JP2007234110A - 光情報記録装置および光情報記録装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＳＮ比の高い光情報記録装置およびこの制御方法を提供する。
【解決手段】 光情報記録装置は、記録用光源と、情報を担持する情報光と参照光に記録用照射光を変換する空間光変調器と、情報記録層へ情報光、参照光を集光する集光部と、情報光の光の強度分布を検出する撮像素子と、制御手段と、を有する。制御手段は、撮像素子によって検出された強度分布に基づいて空間光変調器を制御する。
【選択図】 図５

Description

本発明は、光情報記録媒体に情報をホログラムとして記録する光情報記録装置および光情報記録方法に関する。

近年、ホログラフィを用いた体積記録型の高密度光ディスク（以下、「ホログラフィック光ディスク」という。）およびホログラフィック光ディスクの記録再生装置の開発が実用化に向けて行われている。ホログラフィック光ディスクの記録方式は、イメージを担持する情報光と記録用の参照光を感光材料中で干渉させることで情報を記録するものであり、液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイス等の空間光変調器によりデジタル符号化された２次元イメージを一括記録する。情報は、情報記録層の厚み方向への記録が可能な３次元記録であり、かつ情報記録層の同一位置または重なり合う位置に、情報を多重記録することができる。このため、ＨＤ ＤＶＤ等に代表される平面内に記録する現行の光ディスクの記録方式より格段の大容量化を図ることができる。また、情報の再生は２次元イメージ単位で読み出すことができるため、情報の高い転送速度が可能となるという利点を有している。

ホログラフィ光ディスクの記録再生装置に関しては、従来から種々の技術が開発されている。このような技術の中で、情報光と参照光を同軸上に配置したコリニア・ホログラム記録方式がＨＤ ＤＶＤ、Ｂｌｕ−ｒａｙの光ディスク記録再生装置の後継として脚光を浴びている。

コリニア・ホログラム記録方式の技術は、例えば、下記の非特許文献１、非特許文献２および特許文献１等に開示されている。コリニア・ホログラム記録方式は、記録再生用レーザとして緑色あるいは青紫色レーザ光を空間光変調器で光強度変調して情報光と参照光を生成し、対物レンズで情報光と参照光を光ディスクの情報記録層に集光する。そして、情報記録層中で情報光と参照光とを重ね合わせて干渉縞パターンを生成し、この干渉縞パターンを情報記録層中に固定することにより、情報をホログラムとして記録する方式である。

このコリニア・ホログラム記録方式では、記録用／再生用レーザから生成された情報光および記録用参照光を、ダイクロイックミラーを透過し、対物レンズによって情報光と記録用参照光がホログラム記録層内で干渉パターンを生成するように光情報記録媒体に照射している。

一方、ホログラフィック光ディスクへ情報を記録する際、記録用／再生用レーザから生成された光ビームの径方向の強度分布は、例えば書きの特許文献２に開示されている様にガウス分布となっていることが一般的である。また、この様な強度分布を有する光ビームを用いて情報を記録する際、空間光変調器の露光時間分割によるアポダイゼーションを用い、この強度分布を均一化する技術が開示されている。
特開２００４−２６５４７２号公報 特開２００５−１９５７６７ "Advanced Collinear Holography", Optical Review, Vol.12, No.2,90-92 (2005). "A Novel Collinear Optical Setup for Holographic Data Storage System", Proceedings of SPIE of Optical Data Storage 2004, pp.297-303 (2004).

このようなホログラフィック光ディスクの記録再生装置では、記録用／再生用レーザから生成された光ビームの径方向の強度分布がガウス分布となっていない場合や、記録用／再生用レーザに個体差がある場合、記録用／再生用レーザと対物レンズ等を含む光学系の組立ばらつきがある場合、この強度分布を均一化することができないという問題がある。

記録用／再生用レーザから生成された光ビームの径方向の強度分布は、情報光と参照光とが干渉する際、干渉コントラストに影響する。従って、強度分布を均一化が不十分な場合、干渉コントラストにむらが生じ、ＳＮ比が低下してしまう。

本発明は、ＳＮ比の高い光情報記録装置およびこの制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の光情報記録装置は、情報を担持する情報光と参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、光情報記録媒体に設けられた情報記録層へ前記情報をホログラムとして記録可能な光情報記録装置であって、記録用照射光を出射する記録用光源と、前記記録用照射光を前記情報光と前記参照光に変換する空間光変調器と、前記情報記録層へ前記記録用照射光、前記参照光、または前記情報光と前記参照光を集光する集光部と、前記記録用照射光または前記情報光の光の強度分布を検出するための撮像素子と、前記空間光変調器を制御するための制御手段と、を有し、前記制御手段は、前記撮像素子によって検出された前記強度分布に基づいて、前記空間光変調器が有する複数の画素の少なくとも一部の画素について前記情報記録層に対して照射する前記情報光の照射量を変化させるように、前記空間光変調器を制御することを特徴とする。

また、本発明の光情報記録装置の制御方法は、情報を担持する情報光と参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、光情報記録媒体に設けられた情報記録層へ前記情報をホログラムとして記録可能な光情報記録装置の制御方法であって、前記光情報記録装置は、記録用照射光を出射する記録用光源と、前記記録用照射光を前記情報光と前記参照光に変換する空間光変調器と、前記情報記録層へ前記記録用照射光、前記参照光、または前記情報光と前記参照光を集光する集光部と、前記記録用照射光または前記情報光の光の強度分布を検出するための撮像素子と、を有し、前記撮像素子によって検出された前記強度分布に基づいて、前記空間光変調器が有する複数の画素の少なくとも一部の画素について前記情報記録層に対して照射する前記情報光の照射量を変化させることを特徴とする。

本発明によれば、ＳＮ比の高い光情報記録装置およびこの制御方法を提供することができる。

以下に添付図面を参照して、本発明による光情報記録装置および光情記録方法、ならびにこれらに用いる光情報記録媒体の最良な実施の形態を詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態に係る光情報記録媒体であるホログラフィック光ディスクについて説明する。ホログラフィック光ディスクは、情報光と参照光の干渉によって生成される光の明暗からなる干渉縞パターンをホログラムとして記録可能な記録媒体である。図１は、第１の実施の形態にかかるホログラフィック光ディスクの断面図である。本実施の形態のホログラフィック光ディスクは、図１に示すように、ポリカーボネート製の基板１０１上に、透明なギャップ層１０３と、ダイクロックミラー層１０４と、透明なギャップ層１０５と、情報記録層としてのホログラム記録媒体層１０６と、保護層１０７が積層された構造となっている。そして、基板１０１のホログラム記録媒体層１０６側の面に、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボ、追尾サーボの各サーボ用の案内溝やピットが形成されたサーボ面１０２が形成された構造となっている。

また、図１では、第１の波長のサーボ用レーザ光１０８が対物レンズ３１０によってサーボ面に集光し、第１の波長と異なる第２の波長の記録再生用レーザ光１０９が対物レンズ３１０によってダイクロックミラー層１０４に集光した状態を示している。

ここで、本実施の形態では、第１の波長のサーボ用レーザ光１０８としては、波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ光もしくは７８０ｎｍ帯の赤外レーザ光を用い、第２の波長の記録再生用レーザ光１０９としては、入手可能な半導体レーザやホログラム記録媒体層の設計自由度の観点から波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を用いるものとする。このほか、記録再生用レーザ光１０９として、波長５３２ｎｍの緑色レーザ光を用いてもよい。

透明なギャップ層１０３、１０５は、サーボ用レーザ光１０８と記録再生用レーザ光１０９を透過する。ギャップ層１０３は、ＵＶレジン等の材料を基板１０１上にスピンコート等によって塗布して形成され、ギャップ層１０５は、ＵＶレジン等の材料をダイクロックミラー層１０４上にスピンコート等によって塗布して形成される。ギャップ層１０３，１０５は、ホログラム記録媒体層１０６とサーボ面との間にギャップを設けて、ホログラム記録媒体層１０６において、情報光と参照光との干渉領域をある程度の大きさに形成して、生成されるホログラムの大きさを調整するために設けられている。

ダイクロックミラー層１０４は、波長分離フィルタをギャップ層１０３上に誘電体多層膜コーティング（スパッタリング）することによって形成されている。このダイクロックミラー層１０４は、サーボ用レーザ光１０８を透過する一方、記録再生用レーザ光１０９を反射する性質を有している。このため、記録再生用レーザ光１０９の情報光と参照光がホログラム記録媒体層１０６内で干渉して情報をホログラムとして記録されるようになっている。

ホログラム記録媒体層１０６は、記録再生用レーザ光の情報光と参照光とを干渉させてホログラムが形成される層である。ホログラム記録媒体層１０６の材料としては、第２の波長の記録再生用レーザ光１０９で感光し、かつ第１の波長のサーボ用レーザ光１０８では感光しない記録媒体、例えば、フォトポリマーが使用される。フォトポリマーは、重合性化合物（モノマー）の光重合を利用した感光材料であり、主成分としてモノマー、光重合開始剤、及び記録前後での体積保持の役割を担う多孔質状のマトリクスを含有するのが一般的である。また、ホログラム記録媒体の膜厚は、信号再生に十分な回折効率を得るために数１００μｍ程度とする。

ホログラム記録媒体層１０６へのホログラム記録は、次のように行われる。まず、情報光と参照光をホログラム記録媒体中で重ね合わせて干渉縞を形成する。この時、フォトポリマー中の光重合開始剤がフォトンを吸収して活性化し、干渉縞明部のモノマーの重合を発動・促進させる。モノマーの重合が進行して干渉縞明部に存在するモノマーが消費されると、干渉縞暗部から明部にモノマーが移動供給され、結果、干渉縞パターンの明部と暗部に密度差が生じる。これにより、干渉縞パターンの強度分布に応じた屈折率変調が形成されホログラム記録が行われる。

サーボ用レーザ光１０８は、対物レンズ３１０によりサーボ面１０２に集光される。また、記録再生用レーザ光１０９は対物レンズ３１０によりダイクロイックミラー層１０４に集光される。対物レンズ３１０は、サーボ制御に対する負荷を軽減するために両面非球面の単玉レンズにして軽量化を図っている。また、対物レンズ３１０は、サーボ用レーザ光１０８の波長と記録再生用レーザ光１０９の波長の二つの波長に最適化させるため、レーザ光入射側の面に回折格子３１１を掘り込んで色収差補正をしたハイブリッド対物レンズを用いている。記録再生用レーザ光１０９は、回折格子３１１により回折された０次光を用い、サーボ用レーザ光１０８は、回折格子３１１により回折された±１次光を用いて集光するように構成している。このような構成は、現行のＤＶＤ／ＣＤ互換レンズに使用されている技術を流用することにより容易に実現することができる。また、サーボ用レーザ光１０８と記録再生用レーザ光１０９とで異なる対物レンズ開口数とする場合には、波長選択フィルタによる開口制限フィルタを対物レンズ３１０の直前に設置すればよい。

次に、第１の実施の形態にかかるホログラフィック光ディスクの記録再生装置（光情報記録装置）について説明する。本実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置は、図１に示した構造のホログラフィック光ディスクの記録再生を行うものであり、ホログラム記録の方式として、情報光と参照光を同軸上に配置したコリニア・ホログラム記録方式を採用している。図２は、第１の実施の形態にかかるホログラフィック光ディスク記録再生装置の光学系の構成を示す模式図である。

本実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置は、その光学系として図２に示すように、記録再生用レーザ光を出射する記録再生用半導体レーザ３０１（記録用光源）と、サーボ用レーザ光を出射するサーボ用半導体レーザ３１５と、コリメータレンズ３０２ａ、３０２ｂと、外部共振器用回折格子３０３と、空間光変調器３０４と、空間フィルタ３０５と、偏光ビームスプリッタ３０６ａ、３０６ｂ、回折格子３１６と、ビームスプリッタ３１７と、ダイクロックプリズム３０７と、１／４波長板３０８と、立上げミラー３０９と、対物レンズ３１０（集光部）と、集光レンズ３１３ａ，３１３ｂ、３１３ｃと、シリンドリカルレンズ３１８と、光検出器３１９，３２０と、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４（撮像素子）とを備えた構成となっている。また、サーボ機構の一部として、アクチュエータ３１２と追尾アクチュエータ３４０とを備えた構成となっている。アクチュエータ３１２は、フォーカシングサーボおよびトラッキングサーボを行うために設けられている。追尾アクチュエータ３４０は、ホログラムを記録する際にホログラフィック光ディスクの回転を追尾するために設けられている。

記録再生用の光学系について説明する。記録再生用半導体レーザ３０１は、第２の波長としての波長４０５ｎｍの青紫色レーザ光を記録再生用レーザ光として出射するものである。記録再生用半導体レーザ３０１から出射した直線偏光のレーザ光はコリメータレンズ３０２ａにより発散光束から平行光束に変換される。半導体レーザ３０１は、稼動温度や注入電流の変化により発振波長が変動するモードホッピング特性があるが、波長シフトに対するマージンが極めて厳しいホログラフィック光ディスクにとっては好ましい特性ではない。このため、本実施の形態では、コリメータレンズ３０２の直後に外部共振器用回折格子３０３を配置し、回折格子３０３での回折光をレーザ素子に帰還させて共振器を構成し、所望の波長で発振させる構成としている。本実施の形態では、簡便なＬｉｔｔｒｏｗ型共振器を使用し、１次回折光をレーザ素子に帰還させ、波長安定化した０次回折光を取り出して利用している。なお、外部共振器用回折格子３０３としては、Ｌｉｔｔｒｏｗ型共振器の他Ｌｉｔｔｍａｎ型共振器を用いてもよい。なお、将来的に、波長シフトが殆どなく、かつコヒーレンス長が長いＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ−Ｆｅｅｄ−Ｂａｃｋ）レーザが実用化された場合には、半導体レーザ３０１としてＤＦＢレーザを使用することにより外部共振器用回折格子３０３を設ける必要がなくなる。

外部共振器用回折格子３０３から出射された記録再生用レーザ光の０次光は空間光変調器３０４に入射し、空間光変調器３０４によって光強度変調を受けて参照光と情報光に変換されて出射される。空間光変調器３０４としては液晶素子を用いる他、デジタル・マイクロミラー・デバイスや、応答速度が例えば数μｓ程度の応答速度が速い強誘電性液晶等を用いることも可能である。

図３は、空間光変調器３０４による参照光４０２と情報光４０１の変調パターンを示す説明図である。

情報光４０１は、記録すべき情報をデジタル符号化してエラー訂正符号を織り込んだ２値化パターンの情報を担持する光である。情報光領域のデータ量は、空間光変調器、受光撮像素子の画素数や符号化方式に依存するが、１フレーム当たり約１０〜２０ｋｂｉｔ程度である。なお、本実施の形態では、記録すべき情報として、「０」，「１」の２値パターンを想定しているが、この他、多値パターンとすることもできる。この場合には、１フレーム当たりのデータ量を飛躍的に向上させることができる。多値パターンについては第２の実施の形態にて詳述する。

空間フィルタ３０５は、レンズ２枚とピンホールを有しており、空間光変調器３０４から出射した参照光４０２と情報光４０１を入射して、入射した参照光４０２と情報光４０１から不要な高次回折光を除去して出射する。

空間フィルタ３０５により不要な高次回折光が除去されて出射された情報光４０１と参照光４０２は、偏光ビームスプリッタ３０６ａとダイクロイックプリズム３０７とをそれぞれ透過して、１／４波長板３０８により円偏光に変換された後、立上げミラー３０９で反射されて、対物レンズ３１０によりホログラフィック光ディスク３３０に収束して照射される。

ホログラフィック光ディスク３３０で反射された情報光４０１と参照光４０２は、対物レンズ３１０を往路とは逆方向に進行し、１／４波長板３０８により往路の直線偏光と直交する直線偏光に変換される。直線偏光に変換された反射光は、偏光ビームスプリッタ３０６ａで反射され、集光レンズ３１３ｃで集光された後、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４で２次元イメージとして受光される。

サーボ用の光学系について説明する。ここで、本実施の形態では、サーボ制御として、フォーカシングサーボ、トラッキングサーボおよび追尾サーボを行っている。

サーボ用半導体レーザ３１５は、第１の波長としての波長６５０ｎｍ帯の赤色レーザ光もしくは７８０ｎｍ帯の赤外レーザ光を出射するものである。サーボ用半導体レーザ３１５から出射した直線偏光のレーザ光は、コリメータレンズ３０２ｂにより発散光束から平行光束に変換される。そしてこの平行光束は、偏光ビームスプリッタ３０６ｂを透過し、回折格子３１６に入射して回折され、０次光と±１次光の３つの回折光に分割される。そして、この３つの回折光のうち、例えば＋１次光をフォーカシングサーボおよびトラッキングサーボに用い、−１次光をホログラフィック光ディスクの回転の追尾に用いることができる。

回折格子３１６としては、一般的な格子断面形状が矩形の回折格子を用い、回折効率が所望の値となるように格子溝深さが設計されている。なお、図２では、説明の都合上、回折格子３１６からの３つの回折光を１本の光束で示している。また、回折格子３１６を偏光回折格子とすれば往路のみ回折させることができ、光利用効率を向上させることが可能である。

回折格子３１６で分割された３つの回折光は、ダイクロイックプリズム３０７で反射され、１／４波長板３０８により円偏光に偏光された後、立上げミラー３０９で反射されて、対物レンズ３１０によりホログラフィック光ディスク３３０のサーボ面１０２に収束して照射される。ここで、１／４波長板３０８は、記録再生用レーザ光の波長とサーボ用レーザ光波長の両方の波長に１／４波長板として機能する素子としている。ホログラフィック光ディスク３３０のサーボ面１０２で反射されたサーボ用レーザ光（回折光）の反射光は、対物レンズ３１０を往路とは逆方向に進行し、１／４波長板３０８により往路の直線偏光とは直交する直線偏光に変換される。そして、直線偏光された反射光は、ダイクロイックプリズム３０７、偏光ビームスプリッタ３０６ｂで反射され、ビームスプリッタ３１７により所定の光量比で、ビームスプリッタ３１７で反射した光とビームスプリッタ３１７を透過した光に分割される。

ビームスプリッタ３１７により反射された光は集光レンズ３１３ａにより平行光束から収束光束に変換され、シリンドリカルレンズ３１８を屈折して透過後、光検出器３１９に集光される。光検出器３１９は、集光した光の光パワーを電気信号に変換するものであり、光検出器３１９に集光したビームスポットにより、フォーカシングサーボが行われてアクチュエータ３１２が駆動される。

一方、ビームスプリッタ３１７を透過した透過光は、集光レンズ３１３ｂで平行光束から収束光束に変換され、光検出器３２０に集光される。この光検出器３２０に集光した反射光のビームスポットにより、トラッキングサーボが行われてアクチュエータ３１２が駆動され、さらに追尾サーボが行われて追尾アクチュエータ３４０が駆動される。

図４は、第１の実施の形態にかかるホログラフィック光ディスクの記録再生装置の制御系の構成を示す図である。制御手段４０３は制御系として図４に示す様に、記録用半導体レーザ３０１と、空間光変調器３０４と、アクチュエータ３１２と、サーボ用半導体レーザ３１５と、追尾アクチュエータ３４０とへ、制御信号が送信可能となる様に、それぞれ接続されている。また、制御手段は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４と、光検出器３１９、３２０とから、検出した信号が受信可能となる様に、それぞれに接続されている。

図５は、ホログラフィック光ディスクの記録再生装置がホログラフィック光ディスクに記録する場合の制御方法を示す図である。この制御方法は制御手段４０３が、記録用半導体レーザ３０１と、空間光変調器３０５と、アクチュエータ３０２と、サーボ用半導体レーザ３１５と、追尾アクチュエータ３４０とへ、制御信号を送信することにより行われる。

まず、制御手段４０３は、サーボ用半導体レーザ３１５の出射を開始する制御信号を、サーボ用半導体レーザ３１５へ送信する（Ｓ１０１）。サーボ用半導体レーザ３１５から出射したレーザ光は、前述の通りホログラフィック光ディスク３３０のサーボ面１０２に収束して照射される。その後、ホログラフィック光ディスク３３０のサーボ面１０２に収束して照射されたレーザ光は、前述の通りサーボ面１０２にて反射され、光検出器３１９、３２０に集光される。

制御手段４０３は、光検出器３１９、３２０から送信されたサーボ面１０２にて反射されたレーザ光の検出信号を受信し、フォーカシングサーボおよびトラッキングサーボを行うためにアクチュエータ３１２へ制御信号を出力する（Ｓ１０２）。

続いて、制御手段４０３は、サーボ用半導体レーザ３１５から出射したレーザ光を、目標のトラックへ照射するために、図示しないキャリッジ等の移動手段を制御することにより、目標トラックへの移動を行う（Ｓ１０３）。なお、ここでの目標トラックは、ホログラフィック光ディスク３３０のホログラム記録媒体層１０６に記録再生用半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光が照射されない位置であって、かつダイクロックミラー層１０４に記録再生用半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光が照射される位置にあるトラックである。

目標トラックへの移動の後、制御手段４０３は、記録再生用半導体レーザ３０１の出射を開始する制御信号を、記録再生用半導体レーザ３０１へ送信する（Ｓ１０４）。記録再生用半導体レーザ３０１から出射したレーザ光は、前述の通りホログラフィック光ディスク３３０のダイクロックミラー層１０４に収束して照射される。その後、ホログラフィック光ディスク３３０のダイクロックミラー層１０４に収束して照射されたレーザ光は、前述の通り、ダイクロックミラー層１０４にて反射され、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４に集光される。

制御手段４０３は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３０４から送信されたダイクロックミラー層１０４にて反射されたレーザ光の検出信号を受信し、記録再生用半導体レーザ３０１のパワー密度の分布（強度分布）を求める（Ｓ１０５）。ここで、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４から送信される検出信号は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４に集光されたレーザ光の強度分布の信号である。また、記録再生用半導体レーザ３０１のパワー密度の分布は、各画素毎のＣＭＯＳ型固体撮像素子３０４で受光された光強度と空間光変調器３０４の各画素毎の変調条件との比から求めることができる。

従って、制御手段４０３は、記録再生用半導体レーザ３０１の出射を開始する際、空間光変調器３０４の各画素毎の変調条件を略同一条件とし、かつ各画素毎のＣＭＯＳ型固体撮像素子３０４の受光条件、例えば各画素毎の感度や面積が略同一条件である事が好ましい。この場合、各画素毎のＣＭＯＳ型固体撮像素子３０４で受光された光強度を、そのまま記録再生用半導体レーザ３０１のパワー密度の分布とすることができる。ここで、光強度とは、パワー密度を面積で積分した値である。

続いて制御手段４０３は求められたパワー密度の分布に応じた空間光変調器３０４の補正値を求める（Ｓ１０６）。補正値の求め方の詳細については後述する。

制御手段４０３は、求められた補正値に基づいて、ホログラムをホログラフィック光ディスク３３０へ記録する際に空間光変調器３０４を制御する（Ｓ１０７）。

具体的には、情報光４０１の２値化パターンの情報を担持する光の各画素のうち、明画素の光量を補正値に基づいて減少させるように、例えば補正値を０〜１の間の係数とした場合、明画素の光量を補正しない場合の光量と補正値の積となるように、空間光変調器３０４を制御する。また、情報光４０１の２値化パターンの情報を担持する光の各画素のうち、暗画素の光量も、必要に応じて同様に補正値に基づいて減少させるように制御する。

ここで、光量（照射量）とはパワー密度を時間で積分した値である。すなわち、各画素の光量をある光量となるようにするために、例えば空間光変調器３０４に液晶素子を用いる場合、明画素の記録再生用半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光の透過係数を制御する。また、例えば空間光変調器３０４にデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いる場合、明画素の記録再生用半導体レーザ３０１から出射されたレーザ光を空間フィルタ３０５から先の光学系へ向かって反射させている時間を制御する。

補正値の求め方の詳細について説明する。制御手段３０４で求められたパワー密度の分布は、例えば図６に示す様な略ガウシアン分布となる場合が一般的である。本実施の形態では、このパワー密度をＰ０〜Ｐ４の５段階に分類し、各画素毎に４種類の補正値のいずれかを適用して空間光変調器３０４を制御する例について説明する。ここで、図６中に示すＡ〜Ｂのエリアは任意のエリア、例えば空間光変調器３０４を用いて情報光４０１に変換される記録再生用半導体レーザ３０１の光ビームのエリアに、光学系の組立精度等を考慮したマージンをプラスしたエリアである。

制御手段３０４で求められたパワー密度の最も高い部分、前述の通り一般的な略ガウシアン分布の場合は中央部分、のパワー密度をＰ０とする。一方、制御手段３０４で求められたパワー密度の最も低い部分、一般的な略ガウシアン分布の場合は裾部分、のパワー密度をＰ４とする。このＰ０からＰ４のパワー密度の範囲を４等分し、それぞれパワー密度の分布の範囲に応じてα、β、γ、δの４つのエリアに分類する。

そして、基準となる最もパワー密度の低いエリアのδの補正値を１とする。そして残りの３つのエリアについては、それぞれのエリア内の最もパワー密度が高い部分のパワー密度が、δのエリア内の最も低いパワー密度に近づくように、理想的には同等となる様に補正値を求める。具体的にはエリアγの補正値はＰ４／Ｐ３、エリアβの補正値はＰ４／Ｐ２、エリアαの補正値はＰ４／Ｐ１とすることができる。

このような光情報記録装置および光情記録方法は、記録再生用半導体レーザ３０１から出射された光ビームの径方向の強度分布が略ガウシアン分布となっていない場合や、記録再生用半導体レーザ３０１に個体差がある場合、記録再生用半導体レーザ３０１や対物レンズ等を含む光学系の組立ばらつきがある場合でも、記録される情報光４０１の明画素、場合によっては明画素および暗画素毎の光量の差を小さくすることができる。すなわち、情報光４０１と参照光４０２とが干渉する際、干渉コントラストへの影響を減少させることができる。

また、記録再生用半導体レーザ３０１から出射された光ビームの径方向の強度分布を、別途調整用のセンサ等を必要とせずに検出することができるので、光情報記録装置の製造工程を簡略化することができる。

なお、Ｓ１０１乃至Ｓ１０６の工程は、前述の通りホログラムをホログラフィック光ディスク３３０へ記録する前に行うが、必ずしもホログラムをホログラフィック光ディスク３３０へ記録する直前に行う必要はない。さらに、Ｓ１０１乃至Ｓ１０６の工程は、必ずしもホログラムをホログラフィック光ディスク３３０へ記録する度に行う必要はない。例えば、一定時間毎にＳ１０１乃至Ｓ１０６の工程を行ったり、光情報記録装置の電源を立ち上げた際毎に行ったりしてもよく、また、光情報記録装置を製造する際、出荷前の調整時に１度行うだけでも良い。

（第２実施の形態）
図７は本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録媒体であるホログラフィック光ディスクを示す図である。なお、本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録装置および光情報記録方法、ならびにこれらに用いる光情報記録媒体と同一部分は、同一符号で示し、その説明を省略する。

ホログラフィック光ディスク７０１には、キャリブレーションエリア７０２と、多値情報エリア７０３と、データエリア７０４と、が設けられている。

キャリブレーションエリア７０２について説明する。キャリブレーションエリア７０２は、ホログラフィック光ディスク７０１の深さ方向にダイクロックミラー層１０４と、サーボ面１０２とが設けられている。キャリブレーションエリア７０２は、第１の実施の形態のＳ１０３における目標トラックが設けられたエリアである。

多値情報エリア７０３について説明する。多値情報エリア７０３は、ホログラフィック光ディスク７０１の深さ方向にダイクロックミラー層１０４と、ホログラム記録媒体層１０６、サーボ面１０２とが設けられている。多値情報エリア７０３のホログラム記録媒体層１０６は、情報光４０１と参照光４０２とを干渉させてホログラムが形成される層である。多値情報エリア７０３に記録されるホログラムの情報光は、記録すべき情報をデジタル符号化してエラー訂正符号を織り込んだ２値化パターンの情報を担持する光である。

データエリア７０４について説明する。データエリア７０４は、ホログラフィック光ディスク７０１の深さ方向にダイクロックミラー層１０４と、ホログラム記録媒体層１０６、サーボ面１０２とが設けられている。データエリア７０４のホログラム記録媒体層１０６は、情報光４０１と参照光４０２とを干渉させてホログラムが形成される層である。データエリア７０４に記録されるホログラムの情報光は、記録すべき情報をデジタル符号化してエラー訂正符号を織り込んだ多値化パターン、または２値化パターンと多値化パターンの組み合わせの情報を担持する光である。

図８は、本実施の形態に係るホログラフィック光ディスクの記録再生装置がホログラフィック光ディスクに記録する場合の制御方法を示す図である。この制御方法は制御手段４０３が、記録用半導体レーザ３０１と、空間光変調器３０５と、アクチュエータ３０２と、サーボ用半導体レーザ３１５と、追尾アクチュエータ３４０とへ、制御信号を送信することにより行われる。

制御手段４０３は求められたパワー密度の分布に応じた空間光変調器３０４の各画素についての多値レベル値を求める（Ｓ８０１）。多値レベル値の求め方の詳細については後述する。ここで、多値レベル値とは、該当する画素について担持する情報の量を示す値である。

２値とは１ビットのデジタル信号を１画素に担持する場合を言い、例えば、１ビットの値が１の場合は明画素、０の場合は暗画素とすることができる。また、４値とは２ビットのデジタル信号を１画素に担持する場合を言い、例えば２ビットの値が１１の場合は明画素、００の場合は暗画素、０１の場合は暗画素よりも明るく明画素よりも暗い第１の中間画素、１０の場合は第１の中間画素よりも明るく明画素よりも暗い第２の中間画素とすることができる。

制御手段４０３は、求められた多値レベル値に基づいて、ホログラムをホログラフィック光ディスク３３０の多値情報エリア７０３へ記録するために空間光変調器３０４を制御する（Ｓ８０２）。多値情報エリア７０３には、求められた多値レベル値に関する多値情報が記録される。

制御手段４０３は、求められた多値レベル値に基づいて、ホログラムをホログラフィック光ディスク３３０のデータエリア７０４へ記録するために空間光変調器３０４を制御する（Ｓ８０３）。データエリア７０４には、記録すべき情報または前述の通り符号化等された記録すべき情報（データ）が記録される。

具体的には、情報光４０１の多値化パターンの情報を担持する光の各画素のうち、各画素の光量を多値レベル値に基づいて減少させるように、例えば多値レベル値を０〜１の間の係数とした場合、各画素の光量を多値レベル値を１とした場合の光量と多値レベル値の積となるように、空間光変調器３０４を制御する。

多値レベル値の求め方の詳細について説明する。制御手段３０４で求められたパワー密度の分布は、例えば図９に示す様な略ガウシアン分布となる場合が一般的である。本実施の形態では、このパワー密度をＰ０〜Ｐ３の４段階に分類し、各画素毎に４種類の多値レベル値のいずれかを適用して空間光変調器３０４を制御する例について説明する。ここで、図９中に示すＡ〜Ｂのエリアは任意のエリア、例えば空間光変調器３０４を用いて情報光４０１に変換される記録再生用半導体レーザ３０１の光ビームのエリアに光学系の組立精度等を考慮したマージンをプラスしたエリアである。

制御手段３０４で求められたパワー密度の最も高い部分、前述の通り一般的な略ガウシアン分布の場合は中央部分、のパワー密度をＰ０とする。一方、制御手段３０４で求められたパワー密度の最も低い部分、前述の通り一般的な略ガウシアン分布の場合は裾部分、のパワー密度をＰ３とする。このＰ０からＰ３のパワー密度の範囲を３等分し、それぞれパワー密度の分布の範囲に応じてα、β、γの３つのエリアに分類する。

そして、基準となる最もパワー密度の低いエリアのγは、明画素と暗画素を用いた２値化パターンを担持するエリアとする。γのエリアの次にパワー密度の低いエリアβは、明画素、暗画素および第１の中間画素を用いた３値化パターンを担持するエリアとする。βのエリアの次にパワー密度の低いエリアα、本実施の形態の場合は最もパワー密度の高いエリアαは、明画素、暗画素、第１の中間画素、第２の中間画素を用いた４値化パターンを担持するエリアとする。

２値化パターンを担持するエリアγは、例えば暗画素の多値レベル値を０、明画素の多値レベル値を１とする。３値化パターンを担持するエリアβは、暗画素の多値レベル値を０、明画素の多値レベル値を１、第１の中間画素の多値レベル値を１／２とする。４値化パターンを担持するエリアαは、暗画素の多値レベル値を０、明画素の多値レベル値を１、第１の中間画素の多値レベル値を１／３、第２の中間画素の多値レベル値を２／３とする。

すなわち、Ｉを０から（Ｘ−１）の範囲の整数とした場合、Ｘ値化パターンを担持するエリアの各画素の多値レベル値は、第Ｉの中間画素の多値レベル値＝Ｉ／（Ｘ−１）となる。ここで、暗画素は第０の中間画素に相当し多値レベル値は０、明画素は第Ｉの中間画素に相当し多値レベル値は１である。

多値情報の詳細について説明する。多値情報は前述の通り、ホログラフィック光ディスク３３０の多値情報エリア７０３へホログラムとして記録される。また、多値情報に係るホログラムは２値化パターンの情報が担持された情報光４０１と参照光４０２とを干渉させて記録されるものである。多値情報は、情報光４０１の画素と担持されたＸ値化パターンの関係を示す情報である。

多値情報は、例えば２値化パターンを担持するエリアγについては、情報光４０１におけるエリアγの位置と、エリアγに担持されるＸ値化パターンの「Ｘ」の値、すなわち本実施の形態では「２」と、必要に応じて第Ｉの中間画素と当該多値レベル値との関係、すなわち本実施の形態では明画素が「１」および暗画素が「０」である関係と、を含む情報である。

また、例えば４値化パターンを担持するエリアαについては、情報光４０１におけるエリアαの位置と、エリアαに担持されるＸ値化パターンの「Ｘ」の値、すなわち本実施の形態では「４」と、必要に応じて第Ｉの中間画素と当該多値レベル値との関係、すなわち本実施の形態では明画素が「１」、暗画素が「０」、第１の中間画素が「１／３」、第２の中間画素が「２／３」である関係と、を含む情報である。

このような光情報記録装置および光情記録方法は、記録再生用半導体レーザ３０１から出射された光ビームの径方向の強度分布が略ガウシアン分布となっていない場合や、記録再生用半導体レーザ３０１に個体差がある場合、記録再生用半導体レーザ３０１や対物レンズ等を含む光学系の組立ばらつきがある場合でも、光ビームの径方向の強度分布に応じたレベルの多値化パターンを担持することができる。すなわち、１と参照光４０２とが干渉する際、干渉コントラストへの影響を減少させることができる。

また、効率的な多値化パターンを担持することができるので担持可能な情報の量を増加することができる
また、記録再生用半導体レーザ３０１から出射された光ビームの径方向の強度分布を、別途調整用のセンサ等を必要とせずに検出することができるので、光情報記録装置の製造工程を簡略化することができる。

なお、Ｓ１０１乃至Ｓ１０６の工程は、前述の通りホログラムをホログラフィック光ディスク３３０へ記録する前に行うが、必ずしもホログラムをホログラフィック光ディスク３３０へ記録する直前に行う必要はない。さらに、Ｓ１０１乃至Ｓ８０１の工程は、必ずしもホログラムをホログラフィック光ディスク３３０へ記録する度に行う必要はない。例えば、一定時間毎にＳ１０１乃至Ｓ８０１の工程を行ったり、光情報記録装置の電源を立ち上げた際毎に行ったりしてもよく、また、光情報記録装置を製造する際、出荷前の調整時に１度行うだけでも良い。

また、本発明に係る光情報記録装置および光情報記録装置の制御方法、ならびにこれらに用いる光情報記録ディスクは、上記の実施の形態に限定するものではなく、コリニア・ホログラム記録方式以外の光ディスク記録再生装置に用いることもできる。例えば、図１０に示すような二光束干渉ホログラム記録方式の光ディスク記録再生装置に用いることもできる。

さらに、第１の実施の形態および第２の実施の形態では、１つのＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４を用いている例を説明したが、図１１に示すように、外部共振器用回折素子３０３と空間光変調器３０４との間にビームスプリッタ３１７ｂ、集光レンズ３１３ｄ、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４ｂを更に設けても良い。

外部共振器用回折格子３０３から出射された記録再生用レーザ光の０次光は、空間光変調器３０４に入射する前にビームスプリッタ３１７ｂに入射する。ビームスプリッタ３１７ｂに入射した記録再生用レーザ光の０次光は、ビームスプリッタ３１７ｂにより所定の光量比で、ビームスプリッタ３１７ｂで反射した光とビームスプリッタ３１７ｂを透過した光に分割される。

ビームスプリッタ３１７ｂを透過した光は、空間光変調器３０４に入射し、ビームスプリッタ３１７ｂで反射した光は、集光レンズ３１３ｄに入射する。集光レンズ３１３ｄに入射した光は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子３１４ｂに集光され、その検出信号はパワー密度の分布を求めるために制御手段４０３へと送信される。

このような光情報記録装置および光情報記録装置の制御方法は、情報の記録再生時においてパワー密度の分布をリアルタイムで求めることができる。従って、記録再生用半導体レーザ３０１から出射された光ビームの径方向の強度分布が変化した場合にも、記録される情報光４０１の明画素、場合によっては明画素および暗画素毎の光量の差をちいさくすることができる。

第１の実施の形態にかかるホログラフィック光ディスクを示す断面図 第１の実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置の光学系を示す図 第１の実施の形態にかかる参照光と情報光の変調パターンを示す図 第１の実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置の制御系を示す図 第１の実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置制御方法を示す図 第１の実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置のパワー密度の分布図 第２の実施の形態にかかるホログラフィック光ディスクを示す図 第２の実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置制御方法を示す図 第２の実施の形態にかかる光ディスク記録再生装置のパワー密度の分布図 本発明の実施の形態に係る光ディスク記録再生装置の変形例を示す図 本発明の実施の形態に係る光ディスク記録再生装置の変形例を示す図

符号の説明

１０１ 基板
１０２ サーボ面
１０３、１０５ ギャップ層
１０４ ダイクロックミラー層
１０６ ホログラム記録媒体層
１０７ 保護層
１０８ サーボ用レーザ光
１０９ 記録再生用レーザ光
３０１ 記録再生用半導体レーザ
３０２ａ、３０２ｂ コリメータレンズ
３０３ 外部共振器用回折格子
３０４ 空間光変調器
３０５ 空間フィルタ３０５
３０６ａ、３０６ｂ 偏光ビームスプリッタ
３０７ ダイクロックプリズム
３０８ １／４波長板
３０９ 立上げミラー
３１０ 対物レンズ
３１１ 回折格子
３１２ アクチュエータ
３１３ａ，３１３ｂ、３１３ｃ、３１３ｄ 集光レンズ
３１４、３１４ｂ ＣＭＯＳ型固体撮像素子（またはＣＣＤ）
３１５ サーボ用半導体レーザ
３１６ 回折格子
３１７、３１７ｂ ビームスプリッタ
３１８ シリンドリカルレンズ
３１９，３２０ 光検出器
３４０ 追尾アクチュエータ
４０１ 情報光
４０２ 参照光
４０３ 制御手段
７０１ ホログラフィック光ディスク
７０２ キャリブレーションエリア
７０３ 多値情報エリア
７０４ データエリア

Claims (4)

1. 情報を担持する情報光と参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、光情報記録媒体に設けられた情報記録層へ前記情報をホログラムとして記録可能な光情報記録装置であって、
   記録用照射光を出射する記録用光源と、
   前記記録用照射光を前記情報光と前記参照光に変換する空間光変調器と、
   前記情報記録層へ前記記録用照射光、前記参照光、または前記情報光と前記参照光を集光する集光部と、
   前記記録用照射光または前記情報光の光の強度分布を検出するための撮像素子と、
   前記空間光変調器を制御するための制御手段と、を有し、
   前記制御手段は、前記撮像素子によって検出された前記強度分布に基づいて、前記空間光変調器が有する複数の画素の少なくとも一部の画素について前記情報記録層に対して照射する前記情報光の照射量を変化させるように、前記空間光変調器を制御することを特徴とする光情報記録装置。
2. 前記制御手段は、前記撮像素子によって検出された前記強度分布に基づいて補正値を求め、前記補正値に基づいて少なくとも一部の前記画素についての前記照射量を減少させるように前記空間光変調器を制御することを特徴とする請求項１に記載の光情報記録装置。
3. 前記制御手段は、前記撮像素子によって検出された前記強度分布に基づいて、前記空間光変調器の少なくとも一部を所定の数のエリアに分類し、前記エリアのうち検出された光の強度が最も低いエリアを除く他の前記エリアのそれぞれの光の強度が、検出された光の強度が最も低いエリアの光の強度に近づくように前記補正値を求めることを特徴とする請求項２に記載の光情報記録装置。
4. 情報を担持する情報光と参照光との干渉によって生じる干渉縞によって、光情報記録媒体に設けられた情報記録層へ前記情報をホログラムとして記録可能な光情報記録装置の制御方法であって、
   前記光情報記録装置は、
   記録用照射光を出射する記録用光源と、
   前記記録用照射光を前記情報光と前記参照光に変換する空間光変調器と、
   前記情報記録層へ前記記録用照射光、前記参照光、または前記情報光と前記参照光を集光する集光部と、
   前記記録用照射光または前記情報光の光の強度分布を検出するための撮像素子と、を有し、
   前記撮像素子によって検出された前記強度分布に基づいて、前記空間光変調器が有する複数の画素の少なくとも一部の画素について前記情報記録層に対して照射する前記情報光の照射量を変化させることを特徴とする光情報記録装置の制御方法。

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