JP2006177995A - ホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及び再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
２つのレーザ光を用いる場合であっても、露光時間をできるだけ長くしつつ記録再生することができるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及び再生方法を提供すること。
【解決手段】
本発明に係るホログラム記録再生装置は、サーボ用光源１３１からのレーザ光は振動させず、記録再生用光源１１１からのレーザ光のみが振動する。したがって、２つのレーザ光を用いる方式であっても、サーボ用レーザ光で各種信号パターンを確実に読み出して記録再生用レーザ光を目標トラックに照射させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラフィ技術によりデータを記録するホログラム記録装置、記録された信号を再生するホログラム再生装置、その記録方法及び再生方法に関する。

ホログラムにおけるデータ記録では、変調された（データが重畳された）信号光、変調されない参照光の２つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子（ホログラム）が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。

ホログラム記録再生装置には、例えば赤色レーザ及び青色レーザの両方を用いてデータの記録する方式がある。赤色レーザは、記録媒体に予めピット記録されたアドレスサーボ用のパターンを読み出して目標アドレスにアクセスするのに用いられる。青色レーザは、上記アドレスサーボパターンとは別の層にあるホログラム記録層にデータを記録するのに用いられる。

ホログラム記録再生装置では、記録時または再生時のビームの位置及び角度が一定で、かつその再現性が求められる。一方、ディスク型の記録再生装置では、一般に記録媒体となるディスクが定速回転しながら記録または再生（以下、単に記録再生という。）が行われる。例えば光ディスクでは、ピットが１つ１つ記録されるごとに光ディスクが回転したり停止したりする、ということはない。これは、ディスクが急加速したり急減速したりすることは、ディスクのイナーシャが大きいため、過大なエネルギー消費となるからである。

このような装置でホログラムを記録再生するには、短時間で記録再生することが必要になる。なぜなら、記録再生中にもディスクは微小回転するので、ある時間以上記録再生に時間がかかると、ホログラム記録媒体となるディスク上でレーザ光のビームスポットの位置固定が満足されないからである。

記録再生時間を短くするには次のような限界がある。記録時には記録媒体に感光させるために一定の光パワーが必要である。このため、レーザパワーを大きくしようとすると、より大パワーを出せるレーザ素子と、多くの電力を必要とする。よって、記録効率の上からは、必要とされるレーザパワーはできるだけ小さいことが望ましく、結果として、露光時間をできるだけ長くできることが望ましいことになる。再生時においても、少ない観測時間で必要な再生ＳＮ比を得ようとすると、高感度の受光素子を必要とするので、ＳＮ比をできるだけ良くするという観点から、受光素子へのレーザパワーが大きい、あるいは露光時間が長いことが望ましい（例えば、特許文献２参照。）。

これらの相反する条件を両立させるために、記録再生ビームをディスク回転方向に往復運動させ、ディスク回転方向と同じ方向にビームを振っている時間にビームとディスクの相対速度をゼロまたは非常にゼロに近くする方法がある（例えば、特許文献２参照。）。
特開２００３−８５７６８号公報（段落[００１３]〜[００１７]） 特開２００３−１７８４５８号公報（段落[０１１５]、図２４等）

しかしながら、特許文献２に記載の装置では、対物レンズをアクチュエータによってディスクの回転方向に振動させているため、例えば上記したような２つのレーザ光を用いる方式の場合、両方のレーザ光が振動する。その結果、赤色レーザで行っているアドレスの読み出すことが困難になり、またディスクの回転から記録再生時の同期が取れることが困難になってくる。

また、高速記録再生する、すなわち１つのホログラム記録（または再生）から次のホログラム記録（または再生）に移るまでの時間をｔとした時、ｔが短くなる、すなわち１／ｔ＝ｆ（Ｈｚ）が大きくなると、対物レンズの往復運動を正しく制御することが困難となる。以下、ｆを往復運動周波数と呼ぶことにする。実製品として、期待する記録密度や転送レートを達成するためには、例えばｆ＝１ｋＨｚ程度で１０〜２０μｍずつずれた箇所に１つ１つのホログラムを多重に書き込むことが必要となってくる。このような場合、例えば仮にディスク上の回転周方向における絶対位置の情報の信号を得ることによって、ビーム照射位置とディスクの目標とする記録位置との偏差が得られたとしても、実際に目標とする記録位置に高精度にビームを追従させることができなくなる。仮に追従できたとしても、上述のように記録周波数等が高くなると、無用に高い目標位置との偏差計測精度や、高いサンプル周波数、広いサーボ帯域、高いメカのピストンモーション帯域を必要とし、現実的ではない。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、２つのレーザ光を用いる場合であっても、露光時間をできるだけ長くしつつ記録再生することができるホログラム記録装置、ホログラム再生装置、ホログラム記録方法及び再生方法を提供することにある。

本発明の別の目的は、往復運動周波数が高い場合であっても、確実に所望の記録位置に記録することができるホログラム記録装置及びその記録方法を提供することにある。また、そのように信号が記録された場合に、高いＳＮ比で再生をすることができるホログラム再生装置及びその再生方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体を回転させる回転機構と、第１のレーザ光を出射する第１の光源と、前記記録媒体にホログラム記録するために、前記出射された第１のレーザ光の強度を変調する変調素子と、前記変調された第１のレーザ光を前記記録媒体の目標記録領域に照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射する第２の光源と、前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標記録領域と、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記変調素子により前記第１のレーザ光の強度を変調させる制御手段とを具備する。

本発明では、第２のレーザ光は振動させず、第１のレーザ光のみが振動手段により振動するように構成されている。これにより、第１及び第２のレーザ光という２つのレーザ光を用いる方式であっても、第２のレーザ光で上記信号パターンを確実に読み出して第１のレーザ光を目標記録領域に照射させることができる。また、第１のレーザ光のみを振動させて記録媒体の同じ位置にビームスポットが照射される時間を長くしている、つまり露光時間をできるだけ長くしている。したがって、十分な露光量で記録することができる結果、高いＳＮ比で再生することができる。

目標記録領域とは、上記第１のレーザ光のビームスポットの径より大きい範囲であって、ある程度、回転方向に長さがあってもよい。この点において、後述する再生時の「目標スポット」とは異なる。ホログラム再生装置は、再生時にはホログラム記録位置の情報を取得しているからである。

本発明の一の形態によれば、前記制御手段は、前記第１のレーザ光の振動条件の情報を記憶する記憶部と、前記記憶された振動条件情報に応じて前記駆動素子を駆動させつつ前記変調素子により前記第１のレーザ光の強度を変調させるように制御する制御部とを有する。このような構成により、第１のレーザ光を振動させる動作を実現することができる。光学部材は、第１の光源と変調素子との間に設置されるのはなく、変調素子と対物レンズとの間に設置されるようにしてもよい。すなわち、制御手段は、前記変調された第１のレーザ光を対物レンズに導く光学部材と、前記光学部材を振動させるための駆動素子とを有していてもよい。光学部材とは、例えばミラー等でなるが、ミラーに限らず第１のレーザ光を変調素子に導けるものなら何でもよい。対物レンズは、第１のレーザ光と第２のレーザ光とを記録媒体に導くものである。

本発明の一の形態によれば、前記制御手段は、前記第１のレーザ光の振動条件の情報を記憶する記憶部と、前記記憶された振動条件情報に応じて前記駆動素子を駆動させつつ前記変調素子により前記第１のレーザ光を変調させるように制御する制御部とを有する。このように、第１のレーザ光の振動条件情報が予め記憶されていることにより、複雑なフィードバック制御等を要することなく第１のレーザ光を振動させながらデータを記録することができる。特に、ホログラム１つ１つ記録するときの周波数が高い場合であっても、フィードバック制御ではないので、容易に信号をホログラム記録することができる。

本発明の一の形態によれば、前記記憶部は、前記振動条件として振幅の情報を記憶している。振幅情報は、ホログラム記録装置の製造段階において最適な値に合わせるようにすることができる。具体的には、ホログラム記録装置の製造段階において、作業員は、回転する記録媒体の目標記録領域と、該記録媒体に照射される第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなるようなゲインを上記駆動素子に入力して調整していけばよい。また、ホログラム記録装置の経時変化等によって、振幅に狂いが出てきた場合等にユーザが最新の振幅情報に適宜更新できるようにしてもよい。

本発明の一の形態によれば、前記記録媒体には、前記信号パターンとして、ホログラム記録動作のためのクロックパターンと、前記記録媒体の回転角度の基準位置を示すパターンとが予め記録され、前記制御手段は、前記クロックパターンに基づきクロックを生成するクロック生成手段と、前記生成されたクロックをカウントするカウント手段と、前記カウントされる前記基準位置からの前記クロックのカウント値を前記記憶部に記憶させる手段とを有する。これにより、記録媒体の所望の周方向位置に確実にデータを記録することができるようになる。

本発明に係るホログラム再生装置は、ホログラム記録媒体を回転させる回転機構と、第１のレーザ光を出射する第１の光源と、前記記録媒体に記録されたホログラムの信号を再生するために、前記出射された第１のレーザ光から参照光を生成する生成手段と、前記出射された第１のレーザ光を前記記録媒体の目標スポットに照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射する第２の光源と、前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標スポットと、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記生成手段により参照光を生成する制御手段とを具備する。

本発明によれば、第１及び第２のレーザ光という２つのレーザ光を用いる方式であっても、第２のレーザ光で上記信号パターンを確実に読み出して第１のレーザ光を目標スポットに照射させて再生することができる。また、第１のレーザ光が振動することにより、高いＳＮ比で再生することができる。

本発明に係るホログラム記録方法は、回転するホログラム記録媒体にホログラム記録するために第１のレーザ光を出射し、前記第１のレーザ光を前記記録媒体の目標記録領域に照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射し、前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標記録領域と、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記変調素子により前記第１のレーザ光の強度を変調する。

本発明に係るホログラム再生方法は、回転するホログラム記録媒体に記録されたホログラムの信号を再生するために第１のレーザ光を出射し、前記第１のレーザ光を前記記録媒体の目標スポットに照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射し、前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標スポットと、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記第１のレーザ光から参照光を生成する。

以上のように、本発明によれば、２つのレーザ光を用いる場合であっても、露光時間をできるだけ長くしつつ記録再生することができる。また、往復運動周波数が高い場合であっても、確実に所望の記録位置に記録することができ、そのように信号が記録された場合に、高いＳＮ比で再生をすることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係るホログラム記録再生装置における光学ユニットの模式図である。

図１に示すように、ホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体１０１への情報の記録、再生を行うものであり、光学ユニット１００を備える。

光学ユニット１００は、記録再生用光源１１１、コリメートレンズ１１２、遮蔽板１１３、１／２波長板１１４、偏光ビームスプリッタ１１５、イメージスタビライズ（ＩＳ）動作用ミラー１１６、ミラー１１７、偏光ビームスプリッタ１１８、空間光変調器１１９、レンズ１２０、遮蔽板１２１、レンズ１２２、偏光ビームスプリッタ１２３、レンズ１２４、遮蔽板１２５、レンズ１２６、ダイクロイックミラー１２７、対物レンズ１２８、凹レンズ１２９、撮像素子１３０、サーボ用光源１３１、コリメートレンズ１３２、グレーティング１３３、ビームスプリッタ１３４、ミラー１３５、集光用レンズ１３６、シリンドリカルレンズ１３７、受光素子１３８を有する。

ホログラム記録媒体１０１は、平面から見て円盤状（ディスク状）であり、図２に示すように、反射防止膜１０２、基板１０３、記録層１０４、ギャップ層１０５、波長選択膜１０６、ギャップ層１０７、グルーブ膜１０８、ベース基板１０９を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。ホログラム記録媒体１０１は、図示しないスピンドルモータ等の駆動手段で例えば一定の回転速度（ＣＡＶ：Constant Angular Velocity）で回転され、空間光変調器１１９の像を多数のホログラムとして記録することができる。

反射防止膜１０２は、記録媒体１０１の表面のレーザ光の反射を防止する。

基板１０３は、記録層１０４を外界から保護する保護層として機能する。

記録層１０４は、この干渉縞を屈折率（あるいは、透過率）の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率（あるいは、透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。光重合型フォトポリマは、その初期状態では、モノマがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマが重合する。なお、ポリマ化するにつれて周囲からモノマが移動してモノマの濃度が場所によって変化する。

以上のように、記録層１０４の屈折率（あるいは透過率）が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化としてホログラム記録媒体１０１に記録できる。

波長選択膜１０６は、波長の異なる光を選択的に透過する。すなわち、対物レンズ１２８で集光されたホログラム記録用のレーザ光Ｓ１を反射し、サーボ用等のレーザ光Ｓ２を透過する。

ギャップ層１０５及び１０７は、レーザ光Ｓ１及びＳ２の焦点距離の違いに対応するスペーサとして機能する。

グルーブ膜１０８は、例えばアルミニウム膜でなり、いわゆるサンプルサーボのための各種信号パターンが刻まれて構成されている。具体的には、グルーブ膜１０８は、クロック生成のためのクロックパターン、ホログラム記録媒体１０１へのトラッキング、フォーカス等のサーボ制御を行うためのサーボパターン、ホログラム記録用レーザ光Ｓ１のビームスポットを記録トラック上の目標位置へ照射させるためのアドレスパターン等の各種信号パターンがピットとして刻まれて構成されている。なお、フォーカスサーボについては、グルーブの深さ情報を利用してサーボ制御される。

記録再生用光源１１１は、レーザ光源であり、例えば波長が４０５ｎｍ（青色）、あるいは５３２ｎｍ（緑色）のレーザダイオード（ＬＤ）を用いることができる。

コリメートレンズ１１２は、記録再生用光源１１１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

遮蔽板１１３は、平行光にされたレーザ光のビーム径を絞るピンホールを有する光学素子である。

１／２波長板１１４は、レーザ光に位相差を与え偏光方向を変える。

偏光ビームスプリッタ１１５は、１／２波長板１１４からのレーザ光をＩＳ動作用ミラー１１６に向けて反射するとともに、光源１１１のレーザパワー制御のためにレーザ光の一部を透過させ、図示しない受光素子にその透過光を受光させる。

ＩＳ動作用ミラー１１６は、駆動素子１４６により回動駆動され、ホログラム記録媒体１０１の円周方向に対してレーザ光を走査する。この制御の詳細については後述する。駆動素子１４６としては、例えば圧電作用、電磁作用、あるいは静電作用で駆動する素子が用いられる。

ミラー１１７はＩＳ動作用ミラー１１６で反射したレーザ光を偏光ビームスプリッタ１１８に向けて反射するための光学素子である。

偏光ビームスプリッタ１１８は、ミラー１１７から入射したレーザ光を空間光変調器１１９に向けて反射し、空間光変調器１１９を反射した光を透過する。

空間光変調器１１９は、信号光を空間的に（ここでは、２次元的に）変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器に反射型の素子であるＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）や反射型液晶、ＧＬＶ（Grating Light Valve）素子を用いることが可能である。なお、透過型の素子である透過型液晶素子を用いた構成とすることもできる。本実施の形態では、空間光変調器１１９により例えば円形の信号光の外周を囲むように参照光が形成されるようになっている。つまり、空間光変調器１１９上には円形の変調領域（信号光のための領域）を囲むように単に信号を反射するだけの反射領域（参照光のための領域）が設けられている。

レンズ１２０及び遮蔽板１２１は、空間光変調器１１９からの信号光のそれぞれの０次光及び１次光のみを通過させ、レンズ１２２は通過したこれらの光を平行光にする。

偏光ビームスプリッタ１２３は、レンズ１２２から入射した平行光を通過し、レンズ１２４を通過したホログラム記録媒体１０１からの反射光を撮像素子１３０に向けて反射する光学素子である。

レンズ１２４及び遮蔽板１２５は、偏光ビームスプリッタ１２３から出射したレーザ光のうち０次光及び１次光を通過させ、レンズ１２６は通過したこれらの光を平行光にする。

ダイクロイックミラー１２７は、記録再生に用いる光（記録再生用光源１１１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源１３１からのレーザ光）とを同一の光路にするための光学素子である。ダイクロイックミラー１２７は、記録再生用光源１１１とサーボ用光源１３１とでレーザ光の波長が異なることに対応して、記録再生用光源１１１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源１３１からのサーボ光を反射する。ダイクロイックミラー１２７は記録再生用の光は全透過し、サーボ用に用いる光は全反射するような薄膜処理がその表面に施されている。
対物レンズ１２８は、信号光及び参照光の双方、更にサーボ用光源１３１からのレーザ光をホログラム記録媒体１０１に集光し、かつホログラム記録媒体１０１からの反射光を平行光にするための光学素子である。

凹レンズ１２９は、ホログラム記録媒体１０１からの反射光のビーム径を撮像素子１３０に合致するサイズに拡大する光学素子である。

撮像素子１３０は、再生光の画像を入力するための素子であり、例えば２次元のＣＣＤ（Charge Coupled Device）により構成される。

サーボ用光源１３１は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御やアドレス信号の読み取りを行うための光源であり、記録再生用光源１１１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源１３１は、例えば、レーザダイオードであり、発振波長としてホログラム記録媒体１０１に対して感度が小さい、例えば６５０ｎｍが使用される。

コリメートレンズ１３２は、サーボ用光源１３１から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。

グレーティング１３３は、コリメートレンズ１３２から出射されたレーザ光を３つのビームに分割するための光学素子であり、２枚の素子から構成される。サーボ制御及びアドレス信号読み取りのためにレーザ光の分割が行われる。

ビームスプリッタ１３４は、グレーティング１３３から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録媒体１０１から反射されて戻ってきた戻り光を反射するための光学素子である。

ミラー１３５は、ビームスプリッタ１３４からの戻り光を受光素子１３８に向けて反射する光学素子である。ここでは、ビームスプリッタ１３４とミラー１３５とがプリズムにより一体化されているが、別々の光学素子としても構わない。

集光用レンズ１３６は、ミラー１３５からの戻り光を受光素子１３８に集光するための光学素子である。

シリンドリカルレンズ１３７は、集光用レンズ１３６から集光されたレーザ光のビーム形状を円形から楕円形に変換するための光学素子である。

受光素子１３８は、戻り光を受光し、トラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号、フォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号、更にアドレス信号を出力するための素子である。

対物レンズ１２８は、図示を省略した例えば駆動用のコイルなどのサーボ駆動ユニットにより、受光素子１３８からのトラッキングエラー信号及びフォーカスエラー信号に応じて駆動され、トラッキング制御及びフォーカス制御が行われる。

図３は、ＩＳ動作用ミラー１１６の駆動システムを示すブロック図である。

この駆動システム５０は、信号処理部１０及びこの信号処理部１０で処理された信号に基づきＩＳ動作用ミラー１１６の駆動信号を発生するミラー駆動信号発生部２０を有する。

信号処理部１０は、デコーダ１とＰＬＬ４とを有する。デコーダ１及びＰＬＬ４には、受光素子１３８で検出されて読み取られた各種パターンの読み取り信号７がそれぞれ入力される。読み取り信号７は、受光素子１３８で検出された信号が増幅、波形等価、Ａ／Ｄ（Analog/Digital）変換等、各種処理がなされた信号である。

デコーダ１は、この読み取り信号７から、後述するブロックナンバーや回転角度を表す情報等をデコードする。これによりデコーダ１はアドレス情報を取得し、このアドレス情報のデータ８が、図示しない記録再生処理系のシステムコントローラに出力される。また、デコーダ１は、後述するように基準アドレスパルス５をカウンタ９に出力する。

ＰＬＬ４は、読み取り信号７に含まれるクロックパターンの信号からクロックを生成するクロック生成部２と、このクロック生成部２で生成されたクロックの周波数をＮ逓倍するＮ逓倍器３とを有する。クロック生成部２は、図示しない水晶発振器、位相比較器、ＶＣＯ（Voltage Controlled Oscillator）等を有する。

図４は、ＩＳ動作用ミラー１１６が駆動するための駆動信号の例を示す図である。図４（ａ）に示すように、グルーブ膜１０８（図２参照）の領域が回転周方向に２４個の扇型のブロックに分割され、それぞれの領域に０〜２３までのブロックナンバーが付されている。このブロックで分割された領域は、ホログラム記録の記録層１０４（図２参照）に物理的に対応するものである。ブロックナンバーは、上述したグルーブ膜１０８によってパターン化されている。

各ブロックの例えば先頭には、図４（ｃ）に示すように他の場所には存在しないユニークなシンクパターンや、上記ブロックナンバー及び角度位置を表すパターン等でなるアドレスパターンが含まれている。角度位置を表すパターンとは、１つのブロックに例えば周方向に複数箇所存在し、当該複数箇所でそれぞれ異なるパターンである。これらシンクパターン、アドレスパターン以外の各ブロックの領域はクロックパターンでなる。アドレスパターンには、その他トラックナンバーを示すパターンも含んでいてもよい。これらの各種信号パターンがＲＦ信号として再生された信号が図４（ｄ）に示す信号である。

デコーダ１では、上記シンクパターンまたは角度位置を表すパターンに応じて基準アドレスパルス５をカウンタ９に出力する。基準アドレスパルスは、シンクパターンごとに出力されるパルス、あるいは角度位置を表すパターンごとに出力されるパルスである。図４（ｅ）は、デコーダ１でアドレス情報をデコードするためにＰＬＬ４で生成されたクロック信号を示す。図４（ｆ）は、Ｎ逓倍器３で周波数がＮ逓倍された後のクロック信号である。図４（ｆ）で示すクロック信号が、駆動素子１４６がＩＳ動作用ミラー１１６を駆動するための動作信号となり、図示しないスピンドルモータが記録媒体１０１を回転させるときの高密度の回転角度エンコーダと等価な信号となる。

本実施の形態に係るホログラム記録再生装置は、このＩＳ動作によって、回転する記録媒体１０１上にホログラム記録用のレーザ光Ｓ１がアクセスするときの目標記録領域と、そのホログラム記録用のレーザ光Ｓ１のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなるように、つまりゼロとなるように、ＩＳ動作用ミラー１１６を振動させようとするものである。

ミラー駆動信号発生部２０は、カウンタ９、記憶部１１、Ｄ／Ａ（Digital/Analog）変換器１２、ＶＣＡ（Voltage Controlled Amplifier）１３を有する。

カウンタ９は、Ｎ逓倍器３で生成されたＩＳ動作用クロック信号をカウントするとともに、そのカウント値を記憶部１１に出力する。また、カウンタ９は、デコーダ１でデコードされた基準アドレスパルス５に基づきカウント値をリセットする。すなわち、基準アドレスパルス５がリセットパルス信号となる。

記憶部１１には、ＩＳ動作の振動条件の情報が記憶されている。振動条件としては、例えば周波数、振幅等の情報があり、これらの情報が例えば１６ｂｉｔ／ワードのテーブルデータとして記憶部１１に記憶されている。

Ｄ／Ａ変換器１２は、記憶部１１から出力されるデータを入力してアナログに変換し、駆動素子１４６に出力する。

上記振幅情報は、ホログラム記録再生装置の製造段階において最適な値に合わせるようにすることができる。具体的には、ホログラム記録再生装置の製造段階において、作業員は、回転する記録媒体の目標記録領域と、該記録媒体に照射される第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなるようなゲインコントロールを行えばよい。さらに具体的には、実際のＩＳ動作用ミラー１１６によるビーム変位量を実測しながら、テーブルデータを適宜書き換えることによりビームが記録媒体１０１の回転に添って移動する軌道形状をより直線に近くなるように（より三角波に近くなるように）調整する。そして、例えばＤＣ可変電圧源１４からＶＣＡ１３に対するゲインコントロール入力１６を用いて上記直線部分の速度が、ビーム位置でのメディア周速度に一致するように調整する。このように、ホログラム記録用レーザ光Ｓ１の振動条件情報が予め記憶されていることにより、複雑なフィードバック制御等を要することなくレーザ光Ｓ１を振動させながらデータを記録することができる。

なお、図示しないフィードバック制御系によって、ゲインをＶＣＡにフィードバックさせ、ＶＣＡでゲインを自動制御させるようにしてもよい。

図５は、ホログラム記録媒体１０１が回転動作するときに記録（または再生）すべき、記録媒体１０１上の目標記録領域（または目標スポット）の変位と、ＩＳ動作用ミラー１１６の動作によるレーザ光Ｓ１のビームスポットの変位との関係を示すグラフである。横軸は時間、縦軸はそれぞれの変位量である。目標記録領域の変位１５１は、回転周方向に直線的に表すことができ、その傾きが速度（線速度）となる。レーザ光Ｓ１のビームスポットの変位１５２は、振動するので振動波形で表せる。これら各変位１５１及び１５２の傾きが同じ位置となる場所で、相対速度がほぼゼロになる。記憶部１１は、このようなレーザ光Ｓ１のビームスポットの変位１５２の１周期分の波形をデータとして記憶している。

図６は、図５のグラフに、変位１５１及び１５２の相対変位１５３を加えたグラフである。相対変位１５３は相対速度がゼロの部分で傾き、すなわち速度がゼロとなっている。

なお、位相コントロール用のデータ入力１７は、自己録再の場合、原理的には必要ない。記録時と再生時は完全に同じ軌道を通り、同じ位置で記録再生するからである。しかし、経時変化や温度ドリフトの影響、あるいは他機で記録したものの再生等で、再生位置の微調整を行う必要がある場合、本入力を使用する。具体的な例を挙げれば、連続再生モードにおいて、この入力を用いて往復振動軌道の初期位相を(０度から３６０度まで）徐々に変化させると、ある位相位置でデータが最も誤りなく記録再生できる位相位置が見つかる。この初期位置を記憶し、上記データ入力値として設定すれば、位相の最適化が行われる。

以下、ホログラム記録再生装置の記録時の動作を説明する。

ミラー駆動信号発生部２０において記憶部１１に記憶された振動波形により駆動信号を発生させ、駆動素子１４６によりＩＳ動作用ミラー１１６を振動させておく。

記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光がコリメートレンズ１１２によって平行光になり、遮蔽板１１３のピンホールにより所望のビーム径にされ、１／２波長板に入射する。

１／２波長板を出射したレーザ光は偏光ビームスプリッタ１１５を通り、振動するＩＳ動作用ミラー１１６で反射したレーザ光はミラー１１７及び偏光ビームスプリッタ１１８を反射して空間光変調器１１９に入射する。

空間光変調器１１９により生成された信号光及び参照光は、偏光ビームスプリッタ１１８、レンズ１２０、遮蔽板１２１、レンズ１２２、偏光ビームスプリッタ１２３、レンズ１２４、遮蔽板１２５、レンズ１２６、ダイクロイックミラー１２７、対物レンズ１２８を通過し、振動しながら記録媒体１０１上の略同一の箇所に集光する。

以下、ＩＳ動作用ミラー１１６の駆動システムの動作について図７、図８及び図９を参照しながら説明する。

サーボ用レーザ光Ｓ２によりクロックパターン及びアドレスパターンの信号パターンが読み出されると、ＰＬＬ４によりクロックが生成される。デコーダ１はこのクロックを用いて、信号パターンから抽出された基準アドレスパルス５をカウンタ９に出力する（図７（ａ））。カウンタ９はこの基準アドレスパルス５が入力されたタイミングでカウント値をリセットする（図７（ｂ））。そうすると、記憶部１１を司る図示しない記録再生処理系のシステムコントローラは、このＩＳ動作用ミラー１１６の振動の位相等を監視することにより、記録媒体１０１上の目標トラックの線速度と、ホログラム記録用レーザ光Ｓ１のビームスポットの速度とがほぼ同じになるような位相、すなわちタイミング（図７（ｃ）に示す期間ｔａ）で空間光変調器１１９のシャッタ動作のＯＮ（露光）とすることができる。この露光時においては、図８に示すように、ホログラム記録用レーザ光Ｓ１のビームスポットＳ１ａが、記録媒体１０１の回転周方向Ｐに移動していく。さらに、システムコントローラは、リセット位置からの、例えば期間ｔａの立上りのカウント値を記憶部１１に記憶させることにより、そのカウント値、すなわち記録媒体１０１上のアドレスを記憶しておくことができる。

このようにして、図７（ｄ）、図７（ｅ）及び図９に示すように、両者の相対速度がほぼゼロとなる期間ｔａごとに１つ１つのホログラム３０１、３０２、３０３、・・・が多重に記録されていく。この場合の記録ピッチとしては、例えばホログラム記録マークの１／２程度であり、例えば２０μｍである。記録ピッチが２０μｍの場合、ホログラム記録マークの振動振幅が５μｍ（変位量１０μｍ）となるように、記憶部１１に振動波形の振幅を予め設定しておけばよい。

以上のように、本実施の形態によれば、サーボ用レーザ光は振動させず、ホログラム記録用レーザ光のみが振動する。したがって、２つのレーザ光を用いる方式であっても、サーボ用レーザ光で各種信号パターンを確実に読み出してホログラム記録用レーザ光を目標トラックに照射させることができる。また、ホログラム記録用レーザ光を振動させて記録媒体１０１の同じ位置にビームスポットが照射される時間を長くしているので、十分な露光量で記録することができる。

また、本実施の形態によれば、記憶部１１においてホログラム記録用レーザ光の振動条件情報が予め記憶されていることにより、複雑なフィードバック制御等を要することなくホログラム記録用レーザ光を振動させながらデータを記録することができる。特に、ホログラム１つ１つ記録するときの周波数が高い場合であっても、目標軌道に追従させるための直接的なフィードバック制御ではないので、容易に信号をホログラム記録することができる。

次に、再生時におけるホログラム記録再生装置の動作を説明する。

再生時には参照光のみをホログラム記録媒体１０１に入射させる。

記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光がコリメートレンズ１１２、遮蔽板１１３、１／２波長板、偏光ビームスプリッタ１１５、ＩＳ動作用ミラー１１６、ミラー１１７、ミラー１１７及び偏光ビームスプリッタ１１８を反射して空間光変調器１１９に入射する。

空間光変調器１１９における信号光の領域を全て「暗」とすることで参照光だけが、偏光ビームスプリッタ１１８、レンズ１２０、遮蔽板１２１、レンズ１２２、偏光ビームスプリッタ１２３、レンズ１２４、遮蔽板１２５、レンズ１２６、ダイクロイックミラー１２７、対物レンズ１２８を通過し、ホログラム記録媒体１０１に入射する。

再生時におけるＩＳ動作用ミラー１１６の駆動原理は、記録時とほぼ同様である。例えば、図３の信号処理部１０で、記録時と同じようにＩＳ動作用クロックを生成するとともに、ミラー駆動信号発生部２０により記憶部１１に記憶された振動波形のデータを駆動素子１４６に出力してＩＳ動作用ミラー１１６を振動させる。システムコントローラは、読み出そうとするホログラム記録データの記録位置を、上記基準アドレス位置（リセット位置）からのクロックカウント値で把握している。したがって、システムコントローラは、ホログラム記録マークが記録された目標スポットと、参照光のビームスポットとの相対速度がほぼ０となるようなタイミングでその参照光を照射させるように、空間光変調器１１９の動作タイミングを制御すればよい。これにより、記録媒体１０１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。

発生した再生光は入射光と逆の光路をたどり、対物レンズ１２８、ダイクロイックミラー１２７、レンズ１２６、遮蔽板１２５、レンズ１２４を透過して、偏光ビームスプリッタ１２３で反射され、凹レンズ１２９を介して撮像素子１３０に入射し、撮像素子１３０によって空間光変調器１１９での空間的な２次元データに対応する電気信号に変換される。撮像素子１３０からの出力は、図示しない記録再生処理系によって２値化され、時系列２値化データに変換される。

本実施の形態によれば、サーボ用レーザ光は振動させず、再生時においても参照光のみを振動させるようにしている。したがって、２つのレーザ光を用いる方式であっても、サーボ用レーザ光で各種信号パターンを確実に読み出して参照光のビームスポットを目標スポットに照射させることができる。また、参照光を振動させることにより、参照光のビームスポットが、できるだけ長い時間１つのホログラム記録マークを照射するので、高レベルのＲＦ信号が得られ、高いＳＮ比で再生することができる。

本発明は以上説明した実施の形態には限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば上記実施の形態では、ＩＳ動作用ミラー１１６は１つだけであったが、２つ以上設けるようにしてもよい。あるいは、ＩＳ動作用ミラー１１６の振動が適正であるかどうかを監視する手段を設けてもよい。

本発明の一実施の形態に係るホログラム記録再生装置における光学ユニットの模式図である。 ホログラム記録媒体の断面構造を示す図である。 ＩＳ動作用ミラーの駆動システムのブロック図である。 ＩＳ動作用ミラーが駆動するための駆動信号の例を示す図である。 記録媒体上の目標スポットの変位と、ＩＳ動作用ミラーの動作によるレーザ光のビームスポットの変位との関係を示すグラフである。 図５のグラフに、両者の相対変位を加えたグラフである。 基準アドレスパルスの発生から信号が記録されるまでの各種信号を示す図である。 ホログラム記録用レーザ光のビームスポットが振動する様子を示す図である。 記録媒体にデータが多重記録される様子を示す図である。

符号の説明

Ｓ１…ホログラム記録用レーザ光
Ｓ２…サーボ用レーザ光
ｔａ…相対速度がほぼなくなる期間
Ｓ１ａ…ビームスポット
４…ＰＬＬ
５…基準アドレスパルス
９…カウンタ
１１…記憶部
２０…ミラー駆動信号発生部
５０…駆動システム
１００…光学ユニット
１０１…ホログラム記録媒体
１１１…記録再生用光源
１１６…ＩＳ動作用ミラー
１１９…空間光変調器
１３１…サーボ用光源

Claims (8)

1. ホログラム記録媒体を回転させる回転機構と、
   第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
   前記記録媒体にホログラム記録するために、前記出射された第１のレーザ光の強度を変調する変調素子と、
   前記変調された第１のレーザ光を前記記録媒体の目標記録領域に照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
   前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標記録領域と、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記変調素子により前記第１のレーザ光の強度を変調させる制御手段と
   を具備することを特徴とするホログラム記録装置。
2. 請求項１に記載のホログラム記録装置であって、
   前記制御手段は、
   前記光路上に設けられ、前記光源から出射された第１のレーザ光を前記変調素子に導く光学部材と、
   前記光学部材を振動させるための駆動素子と
   を有することを特徴とするホログラム記録装置。
3. 請求項２に記載のホログラム記録装置であって、
   前記制御手段は、
   前記第１のレーザ光の振動条件の情報を記憶する記憶部と、
   前記記憶された振動条件情報に応じて前記駆動素子を駆動させつつ前記変調素子により前記第１のレーザ光の強度を変調させるように制御する制御部と
   を有することを特徴とするホログラム記録装置。
4. 請求項３に記載のホログラム記録装置であって、
   前記記憶部は、前記振動条件として振幅の情報を記憶していることを特徴とするホログラム記録装置。
5. 請求項３に記載のホログラム記録装置であって、
   前記記録媒体には、前記信号パターンとして、ホログラム記録動作のためのクロックパターンと、前記記録媒体の回転角度の基準位置を示すパターンとが予め記録され、
   前記制御手段は、
   前記クロックパターンに基づきクロックを生成するクロック生成手段と、
   前記生成されたクロックをカウントするカウント手段と、
   前記カウントされる前記基準位置からの前記クロックのカウント値を前記記憶部に記憶させる手段と
   を有することを特徴とするホログラム記録装置。
6. ホログラム記録媒体を回転させる回転機構と、
   第１のレーザ光を出射する第１の光源と、
   前記記録媒体に記録されたホログラムの信号を再生するために、前記出射された第１のレーザ光から参照光を生成する生成手段と、
   前記出射された第１のレーザ光を前記記録媒体の目標スポットに照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射する第２の光源と、
   前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標スポットと、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記生成手段により参照光を生成する制御手段と
   を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
7. 回転するホログラム記録媒体にホログラム記録するために第１のレーザ光を出射し、
   前記第１のレーザ光を前記記録媒体の目標記録領域に照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射し、
   前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標記録領域と、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記変調素子により前記第１のレーザ光の強度を変調することを特徴とするホログラム記録方法。
8. 回転するホログラム記録媒体に記録されたホログラムの信号を再生するために第１のレーザ光を出射し、
   前記第１のレーザ光を前記記録媒体の目標スポットに照射させるための所定の信号パターンを、前記回転する記録媒体から読み取るための第２のレーザ光を出射し、
   前記読み取られた信号パターンに基づき、前記回転する記録媒体の前記目標スポットと、該記録媒体に照射される前記第１のレーザ光のビームスポットとの相対速度が周期的にほぼなくなる期間に該ビームスポットが照射されるように、前記第１のレーザ光を振動させつつ前記第１のレーザ光から参照光を生成することを特徴とするホログラム再生方法。
   

Images