JPWO2011065459A1 - 光学的情報処理装置及び光学的情報処理方法 - Google Patents

Abstract

光学的情報処理装置は、対物レンズ（１０ａ，１０ｂ）を含む集光部、対物レンズ（１０ａ，１０ｂ）を透過する光の光軸と、光情報記録媒体（２）の法線との間の角度を変化させる傾斜角度変化装置（１２）、傾斜角度変化装置（１２）を制御する傾斜角度制御回路（２９）等を備える。傾斜角度制御回路（２９）は、対物レンズ（１０ａ，１０ｂ）の開口数（ＮＡ）を基に定められた角度間隔（Δθ）に基づいて、対物レンズ（１０ａ，１０ｂ）を透過する光の光軸と、光情報記録媒体（２）の法線との間の角度を変化させる。

Description

本発明は、光情報記録媒体への情報の記録及び光情報記録媒体に記録した情報の再生の少なくとも何れか一方を行う光学的情報処理装置及び光学的情報処理方法に関する。

光情報記録媒体の面の領域だけでなく、光情報記録媒体の厚さ方向の領域も利用することにより、光情報記録媒体に３次元的に情報の記録を行うマイクロホログラム記録再生技術が非特許文献１に開示されている。

非特許文献１に開示されている光学的情報記録再生装置を、図１１を参照して説明する。

図示するように、光学的情報記録再生装置５０は、光源３２と、凹レンズ３３と、凸レンズ３４ａ，３４ｂと、ビームスプリッタ３５ａ，３５ｂと、ミラー３６ａ〜３６ｅと、シャッタ３７と、１／４波長板３８ａ，３８ｂと、対物レンズ３９ａ，３９ｂと、光検出器４０と、から構成されている。

この光学的情報記録再生装置５０が光情報記録媒体３１に情報を記録する動作を説明する。情報の記録時において、シャッタ３７は、図示しないコントローラ等により開制御される。情報“１”を光情報記録媒体３１に記録する場合、光源３２は、光を出射する。光源３２から出射した光は、凹レンズ３３及び凸レンズ３４ａを透過して径が拡大され、ビームスプリッタ３５ａに入射する。ビームスプリッタ３５ａに入射した光のうち、一部（例えば、Ｐ偏光）はビームスプリッタ３５ａを透過し、一部（例えば、Ｓ偏光）はビームスプリッタ３５ａで反射される。

ビームスプリッタ３５ａを透過した光は、ミラー３６ａ及びミラー３６ｂで反射され、ビームスプリッタ３５ｂ及び１／４波長板３８ａを透過する。１／４波長板３８ａを透過することにより、光は、直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ３９ａを透過する。対物レンズ３９ａを透過することにより、光は、平行光から収束光へ変換され、光情報記録媒体３１の記録層に集光される。

また、ビームスプリッタ３５ａで反射された光は、ミラー３６ｃ、ミラー３６ｄ及びミラー３６ｅで反射されて、シャッタ３７、１／４波長板３８ｂを順次透過する。１／４波長板３８ｂを透過することにより、光は、直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ３９ｂを透過する。対物レンズ３９ｂを透過することにより、光は、平行光から収束光へ変換され、光情報記録媒体３１の記録層に集光される。

これにより、光源３２から出射した光は、互いに対向する２つの光となって、光情報記録媒体３１の記録層の同一の位置に集光される。そして、この位置（集光点）において、２つの光が互いに干渉し合うことにより、微小なホログラム（回折格子）が形成される。形成されたホログラムは、ビットデータ“１”を表し、光源３２から出射した光に含まれる情報“１”を記録することができる。一方、情報“０”を光情報記録媒体３１に記録する場合、光源３２は、光を出射しない。この場合、ホログラムは形成されず、情報“０”が記録される。

光学的情報記録再生装置５０は、集光点を光情報記録媒体３１の記録層の厚さ方向にも移動させることができる。これにより、記録層の面だけでなく、厚さ方向にもホログラムを形成することができ、光情報記録媒体３１に３次元的に情報を記録することができる。

次に、光学的情報記録再生装置５０が、光情報記録媒体３１に記録されている情報を再生する動作を説明する。情報の再生時において、シャッタ３７は、図示しないコントローラ等により閉制御される。再生時、光源３２は、光を出射する。光源３２から出射した光は、凹レンズ３３及び凸レンズ３４ａを透過して径が拡大され、ビームスプリッタ３５ａに入射する。ビームスプリッタ３５ａに入射した光のうち、一部（例えば、Ｐ偏光）はビームスプリッタ３５ａを透過し、また、一部（例えば、Ｓ偏光）はビームスプリッタ３５ａで反射される。

ビームスプリッタ３５ａを透過した光は、ミラー３６ａ及びミラー３６ｂで反射され、ビームスプリッタ３５ｂ及び１／４波長板３８ａを透過する。１／４波長板３８ａを透過することにより、光は直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ３９ａを透過する。対物レンズ３９ａを透過することにより、光は、平行光から収束光へ変換され、光情報記録媒体３１の記録層に集光される。

一方、ビームスプリッタ３５ａで反射された光は、ミラー３６ｃ、ミラー３６ｄ及びミラー３６ｅで反射されるが、シャッタ３７で遮断され、光情報記録媒体３１の記録層に集光されない。これにより、光源３２から出射した光は、光情報記録媒体３１の記録層において、一方向のみから集光され、集光点にホログラムが形成されていれば、ホログラムにより反射される。

ホログラムで反射された光は、上記の方向とは逆向きに対物レンズ３９ａを透過して発散光から平行光へ変換され、１／４波長板３８ａを透過する。１／４波長板３８ａを透過することにより、光は、円偏光から直線偏光へ変換され、ビームスプリッタ３５ｂで反射される。ビームスプリッタ３５ｂで反射された光は、凸レンズ３４ｂを透過することにより、平行光から収束光へ変換され、光検出器４０で受光される。これにより、反射光が検出できれば、ホログラムが形成されており、ビットデータ“１”が再生され、反射光が検出できなければ、ホログラムが形成されておらず、ビットデータ“０”が再生される。

光学的情報記録再生装置５０は、情報の記録時と同様、情報の再生時においても、集光を、光情報記録媒体３１の記録層の面方向だけでなく、記録層の厚さ方向に移動させることができる。これにより、記録層の面に形成されたホログラムだけでなく、記録層の厚さ方向に形成されたホログラムから情報を読み出すことでき、光情報記録媒体３１に対して３次元的に情報の再生を行うことができる。

上記構成の情報記録装置５０では、光情報記録媒体の各記録位置に記録される情報が１ビットのデータであり、記録容量に限界がある。これに対し、光情報記録媒体の記録容量を増大する技術として、光情報記録媒体の記録層の同一位置に複数ビットを記録する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。

特許文献１〜３には、ページ型のホログラム記録に用いられている角度多重記録が開示されている。角度多重記録は、光情報記録媒体の記録層の同一位置において、一定の角度の間隔で複数のホログラムを形成するものである。これにより、光情報記録媒体の記録層の同一位置で複数ビットの多重記録再生を行うことができる。

特開２００８−２２６４３４号公報 特開２００８−２６８８２９号公報 特開２００９−８０９０６号公報

ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス・第４５巻・第２Ｂ号・２００６・第１２３９ページ〜第１２４５ページ

ここで、複数のホログラムを形成する角度の間隔は、再生すべきホログラムから受け取る信号レベルに対する、他のホログラムから受け取る信号レベルの比で示されるクロストークの影響を受けないように設定しなければならない。これは、再生対象となっているホログラム以外のホログラムに記録された情報を受け取らないようにするためである。

クロストークを小さくするためには、角度の間隔は大きい方が望ましいが、他の条件が同一ならば、記録密度が小さくなってしまう。一方、角度の間隔を小さくすると、他の条件が同一ならば、記録密度は大きくなるが、クロストークが増大してしまう。このため、クロストークを許容値以下に抑えつつ、記録密度を大きくすることが望まれるが、従来技術には、この課題を達成する技術は開示されていない。

本発明は、光情報記録媒体に対して、クロストークの影響を抑えつつ、高密度な情報記録や高密度に記録した情報の再生を行える光学的情報処理装置及び光学的情報処理方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る光学的情報処理装置は、
光情報記録媒体に対して、マイクロホログラム方式による情報の記録及びマイクロホログラム方式による情報の再生の少なくとも何れか一方を行う光学的情報処理装置であって、
光源と、
該光源から出射した光を前記光情報記録媒体に集光する集光手段と、
該集光手段に設けられた対物レンズを透過する光の光軸と、当該透過した光の集光点を含む前記光情報記録媒体の法線との間の角度を変化させる傾斜角度変化手段と、
前記傾斜角度変化手段を制御する傾斜角度制御手段と、を備え、
前記傾斜角度制御手段は、前記対物レンズの開口数を基に定められた、前記光軸と前記法線との間の角度間隔に基づいて、前記傾斜角度変化手段に前記角度を変化させる。

本発明の第２の観点に係る光学的情報処理方法は、
光情報記録媒体に対して、マイクロホログラム方式による情報の記録及びマイクロホログラム方式による情報の再生の少なくとも何れか一方を行う光学的情報処理方法であって、
光源から出射した光を対物レンズにより前記光情報記録媒体に集光する集光工程と、
前記対物レンズを透過する光の光軸と、前記透過した光の集光点を含む前記光情報記録媒体の法線との間の角度を変化させる傾斜角度変化工程と、
前記角度の変化を制御する傾斜角度制御工程と、を有し、
該傾斜角度制御工程では、前記対物レンズの開口数を基に定められた、前記光軸と前記法線との間の角度間隔に基づいて、前記角度の変化量を決定し、
前記傾斜角度変化工程では、前記角度の変化量に基づいて前記角度を変化させる。

本発明によれば、光情報記録媒体に対して、クロストークの影響を抑えつつ、高密度な情報記録や高密度に記録した情報の再生を行うことができる。

本発明の一実施形態に係る光学的情報処理装置の全体構成を示す図である。 図１の光情報記録媒体の構造を示す図である。 図１の光学ユニットの構成を示す図である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、対物レンズを透過する光の光軸と、透過した光の集光点を含む光情報記録媒体の法線との間の角度について示す図（その１）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、対物レンズを透過する光の光軸と、透過した光の集光点を含む光情報記録媒体の法線との間の角度について示す図（その２）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、対物レンズを透過する光の光軸と、透過した光の集光点を含む光情報記録媒体の法線との間の角度について示す図（その３）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、光情報記録媒体に情報を記録する際の入射光路を示す図（その１）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、光情報記録媒体に情報を記録する際の入射光路を示す図（その２）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、光情報記録媒体に情報を記録する際の入射光路を示す図（その３）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、光情報記録媒体に記録された情報を再生する際の入射光路及びホログラムからの反射光路を示す図（その１）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、光情報記録媒体に記録された情報を再生する際の入射光路及びホログラムからの反射光路を示す図（その２）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、光情報記録媒体に記録された情報を再生する際の入射光路及びホログラムからの反射光路を示す図（その３）である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、光情報記録媒体の記録層に形成されたホログラムのパターンの一例を示す図である。 ２次元の角度多重記録再生を行う場合において、対物レンズを透過する光の光軸と、透過した光の集光点を含む光情報記録媒体の法線との間の角度の関係を示す図である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、処理装置の際に用いる光の光軸とその光の集光点を含む光情報記録媒体の法線との間の角度と、ホログラムの回折効率との関係を示す図である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、ＮＡと半幅Δθ１との関係を示す図である。 本実施形態に係る光学的情報処理装置において、ＮＡと半幅Δθ２との関係を示す図である。 従来の光学的情報処理装置における光学ユニットの構成を示す図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態及び図面の内容によって限定されるものではない。また、本発明は、その趣旨を変更しない範囲で以下の実施形態及び図面の内容に変更（構成要素の付加、変更、又は、削除）を適宜加えることができるのは勿論である。また、以下では、理解を容易にするために、本発明の実施形態において重要でない、公知の技術的事項については説明を適宜省略している。

図１は、本実施形態に係る光学的情報処理装置１００の全体構成を示した図である。図１に示すように、この光学的情報処理装置１００は、光学ユニット１と、光学ユニット移動装置２０と、コントローラ２１と、アクティブ波長板駆動回路２２と、変調回路２３と、記録信号生成回路２４と、光源駆動回路２５と、増幅回路２６と、再生信号処理回路２７と、復調回路２８と、傾斜角度制御回路２９と、光学ユニット制御回路３０と、を備える。

光学的情報処理装置１００による情報が記録され、又は情報が読み出される（再生される）光情報記録媒体２は、図２に示すように、基板１４ａと基板１４ｂとの間に記録層１３が挟まれた構成となっている。基板１４ａ、１４ｂの材料としては、例えばガラスが用いられる。記録層１３の材料としては例えばフォトポリマが用いられる。

光学ユニット１は、図３に示すように、光源３と、回折格子４と、凸レンズ５ａ〜５ｆと、アクティブ波長板６と、偏光ビームスプリッタ７と、ミラー８ａ〜８ｄと、１／４波長板９ａ，９ｂと、対物レンズ１０ａ，１０ｂと、光検出器１１と、傾斜角度変化装置１２と、から構成される。

光源３は、回折格子４を外部共振器とする半導体レーザから構成される。光源３は、コントローラ２１（図１参照）の制御の下、単一波長の光を出射する。凸レンズ５ａは、光源３から出射した光を発散光から平行光へ変換して、アクティブ波長板６へ出射する。

アクティブ波長板６は、コントローラ２１の制御の下、１／４波長板としての機能と１／２波長板としての機能を、印加する交流電圧の実効値により切り替えることができる。アクティブ波長板６は、２枚の基板の間に液晶層が挟まれた構成を有する。２枚の基板の液晶層側の面には、一軸の屈折率異方性を有する液晶層に交流電圧を印加するための透明電極が形成されている。

液晶層に所定の実効値（例えば、２．５Ｖ）の交流電圧が印加されると、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向とその光軸に平行な方向との中間（角度４５°）の方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπ／２となり、アクティブ波長板６は１／４波長板として作用する。１／４波長として機能するアクティブ波長板６は、入射した直線偏光を円偏光に変換する。

一方、液晶層に所定の実効値（例えば、０Ｖ）の交流電圧が印加されると、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向となる。このとき、液晶層を透過する光に生じる、光学軸と光軸とを含む面に平行な方向の偏光成分と垂直な方向の偏光成分との間の位相差はπとなり、アクティブ波長板６は１／２波長板として機能する。１／２波長として機能するアクティブ波長板６は、入射した直線偏光の偏光方向を９０°変化させる。

光情報記録媒体２に情報を記録する際、アクティブ波長板６は、１／４波長板として機能する。この場合、アクティブ波長板６に入射した光は、アクティブ波長板６を透過することにより、直線偏光から円偏光へ変換され、偏光ビームスプリッタ７に入射する。偏光ビームスプリッタ７に入射した光のうち、約５０％（Ｓ偏光成分）は、偏光ビームスプリッタ７で反射され、約５０％（Ｐ偏光成分）は偏光ビームスプリッタ７を透過する。

偏光ビームスプリッタ７で反射された光は、凸レンズ５ｂを透過する間に平行光から収束光へ変換され、ミラー８ａ上に集光してミラー８ａで反射される。ミラー８ａで反射されることにより、光は、収束光から発散光となり、凸レンズ５ｃを透過する。凸レンズ５ｃを透過することにより、光は、発散光から平行光へ変換され、ミラー８ｂで反射され、１／４波長板９ａを透過する。１／４波長板９ａを透過することにより、光は、直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ１０ａを透過する。対物レンズ１０ａを透過することにより、光は、平行光から収束光へ変換され、光情報記録媒体２の記録層に集光される。

一方、偏光ビームスプリッタ７を透過した光は、凸レンズ５ｄを透過することにより、平行光から収束光へ変換され、ミラー８ｃ上に集光してミラー８ｃで反射される。ミラー８ｃで反射された光は、収束光から発散光となり、凸レンズ５ｅを透過する。凸レンズ５ｅを透過した光は、発散光から平行光へ変換され、ミラー８ｄで反射され、１／４波長板９ｂを透過する。１／４波長板９ｂを透過することにより、光は、直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ１０ｂを透過する。対物レンズ１０ｂを透過することにより、光は、平行光から収束光へ変換され、光情報記録媒体２の記録層に集光される。

これにより、光源３から出射した光は、互いに対向する２つの光となって、光情報記録媒体２の記録層の同一の位置において集光される。そして、この位置（集光点）において、２つの光が互いに干渉し合うことにより、微小なホログラム（回折格子）が形成される。

一方、再生、即ち、光情報記録媒体２から情報を読み取る際、アクティブ波長板６は、１／２波長板として機能する。この場合、アクティブ波長板６に入射した光は、アクティブ波長板６を透過して偏光方向を９０度変化し、偏光ビームスプリッタ７に入射する。偏光ビームスプリッタ７に入射した光は、ほぼ１００％がＳ偏光成分であり、偏光ビームスプリッタ７で反射される。

偏光ビームスプリッタ７で反射された光は、凸レンズ５ｂを透過することにより、平行光から収束光に変換され、ミラー８ａ上に集光してミラー８ａで反射される。ミラー８ａで反射されることにより、光は、収束光から発散光となり、凸レンズ５ｃを透過する。凸レンズ５ｃを透過することにより、光は、発散光から平行光へ変換され、ミラー８ｂで反射され、１／４波長板９ａを透過する。１／４波長板９ａを透過することにより、光は、直線偏光から円偏光に変換され、対物レンズ１０ａを透過する。対物レンズ１０ａを透過することにより、光は、平行光から収束光へ変換され、光情報記録媒体２の記録層に集光される。光情報記録媒体２の記録層に集光された光は、光情報記録媒体２へ情報を記録する時に光情報記録媒体２の記録層に形成されたホログラムで反射される。

当該ホログラムで反射された光は、上記の方向とは逆向きに対物レンズ１０ａを透過して発散光から平行光へ変換され、１／４波長板９ａを透過する。１／４波長板９ａを透過した光は、円偏光から直線偏光へ変換され、ミラー８ｂで反射され、凸レンズ５ｃを透過する。凸レンズ５ｃを透過した光は、平行光から収束光へ変換され、ミラー８ａ上に集光してミラー８ａで反射される。ミラー８ａで反射された光は、収束光から発散光となり、凸レンズ５ｂを透過する。凸レンズ５ｂを透過した光は、発散光から平行光へ変換され、偏光ビームスプリッタ７へＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ７を透過した光は、凸レンズ５ｆを透過して平行光から収束光へ変換され、光検出器１１で受光される。

傾斜角度変化装置１２は、光情報記録媒体２を保持し、集光点を中心に光情報記録媒体２を傾斜させる。

ここで、対物レンズ１０ａ，１０ｂを透過する光の光軸と、透過した光の集光点を含む光情報記録媒体２の法線との間の角度、即ち、透過光の光軸と光情報記録媒体２の法線とがなす角度は、情報記録媒体２の傾きに応じて、図４Ａ〜図４Ｃに例示するように変化する。

図１に戻り、コントローラ２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等（何れも図示せず）から構成され、光学的情報処理装置１００の全体の制御を行う。

アクティブ波長板駆動回路２２は、光情報記録媒体２へ情報を記録する際、光学ユニット１のアクティブ波長板６が１／４波長板として機能するよう、アクティブ波長板６が有する液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する。また、アクティブ波長板駆動回路２２は、光情報記録媒体２から情報を再生する際、光学ユニット１のアクティブ波長板６が１／２波長板として機能するよう、アクティブ波長板６が有する液晶層に実効値が０Ｖの交流電圧を印加する。

変調回路２３は、光情報記録媒体２へ情報を記録する際、記録データとして外部から入力された信号を所定の変調規則に従って変調する。

記録信号生成回路２４は、変調回路２３で変調された信号に基づいて、光学ユニット１の光源３を駆動するための記録信号を生成する。

光源駆動回路２５は、光情報記録媒体２へ情報を記録する際、記録信号生成回路２４で生成された記録信号に基づいて、光源３へ、その記録信号に応じた電流を供給して光源３を駆動する。また、光源駆動回路２５は、光情報記録媒体２から情報を再生する際、光源３からの出射光の大きさが一定になるように、光源３へ一定の電流を供給して光源３を駆動する。

増幅回路２６は、光情報記録媒体２から情報を再生する際、光学ユニット１の光検出器１１から出力される電圧信号を増幅する。

再生信号処理回路２７は、増幅回路２６で増幅された電圧信号に基づいて、光情報記録媒体２に記録された情報を表す再生信号の生成、波形等化、二値化を行う。

復調回路２８は、再生信号処理回路２７で二値化された信号を所定の復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

傾斜角度制御回路２９は、対物レンズ１０ａ，１０ｂの開口数（ＮＡ）を基に決定された、対物レンズ１０ａ，１０ｂを透過する光の光軸と、光情報記録媒体２の法線とがなす角度の間隔（単位傾斜角）Δθずつ、情報記録媒体２を傾けることを指示する制御信号を傾斜角度変化装置１２に供給する。なお、Δθの詳細については、後述する。

光学ユニット１は、光学ユニット移動装置２０に接続されている。また、光学ユニット移動装置２０は、光学ユニット制御回路３０により制御される。光学ユニット制御回路３０は、光情報記録媒体２の記録層１３における上記集光点の位置を、光情報記録媒体２の記録層１３の面及び厚さ方向へ移動させる制御信号を光学ユニット移動装置２０に供給する。光学ユニット移動装置２０は、光学ユニット制御回路３０から供給される制御信号に従い、集光点の位置を記録層１３の面及び厚さ方向へ移動させ、３次元的に情報を記録し、再生を行う。

次に、光学ユニット１の動作を、図５Ａ〜図６Ｃを参照して説明する。光学ユニット１の動作は、光情報記録媒体２に情報を記録する記録動作と、光情報記録媒体２に記録されている情報を読み出す再生動作とに大別される。まず、記録動作について説明する。記録動作の際には、コントローラ２１は、アクティブ波長板６に、１／４波長板として機能するように、アクティブ波長板駆動回路２２を制御して、交流電圧（例えば、実効値２．５Ｖ）を印加する。また、コントローラ２１は、図５Ｂに示すように、光１７ｂ、１８ｂの光軸と光情報記録媒体２の記録面の法線との角度が、０度となるように傾斜角度制御回路２９を制御する。

この状態で、コントローラ２１は、光情報記録媒体２を回転駆動すると共に、予め定められた位置に集光点１５ｂを位置させるように、トラックを追従させるトラッキング制御及び位置制御を行う。コントローラ２１は、記録の進行に伴い、予め定められたシーケンスに従って、図５Ｂに示す基準位置（光１７ｂ、１８ｂの光軸と光情報記録媒体２の記録面の法線との角度が０度となる位置）から、図５Ａあるいは図５Ｃに示すように、光情報記録媒体２を所定の角度で傾ける。

一方で、コントローラ２１の制御に従って光源３は、光情報記録媒体２の回転駆動と同期して、書き込み対象ビットが“１”の場合に点灯し、書き込み対象ビットが、“０”の場合に消灯する。光源３と回折格子４とから出射されたレーザ光は、凸レンズ５ａにより平行化され、１／４波長板として機能しているアクティブ波長板６により円偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ７に入射する。

偏光ビームスプリッタ７に入射した円偏光のうちＳ偏光成分の光１７は、偏光ビームスプリッタ７で反射され、レンズ５ｂ、ミラー８ａ、レンズ５ｃ、ミラー８ｂ、１／４波長板９ａ、レンズ１０ａを介して、図５Ａ〜５Ｃに示すように、光情報記録媒体２の記録層１３内の記録位置に集光する。偏光ビームスプリッタ７に入射した円偏光のうちＰ偏光成分の光１８は、偏光ビームスプリッタ７を透過し、レンズ５ｄ、ミラー８ｃ、レンズ５ｅ、ミラー８ｄ、１／４波長板９ｂ、レンズ１０ｂを介して、光情報記録媒体２の記録層１３内の記録位置に集光する。

なお、図５Ａは、光１７ａ、光１８ａの光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ａを含む法線との角度が−Δθである場合の入射光路を示している。同様に、図５Ｂは、光１７ｂ、光１８ｂの光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ｂを含む法線との角度が０度である場合の入射光路を示している。そして、図５Ｃは、光１７ｃ、光１８ｃの光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ｃを含む法線との角度が＋Δθ度である場合の入射光路を示している。何れの場合も、記録すべきデータが“１”の場合、光１７と光１８が集光点１５において干渉し、微小なホログラムが形成される。一方、記録すべきデータが“０”の場合、光１７、光１８が存在しないため、ホログラムは形成されない。すなわち、集光点１５の位置にホログラム１６を形成／非形成することにより１ビットのデータが記録される。

このように、光１７と光１８の光軸と、光情報記録媒体２の記録面側の法線との角度を−Δθ度、０度、＋Δθ度の３通りに変化させることで、集光点１５に向きが異なる３つのホログラムをそれぞれ形成／非形成することができ、１つの記録位置に計３ビットのデータを記録することができる。

次に、再生動作について説明する。再生動作の際には、コントローラ２１は、アクティブ波長板６に、１／２波長板として機能するように、アクティブ波長板駆動回路２２を制御して、交流電圧（例えば、実効値０Ｖ）を印加する。また、コントローラ２１は、読み出し対象データの物理アドレスに従って、光情報記録媒体２の、回転位置と、厚さ方向の位置と、傾斜角を決定し、位置制御を行う。さらに、コントローラ２１は、光源３に、光を出射させる。光源３と回折格子４とから出射されたレーザ光は、記録時と同様に、凸レンズ５ａにより平行化され、１／２波長板として機能しているアクティブ波長板６により偏光方向が９０度変化して、偏光ビームスプリッタ７に入射する。この入射光は、ほぼ１００％がＳ偏光成分であり、偏光ビームスプリッタ７で反射される。

図６Ａ〜６Ｃに示すように、偏光ビームスプリッタ７で反射されたＳ偏光成分の光１９は、レンズ５ｂ、ミラー８ａ、レンズ５ｃ、ミラー８ｂ、１／４波長板９ａ、レンズ１０ａを介して、光情報記録媒体２の記録層１３内の記録位置に集光する。なお、偏光ビームスプリッタ７で光は透過しないので、光情報記録媒体２の記録層内の記録位置には一方向から集光される。

図６Ａは、光１９ａの光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ａを含む法線との角度が−Δθ度である場合の入射光路及び反射光路を示している。ホログラム１６ａは、記録動作の際（図５Ａ参照）に、集光点１５ａにおいて形成されたものである。ホログラム１６ａにおいて反射される光の光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ａを含む法線との角度は−Δθ度である。集光点１５ａにホログラム１６ａが形成されている場合、光１９ａは、ホログラム１６ａで反射され、光検出器１１で受光されるため、情報“１”が再生される。一方、集光点１５ａにホログラム１６ａが形成されていない場合、光１９ａは反射されず、光検出器１１で検出されないため、情報“０”が再生される。

すなわち、光検出器１１で受光／非受光を判別することにより１ビットのデータが再生される。ここで、光１９ａは、図６Ｂ、図６Ｃにそれぞれ示すように、ホログラム１６ａ以外のホログラム１６ｂ、１６ｃでも反射され、一部が対物レンズ１０ａに入射してしまう。

図６Ｂは、光１９ｂの光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ｂを含む法線との角度が０度である場合の入射光路及び反射光路を示している。ホログラム１６ｂは、記録動作の際（図５Ｂ参照）に、集光点１５ｂにおいて形成されたものである。ホログラム１６ｂにおいて反射される光の光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ｂを含む法線との角度は０度である。集光点１５ｂにホログラム１６ｂが形成されている場合、光１９ｂは、ホログラム１６ｂで反射され、光検出器１１で受光されるため、情報“１”が再生される。集光点１５ｂにホログラム１６ｂが形成されていない場合、光１９ｂは、光検出器１１で受光されないため、情報“０”が再生される。ここで、光１９ｂは、ホログラム１６ｂ以外のホログラム１６ａ、１６ｃでも反射され、一部が対物レンズ１０ａに入射してしまう。

図６Ｃは、光１９ｃの光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ｃを含む法線との角度が＋Δθ度である場合の入射光路及び反射光路を示している。ホログラム１６ｃは、記録動作の際（図５Ｃ参照）に、集光点１５ｃにおいて形成されたものであり、ホログラム１６ｃにおいて反射される光の光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ｃを含む法線との角度は＋Δθ度である。集光点１５ｃにホログラム１６ｃが形成されている場合、光１９ｃは、ホログラム１６ｃで反射され、光検出器１１で受光されるため、情報“１”が再生される。集光点１５ｃにホログラム１６ｃが形成されていない場合、光１９ｃは、光検出器１１で受光されないため、情報“０”が再生される。ここで、光１９ｃは、ホログラム１６ｃ以外のホログラム１６ａ、１６ｂでも反射され、一部が対物レンズ１０ａに入射してしまう。

このようにして、光１９ａ〜１９ｃの光軸と光情報記録媒体２における集光点１５ａ〜１５ｃを含む法線との角度を、それぞれ−Δθ度、０度、＋Δθ度の３通りに変化させ、それぞれに対応した３つのホログラム１６ａ〜１６ｃを検出したか否かにより、光情報記録媒体２の記録層１３の同一記録位置に記録された３ビットのデータを再生することができる。

図７は、光情報記録媒体２の記録層１３に形成されたホログラムのパターンを示す。上記の記録動作及び再生動作（角度多重記録再生動作）により、記録層１３の所定の各位置に３ビットデータの情報を多重記録し、又は多重記録した情報を再生することができる。また、集光点の位置を記録層１３の面内及び厚さ方向へ移動させることにより３次元的に情報の記録又は再生を行うことができる。

なお、上記においては、理解を容易にするため、対物レンズ１０ａ，１０ｂを透過する光の光軸と、透過した光の集光点１５を含む光情報記録媒体２の法線との間の角度を、光情報記録媒体２の法線を含む紙面に平行な面内で−Δθ度、０度、＋Δθ度の３通りに、Δθ単位で変化させることにより、１次元の角度多重記録再生を行うものとして説明した。

本実施形態においては、さらに、光情報記録媒体２の法線を含む紙面に垂直な面内で−Δθ度、０度、＋Δθ度の３通りに変化させることにより、２次元の角度多重記録再生を行うことができる（図８参照）。この場合、光情報記録媒体２の記録層１３の所定の各位置において、９ビットのデータを角度多重記録でき、又は、角度多重再生することができる。

つまり、光情報記録媒体２の傾斜角を、紙面に平行な面内でΔθ度単位にｎ通りに変化させると共に紙面に垂直な面内でθ度単位にｍ通りに変化させて、２次元の角度多重記録再生を行うことができる。この場合、ｎ×ｍビットのデータを角度多重記録でき、又は、角度多重再生することができる。

前述のように、多重記録を行うと、クロストークの問題が発生する。以下、本実施形態における、クロストークの解消手法について説明する。

ここで、光情報記録媒体２の記録層１３に形成される集光点の光軸方向の大きさは、記録再生に用いる光の波長をλ、対物レンズ１０ａ，１０ｂの開口数をＮＡ、記録層１３の屈折率をｎとすると、４ｎλ／ＮＡ^２で与えられる。

したがって、光情報記録媒体２の記録層１３に形成されるホログラムの光軸方向の大きさもまた、ほぼ４ｎλ／ＮＡ^２で与えられる。なお、このとき、記録再生に用いる光の光軸と、光情報記録媒体２における集光点１５を含む光情報記録媒体２の法線との角度を変化させた場合のホログラムの回折効率（反射率）は、結合波理論により計算することができる。ここで、開口数（ＮＡ）は、対物レンズ１０ａ、１０ｂから光情報記録媒体２に入射する光の光軸に対する最大角度をθ、対物レンズ１０ａ、１０ｂと光情報記録媒体２の間の媒質の屈折率をｎとすると、ＮＡ＝ｎｓｉｎθで表される。

図９は、記録再生に用いる光の光軸と光情報記録媒体２における集光点１５を含む光情報記録媒体２の法線との角度を変化させた場合のホログラムの回折効率の例を示す。記録時には、記録角度を０度とし、再生時には、再生角度を−２０度〜＋２０度の範囲で変化させた。また、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．５、ｎ＝１．５とした。

図の横軸は、再生角度であり、図の縦軸は、ホログラムの回折効率を再生角度が０度の場合の値で規格化した信号レベルである。なお、記録角度が０度からずれている場合のホログラムの回折効率は、図中の曲線を記録角度の０度からのずれ量だけ横方向へシフトさせたものとほぼ同じである。

ここで、再生角度０度を挟んで信号レベルが０．２５になる２つの再生角度の間の幅の半分（半幅）をΔθ１、信号レベルが０になる２つの再生角度の間の幅の半分（半幅）をΔθ２とすると、Δθ１＝１１．２度、Δθ２＝１４．５度である。

光情報記録媒体２の記録層１３の集光点１５の位置に、記録角度が０度の条件で記録されたホログラムが存在する場合、再生角度が０度の条件で再生したときの信号レベルは１であり、角度０度に対応したデータが“１”であると正しく判定される。

また、光情報記録媒体２の記録層１３の集光点１５の位置に、ホログラムが存在しない場合、再生角度が０度の条件で再生したときの信号レベルは０であり、角度０度に対応したデータが“０”であると正しく判定される。

これに対し、光情報記録媒体２の記録層１３の集光点１５の位置に、記録角度が０度の条件で記録されたホログラムが存在しなくても、記録角度が０度からずれた条件で記録されたホログラムが存在する場合、再生角度が０度の条件で再生したときの信号レベルはクロストークにより必ずしも０にならない。

例えば、光情報記録媒体２の法線を含む互いに垂直な面のうち、法線を含む紙面に対して垂直な面の方向をＸ軸、法線を含む紙面に対して平行な面の方向をＹ軸、光情報記録媒体２の法線の方向をＺ軸とし、角度の間隔Δθで２次元の角度多重記録を行った場合、クロストークが最大になるのは、記録角度がＸ−Ｚ面内で±Δθ、Ｙ−Ｚ面内で±Δθの条件で記録された４つのホログラムが存在する場合である。

Δθ≦Δθ１ならば、再生角度が０度の条件で再生したときの各ホログラムに対する信号レベルは０．２５以上となり、合計の信号レベルは１以上となるため、角度０度に対応したデータが“１”であると誤って判定される。クロストークが許容値以下になり、角度０度に対応したデータが“０”であると正しく判定されるためには、角度の間隔ΔθはΔθ１＜Δθを満たす必要がある。

また、Δθ＝Δθ２ならば、再生角度が０度の条件で再生したときの各ホログラムに対する信号レベルは０となり、合計の信号レベルは０となる。すなわち、ΔθをΔθ２より大きくしても、クロストークを抑えるという観点からは意味がない。角度多重記録における多重度を上げるためにはΔθは小さい方が良い。従って、角度の間隔ΔθはΔθ１＜Δθ≦Δθ２を満たすように定めるのが良い。

例えば、λ＝４０５ｎｍ、ＮＡ＝０．５の場合、Δθ＝１２度とし、記録再生に用いる光の光軸と光情報記録媒体２の法線との角度を、Ｘ−Ｚ面内で−２Δθ度、−Δθ度、０度、＋Δθ度、＋２Δθ度の５通りに変化させると共に、Ｙ−Ｚ面内で−２Δθ度、−Δθ度、０度、＋Δθ度、＋２Δθ度の５通りに変化させる。そうすれば、２次元の角度多重記録再生により、光情報記録媒体２の記録層１３の同一位置に２５ビットの情報を多重記録し、又は、多重記録した２５ビットの情報を再生することができる。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、それぞれＮＡを変化させた場合の半幅Δθ１、半幅Δθ２の計算結果を示すグラフである。各図において、横軸はＮＡであり、縦軸は半幅である。

これらの図より、Δθ１、Δθ２は何れもＮＡに比例することが理解できる。Δθ１とＮＡとの関係を式で表すと、Δθ１＝２２．４°×ＮＡとなる。また、Δθ２とＮＡとの関係を式で表すと、Δθ２＝２９．０°×ＮＡとなる。なお、Δθ１、Δθ２は何れもλに依存しない。

以上のように、光学的情報処理装置１００は、記録再生に用いる光の光軸と、集光点１５を含む光情報記録媒体２の法線との間の角度をΔθの間隔で変化させて２次元の角度多重記録を行うが、このΔθは、対物レンズの開口数をＮＡとし、Δθ１、Δθ２を上式で与えられる値とするとき、Δθ１＜Δθを満たすように定められている。このため、クロストークを許容値以下に抑えることができる。さらに、Δθ≦Δθ２を満たすようにΔθを定めることにより、多重度を上げることができる。

このようにして予め決定された間隔Δθは、光学的情報処理装置１００が備える内部メモリ又は外部メモリに記憶されている。傾斜角度制御回路２９は、記憶されている間隔Δθに基づいて、傾斜角度変化装置１２を制御することにより、Δθ１＜Δθ且つΔθ≦Δθ２を満たすΔθ単位で光情報記録媒体２を傾斜させる。

特に、Δθ１＝２２．４°×ＮＡとすることで、より確実にクロストークを許容値以下に抑えることができる。

また、Δθ２＝２９．０°×ＮＡとすることで、より確実に多重度を上げることができる。

なお、本実施形態の光学的情報処理装置１００において、傾斜角度制御回路２９が、傾斜角度変化装置１２を制御して、対物レンズ１０ａ，１０ｂの開口数ＮＡを基にして予め求められていた角度間隔Δθで光情報記録媒体２を傾斜させたが、本発明はこれに限定されない。例えば、対物レンズの開口数１０ａ，１０ｂが変化する（開口数ＮＡが変化する）光学システムについては、光学レンズの変化に伴う角度間隔Δθの変化を予め求めておき、光学レンズの変化に伴って適当な値を読み出すようにしてもよい。

また、Δθを予め求めておく以外に、開口数ＮＡを図示せぬ入力部から入力し、その入力値に基づいて、傾斜角度制御回路２９等が、上記条件を満足する角度間隔Δθを求める仕様にしてもよい。

本出願は、２００９年１１月２６日に出願された日本国特許出願２００９−２６９３０４号に基づく。本明細書中に、その明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照して取り組むものとする。

１ 光学ユニット
２ 光情報記録媒体
３ 光源
４ 回折格子
５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ、５ｆ 凸レンズ、
６ アクティブ波長板
７ 偏光ビームスプリッタ
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ ミラー
９ａ、９ｂ １／４波長板
１０ａ、１０ｂ 対物レンズ
１１ 光検出器
１２ 傾斜角度変化装置
１３ 記録層
１４ａ、１４ｂ 基板
１５、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 集光点
１６、１６ａ、１６ｂ、１６ｃ ホログラム
１７、１７ａ、１７ｂ、１７ｃ 光
１８、１８ａ、１８ｂ、１８ｃ 光
１９、１９ａ、１９ｂ、１９ｃ 光
２０ 光学ユニット移動装置
２１ コントローラ
２２ アクティブ波長板駆動回路
２３ 変調回路
２４ 記録信号生成回路
２５ 光源駆動回路
２６ 増幅回路
２７ 再生信号処理回路
２８ 復調回路
２９ 傾斜角度制御回路
３０ 光学ユニット制御回路
１００ 光学的情報処理装置

Claims (8)

1. 光情報記録媒体に対して、マイクロホログラム方式による情報の記録及びマイクロホログラム方式による情報の再生の少なくとも何れか一方を行う光学的情報処理装置であって、
   光源と、
   前記光源から出射した光を前記光情報記録媒体に集光する集光手段と、
   前記集光手段に設けられた対物レンズを透過する光の光軸と、当該透過した光の集光点を含む前記光情報記録媒体の法線との間の角度を変化させる傾斜角度変化手段と、
   前記傾斜角度変化手段を制御する傾斜角度制御手段と、を備え、
   前記傾斜角度制御手段は、前記対物レンズの開口数を基に定められた、前記光軸と前記法線との間の角度間隔に基づいて、前記傾斜角度変化手段に前記角度を変化させる、光学的情報処理装置。
2. 前記傾斜角度変化手段は、前記角度を、前記法線を含む互いに垂直な２つの面内で変化させることを特徴とする請求項１に記載の光学的情報処理装置。
3. 前記角度間隔は、以下の条件
   Δθ１＝２２．４°×ＮＡ
   Δθ１＜Δθ
   ＮＡ；対物レンズの開口数
   Δθ；角度間隔
   を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学的情報処理装置。
4. 前記角度間隔は、以下の条件
   Δθ２＝２９．０°×ＮＡ
   Δθ≦Δθ２
   ＮＡ；対物レンズの開口数
   Δθ；角度間隔
   を満たすことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光学的情報処理装置。
5. 光情報記録媒体に対して、マイクロホログラム方式による情報の記録及びマイクロホログラム方式による情報の再生の少なくとも何れか一方を行う光学的情報処理方法であって、
   光源から出射した光を対物レンズにより前記光情報記録媒体に集光する集光工程と、
   前記対物レンズを透過する光の光軸と、前記透過した光の集光点を含む前記光情報記録媒体の法線との間の角度を変化させる傾斜角度変化工程と、
   前記角度の変化を制御する傾斜角度制御工程と、を有し、
   前記傾斜角度制御工程では、前記対物レンズの開口数を基に定められた、前記光軸と前記法線との間の角度間隔に基づいて、前記角度の変化量を決定し、
   前記傾斜角度変化工程では、前記角度の変化量に基づいて前記角度を変化させる、光学的情報処理方法。
6. 前記傾斜角度変化工程では、前記角度を、前記法線を含む互いに垂直な２つの面内で変化させることを特徴とする請求項５に記載の光学的情報処理方法。
7. 前記角度間隔は、以下の条件
   Δθ１＝２２．４°×ＮＡ
   Δθ１＜Δθ
   ＮＡ；対物レンズの開口数
   Δθ；角度間隔
   を満たすことを特徴とする請求項５又は６に記載の光学的情報処理方法。
8. 前記角度の間隔Δθは、以下の条件
   Δθ２＝２９．０°×ＮＡ
   Δθ≦Δθ２
   ＮＡ；対物レンズの開口数
   Δθ；角度間隔
   を満たすことを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載の光学的情報処理方法。

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