JP2007240820A - ホログラム記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホログラム記録再生装置の信号再生の性能を向上する。
【解決手段】記録時と再生時のホログラム記録媒体50の温度の異なりを温度センサ51で検出して、少なくとも参照光のホログラム記録媒体50への入射角度を対物レンズ24の位置もしくはリレーレンズ39の位置を記録時と再生時のホログラム記録媒体50の温度に応じて調整し、または、光ビームの波長をレーザ光源20aによって記録時と再生時のホログラム記録媒体50の温度に応じて調整して、記録再生特性を良好なものとする。
【選択図】図5
【解決手段】記録時と再生時のホログラム記録媒体50の温度の異なりを温度センサ51で検出して、少なくとも参照光のホログラム記録媒体50への入射角度を対物レンズ24の位置もしくはリレーレンズ39の位置を記録時と再生時のホログラム記録媒体50の温度に応じて調整し、または、光ビームの波長をレーザ光源20aによって記録時と再生時のホログラム記録媒体50の温度に応じて調整して、記録再生特性を良好なものとする。
【選択図】図5
Description
本発明は、ホログラム記録再生装置に関する。
近年、高記録密度を達成するとともに、高転送速度で記録データを記録再生することが可能な記録再生装置であるホログラフィックメモリが注目を集めている。ホログラフィックメモリでは、記録媒体の厚み方向も活用し、記録に際しては、2次元の情報を1ページとする記録データに応じたページデータに基づき参照光と信号光との干渉縞を、ホログラム記録媒体の中にホログラムとして形成して、3次元的に一度に記録するものである。また、再生に際しては、このようにして形成されたホログラムに参照光を照射して発生する回折光を得て記録データを再生する。
また、ホログラム記録再生の方式としては、コアキシャル方式と二光束方式とが、その代表例として知られている。ここで、コアキシャル方式は、記録時においては、記録データに応じて空間光変調器でレーザ光源からの光ビームを変調して信号光を得るとともに同一のレーザ光源からの光ビームを参照光として得て、このような信号光と参照光とを、光路の一部において同軸状(コアキシャル)に配置して、最終的には、同一の対物レンズを通過させて、ホログラム記録媒体に照射されるようにする。このようにして、信号光と参照光との干渉縞がホログラム記録媒体に記録されるようになすものである。また、コアキシャル方式は、再生時においては、レーザ光源からの光ビームを参照光として、ホログラム記録媒体に照射して、光路の一部において、参照光と同軸状となる位置関係でホログラム記録媒体から回折する回折光(再生光)を得て、この再生光から記録データが再生されるようにするものである(非特許文献1を参照)。
一方、二光束方式とは、記録時においては、信号光と参照光とを別の光路を通過させて両者の各々を独立にホログラム記録媒体に照射し、再生時においては、参照光と回折光(再生光)とを別の光路を通過させる方式である。
近年、ホログラム記録媒体のホログラムを形成する記録層として、安価に作成できること、その耐久性および高感度性などから、フォトポリマーがホログラム記録媒体の記録層の媒質として検討されている(特許文献1を参照)。しかしながら、フォトポリマーを記録再生層に用いた場合には、記録の際にモノマーがポリマーに変化する時に生ずる収縮や、温度の影響で、記録再生層が収縮・膨張するディメンジョン変化によって、3次元的に干渉パターン画像として形成されるホログラム(回折格子)の角度および間隔が変化するものである。その回折格子の形状変化によって、実際に記録したときの角度および間隔と、再生するときの角度および間隔とが異なってしまう。この結果として、回折効率のピークをむかえる角度が異なってしまうという現象がある。
回折効率のピークをむかえる角度が異なる結果として、記録時とは異なる再生時の温度条件でホログラム記録媒体から再生される記録データの品質は十分なものとならず。この改善策として、例えば、上述した1ページを1度に再生するのではなく、複数の部分に分割して再生することも行われている。この場合には、転送速度の低下、再生における処理の複雑化が大きな問題となっていた。これを解決するものとして、温度に応じてレーザ波長を変化させる方式が提案されている(非特許文献2を参照)。
特開2004−226821号公報
日経エレクトロニクス2005年1月17日号106頁〜114頁
Mitsuru.Toishi, et al. 「Temperature tolerance improvement with wavelength tuning laser source in holographic data storage」, Technical digest of Optical Data Storage/International Symposium on Optical Memory 2005 ThE5
しかしながら、温度に応じてレーザ波長を変化することに加え、さらに、良好なる特性を得るために、光ビームのホログラム記録再生媒体への入射角度を変化する、いわゆる、角度補正を採用することも考えられる。この場合、二光束方式(以下、方式の用語は、装置および方法のいずれかの一方またはその両方を指すものである)では、信号光および回折光と、参照光が異なる光路を通過するので、参照光のホログラム記録媒体への入射角度を変化させることが比較的容易であった。一方、コアキシャル方式では、参照光、信号光、回折光が同一の対物レンズを通過するので、記録再生特性を温度に応じて補償するホログラム記録再生装置の提供は困難であった。その結果として、記録データをホログラム記録媒体から再生する場合におけるBER(Bit Error Rate)の値が大きくなり、すなわち、BERが悪化して、良好なる記録再生特性の維持が困難なものとなった。
そこで、本発明は、ホログラム記録層の特性が媒質の温度に応じて異なるホログラム記録媒体を用いる場合に、特に、コアキシャル方式のホログラム記録再生装置において、記録時におけるホログラム記録媒体の温度と再生時におけるホログラム記録媒体の温度とが異なるときに、BERが低く、記録データを良好に記録再生することができるホログラム記録再生装置を提供することを目的とする。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズのより内周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを縮小し、または、前記対物レンズのより外周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを拡大して表示するように前記空間光変調器を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、空間光変調器と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。空間光変調器は、参照光を発生させるための参照光パターンを表示する。温度センサは、ホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は、温度センサから検出された温度に応じて、対物レンズのより内周部を記参照光が通過するように参照光パターンの大きさを縮小し、または、対物レンズのより外周部を参照光が通過するように参照光パターンの大きさを拡大して表示するように空間光変調器を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記対物レンズと前記記録層との離間距離を所定の値に維持するフォーカス制御手段と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、フォーカス制御手段と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。フォーカス制御手段は対物レンズと記録層との離間距離を所定の値に維持する。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は温度センサから検出された温度に応じて、対物レンズと記録層との離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、空間光変調器と、リレーレンズ系と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。空間光変調器は参照光を発生させるための参照光パターンを表示する。リレーレンズ系は対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されている。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は温度センサから検出された温度に応じて、リレーレンズ系を形成する二個のレンズの離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、前記回折光によって生じる再生像を検出するイメージセンサと、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記対物レンズと前記イメージセンサとの離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、可変波長光源と、イメージセンサと、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。可変波長光源は参照光または参照光および信号光を発生させるための光ビームを発生させる。イメージセンサは回折光によって生じる再生像を検出する。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は、温度センサから検出された温度に応じて、可変波長光源からの光ビームの波長および対物レンズとイメージセンサとの離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、を備える。
このホログラム記録再生装置は、記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であり、対物レンズと、可変波長光源と、リレーレンズ系と、温度センサと、制御部と、を備える。対物レンズは、共通の光学部材として、信号光、参照光および回折光を通過させる。可変波長光源は参照光または参照光および信号光を発生させるための光ビームを発生させる。リレーレンズ系は対物レンズと空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成される。温度センサはホログラム記録媒体の温度を検出する。制御部は、温度センサから検出された温度に応じて、可変波長光源からの光ビームの波長およびリレーレンズ系を形成する二個のレンズの離間距離を制御する。
本発明のホログラム記録再生装置によれば、記録時におけるホログラム記録媒体の温度と再生時におけるホログラム記録媒体の温度とが異なった場合において、BERの値を小さくして、高精度に記録データを記録再生することができるホログラム記録再生装置を提供できる。
以下、本発明の実施の形態を説明する。まず、コアキシャル光学系を有してなるコアキシャル方式のホログラム記録再生装置について簡単に説明し、その後、ホログラム記録媒体に形成されたホログラムの温度によって生じる形状変化が記録再生に与える影響について簡単に説明し、さらに、本実施形態の記録再生装置の特徴的な要部の説明をおこなう。
(コアキシャル方式のホログラム記録再生装置)
コアキシャル方式のホログラム記録装置では、後述する信号光と参照光との各々について、光ビームの光路の一部を共有することによって、同一の対物レンズを用いて、記録再生を行うことができるため、光学系の簡略化ができ、さらに従来のCD、DVDなどの光ディスクと互換性が比較的に容易であるために注目を集めている。
コアキシャル方式のホログラム記録装置では、後述する信号光と参照光との各々について、光ビームの光路の一部を共有することによって、同一の対物レンズを用いて、記録再生を行うことができるため、光学系の簡略化ができ、さらに従来のCD、DVDなどの光ディスクと互換性が比較的に容易であるために注目を集めている。
図1に概念図として、コアキシャル方式のホログラム記録装置におけるコアキシャル光学系10を示す。コアキシャル光学系10は、レーザ光源20、コリメートレンズ21、透過型液晶等で構成された空間光変調器22、ビームスプリッタ23、対物レンズ24を主要なる光学部品として備える。
レーザ光源20から出た光ビームは、コリメートレンズ21で平行光とされ、空間光変調器22を透過する。そして、空間光変調器22に発生される記録データに基づく信号光パターンを表示する信号光部分46(図2を参照)と参照光パターンを表示する参照光部分47(図2を参照)に光ビームの透過領域が分けられる。これらの二つに領域が分けられた空間光変調器22の各々の領域を通過する光ビームの各々は、信号光40および参照光41として、ビームスプリッタ23および対物レンズ24の共通の光学部品を通過し、すなわち、光路を共通として、ホログラム記録媒体50の記録層50a(図6を参照)に入射され、信号光部分46によって生じる信号光40と参照光部分47によって生じる参照光41とは記録層50aにおいて干渉する。そして、この干渉の態様に応じて記録層50aの微小領域における屈折率が変化をして、屈折率パターンに応じた光学部材としての回折格子(ホログラム)として記録データが記録される。
図2に空間光変調器22に表示されるパターンの一例を示す。このパターンでは、より中心にちかい部分が信号光部分46、その周りを参照光部分47で囲っているという形になっている。図2において、黒い部分(暗部)は光ビームを遮る部分であり、白抜き部分(明部)は光ビームが透過する部分であり、暗明の度合いに応じて光ビームの透過量が変化するものである。なお、後述する反射型の空間光変調器22a(図5を参照)では、黒い部分(暗部)は光ビームの反射光量が小さい部分であり、白抜き部分(明部)は光ビームの反射光量が大きい部分である。
図3に概念図として、コアキシャル方式のホログラム再生装置に用いるコアキシャル光学系11の概念図を示す。コアキシャル方式のホログラム再生装置では、上述した、レーザ光源20、コリメートレンズ21、空間光変調器22、ビームスプリッタ23および対物レンズ24に加えて、CCD(Charge Cupled Device)等で構成されたイメージセンサ25を備える。
再生においては、空間光変調器22に参照光部分47のパターンのみを表示させ、信号光部分46は全黒のパターン(光ビームの透過を阻止する黒のみのパターン)とする。この参照光部分47からの参照光41をビームスプリッタ23および対物レンズ24を通過させ、ホログラム記録媒体50の記録層50aに形成されたホログラムに入射させることによって記録データを再生する。ここで、この参照光によってホログラムに応じた回折光42が生じ、この回折光42は、ビームスプリッタ23によって光ビームの進行方向を変化させ、再生光(回折光)43としてイメージセンサ25を照射する。そして、このイメージセンサ25からの電気信号は記録データに応じた信号であるので、制御部60において、この電気信号から記録データが再生できる。
ここで、ホログラム記録再生装置においては、コアキシャル光学系10とコアキシャル光学系11の両方の構成を備えるもの、すなわち、コアキシャル光学系11と同様の構成を有して、空間光変調器22には、記録時においては、信号光部分46、その周りを参照光部分47のパターン表示ができるようにし、再生時においては、参照光部分47のパターン表示をし、信号光部分46に対応する領域は光ビームを透過することがない上述した全黒のパターンを表示できるようにして、記録および再生ができるようになされている。
図4にコアキシャル方式のホログラム記録再生装置100の主要なる機構部12の外観を模式的に示す。このホログラム記録再生装置100によって記録再生をおこなう媒体であるホログラム記録媒体50は、ディスク型、すなわち、円盤状の形状をしており、その円盤の幾何学的中心点を中心として回転するようになされている。この点では、従来のCD(Compact Disc)やDVD(Digital Versaitile Disc)と同様の円盤状の外形構造を有するものである。
ホログラム記録媒体50は、その中心部に装着孔を設けて、CDやDVDと同様にスピンドルモータ(図示せず)に取り付けられて回転できるようにされている。そして、ホログラム記録媒体50の記録層(図2を参照)に光ビームを照射できるように、この記録層と対抗するように配置された対物レンズ24を有する対物レンズユニット32を備えた光学装置33が配置されている。
光学装置33には、上述したコアキシャル光学系11を構成するすべての光学部品が配置されており、さらに、レーザ光源20、空間光変調器22およびイメージセンサ25に接続される電気回路の一部、さらには、光ビームの位置をホログラム記録媒体50との相対位置を制御するための対物レンズアクチュエータ(図5において符号54を付した部分を参照)と、が配されている。
ここで、アクチュエータは、対物レンズ24とホログラム記録媒体50の記録層との相対距離を変化させるフォーカス方向(符号Fを付した矢印の方向を参照)、対物レンズ24とホログラム記録媒体50のラジアル方向(半径方向:符号Tを付した矢羽根印の方向であって、向かう方向は紙面の表裏面である)、への各々の方向へと、対物レンズ24を移動させることが可能とされている。
すなわち、対物レンズ24とホログラム記録媒体50の記録層との相対距離を変化させることによって、光ビームを所定の大きさに絞ることができ、対物レンズ24とホログラム記録媒体50のラジアル方向への相対位置を変化させることによって、ホログラム記録媒体50の所定の位置へ光ビームを照射してホログラム記録媒体の特定位置への記録再生が可能とされる。このようにして、対物レンズ24を移動させる対物レンズアクチュエータ54を駆動する信号は、後述するサーボ用光学系30に配されたフォトディテクタ29からの電気信号を制御部60(図5を参照)において処理して得られるものである。
また、光学装置33に配された対物レンズアクチュエータによっておこなうことができる対物レンズ24とホログラム記録媒体50との間のラジアル方向への相対位置の変化の量は比較的に微小なものであるので、光学装置33の全体がホログラム記録媒体に対してラジアル方向に移動できるよう、シャフト31で光学装置33の全体を支持して、ラジアル方向(符号Sを付した方向)へより大きくモータ等(図示せず)で移動できるようにされている。
図5は、本実施形態のホログラム記録再生装置100の主要部、特に、図4に示す光学装置33に含まれる部分を中心として示した模式図である。これまでの説明において引用した部分と同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。図5においては、図1、図3に示すレーザ光源20に替えて用いられるレーザ光源20aは、レーザ光の波長が可変とできる光源であり、その詳細については後述する。
空間光変調器22aは、図1、図3において示す透過型の空間光変調器22に替えて反射型の空間光変調器としているが、その作用は空間光変調器22と同等である。二個のリレーレンズ35およびリレーレンズ36は第1のリレーレンズ系を構成し、二個のリレーレンズ38およびリレーレンズ39は第2のリレーレンズ系を構成する。反射ミラー56は光ビームの方向を変化させる。第1のリレーレンズ系および第2のリレーレンズ系は、対物レンズ24と空間光変調器22aとの間に配されている。この第1のリレーレンズ系および第2のリレーレンズ系は、空間光変調器22aのパターンに応じて空間変調が施され、光学系を通過した後の光ビームから再びイメージセンサ25に実像(再生像)を形成させるために用いられるものである。
また、光学装置33には、サーボ用光学系30が配されている。サーボ用光学系30を構成する主要な光学部品にのみ符号を付して説明する。サーボ用光源28はサーボ用の光ビームを射出する。サーボ用の光ビームは、記録再生のためのレーザ光源20aからの光ビームの波長とは異なり、より長波長の光ビーム(例えば、赤色レーザビーム)として、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとが分離可能となるようにされている。
ビームスプリッタ27は、ホログラム記録媒体50からの戻り光をフォトディテクタ29に導くためのものであり、フォトディテクタ29は、例えば、フォーカスサーボについては、アスティグマ法、ラジアル(トラッキング)サーボについては、プッシュプル法に対応するようにディテクタを複数に分割した構成を有している。また、ダイクロイックミラー34は、サーボ用光学系30と記録再生用光学系とに共通する光学部品であり、サーボ用の光ビームと記録再生用の光ビームとを分離する波長分離素子である。
ホログラム記録再生装置100の動作を簡単に説明する。まず、記録時の動作を説明する。
レーザ光源20aからの光ビーム13は空間光変調器(SLM)22aに入射する。ここで、空間光変調器22aに表示されるパターンは、図2に示すと同様のパターンであり、信号光部分46と参照光部分47とを有している。空間光変調器22aではホログラム記録媒体50に記録を行うために、記録データに基づき、信号光部分46に信号光を発生させるための信号光パターンを表示し、参照光部分47に参照光を発生させるための参照光パターンを発生する。
信号光および参照光の各々は、第1のリレーレンズ系(リレーレンズ35、リレーレンズ36)を通過し、ビームスプリッタ23、第2のリレーレンズ系(リレーレンズ38、リレーレンズ39)、ダイクロイックミラー34を通過して、反射ミラー56で反射され、結像点57に結像し、この像が対物レンズ24で記録再生に適したビームサイズに絞られてホログラム記録媒体50に照射され、ホログラム記録媒体50の記録層(図6の符号50aの部分を参照)で信号光と参照光とが重なり合いホログラムを形成することによって記録データが記録される。
この場合において、記録再生を行う光ビームはホログラム記録媒体50の記録層50a(図6を参照)の後部(光ビームの入射側から見た後部)の反射膜50b(図6を参照)に焦点を結び、所定のラジアル方向の位置に光ビームが配置されるように、サーボ用光学系30を含むフォーカスおよびラジアルサーボ系によって制御がなされ、ホログラム記録媒体50が所定の回転角度となるようにスピンドルモータを含むスピンドルサーボ系によって制御がなされている。サーボ用光学系30からの光ビームはダイクロイックミラー34と反射ミラー56とで反射し、対物レンズ24を通過してホログラム記録媒体50に照射される。
ここで、ホログラム記録媒体50には記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置決めをするためのアドレスグルーブ(図6の符号50cの部分を参照)が配置されており、サーボ用光学系30は、従来のCD、DVD等におけると同様な構成を有して、ホログラム記録媒体50における記録再生用の光ビームおよびサーボ用の光ビームの位置がフォトディテクタ29からの電気信号に基づいて検出できるようにされている。すなわち、記録再生用の光ビームとサーボ用の光ビームとの相互の関係は記録再生用の光学系とサーボ用のサーボ用光学系30の各々を構成する光学部品の配置の相対関係によって一義的に相互の関係が定められているので、サーボ用の光ビームとホログラム記録媒体50との位置関係を上述したフォーカスおよびラジアルサーボ系、スピンドルサーボ系によって決めることによって、結果として、記録再生用の光ビームの位置関係も制御できるようになされている。
すなわち、サーボ用光学系30のフォトディテクタ29からは、いわゆる、フォーカスエラー信号、トラッキングエラー信号が検出され、その各々のエラー信号に基づきフォーカスアクチュエータおよびトラッキングアクチュエータとで構成される対物レンズアクチュエータ54が、制御部60に配されたフォーカス・トラッキングサーボ回路(図示せず)により制御されて図5において、符号Fおよび符号Tで示す方向に対物レンズ24を変位させ、サーボ用の光ビームおよび記録再生用の光ビームの各々の光ビームがホログラム記録媒体50の目標位置を照射するようにされている。
ここで、空間光変調器22aで作られた記録パターン像の結像点57は、リレーレンズ39の符号Rを付した矢印方向の配置位置と焦点距離とにより決まるものであり、また、結像点57と対物レンズ24との距離はホログラム記録媒体50の反射膜50bに合焦点が形成されるように、フォーカスサーボ系を動作させることによって、この結像点57と対物レンズ24との適切な距離が維持されるようになされている。
リレーレンズ39は、リレーレンズアクチュエータ59によって矢印方向に移動させることが可能とされている。ここで、リレーレンズアクチュエータ59は、フィードフォワード方式でリレーレンズ39を矢印方向に駆動するものとしても良いが、より精度良く駆動するために、本実施形態においては、リレーレンズアクチュエータ59に位置センサを配して、リレーレンズ39の位置を正確に検出して所定の位置に配置できるようにされている。ここで、リレーレンズアクチュエータ59は、例えば電磁力で駆動力を発生するアクチュエータである。そして、リレーレンズ39がガイドレールに沿って精密に位置決めして可動するようになされており、その可動推力が、リレーレンズアクチュエータ59によって発生され、リレーレンズ38とリレーレンズ39との離間距離を精密に可変できるようになされている。
また、イメージセンサ25を、符号Iを付した方向に移動させるためのイメージセンサアクチュエータ55を具備しており、このイメージセンサ25の位置は、イメージセンサアクチュエータ55に制御部60から制御信号を送出することによって制御されている。この制御の内容については後述する。ここで、イメージセンサアクチュエータ55は、上述したリレーレンズアクチュエータ59と略同様な構造をしており、例えば電磁力で駆動力を発生するアクチュエータである。そして、イメージセンサ25の全体がガイドレールに沿って精密に位置決めして可動するようになされており、その可動推力が、イメージセンサアクチュエータ55によって発生され、対物レンズ24とイメージセンサ25との離間距離を精密に可変できるようになされている。
また、温度センサ51は、ホログラム記録層の温度を検知する。温度センサ51は、例えば、温度を抵抗値に変えて検出するサーミスタをホログラム記録媒体50に近接させて配置する構成によるものであっても良く、または、ホログラム記録媒体50の記録層50a(図6を参照)の温度を記録層50aにおける屈折率の変化として記録層50aの温度を求めるものであっても良い。屈折率の変化を検出する手段としては、例えば、屈折率の検出用として、記録再生用およびサーボ系用とは別の屈折率検出用光ビームを記録層50a照射し、この屈折率検出用光ビームの戻り光の位置をフォトディテクタによって検出するものであっても良い。また、市販のサーモグラフィによる温度センサを採用しても良い。この温度センサをどのように用いるかについては後述する。
(ホログラム記録媒体の構造)
図6は、上述した、ホログラム記録媒体50の断面積方向に切断した構造を模式的に示し、さらに、信号光40および回折光42(実線で最外周部からの光線を示す)、参照光41(破線で最外周部からの光線を示す)およびサーボ用の光ビーム(一点鎖線で最外周部からの光線を示す)がどのように対物レンズ24に入射するかを模式的に示す図である。ホログラム記録媒体50は記録層50a、記録再生用の光ビームの反射膜50b、アドレスピット50cを有するものである。
図6は、上述した、ホログラム記録媒体50の断面積方向に切断した構造を模式的に示し、さらに、信号光40および回折光42(実線で最外周部からの光線を示す)、参照光41(破線で最外周部からの光線を示す)およびサーボ用の光ビーム(一点鎖線で最外周部からの光線を示す)がどのように対物レンズ24に入射するかを模式的に示す図である。ホログラム記録媒体50は記録層50a、記録再生用の光ビームの反射膜50b、アドレスピット50cを有するものである。
記録時においては、記録層50aには、信号光40と参照光41との干渉によって生じる干渉縞の形状に応じてホログラムが形成され、再生時においては、このホログラムに参照光41のみが照射されることによって、記録時における信号光40と略同一の領域に、ホログラムに応じた回折光42が反射膜50bで反射されて生じる。一方、サーボ用の光ビームは、波長選択特性を有する反射膜50bを透過して、アドレスピット50cが形成されたアルミ反射膜で反射して、CD、DVDにおけると同様の原理によって、サーボ用光学系30のフォトディテクタ29から検出した電気信号に基づいて、制御部60で、上述した、フォーカスサーボ、ラジアルサーボ、スピンドルモータの回転制御の処理のために必要とされる各々のサーボのためのエラー信号、さらには、ホログラム記録媒体50における光ビームが照射されるホログラム記録媒体50の位置(アドレス)の特定のためのアドレス信号が得られる。
(ホログラムの形状変化が記録再生に与える影響について)
ここで、記録層50aとしてフォトポリマーを用いる場合において、記録時と再生時の温度が異なる場合の記録再生におよぼす影響を簡単に説明する。
ここで、記録層50aとしてフォトポリマーを用いる場合において、記録時と再生時の温度が異なる場合の記録再生におよぼす影響を簡単に説明する。
記録層50aとして、フォトポリマーを用いた場合には記録の際にモノマーがポリマーに変化する時に生ずる収縮や、記録時または再生時の温度によって回折格子の形状が変化する。回折格子の変化が再生特性にどのような変化を与えるかについて図7ないし図9を参照して順に説明をする。
図7はホログラム記録媒体50の記録層50aとしてフォトポリマーを用いた場合に形成されるホログラムを模式的に示すものである。なお、図7は、記録層50aの断面を示す断面図であり、信号光および参照光は図面の上方向から照射されるものとする。図7における矢印は信号光または参照光の一本の光線(入射する光ビームを複数の仮想的な線の集合で表した中の一本の線)を模式的に示すものである。
上述したように、信号光と参照光とによって干渉縞が生じ、その結果、ホログラム(回折格子)52は、記録層50aに3次元に形成される。図7において、ホログラム52は、実線と破線とで記載されている。符号52bを付した実線は、記録直後に形成されたホログラムを模式的に示すものであり、符号52aを付した破線は、記録層50aが記録時とは異なる温度である再生時におけるホログラムを模式的に示すものである。
ここで、記録時点における記録層50aの温度と再生時点における記録層50aの温度との温度差が大きい場合には、両時点における回折格子の形状、すなわち、符号52bを付した実線と符号52aを付した破線とは大きく異なる配置を有するものとなる。さらに、ホログラムの収縮は、記録直後の記録層50aの収縮によっても僅かに生じるものであるが、この変化量は記録再生特性には大きな影響を与えるものではない。
この結果、図8に示すように、記録時点の回折効率のピークをむかえる角度と、再生時点の回折効率のピークをむかえる角度との間にずれが生じてしまうこととなる。図9に、ホログラム(回折格子)角度と回折光のブラッグ条件からの角度ずれ量との関係を示す。図9に示すように、回折光の角度選択性のピーク位置は、回折格子の角度によって変化する。
次に、記録層50aの有する上述したホログラムの形状の温度変化が、ホログラム記録再生装置における記録再生特性にどのような影響を与えるかについて図10に沿って説明する。
上述した空間光変調器22の各位置から出射した信号光40の各々の光線毎に、ホログラム52の角度(図7を参照)は異なる。すなわち、空間光変調器22の各場所からの光ビームによって、温度変化による、ホログラム記録媒体の膨張・収縮によるブラッグ条件からの角度ずれ量が異なることとなり、画像が一様に出力されなくなる。すなわち、記録再生特性の一つであるBER(Bit Error Rate)が悪化して記録再生が困難となる。
図10に示す、グラフG1ないしグラフG5は、記録時に、ホログラム記録媒体50の温度をある温度とし、光ビームの波長をある波長で記録し、再生時には、記録時とは異なる温度で再生した場合の特性の一つを示すものである。すなわち、記録時のホログラム記録媒体の温度と再生時のホログラム記録媒体の温度とが異なる場合において、再生におけるレーザ光波長をパラメータとした、波長ごとの回折格子角度とブラッグ条件を満たす角度からの角度ずれとの関係を示すものである。グラフG1が再生時におけるレーザ光波長が最も長い場合を示し、グラフG5はレーザ光波長が最も短い場合を示すものであり、グラフG2、グラフG3、グラフG4と順にレーザ光波長の長さが短い場合を示すものである。ここで、グラフG4が、記録時と再生時とで同じ波長のレーザ光波長を用いる場合を示すものである。
そして、図11は、代表的な3つの再生時の光ビームの波長である、グラフG2を得た波長に対応する再生時のパターン画像P2、グラフG4を得た波長に対応するパターン画像P4およびグラフG5を得た波長に対応するパターン画像P5を示す図である。
ここで、図10のグラフG4で示す特性を呈する波長の光ビームを記録層50aに照射することによって情報の再生を行う場合には、図11において、再生時のパターン画像P4として示すような、中心部は正確に再生されるものの、両端が欠けたような再生時のパターン画像がイメージセンサ25の受光面に得られる。なお、図11は、再生時のパターン画像を模式的に示すもので、実際のパターン画像は、だんだんと、端になるに従い、再生時のパターン画像P4のコントラストが低くなり、記録時のパターン画像と異なるものとなるものである。
また、図10のグラフG2で示す特性を呈する波長の光ビーム、すなわち再生時のパターン画像P4を得たレーザ光波長よりも、より波長の長いレーザ光を記録層50aに照射することによって情報の再生を行う場合には、図11の再生時のパターン画像P2で示すような、左側(図面正面から見た場合)は正確に再生されるものの、右側(図面正面から見た場合)のコントラストが低くなった再生時のパターン画像P2がイメージセンサ25の受光面に得られる。
また、図10のグラフG5で示す特性を呈するレーザ光波長、すなわち再生時のパターン画像P4を得たレーザ光波長よりも、より波長の短いレーザ光を記録層50aに照射することによって情報の再生を行う場合には、図11の再生時のパターン画像P5で示すような、右側は正確に再生されるものの、左側のコントラストが低くなった再生時のパターン画像P5がイメージセンサ25の受光面に得られる。
記録時のホログラム記録媒体の温度と再生時のホログラム記録媒体の温度との差が大きくなると、このような現象が生じる結果として、本来、一度に記録されたパターン画像を再生時のパターン画像として、一度に再生することが困難になってくる。
すなわち、記録時の温度と再生時の温度との温度変化に応じて再生時におけるレーザの波長を変化させることにより、再生できる範囲が異なることとなるので、レーザの波長を順次変化させる(これを、以下、複数回スキャンと称する)ことによって、再生時における再生特性を改善することができる。なお、再生特性は記録時の温度に応じても影響を受けるので、本明細書中では、このような再生時における温度特性を、再生特性の用語のみならず記録再生特性の用語も用いる。
以下に、本実施形態のホログラム記録再生装置の要部である、光ビームの波長を可変とできるレーザ光源20aと、参照光の入射角度θRを変化させるための光学系の構成について、より詳細に説明する。ここで、二光束方式においては、参照光の入射角度θRを変化させるための光学系の構成に関しては、例えば、信号光とは別個の経路とされる参照光の通過経路に入射角度を変化させるための反射ミラーである角度可変ミラー(図示せず)等を配することによって簡便に参照光の入射角度を変化させることができるものである。一方、コアキシャル方式のホログラム再生装置においては、このような簡便な方法は採用できず、本実施形態としては、従来にはない特有の構成を採用するものであるが、これについては後述する。
(波長可変のレーザ光源について)
図12に、出射光の波長を可変とする、波長可変レーザ光を出射するレーザ光源20aの一例を示す。レーザ光源20aは、レーザダイオード101、コリメートレンズ102、回折格子103、偏光ビームスプリッタ104、アナモプリズム105およびアイソレータ106を主要な光学部品として備える。
図12に、出射光の波長を可変とする、波長可変レーザ光を出射するレーザ光源20aの一例を示す。レーザ光源20aは、レーザダイオード101、コリメートレンズ102、回折格子103、偏光ビームスプリッタ104、アナモプリズム105およびアイソレータ106を主要な光学部品として備える。
レーザダイオード101は、マルチモードのレーザ光を発光する。例えば、410[nm]程度のブルーのレーザ光を発光するものである。コリメートレンズ102は、レーザダイオード101により出射されたレーザ光を平行光とする。回折格子103は、波長ごとに異なる方向へ1次光を発生し、そのうち特定波長(例えば410[nm])の1次光がレーザダイオード101へ戻るようにレーザダイオード101との間の角度が設定されている。これにより、レーザダイオード101内でその波長成分だけが増大し、レーザダイオード101の発振のモードは、シングルモードにちかいものとなる。
レーザダイオード101により発光されるレーザ光の大半は、1次光ではなく0次光であり、回折格子103でミラーのように反射する。このレーザ光源20aは、基本的にはリットロー(Littrow)型外部共振器レーザであるが、偏光ビームスプリッタ104を備え、回折格子103と偏光ビームスプリッタ104との相互の位置関係を固定として回転軸118を中心として回転させることができるものである。このような回転軸118を中心として回折格子103と偏光ビームスプリッタ104とを回転させる構成を採用する結果、回転の角度によらず、ホログラムの記録再生に用いる光ビームである出力光の方向を一定に保ちながら、出力光の波長を変化させることができるものとなる。
偏光ビームスプリッタ104は、透明ガラス107の表面に偏光膜108を形成してなるものであり、回折格子103を反射した0次光を回折格子以外の所定の方向にミラーのように反射し、0次光の偏光方向とは90°異なる偏光方向を有する光(図12では戻り光と記す)を透過する。アナモプリズム105は光ビームの断面形状を所定形状とするためのものである。また、アイソレータ106は、外部からのレーザ光(反射光)を内部に侵入することを防止するためのもので、ローテータ116と偏光ビームスプリッタ117とを有する。
このような構成を有するレーザ光源20aでは、上述したように、回転軸を中心として回折格子103および偏光ビームスプリッタ104を回転させることで、例えば410[nm]程度のブルーのレーザ光の波長を5〜10[nm]程度可変することができる。なお、本発明に適用される波長可変レーザ光源は、上記のものに限定されず、その他各種の諸々の方式、例えば、出力光として1次光を得るリットマン型外部共振器レーザであっても良い。
ここで、図12に示す、戻り光は、0次光の一部であり、この戻り光をフォトデテクタ(図示せず)で検出して0次光の波長を検出し、この波長に基づき制御部60から、回折格子103および偏光ビームスプリッタ104を回転させるためのモータ(図示せず)を駆動する信号を出力して、レーザ波長を所望の値とすることができる。
以下に本実施形態の要部である、光ビームの波長を変化させて記録再生特性を補償(BERを改善する)する方式、参照光の入射角度を変化させて記録再生特性を補償(BERを改善する)する方式について説明をするに当たり、まず、コアキシャル方式においては形成される特徴あるホログラムの形状と温度との関係について説明する。
コアキシャル方式においては、ホログラムを形成する参照光と信号光とは同軸状に配されホログラム記録媒体50に入射する。また、記録再生のための参照光と信号光からなる光ビームは反射膜50bに集光するようになされ、記録層50aの厚みは焦点深度に対して無視できない厚みを有している。そのために、記録層50aに入射する光ビームは対物レンズ24で集光され、この光ビームの集光の態様に応じて対物レンズの光軸を略中心として同軸状にホログラムは形成されるとともに、この光軸に対する垂直面で切断したホログラムは、光ビームの入射方向(対物レンズ24によりちかい側)がより広い面積を有して形成される。すなわち、ホログラムは光軸を略円錐の中心として円錐状に形成されており、各々の光線に応じて形成されるホログラムの微小な部分も円錐状の軸(円錐軸)対称な反射率または屈折率の分布を有することとなる。以下の説明においては、この円錐状に形成されたホログラムの円錐の中心軸をホログラムの中心軸と称して用いる。
このような形状を有するホログラムが形成された記録層50aの温度変化が生じた場合には、記録層50aは膨張・収縮を生じるが、この膨張・収縮はホログラムの中心軸を基準として見た場合には、中心軸からの距離が短い部分では、膨張・収縮の絶対量が小さく、中心軸からの距離が長い部分では、膨張・収縮の絶対量が大きいものとなる。したがって、後述する光ビームの波長を変化させる波長補償、参照光の入射角度を変化させる角度補償のいずれをおこなうに際しても、このようなホログラム形状の特殊性を考慮する必要がある。一方、二光束方式では、参照光と信号光とは異なる光路を介してホログラム記録媒体50に独立の異なる角度で入射する2つの光ビームとされるために、ホログラムの微小な部分は、円錐状の軸対称な反射率または屈折率の分布を有することとはならない。
(光ビームの波長を変化させる方式)
上述した、ホログラム記録再生装置100において、記録再生のための光ビームの波長を変化させることによって記録再生特性の改善を図ることができる。コアキシャル方式においては、上述したようなホログラムの微小な部分が円錐状の軸対称な反射率または屈折率の分布を有するホログラムに対しては、光ビームの波長を変化させる補償は、ホログラムが記録された領域で一様になされる(ホログラムの角度に対して波長の変化が一様に作用する)こととなる。よって、波長補償によって記録再生特性を改善する方式は、コアキシャル方式に採用するに好適なものである。
上述した、ホログラム記録再生装置100において、記録再生のための光ビームの波長を変化させることによって記録再生特性の改善を図ることができる。コアキシャル方式においては、上述したようなホログラムの微小な部分が円錐状の軸対称な反射率または屈折率の分布を有するホログラムに対しては、光ビームの波長を変化させる補償は、ホログラムが記録された領域で一様になされる(ホログラムの角度に対して波長の変化が一様に作用する)こととなる。よって、波長補償によって記録再生特性を改善する方式は、コアキシャル方式に採用するに好適なものである。
ここにおいて、光ビームの波長の変化は、上述したように、図6に示すレーザ光源20aによっておこなうことができる。そして、記録時と再生時とのホログラム記録媒体50の温度差に応じて光ビームの波長を変化させることによって記録再生特性を改善することができる。以下に光ビームの波長のみを変化させる方式についてより詳しく説明する。
まず、再生時における波長補償の説明をおこなう。ホログラム記録再生装置100の制御部60は、ホログラム記録再生装置100を再生装置として動作させ、上述したヘッダ情報から記録時における温度を取得する。
次に、現在のホログラム記録媒体50の温度を温度センサ51から読み取り、ヘッダ情報から読み取れる記録時の温度と温度センサ51からの温度差を制御部60で求め、制御部60に配された記憶部のテーブルから、この温度差に応じた光ビーム13の特定の波長を求め、制御部60はレーザ光源20aに対して光ビーム13がこの特定の波長とする制御信号を送出する。
この場合において、対物レンズ24においては、記録再生用の光ビームの波長が変化することによって収差が生じ、結果として、イメージセンサ25における再生像のぼやけが生じる。一方、対物レンズ24とイメージセンサ25との距離を変化させると、このぼやけを少なくできることが実験の結果からも分かっている。そこで、予め、波長ごとにイメージセンサ25に生じる再生像のぼやけが最も少なくなるイメージセンサ25の位置を制御部60の記憶部に記憶しておき、光ビームの波長を変化させると同時にイメージセンサ25の位置も変化させるようにしている。上述した、光ビームの波長とイメージセンサ25の位置との制御は、記録時におこなっても良いものであり、さらには、記録時および再生時の両方において、おこなっても良いものである。
また、記録再生用の光ビームの波長が変化することによって生じるイメージセンサ25における再生像のぼやけを取り除く別の方式としては、対物レンズ24と空間光変調器22との間に配される二個のレンズであるリレーレンズ38およびリレーレンズ39から形成される第2のリレーレンズ系の離間距離を制御部60からの制御信号によって制御するものであっても良い。この場合も制御部60の記憶部に光ビームの波長ごとに、イメージセンサ25における再生像がもっとも鮮明となるリレーレンズ39の位置が記憶されている。
(参照光の入射角度の調整について)
次に実施形態のホログラム記録再生装置の別の要部である参照光の入射角度の調整の方式について説明する。本実施形態として説明したコアキシャル光学系を採用するホログラム記録再生装置においては参照光が信号光を包むように様々な角度でホログラム記録媒体に入射している。ここで、参照光の入射角度を調整して記録再生特性の向上を図るためにはホログラム記録媒体に入射する参照光の光線の各々の入射角度に応じて、異なる絶対量の補正角度で入射角度を変化させる必要がある。すなわち、上述したように、ホログラムは対物レンズ24の光軸を中心軸として円錐状に形成されているので、中心軸にちかい部分の角度補正量はより小さく、中心軸から遠い部分の角度補正量はより大きくする必要がある。一方、二光束光学系を採用するホログラム記録再生装置においては、参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度を一律に変化させることによって、記録再生特性の向上を図ることができるという差異がある。以上を前提として、入射角度の調整をおこなうホログラム記録再生装置に関する説明をさらにつづける。
次に実施形態のホログラム記録再生装置の別の要部である参照光の入射角度の調整の方式について説明する。本実施形態として説明したコアキシャル光学系を採用するホログラム記録再生装置においては参照光が信号光を包むように様々な角度でホログラム記録媒体に入射している。ここで、参照光の入射角度を調整して記録再生特性の向上を図るためにはホログラム記録媒体に入射する参照光の光線の各々の入射角度に応じて、異なる絶対量の補正角度で入射角度を変化させる必要がある。すなわち、上述したように、ホログラムは対物レンズ24の光軸を中心軸として円錐状に形成されているので、中心軸にちかい部分の角度補正量はより小さく、中心軸から遠い部分の角度補正量はより大きくする必要がある。一方、二光束光学系を採用するホログラム記録再生装置においては、参照光のホログラム記録媒体に対する入射角度を一律に変化させることによって、記録再生特性の向上を図ることができるという差異がある。以上を前提として、入射角度の調整をおこなうホログラム記録再生装置に関する説明をさらにつづける。
入射角度の調整の方式としては、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式の3態様を代表例としている。しかしながら、これらの3方式のいずれか2つ以上を組み合わせる方式を採用するものであっても良い。以下に順にこれらの3方式の説明をする。いずれの方式においても、対物レンズ24の光軸を基準として、より外周部から入射する参照光の光線が、より内周部から入射する参照光の光線よりも、絶対量として大きな角度補償がなされ、コアキシャル光学系を採用して記録されたホログラムの角度補償をするに好適なものである。
(参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式)
参照光パターンの表示、すなわち、参照光部分47を拡大もしくは縮小することによって、対物レンズ24からホログラム記録媒体50に入射する参照光のNA(Numerical Appature)を可変とできる。これによって、式(1)における参照光の入射角度θRを変化させ、ホログラム記録媒体50に生じる温度変化が与える記録再生特性に対する悪影響を補償して、良好なる記録再生特性を得ることができる。
参照光パターンの表示、すなわち、参照光部分47を拡大もしくは縮小することによって、対物レンズ24からホログラム記録媒体50に入射する参照光のNA(Numerical Appature)を可変とできる。これによって、式(1)における参照光の入射角度θRを変化させ、ホログラム記録媒体50に生じる温度変化が与える記録再生特性に対する悪影響を補償して、良好なる記録再生特性を得ることができる。
すなわち、ここで用いる対物レンズ24は、平行光として入射する光ビームの各々の光線を光軸上の一点に収束させる凸レンズとして構成されているので、最外周部から最内周部までの各々の光線毎に異なるNAを有することとなり、対物レンズの外周部ほど、NAの値が大きくなる。その結果、NAの値が大きい外周部の光線に該当する参照光ほど、その参照光の入射角度θRが大きくなるものである。したがって、参照光をより外周部に寄せて、参照光の入射角度θRを大きくし、参照光をより内周部に寄せて、参照光の入射角度θRを小さくすることができる。
図13に空間光変調器22に表示する参照光部分47のパターンの例を示す。記録時に較べて再生時における温度が下降した時には、参照光部分47のパターンを図13の大きな矢印で示す方向に移動させる。すなわち、参照光部分47のパターンの形状はそのまま保持しながら、空間光変調器22の中心点(同心円状に配された参照光部分47のパターンの幾何学的な中心)から外周部に向かって相似形に拡大して表示する。
また、記録時に較べて再生時における温度が上昇した時には、反対に、参照光部分47のパターンを図13の小さな矢印で示す方向に移動させる。すなわち、空間光変調器22の中心点へ向かって収束するようにパターンの形状はそのまま保持しながら相似形に縮小して表示する。
このようにして、参照光部分47のパターンの拡大/縮小を行うことによって、対物レンズ24に入射する参照光の光ビームの位置が、対物レンズ24のより外周部となるか、より内周部となるかが変化することとなり、参照光NAの値を可変することとなる。すなわち、対物レンズ24のより外周部を光線が通過する場合にはNAの値(入射角度θR)はより大きなものとなり、対物レンズ24のより内周部を光線が通過する場合にはNAの値(入射角度θR)はより小さなものとなる。このことは、参照光部分47のパターンの拡大の場合には、参照光の各々の光線について考えると、すべての光線が全体として外周側に移動するので、参照光の入射角度θRを、すべての光線について増加する方向に補正をしたこととなる。
一方、参照光部分47のパターンの縮小の場合には、参照光の各々の光線について考えると、すべての光線が全体として内周側に移動するので、参照光の入射角度θRを、すべての光線について減少する方向に補正をしたこととなる。このようにして、参照光の入射角度θRの増/減が参照光部分47のパターンの拡大/縮小を行うことによって行える。
ここで、空間光変調器22に表示されるパターンの分解能が大きい程、すなわち、参照光部分47のパターンをより微細に変化できるように、ピクセル(画素)の単位が細かいほど、細かいステップで参照光部分47のパターンの拡大/縮小をおこなうことができるものとなる。なお、参照光部分47のパターンを表示するためのデータは予め、制御部60に配された記憶回路、例えば、ROM(Read Only Memory)に記憶されており、制御部60から空間光変調器22に対して参照光部分47のパターンの拡大/縮小に応じたデータが送られる。
ここで、どのような信号に基づき、参照光部分47のパターンの拡大/縮小を行うかという点が問題となるが、この点については、他の2つの方式の説明をおこなった後に、より詳しく説明する。
(対物レンズの位置を移動させる方式)
対物レンズ24と対物レンズ24に対抗するホログラム記録媒体50の面との間の距離、すなわち、フォーカス方向の両者の離間距離を変えることによっても、参照光の入射角度θRを変化させることができる。すなわち、例えば、両者の離間距離を長くすれば、対物レンズ24のより外周部からの光線が所定の微小領域に照射されることとなり、入射角度θRが大ききなったことと等価であり、一方、両者の離間距離を短くすれば、対物レンズ24のより内周部からの光線が所定の微小領域に照射されることとなり、入射角度θRが小さくなったことと等価だからである。
対物レンズ24と対物レンズ24に対抗するホログラム記録媒体50の面との間の距離、すなわち、フォーカス方向の両者の離間距離を変えることによっても、参照光の入射角度θRを変化させることができる。すなわち、例えば、両者の離間距離を長くすれば、対物レンズ24のより外周部からの光線が所定の微小領域に照射されることとなり、入射角度θRが大ききなったことと等価であり、一方、両者の離間距離を短くすれば、対物レンズ24のより内周部からの光線が所定の微小領域に照射されることとなり、入射角度θRが小さくなったことと等価だからである。
ここで、対物レンズ24とホログラム記録媒体50の面との間の距離を変化させるには、平行光が入射される対物レンズ24を対物レンズアクチュエータ54によって、図5において符号Fで示す矢印の方向に移動させて、ホログラム記録媒体50の円盤状の平面に対する対物レンズ24の位置を変化させても良く、ホログラム記録媒体50の全体を図示しないスピンドルモータごと、対物レンズ24のレンズ面の方向に移動するものであっても良い。ここで本実施形態においては、対物レンズ24、反射ミラー56、ダイクロイックミラー34、サーボ用光学系30、制御部60、対物レンズアクチュエータ54は、フォーカス制御手段の一実施形態を構成するものである。
ここで、通常は、フォーカスサーボ系の作用によって、常時、記録再生用光ビームの合焦点の位置が所定の位置に維持されることとなるので、フォーカスサーボ系の目標値として、いわゆる、デフォーカス量に応じた値を設定することとなり、この設定は制御部60においておこなわれる。なお、この場合において、再生時における角度補正の影響は参照光のみならず、回折光にもおよぶこととなる。また、後述する記録時に角度補正をおこなう場合には、参照光のみならず、信号光の入射角度も同時に変化することになる。
このように、対物レンズ24とホログラム記録媒体50の面との間の距離を変化させると、少なくとも参照光の入射角度θRを変化させ良好な記録再生特性を得る目的を達することができるものである。しかしながら、記録時において予め定めた合焦点からずれる、いわゆる、ホログラム記録媒体におけるデフォーカス(以下、記録媒体上のデフォーカスと称する)が生じることになり、その結果として、イメージセンサ25に生じる再生光による像の解像度が低下する、いわゆる、ぼやけが生じてしまうこととなる。そこで、より、良好なる記録再生特性を得るために、対物レンズ24またはホログラム記録媒体50をフォーカス方向にシフトすることによって生じる再生光によるイメージセンサ25の像のぼやけ(以下、再生像のデフォーカスと称する)を補正して、再生像のデフォーカスが生じないように以下の処理を施す。
第1の処理方式は、対物レンズ24の移動に加えて、第2のリレーレンズ系のリレーレンズ39を、符号Rを付した矢印方向にシフトするものである。リレーレンズ39の移動によって、反射ミラー56の側から対物レンズ24に入射する光ビームは、ほんの僅かであるが、平行光からずれた角度を有して対物レンズ24に入射することとなり、その結果、ホログラム記録媒体50の記録層50aで反射して、再び第2のリレーレンズ系を通過してリレーレンズ38から戻ってくる光ビームは、ビームスプリッタ23を通過する時点では、平行光ではないものとなる。そして、この結果、回折光によってイメージセンサ25に生じる再生光による像(再生像)は、再生像のデフォーカスの状態からリレーレンズ39の移動量を適切なものとすることによって、再び明瞭な像が生じることとなる。すなわち、記録媒体上のデフォーカスによって生じた再生像のデフォーカスをリレーレンズ39の位置を変化させて打ち消すのである。この場合には、フォーカスサーボのデフォーカス量とリレーレンズ39の移動量との関係が予め、制御部60に配された記憶部にテーブルとして記憶されており、フォーカスサーボのデフォーカス量に応じたリレーレンズ39の移動すべき移動量が容易に得られるようになされている。
第2の処理方式は、イメージセンサ25を、符号Iを付した矢印方向にシフトするものである。イメージセンサ25のシフトによって、再生像のデフォーカスによって移動した明瞭な実像を形成する面にイメージセンサ25の受光面を再び配置することが可能となって、イメージセンサ25に生じる再生光による像(再生像)はデフォーカスすることなく、明瞭な像が生じることとなる。すなわち、記録媒体上のデフォーカスによって生じた再生像のデフォーカスをイメージセンサ25の位置を変化させて打ち消すのである。この場合には、フォーカスサーボのデフォーカス量とイメージセンサ25の移動量との関係が予め、制御部60に配された記憶部にテーブルとして記憶されており、フォーカスサーボのデフォーカス量に応じたイメージセンサ25の移動すべき移動量が容易に得られるようになされている。
上述した対物レンズの位置を移動させる方式においては、記録層50aに扇形に分布して形成されたホログラムの温度による形状の変化を補償するものであるが、この補償は信号光と参照光の透過成分のみによって形成されるホログラムに対して有効なもので、反射膜50bによって反射した信号光と参照光が形成するホログラムについては、反対に乖離する方向にシフトすることになるので、透過反射と反射成分が、例えば、半々で記録されたホログラムについては回折光の光量が半減する。同様に反射成分同士の回折格子に合わせてデフォーカスを行うと透過成分によって形成されるホログラムに対しては出力が得られなくなる。したがって、この対物レンズの位置を移動させる方式においては、透過成分と反射成分との量を勘案して補償の量を調整する。
(リレーレンズの位置を移動させる方式)
図14に示すように、対物レンズ24に入射する各々の光線の入射位置を変化させることによって、第2のリレーレンズ系からの光ビームは収束光または拡散光となって、記録パターン像の結像点57における像の大きさが変化することとなる。すなわち、図14に示す1本の光線Aが光線Bで示す位置に変化するとホログラム記録媒体に入射する光線の角度が変化することとなる。
図14に示すように、対物レンズ24に入射する各々の光線の入射位置を変化させることによって、第2のリレーレンズ系からの光ビームは収束光または拡散光となって、記録パターン像の結像点57における像の大きさが変化することとなる。すなわち、図14に示す1本の光線Aが光線Bで示す位置に変化するとホログラム記録媒体に入射する光線の角度が変化することとなる。
すなわち、図5に示す、ホログラム記録再生装置100に配された第2のリレーレンズ系のリレーレンズ38とリレーレンズ39との間隔を動かすことによって、対物レンズ24に入射する光ビームを収束光または拡散光とすることができ、この結果として、対物レンズ24への光線の入射位置を、例えば、光線Aから光線Bで示す位置へ変更することができる。本実施形態では、上述した位置センサを備えるリレーレンズアクチュエータ59によってリレーレンズ39を移動させることとした。なお、この場合において、再生時における角度補正は参照光のみならず、回折光にもおよび、後述する記録時に補正をおこなう場合には、参照光のみならず、信号光の入射角度も同時に変化することになる。
(3つの方式における具体的な制御方法)
以上に説明した、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式の3つの方式における具体的な制御方法について説明をする。いずれの場合にも、再生時に角度補償をおこなう方式、再生時に角度補償および波長補償をおこなう方式、記録時に角度補償をおこなう方式、記録時に角度補償および波長補償をおこなう方式、再生時および記録時のいずれにおいても角度補償をおこなう方式、再生時および記録時のいずれにおいても角度補償および波長補償をおこなう方式が可能である。
以上に説明した、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式の3つの方式における具体的な制御方法について説明をする。いずれの場合にも、再生時に角度補償をおこなう方式、再生時に角度補償および波長補償をおこなう方式、記録時に角度補償をおこなう方式、記録時に角度補償および波長補償をおこなう方式、再生時および記録時のいずれにおいても角度補償をおこなう方式、再生時および記録時のいずれにおいても角度補償および波長補償をおこなう方式が可能である。
(再生時に角度補償をおこなう方式)
まず、ホログラム記録再生装置100の制御部60は、ホログラム記録再生装置100を再生装置として動作させ、記録時点において、あらかじめヘッダ情報として記録された記録時における温度を取得する。ここで、例えば、ヘッダ情報は記録密度を低くしておき、記録時と再生時との温度変化が大きい場合にも容易にヘッダ情報を読み取ることができるようになされている。このヘッダ情報は、時間をあまりおかず、ホログラム記録媒体50の温度が略等しいものである略同時期に書き込む記録データをブロック単位として、このブロックごとに付与されているものである。また、ホログラム記録媒体50のヘッダ領域にホログラム記録媒体50の記録層の温度膨張係数を、プリフォーマットとして、アドレスピット50cまたはホログラム情報として記録しておき、制御部60の記憶部のテーブルを用いることなく、式(1)に基づいて角度補償の情報を得るようにしても良い。
まず、ホログラム記録再生装置100の制御部60は、ホログラム記録再生装置100を再生装置として動作させ、記録時点において、あらかじめヘッダ情報として記録された記録時における温度を取得する。ここで、例えば、ヘッダ情報は記録密度を低くしておき、記録時と再生時との温度変化が大きい場合にも容易にヘッダ情報を読み取ることができるようになされている。このヘッダ情報は、時間をあまりおかず、ホログラム記録媒体50の温度が略等しいものである略同時期に書き込む記録データをブロック単位として、このブロックごとに付与されているものである。また、ホログラム記録媒体50のヘッダ領域にホログラム記録媒体50の記録層の温度膨張係数を、プリフォーマットとして、アドレスピット50cまたはホログラム情報として記録しておき、制御部60の記憶部のテーブルを用いることなく、式(1)に基づいて角度補償の情報を得るようにしても良い。
次に、現在のホログラム記録媒体50の温度を温度センサ51から読み取り、ヘッダ情報から読み取れる記録時の温度と温度センサ51からの温度差を制御部60で求め、制御部60に配された記憶部のテーブルから、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式であれば、この温度差に応じた参照光部分47のパターンの像を空間光変調器22に送出する。
また、対物レンズの位置を移動させる方式では、記録時と再生時との温度差に応じて、デフォーカス量に応じた値を設定し、さらに、デフォーカス量に応じたリレーレンズ39の移動すべき移動量(第1の処理方式)またはフォーカス量とイメージセンサ25の移動すべき移動量(第2の処理方式)のいずれかを設定する。これらの設定は、記憶部のテーブルを参照して、制御部60がおこなう。
また、リレーレンズの位置を移動させる方式では、リレーレンズアクチュエータ59に対して、記憶部のテーブルを参照して、制御部60が記録時と再生時との温度差に応じた制御信号を送出する。
(再生時に角度補償および波長補償をおこなう方式)
上述した、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式のいずれにおいても、記録時に較べて再生時の温度が上昇した時には記録再生用の光ビーム13の波長を短波長側に、記録時に較べて再生時の温度が下降したときには長波長側に光ビーム13の波長をシフトさせる。この場合の波長シフトの量は、記憶部に予めテーブルとして格納されており、制御部60が、レーザ光源20aに制御信号を送り図示しないモータを制御することによって光ビーム13の波長を所定値とできるものである。このようにして、角度補償とともに光ビーム13の波長補償をおこなうことによって、角度補償のみの場合に較べ、さらに、一度に再生できるホログラムの領域は大幅に広がる。
上述した、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式のいずれにおいても、記録時に較べて再生時の温度が上昇した時には記録再生用の光ビーム13の波長を短波長側に、記録時に較べて再生時の温度が下降したときには長波長側に光ビーム13の波長をシフトさせる。この場合の波長シフトの量は、記憶部に予めテーブルとして格納されており、制御部60が、レーザ光源20aに制御信号を送り図示しないモータを制御することによって光ビーム13の波長を所定値とできるものである。このようにして、角度補償とともに光ビーム13の波長補償をおこなうことによって、角度補償のみの場合に較べ、さらに、一度に再生できるホログラムの領域は大幅に広がる。
したがって、例えば、記録時と再生時との温度変化が比較的小さい時には角度補償による再生をおこない、記録時と再生時との温度変化が比較的大きい時には角度補償および波長補償による再生をおこなうことによって、再生の速度(転送レート)と再生信号の品質との整合性を得ることができるものである。すなわち、記録時と再生時との温度変化が比較的小さい時には角度補償のみによって1回のスキャンで1ページの記録データを読み出すことが可能となり、記録時と再生時との温度変化が比較的大きい時には角度補償および波長補償による再生をおこなうことによって1回のスキャンで1ページの記録データを読み出すことが可能となるものである。このようにして、ホログラム記録再生装置100における転送レートの向上を図ることができる。
(記録時に補償をおこなう方式)
上述したのは、再生時に角度補償または角度補償および波長補償をおこなうものであったが、再生時にホログラム記録媒体50の温度が管理できる場合。または、再生時のホログラム記録媒体50温度に応じて、再生時においても角度補償または角度補償および波長補償をおこなうものであれば、記録時に角度補償または角度補償および波長補償をおこなうこともできる。このようにすれば、ホログラム記録媒体50記録する際の温度をヘッダ情報として記録しておく必要がなくなる。
上述したのは、再生時に角度補償または角度補償および波長補償をおこなうものであったが、再生時にホログラム記録媒体50の温度が管理できる場合。または、再生時のホログラム記録媒体50温度に応じて、再生時においても角度補償または角度補償および波長補償をおこなうものであれば、記録時に角度補償または角度補償および波長補償をおこなうこともできる。このようにすれば、ホログラム記録媒体50記録する際の温度をヘッダ情報として記録しておく必要がなくなる。
この場合においては、現在のホログラム記録媒体50の温度を温度センサ51から読み取り、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式であれば、この温度差に応じた参照光部分47のパターンの像を空間光変調器22に送出する。また、対物レンズの位置を移動させる方式では、この温度に応じて、記録媒体上のデフォーカスの量を設定する。また、リレーレンズの位置を移動させる方式では、この温度に応じて、リレーレンズアクチュエータ59に対して制御信号を送出する。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、当然にその発明の技術的思想の範囲内で様々に変形して実施することが可能である。例えば、記録時の温度と再生時の温度差が小さい場合には角度補償と波長補償のいずれかを用い、記録時の温度と再生時の温度差が大きい場合には角度補償と波長補償の両方を用いる等の、角度補償と波長補償の任意の組み合わせが可能である。また、例えば、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式と対物レンズの位置を移動させる方式とを組み合わせる等も可能である。また、波長補償をおこなうに際しては、複数回、波長を異ならせて同一領域のホログラムの再生(複数回スキャン)をおこない、より良好なる再生特性を得ても良く、参照光パターンの表示を拡大もしくは縮小する方式、対物レンズの位置を移動させる方式、リレーレンズの位置を移動させる方式の3つの方式のいずれか、または、これらの組み合わせによって、複数回、参照光の入射角度を異ならせて同一領域のホログラムの再生(複数回スキャン)をおこない、より良好なる再生特性を得るようにしても良い。さらに、例えば、再生時に角度補償を用い、記録時には波長補償を用いる等の任意に組み合わせが可能である。
10、11 コアキシャル光学系、12 機構部、20、20a レーザ光源、22、22a 空間光変調器、24 対物レンズ、25 イメージセンサ、30 サーボ用光学系、33 光学装置、38、39 リレーレンズ、40 信号光、41 参照光、42 回折光、50 ホログラム記録媒体、51 温度センサ、54 対物レンズアクチュエータ、55 イメージセンサアクチュエータ、59 リレーレンズアクチュエータ、60 制御部、100 ホログラム記録再生装置
Claims (7)
- 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、
前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズのより内周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを縮小し、または、前記対物レンズのより外周部を前記参照光が通過するように前記参照光パターンの大きさを拡大して表示するように前記空間光変調器を制御する制御部と、
を備えるホログラム記録再生装置。 - 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
前記対物レンズと前記記録層との離間距離を所定の値に維持するフォーカス制御手段と、
前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサから検出された温度に応じて、前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離を制御する制御部と、
を備えるホログラム記録再生装置。 - 前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系を備え、前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離に応じて前記二個のレンズの間の距離を変化させることを特徴とする請求項2に記載のホログラム記録再生装置。
- 前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、
前記回折光によって生じる再生像を検出するイメージセンサと、
を備え、
前記対物レンズと前記記録層との前記離間距離に応じて前記イメージセンサと前記対物レンズとの間の距離を変化させることを特徴とする請求項2に記載のホログラム記録再生装置。 - 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
前記参照光を発生させるための参照光パターンを表示する空間光変調器と、
前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、
前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサから検出された温度に応じて、前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、
を備えるホログラム記録再生装置。 - 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、
前記回折光によって生じる再生像を検出するイメージセンサと、
前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記対物レンズと前記イメージセンサとの離間距離を制御する制御部と、
を備えるホログラム記録再生装置。 - 記録データに応じて変調された信号光と前記信号光と光源を同一とする参照光とを干渉させてホログラム記録媒体の記録層にホログラムを記録し、前記参照光を前記記録層に照射して発生する回折光から前記記録データを再生するホログラム記録再生装置であって、
前記信号光、前記参照光および前記回折光が通過する対物レンズと、
前記参照光または前記参照光および前記信号光を発生させるための光ビームを発生させる可変波長光源と、
前記対物レンズと前記空間光変調器との間に配される二個のレンズから形成されるリレーレンズ系と、
前記ホログラム記録媒体の温度を検出する温度センサと、
前記温度センサから検出された温度に応じて、前記可変波長光源からの光ビームの波長および前記リレーレンズ系を形成する前記二個のレンズの離間距離を制御する制御部と、
を備えるホログラム記録再生装置。
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