を検出することに特徴がある。以下、光情報記録媒体２００への記録方法について説明する。

図１２は、基準ブックの記録方法を説明する図である。光情報記録媒体２００には、初めにＸＹ方向の１行１列だけ基準となるブックを記録する。なお、各ブック内の数字は、起点となるブックＭ０Ｐ０を基準としたとき、各ブックに記録されているページの参照光の角度ずれ量を示している。図のように、Ｘ，Ｙ方向に隣接するブックの対応するページは微小角度φだけずれるように記録し、Ｘ方向端部のブックでは＋ｎφ、Ｙ方向端部のブックでは−ｎφだけずれている。基準ブックの記録では、ガルバノミラー３８の機械精度で参照光角度を実現する。

図１３は、基準ブック形成後の記録方法を説明する図である。例えば、新たにブックＭ１Ｐ１を形成するとき、目標位置に信号光と参照光が照射されるよう光情報記録媒体２００を移動する。ここで、参照光は信号光よりも光情報記録媒体上で十分大きい有効径となっている。このため、記録済みの基準ブックＭ０Ｐ１および基準ブックＭ１Ｐ０のページに対し所定角度で参照光が入射することで回折光が生じる。生じた回折光は、図１１の光検出器５０に入射する。すなわち、ブックＭ０Ｐ１のページからの回折光Ｈ１は受光部Ｄ１に、ブックＭ１Ｐ０のページの回折光Ｈ２は受光部Ｄ２にて検出する。

この２つの受光面Ｄ１，Ｄ２から得られる信号を信号Ｓ１，Ｓ２とした場合、実施例１の式（１）と同様の演算を行うことで角度誤差信号（ＡＥＳ）を生成できる。この角度誤差信号を基にガルバノミラー３８の制御を行い、ブックＭ１Ｐ１の各ページの記録を行なう。この結果、ブックＭ１Ｐ１のページの記録角度は、ブックＭ０Ｐ１とブックＭ１Ｐ０の対応するページの中間の角度となる。すなわち、＋φと−φの中間値である０に設定される。

同様にして、ブックＭ０Ｐ２のページの回折光とブックＭ１Ｐ１のページの回折光を用いてブックＭ１Ｐ２のページの記録を行なう。そして、この記録動作を同じ行の各ブックで順次行い、２行目のブックを完成させる。２行目を記録し終えたら、ブックＭ２Ｐ０の隣に移動し、同様に３行目の記録を行なう。この動作を各行で繰り返すことで、光情報記録媒体２００全面をＸ，Ｙ方向に２次元状に記録することができる。

一方再生時は、図１１の光検出器５０を用いて記録時と同様に隣接するブックからの回折光を受光し、角度誤差信号を生成すれば良い。また、再生用の受光部として実施例１、２、３の受光部と組み合わせても良い。

以上のように、本実施例では記録されたブックの回折光を用いて角度誤差信号を生成している。このように本実施例のホログラム用ピックアップ装置は、記録／再生時に記録／再生対象ブックと異なるブックからの回折光を検出する光検出器を備えており、記録／再生対象ブックと異なる少なくとも２つのブックからの回折光を光検出器で検出し、角度誤差信号を生成することで、高速かつ安定した記録／再生が可能となる。

本実施例は次のような変形が可能である。
図１４は光検出器５０の変形例を示す図であり、受光部Ｄ１，Ｄ２を記録再生方向であるＸ方向に配置し、記録再生対象ブックに対応する仮想的位置（破線で示す）とは異なる行（Ｙ方向にずれた位置）に配置している。つまり、受光部Ｄ１，Ｄ２からの検出信号に基づき、隣接行の記録再生対象ブックの角度誤差信号を生成するものである。

図１５は、図１４の光検出器を用いた記録方法を説明する図である。まず、基準ブックを作成する際、Ｘ方向には隣接するブックの対応するページは微小角度φだけずれるように記録し、Ｙ方向には隣接するブックの対応するページは微小角度−φ／２だけずれるように記録する。そして、例えば新たにブックＭ１Ｐ１を形成するとき、記録済みのブックＭ０Ｐ０およびブックＭ０Ｐ１の回折光を受光して角度誤差信号を生成する。その結果、ブックＭ１Ｐ１のページの記録角度は、ブックＭ０Ｐ０とブックＭ０Ｐ１の対応するページの中間の角度となる。すなわち、０と＋φの中間値である＋φ／２に設定される。これを繰り返せば、Ｘ方向とＹ方向に隣接ブック間で記録角度が異なる状態で記録を実現できる。

図１５のような記録方法の場合、記録直後のブックを参照しないため、事前にポストキュアの動作を行なうことができる。ポストキュアとは、光情報記録媒体２００内の所望の位置に情報を記録した後、所望の位置に追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程のことである。これにより、光情報記録媒体２００が安定した状態で、角度誤差信号を生成できるため、より安定した記録が行なえる利点がある。また、本例では記録方向はＸ方向に対して正方向のみであったが、例えば記録方向の反対側（正方向）にも基準となるブックを記録し、それに相当する受光部を配置することでＸ方向に対して両方向に記録することもできる。

本実施例は、光学系は実施例１で説明を行なったが、信号を検出するページが微小角度φだけずれるように記録をする構成となっていれば、実施例２や実施例３の光学系構成であっても良いし、それ以外の光学系構成であっても良い。また、実施例２や実施例３のような光学系の場合、再生光に相当する光ビームを検出器で検出し、角度誤差信号と組み合わせで制御しても良い。さらに、再生対象ブック以外のブックからの回折光を検出し、角度誤差信号だけでなく位置誤差信号やフォーカス誤差信号を生成しても良い。さらに本実施例は、記録したブックのページの回折光を用いて角度誤差信号を生成する角度多重記録方式であるため、最初にブックを記録する方法については限定されない。

図１６は、第５の実施例に係る光情報記録再生装置の構成図を示す。光情報記録再生装置は、光情報記録媒体にホログラムを形成して情報信号を記録および／または再生する。光情報記録再生装置の構成は、前記各実施例で示した光ピックアップ装置１００の他に、機構・光学系として、光情報記録媒体駆動素子１０９、位相共役光学系１１１、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系１１２、光情報記録媒体位置検出光学系１１３を備えている。光情報記録媒体２００は光ピックアップ装置１００に対して、相対的な記録／再生位置を変えられるような構成となっている。

光ピックアップ装置１００は、光情報記録媒体２００に参照光と信号光を照射してホログラムを形成することで情報信号を記録し、あるいは光情報記録媒体２００のホログラムに参照光を照射することで情報信号を再生する。その際、記録再生動作の制御系として次の回路を備え、各回路はコントローラ１１０によって制御される。

記録する情報信号は、信号生成回路１０６を介して光ピックアップ装置１００内の空間光変調器（図１の符号２９）に送られ、信号光は空間光変調器によって変調される。光情報記録媒体２００に記録された情報信号を再生する場合は、光ピックアップ装置１００から出射された参照光の位相共役光を位相共役光学系１１１によって生成する。ここで位相共役光とは、入力光と同一の波面を保ちながら逆方向に進む光波のことであり、図１で言えばガルバノミラー４０により反射された参照光である。位相共役光によって生じた回折光（再生光）は、光ピックアップ装置１００内の撮像素子（図１の符号４１）によって検出し、信号処理回路１０５によって再生信号が生成される。

光源駆動回路１０２は、光ピックアップ装置１００、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系１１２、光情報記録媒体位置検出光学系１１３内の光源に所定の光源駆動電流を供給し、各々の光源からは所定の光量で光ビームを発光する。シャッタ制御回路１０７は、光ピックアップ装置１００内のシャッタ（図１の符号１３）の開閉時間を制御することで、光情報記録媒体２００に照射する参照光と信号光の照射時間を調整する。光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系１１２は、光情報記録媒体２００のプリキュアおよびポストキュアに用いる光ビームを生成する。プリキュアとは、光情報記録媒体２００内の所望の位置に参照光と信号光を照射する前に、予め所定の光ビームを照射する前工程のことである。またポストキュアとは、光情報記録媒体２００内の所望の位置に情報を記録した後、追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程のことである。光情報記録媒体位置検出光学系１１３は、光情報記録媒体２００の大まかな位置を検出し、検出信号を用いて位置制御回路１０８により光情報記録媒体２００の大まかな位置を調整する。

ホログラムを利用した記録方式は、超高密度に情報を記録可能であるが、光情報記録媒体２００の傾きや位置ずれに対する許容誤差が極めて小さくなる。それゆえ本実施例では、光ピックアップ装置１００から出力される信号を用いて、角度誤差信号や位置誤差信号を生成する。

サーボ信号生成回路１０３は、光検出器５０から出力される信号を用いて、サーボ制御用の角度誤差信号を生成し、サーボ制御回路１０４は、光ピックアップ装置１００内のガルバノミラー等の角度可変素子を介して参照光の角度ずれ量を補正する。

光ピックアップ装置１００、位相共役光学系１１１、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系１１２、光情報記録媒体位置検出光学系１１３は、一部または全ての光学系を１つの構成にまとめて簡素化しても良い。

本実施例の光情報記録再生装置は、前記した実施例１〜４の光ピックアップ装置を搭載し、光ピックアップ装置内の光検出器から出力された信号を用いて角度誤差信号を生成する。これより高速再生を実現可能とし、かつこのような角度誤差信号を用いることで最良な再生信号を得ることができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１１：光源、１２：コリメートレンズ、１３：シャッタ、１４：偏光可変素子、１５：ＰＢＳプリズム、２５：ビームエキスパンダ、２６：位相マスク、２７：リレーレンズ、２８：ＰＢＳプリズム、２９：空間光変調器、３０：リレーレンズ、３１：空間フィルタ、３２：対物レンズ、３５：１／４波長板、３６：ミラー、３７：ミラー、３８：ガルバノミラー（角度可変素子）、３９：スキャナーレンズ、４０：ガルバノミラー、４１：撮像素子、５０：光検出器、５１：空間フィルタ、５２：検出レンズ、６０：光検出器、６１：レンズ、６２：検出レンズ、７０：光検出器、７１：ＰＢＳプリズム、７２：検出レンズ、７３：偏光可変素子、７４：１／２波長板、７５：波長板、１００：光ピックアップ装置（光学系）、１０２：光源駆動回路、１０３：サーボ信号生成回路、１０４：サーボ制御回路、１０５：信号処理回路、１０６：信号生成回路、１０７：シャッタ制御回路、１０８：位置制御回路、１０９：光情報記録媒体駆動素子、１１０：コントローラ、１１１：位相共役光学系、１１２：光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系、１１３：光情報記録媒体位置検出光学系、２００：光情報記録媒体。

Claims (9)

1. 光情報記録媒体に参照光と信号光を照射してホログラムを形成することで情報信号を記録し、あるいは光情報記録媒体のホログラムに参照光を照射することで情報信号を再生するホログラム用光ピックアップ装置において、
   光ビームを出射する光源と、
   該光源から出射した光ビームを信号光と参照光に分岐する分岐素子と、
   分岐された参照光の光情報記録媒体に入射する角度を変える角度可変素子と、
   分岐された信号光に記録する情報信号を付加する空間光変調器と、
   情報信号が付加された信号光を光情報記録媒体に照射する対物レンズと、
   光情報記録媒体に参照光を照射したときに再生対象領域から発生する回折光と非再生対象領域から発生する回折光を分離するための空間フィルタと、
   光情報記録媒体に参照光を照射したときに再生対象領域から発生する回折光を前記対物レンズを介して検出し再生信号とする撮像素子と、
   光情報記録媒体に参照光を照射したときに該光情報記録媒体内の複数の記録済み領域から発生する回折光を検出する、前記空間フィルタとは光路上の異なる位置に配置される光検出器と、
   を備え、
   前記光検出器には３つの回折光が入射し、
   前記光検出器で検出した信号を用いて、前記角度可変素子を制御するための角度誤差信号が生成されることを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
2. 請求項１に記載のホログラム用光ピックアップ装置において、
   前記光情報記録媒体から発生する回折光のうち記録再生対象領域以外の領域から発生した回折光を反射する空間フィルタを有し、
   前記光検出器は、該空間フィルタで反射された記録再生対象領域以外の複数領域から発生する回折光を検出するように複数の受光部を配置したことを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
3. 請求項２に記載のホログラム用光ピックアップ装置において、
   前記光検出器の複数の受光部は、前記光情報記録媒体内の記録再生対象領域に隣接する複数の領域から発生する回折光を検出することを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
4. 請求項１に記載のホログラム用光ピックアップ装置において、
   前記光検出器は、さらに、再生時に再生対象領域から発生する回折光を検出する受光部を有することを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
5. 請求項４に記載のホログラム用光ピックアップ装置において、
   前記光情報記録媒体から発生した回折光を前記対物レンズを介して入射し、該回折光を前記光検出器に分岐するプリズムを有することを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
6. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のホログラム用光ピックアップ装置において、
   前記光情報記録媒体上に前記ホログラムを２次元状に形成するとき、
   前記光検出器の複数の受光部は、一方は記録再生対象領域に対し記録方向にずれた位置に、他方は記録方向と直交する方向にずれた位置に配置することを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
7. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のホログラム用光ピックアップ装置において、
   前記光情報記録媒体上に前記ホログラムを２次元状に形成するとき、
   前記光検出器の複数の受光部は記録方向に配置するとともに、記録再生対象領域に対し記録方向と直交する方向にずれた位置に配置することを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
8. 請求項２乃至７のいずれか１項に記載のホログラム用光ピックアップ装置において、
   前記光検出器の複数の受光部のうち、記録再生対象領域以外の領域の回折光を受ける受光部から得られる複数の信号の差動信号から前記角度誤差信号が生成されることを特徴とするホログラム用光ピックアップ装置。
9. 光情報記録媒体にホログラムを形成することで情報信号を記録し、あるいは光情報記録媒体のホログラムから情報信号を再生する光情報記録再生装置において、
   請求項１乃至８のいずれか１項に記載のホログラム用光ピックアップ装置と、
   前記ホログラム用光ピックアップ装置内の前記空間変調器に記録する情報信号を送る信号生成回路と、
   前記ホログラム用光ピックアップ装置内の前記撮像素子にて検出された信号を用いて情報信号を再生する信号処理回路と、
   前記ホログラム用光ピックアップ装置内の前記光検出器にて検出された信号を用いて前記参照光の入射角度の角度誤差信号を生成するサーボ信号生成回路と、
   該角度誤差信号に応じて前記角度可変素子を制御するサーボ制御回路と、
   を備えることを特徴とする光情報記録再生装置。

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