JP2005228415A - ホログラム記録方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
複数回の多重記録を正確に行えるとともに安定的に記録又は再生を行うことを可能にするホログラム記録方法を提供する。
【解決手段】
ホログラム記録方法は、ホログラム記録媒体に光干渉パターンを形成して情報を記録するホログラム記録方法であって、情報を担う情報パターンによって空間変調された信号光ビームを参照光ビームと干渉させて干渉ビームを生成する干渉ビーム形成工程と、干渉ビームをホログラム記録媒体の記録面上に照射して各々が情報パターンに対応する複数のホログラムの一群を形成する記録シーケンスを、複数回実行することで記録を完了する記録工程とを含み、記録工程において、１つの記録シーケンスとこれに続く後続記録シーケンスにおける信号光ビーム及び参照光ビームの少なくとも一方の変調状態が互いに異なる。
【選択図】 図１３

Description

本発明は光ビームの照射により情報の記録又は再生可能な記録層を有するホログラム記録媒体に関し、特にホログラム記録媒体への記録方法に関する。

高密度情報記録のために、２次元データを高密度記録できるホログラムが注目されている。このホログラムの特徴は、記録情報を担持する光の波面を、フォトリフラクティブ材料などの光感応材料からなる記録媒体に体積的に屈折率の変化として記録することにある。ホログラム記録媒体に多重記録を行うことによって記録容量を飛躍的に増大させることができる。多重記録には、角度多重や位相符号化多重などがあり、重畳したホログラムでも、干渉する光波の入射角度や位相を変えることにより、情報を多重記録することが可能である。

ホログラム記録媒体をディスク形状として利用し、位相符号化多重により、情報を超高密度で記録する光情報記録装置が開発されている（特許文献１参照）。ホログラムの干渉縞パターンを記録するには記録媒体と書き込み光との相対的静止状態での適度な露光の時間とエネルギが必要であるので、かかる従来技術は、移動する記録媒体の記録位置に、正確に露光し続ける方法を提供している。
特開２００２−１２３９４９号公報。

従来技術では１つのデータパターンのホログラムの記録ごとに位相変調器の変調状態を変化させて記録している。すなわち、記録時には、信号光用の空間光変調器は、記録する情報に応じて各画素毎に透過状態と遮断状態を選択して、通過する光を空間的に変調して、所定パターンの情報光を生成する。同時に参照光用の位相空間光変調器は、通過する光に対して、所定の変調パターンに従って、画素毎に、所定の位相を基準にして位相差０（ｒａｄ）かπ（ｒａｄ）を選択的に付与することによって、参照光の位相を空間的に変調して、光の位相が空間的に変調された記録用参照光を生成する。また、再生時には、信号光用の空間光変調器の全画素が遮断状態にされ、位相空間光変調器は、通過する光に対して、所定の変調パターンに従って、空間的位相が所定量だけ変調された参照光を生成する。

従来技術では、１つのデータパターンのホログラムを記録するごとに位相変調器の変調状態を切り替えていた。そのために、位相空間光変調器を駆動する回路への負担が大きくなり、その制御が複雑となる。

そこで、本発明の解決しようとする課題には、複数回の多重記録を正確に行えるとともに安定的に記録又は再生を行うことを可能にするホログラム記録方法を提供することが一例として挙げられる。

請求項１記載のホログラム記録方法は、ホログラム記録媒体に光干渉パターンを形成して情報を記録するホログラム記録方法であって、
前記情報を担う情報パターンによって空間変調された信号光ビームを参照光ビームと干渉させて干渉ビームを生成する干渉ビーム形成工程と、前記干渉ビームを前記ホログラム記録媒体の記録面上に照射して各々が前記情報パターンに対応する複数のホログラムの一群を形成する記録シーケンスを、複数回実行することで記録を完了する記録工程とを含み、
前記記録工程において、１つの記録シーケンスとこれに続く後続記録シーケンスにおける信号光ビーム及び参照光ビームの少なくとも一方の変調状態が互いに異なることを特徴とする。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

＜ホログラム記録媒体＞
図１は、本実施形態の一例であるディスク形状のホログラム記録媒体を示す。

ホログラムディスク２は、光透過性材料からなる円板板状の基板３と、基板の主面に担持された光感応材料からなる記録層４とからなる。

記録層４を通過する光により情報の記録又は再生可能となるように、光学干渉パターンを保存する記録層４を構成する光感応材料としてフォトリフラクティブ材料や、ホールバーニング材料、フォトクロミック材料などが用いられる。

基板３の記録層４が積層された反対側には反射層５が積層され、基板３は記録層４と反射層５の間に配置された分離層として機能する。透明基板は光の入射を妨げず、ホログラム記録媒体に適当な強度を付与し得るものであることが適当である。これにより、光が記録層４側から基板３、反射層５へ入射する型の光学記録媒体を構成することができる。基板を構成する材料としては、特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、ポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳなどのプラスチック、紫外線硬化型アクリル樹脂などが挙げられる。基板は、通常、０．１〜１．２ｍｍ程度の厚みを有することが適当である。この基板は、その両面又は片面に、アドレス情報などに対応した凹凸形状のピット及び／又は案内用の溝などが形成されていてもよい。それらのピッチは０．３〜１．６μｍ程度、高低差は３０〜２００ｎｍ程度が挙げられる。

反射層５の材料としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ又はそれらの合金が挙げられる。反射層５の膜厚は、例えば、３０〜１００ｎｍ程度が挙げられる。なお、これらの材料による膜は、スパッタリング法、蒸着法などの公知の方法により形成することができる。

また、記録層４の外側面には光透過性カバー層（図示せず）が設けられ得る。

基板３の反射層５との界面には、離れて交わることなく延在する複数のトラックＴとしてグルーブが形成されている。トラッキングサーボ制御を行うため、トラックＴは基板の中心に関してその上に螺旋状又は同心円状、或いは複数の分断された螺旋弧状に形成されている。当該界面はトラックが配置されたガイド層として機能する。トラッキングサーボは、記録及び再生時において、記録用の光ビーム（参照光及び信号光）ＬＳを反射層５の隣接トラックＴ間に追従させる。図１及び図２に示すように、例えば、直線上に並ぶ４つのサーボビームＳＢの光スポットの中央に記録用光ビームＬＳが位置するように、当該記録用光ビームＬＳの光軸を配置して、トラッキングサーボ制御し、隣接トラック間の鏡面部の上方の記録層４にてホログラムの記録を実行する。

トラッキングサーボは、光ビームを射出する光源、光ビームを反射層５に光スポットとして集光させその反射光を光検出器へ導く対物レンズを含む光学系などを備えたピックアップを用いて、検出された信号に応じて対物レンズをアクチュエータで駆動することにより、行われる。反射層上の光スポットの直径は、光ビーム波長と対物レンズの開口数(numerical aperture：NA)により決まる値 (いわゆる回折限界で、例えば０．８２λ/NAである（λ＝波長）が、収差が波長に比較して十分小さい場合は、光の波長と開口数だけで決定される)まで、絞り込まれるように設定される。すなわち、対物レンズから照射される光ビームは、そのビームウエストの位置に反射層が位置するときに合焦となるように、使用される。グルーブの幅は、光スポットからの反射光を受光する光検出器の出力、例えばプッシュプル信号に応じて適宜設定される。

図２に示すように、反射層５のトラックＴのトラックピッチＰｘは、光ビームＬＳのスポット上方に記録されるホログラムＨＧの多重度から決まる所定距離として設定される。ホログラムの多重度は、記録媒体の性質や対物レンズのＮＡなどによって決まる。例えば、文献「D. Psaltis, M. Levene, A. Pu, G. Barbastathis and K. Curtis; "Holographic storage using shift multiplexing" OPTICS LETTERS Vol. 20, No. 7 (April 1, 1995) pp.782-784」は、球面参照波を用いた場合に隣接ホログラムを独立に分離できる理論上の最小距離、すなわちシフト多重記録方式における最小移動距離は、信号光の波長、対物レンズと記録媒体との距離、記録媒体の膜厚、信号光と球面参照波の交差角、対物レンズの開口数で決定されることを示している。現実の記録媒体では、ほぼ同一位置に前記録ホログラムと後記録ホログラムを重ねた場合、前記録ホログラムの一部が後記録ホログラムにより消去される現象が発生する。実際のシフト多重記録方式ホログラムシステムにおける最大多重度すなわち記録媒体中の同一体積中に最大で幾つの独立したホログラムが記録可能であるかを示す値（回数）は、上記のように媒体や装置構成で決定される。最小のトラックピッチＰｘ（すなわち最小シフト距離）は、記録されるホログラム領域の差し渡しを最大多重度で除したもので設定される。トラックピッチＰｘは、最小シフト距離以上で設定される。

本実施形態における記録用光ビームＬＳの正確な位置決めを行うために、トラックＴの伸長方向において各々がマークピッチＰｙ１で離間しかつ、マークピッチＰｙ１がトラックピッチＰｘの関数となるｙ方向位置決めマークＭを、反射層５上に形成する。通常の光ディスクにおいてはトラックの伸長方向（ｙ方向）に垂直な方向（ｘ方向）の位置決め（トラッキングサーボ）だけなので、ｘ及びｙ方向における位置を正確に決めることはできないが、本実施形態ではトラック構造にｙ方向の位置決めに用いるｙ方向位置決めマークＭを設けることによって正確な複数回の多重記録を達成できる。

例えば、同一トラック上のｙ方向位置決めマークＭのマークピッチＰｙ１は、トラックピッチＰｘの略整数倍の大きさとする。一方、隣接トラックでのｙ方向位置決めマークＭ同士のｙ方向の隣接ピッチＰｙ２をトラックピッチＰｘと略同一長さとする。このホログラムディスクのトラック構造により、隣接する記録すべきトラック間へ光スポットを正確に移動させることができる。

上記実施形態では、ガイド層（反射層５）と記録層４とが分離層（基板３）を介して積層された構造のホログラム記録媒体を示したが、図３に示すように、更なる実施形態のホログラム記録媒体では、分離層を設けずに、トラックＴ、ｙ方向位置決めマークＭなどを形成した基板３ａの上に、反射層５、記録層４及び光透過性カバー層６を順次積層した構造とすることもできる。また、この例の変形例として、反射層５及び記録層４間に分離層を設けたホログラム記録媒体も得られる。

ｙ方向位置決めマークＭの形状はいくつかの形態が考えられるがサーボ用ビームによって検知可能な形状であればよい。例えば、図１及び図２に示すように、トラックの欠落部分とした鏡面部とするほかに、ｙ方向位置決めマークＭの形状は、トラックの幅の拡大部分としたり、トラックの側面を一部欠落させた切欠部としたり、互いに隣接するトラックＴ間に配置されたピットとして構成できる。

ｙ方向位置決めマークＭは凹凸部のピット形状であっても良いし、明暗パターンのマークであってもよい。サーボビームＳＢのスポットによりｙ方向位置決めマークＭの情報を読み出すことができるので、トラック伸張方向とその垂直方向とのマークピッチ及びトラックピッチを識別することができるのと同時に同期信号も得ることができる。

トラック構造全体は何重かのスパイラル構造を持つ場合と同心円構造を持つことができる。

＜ホログラム記録再生装置＞
図４は本発明を適用したホログラム記録媒体の情報を記録又は再生する記録再生装置の概略構成の例を示す。

図４のホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体のディスク２をターンテーブルを介して回転させるスピンドルモータ２２、ホログラムディスク２から光ビームによって信号を読み出すピックアップ２３、該ピックアップを保持し半径方向（ｘ方向）に移動させるピックアップ駆動部２４、第１レーザ光源駆動回路２５、位相変調器駆動回路ＰＭＣ、空間変調器駆動回路２６、再生信号検出処理回路２７、サーボ信号処理回路２８、フォーカスサーボ回路２９、ｘｙ方向移動サーボ回路３０、ピックアップ駆動部２４に接続されピックアップの位置信号を検出するピックアップ位置検出回路３１、ピックアップ駆動部２４に接続されこれに所定信号を供給するスライダサーボ回路３２、スピンドルモータ２２に接続されスピンドルモータの回転数信号を検出する回転数検出部３３、該回転数検出部に接続されホログラムディスク２の回転位置信号を生成する回転位置検出回路３４、並びにスピンドルモータ２２に接続されこれに所定信号を供給するスピンドルサーボ回路３５を備えている。

ホログラム記録再生装置は制御回路３７を有しており、制御回路３７は第１レーザ光源駆動回路２５、位相変調器駆動回路ＰＭＣ、空間変調器駆動回路２６、再生信号検出処理回路２７、サーボ信号処理回路２８、フォーカスサーボ回路２９、ｘｙ方向移動サーボ回路３０、ピックアップ位置検出回路３１、スライダサーボ回路３２、回転数検出部３３、回転位置検出回路３４、並びにスピンドルサーボ回路３５に接続されている。制御回路３７はこれら回路からの信号に基づいて、これら駆動回路を介してピックアップに関するフォーカスサーボ制御、ｘ及びｙ方向移動サーボ制御、再生位置（ｘ及びｙ方向の位置）の制御などを行う。制御回路３７は、各種メモリを搭載したマイクロコンピュータからなり装置全体の制御をなすものであり、操作部（図示せず）からの使用者による操作入力及び現在の装置の動作状況に応じて各種の制御信号を生成するとともに、使用者に動作状況などを表示する表示部（図示せず）に接続されている。また、制御回路３７は外部から入力された記録すべきデータの符号化などの処理をし所定信号を空間変調器駆動回路２６に供給して記録シーケンスを制御する。更にまた、制御回路３７は、再生信号検出処理回路２７からの信号に基づいて復調及び誤り訂正処理をなすことにより、ホログラムディスクに記録されていたデータを復元する。更に、制御回路３７は、復元したデータに対して復号処理を施すことにより、情報データの再生を行いこれを再生情報データとして出力する。

図５及び図６は当該記録再生装置のピックアップの概略構成に示す。ピックアップ２３は、ホログラムの記録及び再生用の第１レーザ光源ＬＤ１、第１コリメータレンズＣＬ１、第１ハーフミラープリズムＨＰ１、位相変調器ＰＭ、第２ハーフミラープリズムＨＰ２、空間変調器ＳＬＭ、ＣＣＤや相補型金属酸化膜半導体装置などのアレイからなる像検出センサＣＭＯＳを含む再生信号検出部、第３ハーフミラープリズムＨＰ３及び第４ハーフミラープリズムＨＰ４の記録再生光学系と、ホログラムディスク２に対する光ビームの位置をサーボ制御（ｘｙｚ方向移動）するための第２レーザ光源ＬＤ２、第２コリメータレンズＣＬ２、サーボ用光ビームのマルチビームを生成するグレーティングなど回折光学素子ＧＲ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、１／４波長板１／４λ、カップリングレンズＡＳ、及び光検出器ＰＤを含むサーボ信号検出部のサーボ系と、ダイクロイックプリズムＤＰ及び対物レンズＯＢの共通系と、を含み、これらの系は対物レンズＯＢを除いてほぼ共通の平面上に配置されている。

図５及び図６に示すように、第１、第３及び第４ハーフミラープリズムＨＰ１、ＨＰ３、ＨＰ４のハーフミラー面は平行となるように配置されるとともに、これらハーフミラー面の法線方向において第２ハーフミラープリズムＨＰ２、ダイクロイックプリズムＤＰ及び偏光ビームスプリッタＰＢＳのハーフミラー面、分離面が平行となるように配置されている。これら光学部品は、第１及び第２レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２からの光ビームの光軸（一点鎖線）がそれぞれ記録及び再生光学系並びにサーボ系に延在し、共通系でほぼ一致するように配置されている。

第１レーザ光源ＬＤ１は第１レーザ光源駆動回路２５に接続され、射出する光ビームの強度を記録時には強く再生時には弱くするように、同回路によりその出力を調整がされる。

空間変調器ＳＬＭはマトリクス状に分割された複数の画素電極を有する液晶パネルなどで電気的に入射光の一部を反射する機能、又はすべて透過して無反射状態とする機能を有する。空間変調器ＳＬＭは空間変調器駆動回路２６に接続され、記録すべきページデータ（平面上の明暗ドットパターンなどの２次元データの情報パターン）に基づいた分布を有するように光ビームを強度変調かつ反射して、信号光を生成する。

位相変調器ＰＭはマトリクス状に分割された複数の画素電極を有する液晶パネルなどで電気的に入射光の一部を透過しつつ位相差を付与し変調する機能、又はすべて透過して無変調状態とする機能を有する。位相変調器ＰＭは位相変調器駆動回路ＰＭＣに接続され、入力された位相変調パターンに基づいた分布を有するように透過光ビームを位相変調して、参照光を生成する。この際、位相変調器ＰＭにおける位相変調パターンを記録シーケンス毎に変化させて透過光を位相変調する。これにより、ホログラムの一群毎の位相変調パターンに起因する干渉パターンが媒体に多重記録される。

像検出センサＣＭＯＳを含む再生信号検出部は再生信号検出処理回路２７に接続されている。

更に、ピックアップ２３には、対物レンズＯＢを自身の光軸に平行な方向（ｚ方向）、トラックに平行方向（ｙ方向）及び垂直な方向（ｘ方向）に移動させる対物レンズ駆動部３６が備えられている。

光検出器ＰＤはサーボ信号処理回路２８に接続され、フォーカスサーボ用並びにｘ及びｙ方向移動サーボ用にそれぞれが４分割された４つの受光素子を有する。光検出器ＰＤのフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの出力信号はサーボ信号処理回路２８に供給される。

サーボ信号処理回路２８においては、フォーカスエラー信号からフォーカシング駆動信号が生成され、これが制御回路３７を介してフォーカスサーボ回路２９に供給される。フォーカスサーボ回路２９は駆動信号に応じて、ピックアップ２３に搭載されている対物レンズ駆動部３６のフォーカシング部分を駆動し、そのフォーカシング部分はホログラムディスクに照射される光スポットの焦点位置を調整するように動作する。

更に、サーボ信号処理回路２８においては、ｘ及びｙ方向移動駆動信号が発生され、これらがｘｙ方向移動サーボ回路３０に供給される。ｘｙ方向移動サーボ回路３０は、ｘ及びｙ方向移動駆動信号に応じてピックアップ２３に搭載されている対物レンズ駆動部３６を駆動する。よって、対物レンズはｘ、ｙ及びｚ方向の駆動信号による駆動電流に応じた分だけ駆動され、ホログラムディスクに照射される光スポットの位置が変位する。

制御回路３７は、操作部又はピックアップ位置検出回路３１からの位置信号及びサーボ信号処理回路２８からのｘ方向移動エラー信号に基づいてスライダ駆動信号を生成し、これをスライダサーボ回路３２に供給する。スライダサーボ回路３２はピックアップ駆動部２４を介して、そのスライダ駆動信号による駆動電流に応じピックアップ２３をディスク半径方向に移送せしめる。

回転数検出部３３は、ホログラムディスク２をターンテーブルで回転させるスピンドルモータ２２の現回転周波数を示す周波数信号を検出し、これに対応するスピンドル回転数を示す回転数信号を生成し、回転位置検出回路３４に供給する。回転位置検出回路３４は回転数位置信号を生成し、それを制御回路３７に供給する。制御回路３７はスピンドル駆動信号を生成し、それをスピンドルサーボ回路３５に供給し、スピンドルモータ２２を制御して、ホログラムディスク２を回転駆動する。

＜ホログラム記録方法＞
上記ホログラム記録再生装置を用いた、ホログラムディスクに光ビームを照射して情報を記録する方法を説明する。

記録時には、図７に示すように、第１レーザ光源ＬＤ１からの所定強度のコヒーレント光は第１ハーフミラープリズムＨＰ１により、参照光用と信号光用に分離される（両ビームは破線で示し、光路説明のために図６の光軸からずらして示してある）。

信号光ビームは第２ハーフミラープリズムＨＰ２を透過し、空間変調器ＳＬＭの反射面の法線に沿って入射する。空間変調器ＳＬＭで所定変調され反射された信号光は、再び第２ハーフミラープリズムＨＰ２に入射し反射して、第４ハーフミラープリズムＨＰ４へ向かう。

参照光ビームは位相変調器ＰＭを通過し、所定の位相変調パターンで位相変調され、第３ハーフミラープリズムＨＰ３で反射され、第４ハーフミラープリズムＨＰ４へ向かう。

参照光と信号光は第４ハーフミラープリズムＨＰ４にて合流する。合流した２つの光ビームはダイクロイックプリズムＤＰを通過し、対物レンズＯＢによってホログラムディスク２に集光されホログラムが記録される。

本実施形態のホログラムの記録では、複数の記録シーケンスに分け、当該記録シーケンスがホログラムの一群毎に逐次に行われる。さらに、記録層において最も光照射履歴回数の最も少ない部位から、順次、記録を行うこととする。

例えば、特定エリアを２回の記録シーケンスにより最大多重度の記録密度まで記録する場合を説明する。なお、特定エリアとは記録層全面、或いは部分的に決まった記録エリア、セクタ、アドレス領域などのブロックであってもよい。

各記録シーケンスでは、図８に示すようにトラックピッチよりも大きなホログラム記録ピッチ（４つのトラックＴのピッチ分）Ｇ上でホログラムの一群の列を記録する。各ホログラムの一群の記録が完了するまでは個々のホログラムを記録する記録時間は一定でよい。この場合、記録用のレーザパワー、もしくは記録時間は所定の一定値とする。この記録時間はホログラムの多重記録時間と変調度との関係から決めることができる。

先ず、図９に示すように、第１ホログラム群の記録シーケンスはトラック間Ｇの４本ごとの上で重なり部分が最小となるように複数のホログラム（中心Ｃ１）を順次記録して、ホログラムが敷き詰められるまで繰り返す。第１ホログラム群の記録シーケンスの場合、例えば、図１０に示すような位相変調器ＰＭの第１の位相変調パターンで透過光を位相変調し第１の参照光を生成する。そして、最小多重部分がホログラム（中心Ｃ１）間に残る。

次に、図１１に示すように、第２ホログラム群の記録シーケンスも第１ホログラム群同様にホログラム記録ピッチで複数のホログラム（中心Ｃ２）の列を順次記録する。第２ホログラム群の記録シーケンスの場合、例えば、図１２に示すような位相変調器ＰＭの第２の位相変調パターンで透過光を位相変調し第２の参照光を生成する。

例えば、第２ホログラム群の記録シーケンスの場合、図１３に示すように、記録シーケンス開始工程が行われると（Ｓ１）、ｘｙｚ方向サーボ制御及びスピンドルサーボ制御が実行され（Ｓ２）、位相変調器を所定の位相変調パターンで駆動して透過光を位相変調する工程が実行される（Ｓ３）。そして、空間変調器を駆動し最大多重度以下の低い密度のなるような広いピッチで記録を開始して（Ｓ４）、所定の記録エリア例えば１つのホログラムの一群の記録完了を検知するまで、記録シーケンスを保持する（Ｓ５）。次に、記録完了を検知したか否かを判断し（Ｓ６）、検知すれば終了し（Ｓ７）、さもなければ、位相変調実行工程（Ｓ３）へ戻る。次の記録シーケンス以降の記録も同様に行い、最大多重度の密度となるまで記録を行う。

なお、すでに第１ホログラム群の記録が行われた部分に第２ホログラム群の記録を行う場合、第１ホログラム群のホログラムのちょうど中間（最小多重部分）で、第１及び第２ホログラム群の多重部分が全く同一になるように記録する。この記録時間の決定方法は、ホログラムの一般的な多重記録方式と同様に、各ページの回折効率が一定になるようにスケジューリング記録を行うが、ホログラムの一群ごとに記録時間を設定すればよいため制御が簡便になる。

このように、この実施例では、参照光生成光学系側に位相変調器ＰＭを配置し、ホログラムの複数の群の各々に同期して位相変調器ＰＭにそれぞれ位相変調パターンを与え、参照光を記録シーケンス毎に位相変調する制御を行う、すなわち、ホログラムの一群毎の多重記録では参照光の位相変調は一定であるが、記録シーケンスごとは異なる位相変調パターンで行う。位相変調パターンは記録シーケンス毎のホログラムの記録中は固定である。当然、別のホログラムの一群を記録する場合には別の位相変調パターンに変更できるが、その記録シーケンス中、変調パターンは固定されている。

＜ホログラム再生方法＞
一方、再生時には、図１４に示すように、記録時と同様に光は第１ハーフミラープリズムＨＰ１により参照光ビームと信号光ビームに分離されるが、ホログラムの再生は参照光ビームのみで行う。空間変調器ＳＬＭを無反射状態（透過状態）にすることで、第３ハーフミラープリズムＨＰ３からの参照光だけが、ダイクロイックプリズムＤＰ及び対物レンズＯＢを通過し、ホログラムディスク２に入射される。

この時、参照光が記録時に設定したのと同じ位相変調状態になるように位相変調器ＰＭを駆動し、所定の位相変調状態の参照光ビームを生成する。換言すれば、記録された前回のホログラムの一群のホログラムを再生する場合はそのホログラムが記録された時の参照光の位相変調と同一な位相波面になるように位相変調器ＰＭのパターンを切り替えて駆動する。

ホログラムディスク２から発生する再生光（二点鎖線）は、対物レンズＯＢ、ダイクロイックプリズムＤＰ、第４ハーフミラープリズムＨＰ４及び第３ハーフミラープリズムＨＰ３を透過し、像検出センサＣＭＯＳに入射する。像検出センサＣＭＯＳはその出力を再生信号検出処理回路２７に送出して、そこで生成した再生信号を制御回路３７に供給して記録されていたページデータを再生する。

なお、本実施形態では、複数ビームの内のいくつかを用いてｘ方向のトラックに対物レンズを追従させるｘ方向サーボを行い、複数ビームの１つを用いてｙ方向位置決めマークＭに追従するｙ方向サーボを行い上記のホログラムの記録及び再生を実行する。位置決めサーボ制御において、回折光学素子ＧＲにより第２レーザ光源ＬＤ２からの光を複数のサーボ用サブビーム（サーボビーム）に分割し、それぞれのサーボビームからの戻り光を受光するそれぞれの受光面を含む４分割光検出器ＰＤの出力を元に演算して、ｘ、ｙ及びｚの３軸に対物レンズを駆動できる３軸アクチュエータ（対物レンズ駆動部３６）を駆動する信号を生成する。

記録及び再生時ともに、図７及び図１４などに示すように、サーボ制御のための第２レーザ光源ＬＤ２は第１レーザ光源ＬＤ１とは別の波長のコヒーレント光を射出する。第２レーザ光源ＬＤ２からのサーボビーム（細実線）はＰ偏光（紙面平行を示す双方向矢印）として、第２コリメータレンズＣＬ２、回折光学素子ＧＲ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ及び１／４波長板１／４λのサーボ検出用光路に導かれるが、対物レンズＯＢの直前でダイクロイックプリズムＤＰにより信号光ビーム及び参照光ビームに合流される。サーボビームはダイクロイックプリズムＤＰで反射された後、対物レンズＯＢで集光されホログラムディスク２に入射する。ホログラムディスク２からの反射したサーボビームの対物レンズＯＢへの戻り光は１／４波長板１／４λを通過してＳ偏光（紙面垂直を示す中黒波線丸）となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳ及びカップリングレンズＡＳを経て、サーボ用光検出器ＰＤの受光面の法線に沿って入射する。

また特に図示しないが、ｚ方向のサーボ（フォーカスサーボ）は通常の光ピックアップで用いられている方式が用いられる。サーボ用の光検出器ＰＤが４分割受光面を有していることからプッシュプル法、非点収差法などを用いることができる。

本実施形態によれば、多重記録によってもっと近接するホログラム同士が別の位相波面を持つ参照光により記録されているため、再生時には隣接するホログラムからのクロストークが少なくなる。そのため多重度を上げても読み出しエラーが多くなることがない。

また、位相変調器の切り替えが多重度を落とした記録媒体全面記録、もしくは特定エリアの記録ごとに切り替えればよいため制御が簡単である。なお、ここでは２回の記録シーケンスで最大多重度となる記録方式を説明したが複数回の記録シーケンスで最大多重になる場合でも同様である。記録シーケンスごとに参照光の位相変調を行ってもよいし、最終的にもっとも近接するホログラムを記録する時だけ位相変調を切り替えることができる。

＜他の実施形態＞
上記実施例では、参照光生成光学系側に位相変調器ＰＭを配置し、ホログラムの一群毎に同期して位相変調器ＰＭに位相変調パターンを与え、参照光をホログラムの一群毎に位相変調する制御を行うが、位相変調器駆動回路ＰＭＣを用いずに位相変調器ＰＭを装備しない図１５に示すピックアップを含む第２実施例もある。

第２実施例は、図４〜図７などに示す位相変調器ＰＭ及び位相変調器駆動回路ＰＭＣをを省略した以外、上記実施例と同一の構成を有する。

第２実施例は、例えば、図９に示す第１ホログラム群の記録シーケンスは、図１６に示すように、空間変調器駆動回路２６から供給される高い解像度の空間変調器ＳＬＭのページデータで、図１１に示す第２ホログラム群の記録シーケンスは、図１７に示すように、低い解像度の空間変調器ＳＬＭのページデータで、すなわち、ホログラムの一群ごとに異なる解像度で、行われる。この際、ホログラムの一群毎の信号光のページデータの所定解像度は一定である。

この場合、図１８に示すように、記録シーケンス開始工程が行われると（Ｓ１１）、ｘｙｚ方向サーボ制御及びスピンドルサーボ制御が実行され（Ｓ１２）、空間変調器の解像度を選択する工程が実行される（Ｓ１３）。そして、最大多重度以下のピッチで記録開始して（Ｓ１４）、例えばホログラムの一群の１つの記録完了を検知するまで、記録シーケンスを保持し、検知したとき終了する（Ｓ１５）。次に、記録済みのエリアをベリファイし媒体の状況確認工程が実行される（Ｓ１６）。記録完了を検知したか否かを判断し（Ｓ１７）、検知すれば終了し（Ｓ１８）、さもなければ、解像度選択工程（Ｓ１３）へ戻る。次の記録シーケンス以降の記録も同様に行い、最大多重度となるまで記録を行う。再生時には、いずれの記録シーケンスにおいても位相変調していない無変調の参照光により行う。

なお、いずれの実施例においても、ホログラム記録媒体の劣化度合いによって多重記録する情報のデーター量を変化させる記録制御方式としてもよい。

また、上記実施形態においては、記録媒体として図１９に示すようなホログラムディスク２を例に説明したが、ホログラム媒体の形状は円盤状に限定されるものではなく、例えば、図２０に示すようなプラスチックなどからなる矩形状平行平板の光カード２０ａであっても良い。かかる光カードにおいても、トラックは基板の例えば重心に関してその上に螺旋状もしくは螺旋弧状又は同心円状に形成されもよいし、トラックが基板上に平行に形成されていよい。また、記録媒体の形態はディスク、カードなど種々の形状で構成できるが、図２１に示すように、記録層を含むディスク型ホログラム記録媒体２０ｃをカートリッジＣＲに収納して、その開閉自在のシャッタ（図示せず）を取り付けた開口部からアクセス可能とすることもできる。

本発明の記録方法では、上述したようなホログラム記録媒体において、第１ホログラム群から記録を開始し、ホログラムの一群ごとに順次、隣接トラック間に記録する。これにより、隣接するホログラムの群における隣接ホログラムの中心が必ず変位した状態となる。したがって、記録又は再生光をフォーカスさせたときに、記録光ビームに近いホログラム中心の屈折率が一定の状態が保たれ、その屈折率を乱す要因が減少し、常に一定の記録又は再生光強度によって、常に最適な条件下で記録又は再生を行うことが可能となる。また、その信号を再生した時の信号品質も安定して高い信号強度特性が得られることになる。

なお、本発明の記録方法では、記録しないで飛ばして記録してもよい。つまり、４つのホログラムの群で記録が可能であっても、例えば第３のホログラムの群は記録せず、第１、第２及び第４のホログラムの群のみ記録し、たとえば、第４のホログラムの群から記録シーケンスを開始し、次いで、第２、第１のホログラムの群の記録シーケンスを実行することができる。これにより、上記と同様に高い信号品質を維持することもできる。

本発明のホログラム記録媒体の記録方法では、上述したように、ホログラム記録媒体の全面に対して行ってもよいし、例えば、ブロックごとに行ってもよい。つまり、媒体を複数のブロックごとに分画しておき、１つのブロックにおいて、記録シーケンスを行い、続いて、異なるブロックに対して、同様に記録を行い、さらに異なるブロックに対して行っていってもよい。

なお、本発明のような記録方法を行うために、ホログラム記録媒体に、記録層への記録順序を識別し得る情報識別領域を設けておくことができる。この情報識別領域は、媒体のどのような位置に形成されていてもよく、水平方向（中央、端部、外周部、内周部など）のどのような位置に形成されていてもよい。例えば、ホログラム記録媒体の外周又は内周部に情報ピットとして、基板に凹凸をエンボス状に設けてもよいし、記録層自体に記録情報として記録していてもよい。さらに、ホログラム記録媒体がカートリッジに収納されているタイプのものであって、そのカートリッジに凹凸、情報識別孔などが設けられたものであってもよい。これにより、記録を始める前に、予め情報識別領域からの情報を読み取って記録手順を選択し、この情報に応じて、最適の記録方法を選択することができる。

さらに、本発明の記録方法を行うために、記録再生装置において、上記のようなホログラム記録媒体から識別情報を読み取り、記録手順を判別し得る記録方法識別手段を備えることができる。記録方式識別手段としては、媒体の所定の領域に光を入射し、その光の透過率、反射率など又は基板に形成されたエンボス状などの情報ピットを認識し得る手段（例えば、光検出器など）、カートリッジなどに形成された凹凸又は識別孔を認識し得る手段などを利用することができる。これにより、ホログラム記録媒体から識別情報を読み取り、記録手順を判別し、最適の記録方法を選択することができる。

本実施形態によれば、多重回数を複数回（複数記録シーケンス）に分けて記録し、その記録シーケンスごとに参照光及び信号光の少なくとも一方の変調状態（位相状態、解像度etc.）を切り替え、もしくは最も隣接するホログラムを記録するときのみ、その変調状態を切り替えるので、多重記録によってもっとも近接するホログラム同士が別の位相波面を持つ参照光により記録されているため、再生時には隣接するホログラムからのクロストークが少なくなる。そのため多重度を上げても読み出しエラーが多くなることがない。

変調状態の切り替えが、ホログラムの一群毎の多重度を落とした記録媒体全面記録、もしくは特定エリアの記録ごとに切り替えればよいため、その制御が簡単である。また、参照光の位相変調パターンも少なくてよいので、それらの回路的負担も少ない。

さらに、位相変調器を用いない場合、ホログラムの多重回数によって空間変調器の解像度を切り替えることができるので、多重記録によって媒体劣化が生じた場合でも、後に多重する情報の記録密度を下げることによって変調度やエラーレートを劣化させることなく記録再生することができる。

また、本実施形態によれば、ホログラムの最小シフト距離以上に設定された第１ピッチを有するトラックにおいて、ホログラムの一群ごとにまとめて記録を行うことによって、記録しようとする隣接トラック間又は記録マーク間において記録マークの中心が存在しないこととなり、一定の記録パワーで常に最適の記録条件で記録することができる。よって、十分な再生信号強度を確保することができる。しかも、ブロックごとに記録を行う場合には、より迅速に記録を行うことができる。さらに、ホログラム記録媒体が、記録層への記録順序を識別し得る情報識別領域を備えている場合には、予め情報識別領域からの情報を読み取って記録手順を選択することができ、最適な記録条件を容易に選択することが可能となる。

本発明による実施形態のホログラムディスクのトラック構造を示す概略部分斜視図。 本発明による実施形態のホログラムディスクのトラック構造を示す概略部分平面図。 本発明による他の実施形態のホログラムディスクを示す概略部分断面図。 本発明による実施形態のホログラムディスクの情報を記録又は再生する記録再生装置の概略構成を示すブロック図。 本発明による実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップの概略を示す概略斜視図。 本発明による実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップの概略を示す構成図。 本発明による実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップの概略を示す構成図。 本発明による実施形態のホログラム記録媒体のトラックと記録手順を示す平面図。 本発明による実施形態のホログラム記録媒体のトラックと記録手順を示す平面図。 本発明による実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップにおける位相変調器を示す正面図。 本発明による実施形態のホログラム記録媒体のトラックと記録手順を示す平面図。 本発明による実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップにおける位相変調器を示す正面図。 本発明による実施形態のホログラム記録媒体の記録手順を示すフローチャート。 本発明による実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップの概略を示す構成図。 本発明による他の実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップの概略を示す構成図。 本発明による他の実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップにおける空間変調器を示す正面図。 本発明による他の実施形態のホログラムディスクの情報を記録再生する記録再生装置のピックアップにおける空間変調器を示す正面図。 本発明による他の実施形態のホログラム記録媒体の記録手順を示すフローチャート。 本発明による実施形態のホログラムディスクを示す斜視図。 本発明による他の実施形態のホログラム光カードを示す斜視図を示す斜視図。 本発明による他の実施形態の光ディスクを示す斜視図。

符号の説明

２…ホログラムディスク
３…基板
４…記録層
５…ガイド層（反射層）
６…カバー層
２０ａ…光カード
２２…スピンドルモータ
２３…ピックアップ
２４…ピックアップ駆動部
２５…第１レーザ光源駆動回路
２６…空間変調器駆動回路
２７…再生信号検出処理回路
２８…サーボ信号処理回路
２９…フォーカスサーボ回路
３０…ｘｙ方向移動サーボ回路
３１…ピックアップ位置検出回路
３２…スライダサーボ回路
３３…回転数検出部
３４…回転位置検出回路
３５…スピンドルサーボ回路
３６…対物レンズ駆動部
３７…制御回路
ＨＧ…ホログラム
Ｔ…トラック
ＬＳ…光ビーム
Ｍ…ｙ方向位置決めマーク
ＬＤ１…第１レーザ光源
ＣＬ１…第１コリメータレンズ
ＨＰ１…第１ハーフミラープリズム
ＰＭ…位相変調器
ＳＬＭ…空間変調器
ＨＰ２…第２ハーフミラープリズム
ＨＰ３…第３ハーフミラープリズム
ＨＰ４…第４ハーフミラープリズム
ＣＭＯＳ…像検出センサ
ＬＤ２…第２レーザ光源
ＣＬ２…第２コリメータレンズ
ＰＢＳ…偏光ビームスプリッタ
１／４λ…１／４波長板
ＡＳ…カップリングレンズ
ＰＤ…光検出器
ＤＰ…ダイクロイックプリズム
ＯＢ…対物レンズ

Claims (9)

1. ホログラム記録媒体に光干渉パターンを形成して情報を記録するホログラム記録方法であって、
   前記情報を担う情報パターンによって空間変調された信号光ビームを参照光ビームと干渉させて干渉ビームを生成する干渉ビーム形成工程と、前記干渉ビームを前記ホログラム記録媒体の記録面上に照射して各々が前記情報パターンに対応する複数のホログラムの一群を形成する記録シーケンスを、複数回実行することで記録を完了する記録工程とを含み、
   前記記録工程において、１つの記録シーケンスとこれに続く後続記録シーケンスにおける信号光ビーム及び参照光ビームの少なくとも一方の変調状態が互いに異なることを特徴とするホログラム記録方法。
2. 前記記録工程においては、前記ホログラムの一群の空間的位置が互いに少なくとも一部重複していることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録方法。
3. 前記ホログラムの一群は互いに並置されている長手領域であることを特徴とする請求項２記載のホログラム記録方法。
4. 前記参照光ビームの変調状態は、前記参照光ビームに付与される位相変調パターンに基づき位相変調されて得られることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録方法。
5. 前記信号光ビームの変調状態は、前記信号光ビームに付与される前記情報パターンの総データ数を変更して強度変調されることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録方法。
6. 前記記録工程は、前記ホログラムの一群の内の光照射履歴回数のより少ないホログラム部分に、順次、記録シーケンスを行うことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のホログラム記録方法。
7. 前記ホログラム記録媒体内に、前記記録層への記録順序を示す情報を含む情報識別領域を形成する工程を更に含み、前記情報識別領域からの情報を予め読み取って記録順序を決定する工程を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のホログラム記録方法。
8. 前記記録工程においては、前記記録シーケンスを前記ホログラムの一群の空間的位置の並び順に実行することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のホログラム記録方法。
9. 前記記録工程においては、前記ホログラム記録媒体内に、前記ホログラムの一群が螺旋状もしくは螺旋弧状又は同心円状に配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のホログラム記録方法。
   
   

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