JP2009016008A - ホログラム記録媒体、トラッキングエラー検出方法、及びホログラム記録再生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ホログラム記録媒体の面内方向についての位置合わせを精度良く行う。
【解決手段】ホログラム記録媒体100の表面の一部を面とし、ホログラム記録媒体100の膜厚を厚みとする第1の領域100Aと、ホログラム記録媒体100の表面の他の一部を面とし、ホログラム記録媒体100の膜厚を厚みとする領域であって、第1の領域100Aとは異なる屈折率を有する第2の領域100Bと、を含むホログラム記録媒体100に位置決め用の光を照射し、ホログラム記録媒体100を透過した位置決め用の光をシリンドリカルレンズにより集光し、シリンドリカルレンズにより集光された位置決め用の光の収差を検出し、検出した収差に基づいてトラッキングエラー信号を出力する。
【選択図】図2
【解決手段】ホログラム記録媒体100の表面の一部を面とし、ホログラム記録媒体100の膜厚を厚みとする第1の領域100Aと、ホログラム記録媒体100の表面の他の一部を面とし、ホログラム記録媒体100の膜厚を厚みとする領域であって、第1の領域100Aとは異なる屈折率を有する第2の領域100Bと、を含むホログラム記録媒体100に位置決め用の光を照射し、ホログラム記録媒体100を透過した位置決め用の光をシリンドリカルレンズにより集光し、シリンドリカルレンズにより集光された位置決め用の光の収差を検出し、検出した収差に基づいてトラッキングエラー信号を出力する。
【選択図】図2
Description
本発明は、ホログラム記録媒体、トラッキングエラー検出方法、及びホログラム記録再生装置に関する。
ホログラム記録媒体に記録された所望のデータにアクセスし、ホログラム記録媒体からSN比(信号対雑音比)の高い再生像を得るためには、ホログラム記録媒体への精度よい位置合わせの技術を要する。本発明は、ホログラム記録媒体と光学系との並進方向についての位置合わせを制御する、いわゆるトラッキングサーボ技術を対象とするものである。
従来の光ディスクは、反射層を具備する反射型媒体が主であった。そのため、従来ではデータの記録・再生を行う光信号及びサーボ用の光信号も共に反射層からの反射光を用いていた(特許文献1を参照)。
この点、ホログラム記録媒体には光を透過してデータの記録・再生を行う透過型の記録媒体が利用されることがあるが、この場合でもサーボ用のレーザ光はホログラム記録媒体に設けられた選択反射層による反射を利用したり、層の界面での反射を利用したりするものであった(特許文献2を参照)。
特開2003−233909号公報
特開2006−99880号公報
上記の従来技術では、ホログラム記録媒体からの反射光の影響により再生像のSN比が劣化することがあった。また、ホログラム記録媒体の構成や、ホログラム記録再生装置の光学系も複雑化してしまっていた。
本発明の目的は、ホログラム記録媒体の面内方向についての精度良い位置合わせを簡易な構成により実現し、データの記録再生時のSN比を高くすることができるホログラム記録媒体、トラッキングエラー検出方法、及びホログラム記録再生装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、請求項1に記載のホログラム記録媒体の発明は、ホログラムを記録する光記録層と、前記光記録層を保護する透明基板と、を含み、2次元画像データに応じて変調された信号光と、参照光との干渉により形成されるホログラムを前記光記録層に記録する透過型のホログラム記録媒体であって、前記ホログラム記録媒体の表面の一部を面とし、当該面と前記ホログラム記録媒体の厚みとからなる第1の領域と、前記ホログラム記録媒体の表面の他の一部を面とし、当該面と前記ホログラム記録媒体の厚みとからなる領域であって、前記第1の領域とは異なる屈折率を有する第2の領域と、を含むことを特徴とする。
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載のホログラム記録媒体において、前記第1の領域と前記第2の領域とのそれぞれの領域に含まれる前記光記録層と前記透明基板との厚みの比が異なる、ことを特徴とする。
請求項3に記載のトラッキングエラー検出方法の発明は、請求項1又は2に記載のホログラム記録媒体に位置決め用の光を照射する工程と、前記ホログラム記録媒体を透過した前記位置決め用の光をシリンドリカルレンズにより集光する工程と、前記シリンドリカルレンズにより集光された前記位置決め用の光の収差を検出する工程と、前記検出した収差に基づいてトラッキングエラー信号を出力する工程と、を含むことを特徴とする。
請求項4に記載のホログラム記録再生装置の発明は、請求項1又は2に記載のホログラム記録媒体に位置決め用の光を照射する手段と、前記ホログラム記録媒体を透過した前記位置決め用の光をシリンドリカルレンズにより集光する手段と、前記シリンドリカルレンズにより集光された前記位置決め用の光の収差を検出する手段と、前記検出した収差に基づいてトラッキングエラー信号を出力する手段と、を含むことを特徴とする。
請求項5に記載の発明は、請求項4に記載のホログラム記録再生装置において、前記出力されたトラッキングエラー信号に基づいて前記ホログラム記録媒体の面内方向の移動量を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された移動量に基づいて前記ホログラム記録媒体の面内方向の位置を補正する補正手段と、を含むことを特徴とする。
請求項1の発明によれば、位置決めにホログラム記録媒体からの反射光を用いない構成としたため、データの記録再生時のSN比を高くすることができる。
請求項2の発明によればさらに、ホログラム記録媒体に含まれる複数の領域における光記録層と透明基板との厚みの比を変えることで、表面は平らのまま各領域の屈折率を変化できるので、ホログラム記録媒体表面における光の散乱を防いで、データの記録再生時のSN比を高めることができる。
請求項3の発明によれば、トラッキングエラーの検出にホログラム記録媒体からの反射光を用いない方法としたため、データの記録再生時のSN比を高くすることができる。
請求項4の発明によれば、トラッキングエラーの検出にホログラム記録媒体からの反射光を用いない構成としたため、データの記録再生時のSN比を高くすることができる。
請求項5の発明によればさらに、ホログラム記録媒体の面内方向についての精度良い位置合わせを行うことができる。
ホログラム記録は、記録データに基づいて空間変調された信号光と、参照光とにより形成される回折格子(干渉縞)をホログラム記録媒体に記録することで行われる。ホログラム記録においては、信号光と参照光とを同じ光束でホログラム記録媒体に照射する同軸方式や、別々の光束でホログラム記録媒体に照射する二光波方式があるが、本実施形態では同軸方式を用いている。以下、信号光と参照光とを含む光のことを記録光とする。また、ホログラム記録媒体に記録されたデータを再生する場合には、ホログラム記録媒体に形成された回折格子に参照光のみを照射させる際に出射される再生光(回折光)を受光し、受光した再生光に基づいてデータを読み出す。
本発明では、主にホログラム記録媒体の構成に特徴を持たせ、ホログラム記録媒体と記録光の光学系との並進方向(ホログラム記録媒体の面内方向)についての位置合わせに、ホログラム記録媒体からの反射光を用いないようにしている。こうすることで、データの記録再生時のSN比を高くするようにしている。以下、本発明を実施するための最良の実施の形態(以下、実施形態という)を、図面に従って説明する。
図1には、本実施形態に係るホログラム記録再生装置1のシステム構成図を示す。ホログラム記録再生装置1は、光源10、シャッター12、1/2波長板14、偏光板16、拡大・コリメート光学系18、ミラー20、偏光ビームスプリッタ22、空間光変調器24、リレーレンズ系を構成するフーリエ変換レンズ26,30、フィルタ28、フーリエ変換レンズ32,36、媒体保持部34、フィルタ38、リレーレンズ系を構成するレンズ40,42、センサアレイ44、位置決め用の光源(ここではレーザ光を用いる)50、コリメートレンズ51、ダイクロイックミラー52、レンズ54、シリンドリカルレンズ56,58、4分割フォトディテクタ60、及び補正用制御回路62を備える。
光源10は、ホログラムを記録する信号光及び参照光の光源となるコヒーレント光を照射する。コヒーレント光としてはレーザ光など従来から知られている光源を用いることとしてよい。そして、レーザ光には、ホログラム記録媒体100の光記録層に感度のある所定の波長のレーザ光(例えば、波長が532nmの緑色レーザ等)を用いることとしてよい。
シャッター12は、光源10から照射されたレーザ光の光路上に設けられる。シャッター12の開閉に応じて、レーザ光が遮断される。そして、シャッター12を通過したレーザ光は、1/2波長板14と、偏光板16とを通過して、光強度や偏光方向が調整される。
偏光板16を通過したレーザ光は、拡大・コリメート光学系18により所定径の平行光に変換される。拡大・コリメート光学系18で平行光に変換されたレーザ光は、ミラー20により反射され、偏光ビームスプリッタ22に入射する。
偏光ビームスプリッタ22は、入射したレーザ光のp偏光を透過させ、s偏光を反射する。そして、偏光ビームスプリッタ22により反射されたレーザ光は、空間光変調器24に入射する。
空間光変調器24は、偏光ビームスプリッタ22から入射したレーザ光を、記録情報に応じたパターンで偏光変調する。記録情報は、例えばデジタルデータ「0,1」を「明,暗」に対応させた明暗のパターン画像により表現されるものである。そして、光強度変調された光強度変調パターンを有するレーザ光は、再び偏光ビームスプリッタ22に入射する。ここで、偏光ビームスプリッタ22は、p偏光を透過させるため、空間光変調器24により変調された光は、偏光ビームスプリッタ22を透過する。
同軸方式の記録光においては、例えば、記録光の中心部に信号光が配置され、信号光の外周に参照光が配置される。信号光には、記録データに基づいた空間変調が施される。一方の参照光には、記録データに基づいた空間変調は施されないが、適宜変調しても構わない。参照光を適切に変調させれば、ホログラム記録媒体内での信号光と参照光の重なりを大きくすることができる。例えば、参照光を、信号光を表現する画素サイズでランダムな強度パターンに基づいて変調し、参照光にデータパターンと同程度の周期でランダム変調を与えて、データ記録に必要な領域に参照光を均等に照射させるようにしてもよい。
空間光変調器24により出射された信号光と参照光を含む記録光は、フーリエ変換レンズ26に入射する。記録光は、フーリエ変換レンズ26によりフィルタ28を通過するように集光され、フィルタ28を通過する際に所定の周波数成分がカットされる。フィルタ28により所定の周波数成分をカットすることで、記録媒体をより有効に使った記録が可能となる。そして、フィルタ28を通過した記録光は、フーリエ変換レンズ30により再び平行光にされ、フーリエ変換レンズ32に入射する。
フーリエ変換レンズ32は、信号光と参照光とを共に媒体保持部34に保持されるホログラム記録媒体100に集光させる。そして、信号光と参照光とが集光される位置において、信号光と参照光とが干渉した干渉縞がホログラム記録媒体100の光記録層に形成される。
ここで、本実施形態に係るホログラム記録媒体100の一例について図2を参照しつつ説明する。図2は、記録媒体の厚さを略均一とし、第1の領域と第2の領域とを、保護層104と光記録層102との厚さの比を変えることで設けた記録媒体である。信号光と参照光の入射面は、不要な散乱やノイズの影響を抑えるために平滑であることが好ましく、このため図2のように記録媒体の厚さは第1の領域と第2の領域とで略同一にすることが好ましい。
ホログラム記録媒体100は、光を透過する透過型のホログラム記録媒体である。図2には、ホログラム記録媒体100の一態様における側面図が示されている。ここでの側面図とは、記録光の光軸に対して垂直な方向からホログラム記録媒体100を見た図であるとする。そして、図2に示されるように、ホログラム記録媒体100は、光記録層102と、光記録層102を保護する保護層104とを含み構成される。本実施形態では、説明の便宜上、光記録層102を1層にしているが、ホログラム記録媒体100には多層の光記録層が積層される構成としても構わない。
光記録層102は、信号光と参照光との干渉により形成されるホログラムが記録されるホログラム記録層である。光記録層102は、記録光の照射を受けてデータを記録するものであり、例えば、所定波長の光の露光量に応じて吸光係数や屈折率等の光学特性が変化するフォトリフラクティブ材料や、光重合型のフォトポリマ等の材料により構成される。
保護層104は、光記録層102を両面から挟み込むようにして保護する透明基板である。保護層104は、例えばガラス等の材料により構成されるものである。なお、保護層104がホログラム記録媒体100の表面を形成している。
光記録層102において、保護層104との境界の一部に凹部102Aが設けられる。そして、保護層104においては、光記録層102との境界の一部にその凹部102Aと係合する凸部104Aが設けられる。この凹部102Aと凸部104Aをホログラム記録媒体100の厚み方向に含む領域を領域100Aとする。また、ホログラム記録媒体100において、凹部102Aと凸部104Aを厚み方向に含まない領域を領域100Bとする。
ここで、光記録層102と保護層104とは異なる材質から構成されるものであり、各材質の屈折率は異なる。そして、領域100Aと領域100Bとでは、光記録層102と保護層104との構成比率が異なるため、光が領域100Aを透過する場合と領域100Bを透過する場合とでは相対的な屈折率が異なることとなる。また、領域100Aと領域100Bとは全体的な厚みはホログラム記録媒体100の厚みに等しいため、ホログラム記録媒体100の表面には凹凸がなく光の散乱によるノイズが生じにくい構造となっている。
なお、図2に示した例では、説明の便宜上、領域100Aが1箇所だけに設けられているが、領域100Aをホログラム記録媒体100内において複数の位置に設けることとしてもよい。また、領域100Aを光記録層102においてホログラムが記録されるトラックに沿って設けることとしてもよい。図3には、領域100Aをトラック領域に沿って設けたホログラム記録媒体の一態様における正面図の一例を示す。ここでの正面図とは、ホログラム記録媒体の表面を正面から見た図であることとする。図3(A)及び(B)のそれぞれに示される領域100Aは、トラックが含まれる領域100Bに沿って設けられている。なお、ホログラム記録媒体においてトラック領域が設けられる態様は、上記示した例に限られるものではない。
そして、上記説明した構成を有するホログラム記録媒体100は、ホログラム記録再生装置1において媒体保持部34により保持され固定されている。媒体保持部34は、モータやアクチュエータ等を含む制御機構を具備し、その制御機構によりホログラム記録媒体100の位置を制御して、記録光がホログラム記録媒体100に照射される光軸方向や面内方向の位置を調整する。本発明では、上述したホログラム記録媒体100の構成を用いて、特にトラッキング位置すなわちホログラム記録媒体100の面内方向の位置制御を行う。
次に、ホログラム記録媒体100の構成を利用したトラッキング位置制御について説明する。
図1に示されるように、位置決め用レーザ光源50からは、ホログラム記録媒体100のトラッキング位置を調整するための位置決め用レーザ光が照射される。位置決め用レーザ光には、ホログラム記録媒体100の光記録層102に感度の低い波長の光を用いる。そして、位置決め用レーザ光源50から照射された位置決め用レーザ光は、コリメートレンズ51により所定径の平行光にされる。位置決め用レーザ光は、ダイクロイックミラー52により反射される。なお、ダイクロイックミラー52は、位置決め用レーザ光の波長の光を反射し、それ以外の波長の光は透過するミラーである。そして、反射された位置決め用レーザ光はフーリエ変換レンズ32により集光されて、ホログラム記録媒体100に入射する。
位置決め用レーザ光は、ホログラム記録媒体100に入射すると、保護層104及び光記録層102を透過する際に屈折により光路が曲げられる。そして、ホログラム記録媒体100を透過した位置決め用レーザ光は、ダイクロイックミラー52による反射後、レンズ54により集光されて、2つのシリンドリカルレンズ56,58に順に入射する。
第1のシリンドリカルレンズ56と第2のシリンドリカルレンズ58とは、互いに90度回転した状態でともに光軸に対して垂直に設けられる。そして、4分割フォトディテクタ60では、各々のフォトディテクタがシリンドリカルレンズ56,58により集光された位置決め用レーザ光の光量を、フォトディテクタの各々により検出する。そして、各々のフォトディテクタにより検出された光量に基づいて、ホログラム記録媒体100に対する光学系の位置を制御するためのトラッキングエラー信号が出力される。なお、記録光と位置決め用レーザ光の光軸とは一致しているので、記録光の光学系とホログラム記録媒体100とのトラッキング位置の制御は、ホログラム記録媒体100を透過した位置決め用レーザ光の4分割フォトディテクタ60による検出結果に基づいて行うことができる。
次に、図4及び図5を参照しつつ、4分割フォトディテクタ60による検出結果と、その検出結果に応じて出力されるトラッキングエラー信号との関係を説明する。なお、本実施形態では、領域100Bにホログラム記録トラックが設けられており、領域100Aはそのホログラム記録トラックに沿って形成されているものとする。
図4には、4分割フォトディテクタ60により受光される位置決め用レーザ光のスポットの例を示す。4分割フォトディテクタ60は、フォトディテクタA,B,C,Dからなり、フォトディテクタAとC、BとDとが対角の位置となるように配置される。そして、フォトディテクタA−Dを接合する中心位置に、位置決め用レーザ光の光軸の中心が合うように4分割フォトディテクタ60が設置される。なお、4分割フォトディテクタ60の中心部の円形又は楕円形をした部分がスポットである。
図4(A)に示されるのは、領域100Bを透過した位置決め用レーザ光について、4分割フォトディテクタ60により検出されるスポットの形状である。領域100Bにはホログラムを記録するトラックが含まれるため、位置決め用レーザ光が領域100Bを透過した場合を基準として、各フォトディテクタの光量のバランスが取れた状態となるように光学系を設定する。なお、トラッキングエラー信号は、対角位置にあるフォトディテクタAとCとの光量の合計から、フォトディテクタBとDとの光量の合計とを引いた値に応じた大きさの信号として出力される。図4(A)からも明らかなように、位置決め用レーザ光が領域100Bを透過した場合は、そのトラッキングエラー信号の大きさがほぼ0となる。
一方で、トラッキングの位置がずれて、位置決め用レーザ光が領域100Aを透過するようになった場合には、上述したように領域100Bに対して領域100Aの屈折率は異なるため、位置決め用レーザ光の焦点位置がずれて、4分割フォトディテクタ60により検出されるスポットの形状が、図4(B)又は図4(C)に示されるものとなる。このように、位置決め用レーザ光が領域100Aを透過する場合には、各フォトディテクタの光量のバランスが崩れる。この状態では、フォトディテクタAとCとの光量の合計から、フォトディテクタBとDとの光量の合計とを引いた値が0とはならなくなる。これによりトラッキングエラーが発生していることが検知される。
図5には、図4における4分割フォトディテクタ60により受光された位置決め用レーザ光の各スポット形状と、そのスポット形状に応じて出力されるトラッキングエラー信号との関係を表したグラフを示す。図5に示されるAは、図4(A)に示されるスポット形状に対応し、Bは図4(B)、Cは図4(C)のスポット形状に対応している。スポット形状のバランスが崩れる、すなわち非点収差のずれが大きいほど、トラッキングエラー信号の出力が大きくなる。
補正用制御回路62は、4分割フォトディテクタ60で検出された各フォトディテクタの光量に基づいてトラッキングエラー信号を生成する。そして、補正用制御回路62は、そのトラッキングエラー信号に基づいて、ホログラム記録媒体100の面内方向における位置の補正量を算出する。例えば、ホログラム記録媒体のトラッキング位置を回転やスライドにより制御している場合には、ホログラム記録媒体の回転角度やスライド量が補正量として算出する。
媒体保持部34は、補正用制御回路62により算出された補正量の入力を受けて、媒体保持部34に備えられた制御機構によってそのホログラム記録媒体100の位置を変更する。こうして、媒体保持部34は、4分割フォトディテクタ60で検出される非点収差が0、すなわちスポット形状が図4(A)となるように、ホログラム記録媒体100の面内方向の位置を補正する。
このようにして、記録光の光学系とホログラム記録媒体100との面内方向(トラッキング)の位置を合わせた状態で、ホログラム記録媒体100に記録されるデータを読み出す。データの読み出しは、以下のように行われる。
まず、ホログラム記録再生装置1は、ホログラム記録媒体100に参照光のみを照射する。参照光がホログラム記録媒体100に形成された回折格子(干渉縞)に照射されると、ホログラム記録媒体100を透過する再生光(回折光)が出射される。再生光は、回折格子を形成した際に照射した信号光を含むものである。そして、出射された再生光は、フーリエ変換レンズ36により逆フーリエ変換される。そして、再生光はフィルタ38を通過する際に、不要な周波数成分がカットされ、さらにレンズ40,42によりリレーされた後に、センサアレイ44により受光される。センサアレイ44では、再生光に含まれる信号光の光強度変調パターンに基づいて、信号光に変調された記録データが読み出される。
こうして、ホログラム記録再生装置1では、ホログラム記録媒体100に記録されたデータを高いSN比で読み出すことができる。また、ホログラム記録再生装置1は、記録データの再生時のみならずデータ記録時にも、ホログラム記録媒体100に対する記録光の面内方向の位置を同様の処理により補正して、精度よくデータを記録できる。
また、本発明は上記の実施形態に限られるものではない。例えば、トラッキングエラー信号に応じて光学系の位置を制御して、トラッキング位置を補正しても構わないし、本発明を二光波の方式に適用することとしてもよい。
1 ホログラム記録再生装置、10 光源、12 シャッター、14 1/2波長版、16 偏光板、18 拡大・コリメート光学系、20 ミラー、22 偏光ビームスプリッタ、24 空間光変調器、26 フーリエ変換レンズ、28 フィルタ、30 フーリエ変換レンズ、32 フーリエ変換レンズ、34 媒体保持部、36 フーリエ変換レンズ、38 フィルタ、40 レンズ、42 レンズ、44 センサアレイ、50 光源、51 コリメータレンズ、52 ダイクロイックミラー、54 レンズ、56 シリンドリカルレンズ、58 シリンドリカルレンズ、60 4分割フォトディテクタ、62 補正用制御回路、100 ホログラム記録媒体、100A,100B 領域、102 光記録層、102A 凹部、104 保護層、104A 凸部。
Claims (5)
- ホログラムを記録する光記録層と、前記光記録層を保護する透明基板と、を含み、2次元画像データに応じて変調された信号光と、参照光との干渉により形成されるホログラムを前記光記録層に記録する透過型のホログラム記録媒体であって、
前記ホログラム記録媒体の表面の一部を面とし、当該面と前記ホログラム記録媒体の厚みとからなる第1の領域と、
前記ホログラム記録媒体の表面の他の一部を面とし、当該面と前記ホログラム記録媒体の厚みとからなる領域であって、前記第1の領域とは異なる屈折率を有する第2の領域と、
を含むことを特徴とするホログラム記録媒体。 - 前記第1の領域と前記第2の領域とのそれぞれの領域に含まれる前記光記録層と前記透明基板との厚みの比が異なる、
ことを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録媒体。 - 請求項1又は2に記載のホログラム記録媒体に位置決め用の光を照射する工程と、
前記ホログラム記録媒体を透過した前記位置決め用の光をシリンドリカルレンズにより集光する工程と、
前記シリンドリカルレンズにより集光された前記位置決め用の光の収差を検出する工程と、
前記検出した収差に基づいてトラッキングエラー信号を出力する工程と、
を含むことを特徴とするトラッキングエラー検出方法。 - 請求項1又は2に記載のホログラム記録媒体に位置決め用の光を照射する手段と、
前記ホログラム記録媒体を透過した前記位置決め用の光をシリンドリカルレンズにより集光する手段と、
前記シリンドリカルレンズにより集光された前記位置決め用の光の収差を検出する手段と、
前記検出した収差に基づいてトラッキングエラー信号を出力する手段と、
を含むことを特徴とするホログラム記録再生装置。 - 前記出力されたトラッキングエラー信号に基づいて前記ホログラム記録媒体の面内方向の移動量を演算する演算手段と、
前記演算手段により演算された移動量に基づいて前記ホログラム記録媒体の面内方向の位置を補正する補正手段と、
を含むことを特徴とする請求項4に記載のホログラム記録再生装置。
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