JP2016207239A - ホログラム記録再生装置及び再生位置ずれ検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】再生時に参照光とホログラムの相対位置ずれを検出する際の検出感度を増大させること。
【解決手段】ホログラム記録再生装置１０は、空間光変調器３１２により少なくとも一部に周期性を有する２次元パターン１００のデータを付加した信号光でサーボページ５００を記録する。再生時は、サーボページに参照光３０７を照射し、空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａの周辺に配置した光検出器９０６により再生光３０６を検出し、参照光とサーボページとの位置ずれを検出する。２次元パターン１００として例えばチェックパターンを用いることで、光透過部３１４ａの周辺に再生光の回折ピークが発生し、高感度に位置ずれを検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラフィを用いて光情報記録媒体に情報を記録再生する記録再生装置及び再生時の再生位置ずれ検出方法に関する。

ホログラム記録再生装置において、光情報記録媒体上にホログラムを高密度に記録する場合、角度多重するページデータ数（多重数）を増加させると同時に、多重記録されたページデータ（以降、ブックと呼ぶ）を媒体上により密に敷き詰めて配置することが必要となる。またホログラムの再生時は、参照光の照射位置とホログラム位置とを精度良く位置合わせすることが必要となる。再生時の高精度位置決め方法として、特許文献１には、再生光の一部をビームスプリッタで分割し、４分割ＰＤにより受光して空間フィルタに対する再生対象ホログラムの位置ずれを検出し、ホログラム媒体を動かして補正する方法が記載されている。また特許文献２には、空間フィルタの開口部周辺に照射される再生光を検出することで参照光とホログラムの相対位置ずれを検出し、記録再生装置の機構（例えば空間フィルタ）を移動して位置ずれを補正する方法が記載されている。

特開２００７−３０４２６３号公報 国際公開第２０１４／０８３６１９号

特許文献１ではホログラム媒体を動かして位置ずれの補正を行っているのに対し、特許文献２では例えば空間フィルタを移動させて位置ずれの補正を行っている。これらを比較すると、重量の小さい空間フィルタを移動させる方式の方がアクセス性に優れ、高速再生に適している。ただし特許文献２の検出方式の場合、再生光が通過する空間フィルタの開口部周辺での再生光の強度分布のずれを検出するものであるから、位置ずれ量が小さくなるほど開口部周辺での光強度が微弱になり、位置ずれの検出感度が低下するという課題がある。

本発明の目的は、再生時に参照光とホログラムの相対位置ずれを検出する際の検出感度を増大させるホログラム記録再生装置及び再生位置ずれ検出方法を提供することである。

本発明によるホログラム記録再生装置は、信号光に記録するデータを付加する空間光変調器と、データが付加された信号光が通過する光透過部を有する空間フィルタと、空間フィルタを通過した信号光を光情報記録媒体に照射する対物レンズと、光情報記録媒体に形成された再生対象のホログラムに参照光を照射し、得られた再生光の内、空間フィルタの光透過部周辺に照射された再生光を検出する光検出器と、光検出器の出力に基づいて、参照光と再生対象ホログラムとの位置ずれを検出する再生位置ずれ検出部と、再生位置ずれ検出部の検出信号に基づき空間フィルタの位置を移動させることで参照光と再生対象ホログラムとの位置ずれを補正する位置ずれ補正部と、を備える。そして、空間光変調器により少なくとも一部に周期性を有する２次元パターンのデータを付加した信号光でサーボページを記録し、再生時はサーボページに参照光を照射し、得られた再生光を光検出器で検出することで参照光と再生対象ホログラムとの位置ずれを検出する。

本発明による再生位置ずれ検出方法は、空間光変調器により少なくとも一部に周期性を有する２次元パターンのデータを信号光に付加し、光情報記録媒体にサーボページとして記録するステップと、参照光を光情報記録媒体に照射することによりサーボページからの再生光を得るステップと、空間フィルタの光透過部周辺に配置した光検出器により光透過部周辺に照射される再生光を検出するステップと、光検出器からの信号を演算することにより、参照光とサーボページとの位置ずれを検出するステップと、を備える。

本発明によれば、再生時に参照光とホログラムの相対位置ずれを検出する際の検出感度が増大し、高精度の位置決めが可能となる。その結果、光情報記録媒体にブックを高密度に記録した場合でも、安定して位置ずれを検出することが可能になり、大容量のホログラム記録の実現に寄与するものとなる。

本実施例による位置ずれ信号の増大方法を説明する図。 ホログラム記録再生装置の全体構成を示すブロック図。 ピックアップ１１の内部構成と記録動作を示す図。 ピックアップ１１の内部構成と再生動作を示す図。 光情報記録媒体に多重記録するホログラムデータを示す模式図。 記録用の信号生成回路８６の内部構成と記録信号処理を示す図。 再生用の信号処理回路８５の内部構成と再生信号処理を示す図。 記録時のデータ処理フローを示す図。 再生時のデータ処理フローを示す図。 空間フィルタを用いた再生位置ずれ検出方法を示す図。 位置ずれ量と検出信号との関係を示す図。 再生位置ずれが発生した場合の再生光学系を示す図。 再生位置ずれの補正方法を示す図。 信号光を局在化させるための２次元パターンの他の例を示す図。 本実施例による再生位置ずれ検出信号の改善効果を示す図。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
図２は、ホログラム記録再生装置の全体構成を示すブロック図である。ホログラム記録再生装置１０は、入出力制御回路９０を介して外部制御装置９１と接続されている。情報を記録する場合には、外部制御装置９１から記録する情報信号を入出力制御回路９０により受信する。再生する場合には、再生した情報信号を入出力制御回路９０により外部制御装置９１に送信する。

ホログラム記録再生装置１０は、ピックアップ１１、再生用参照光光学系１２、キュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４、及び回転モータ５０を備えており、光情報記録媒体１は回転モータ５０によって回転可能な構成となっている。

ピックアップ１１は、参照光と信号光を光情報記録媒体１に照射してホログラフィを利用してデジタル情報を記録媒体に記録する。この際、記録する情報信号はコントローラ８９によって信号生成回路８６を介してピックアップ１１内の空間光変調器に送られ、信号光は空間光変調器によって変調される。

光情報記録媒体１に記録した情報を再生する場合は、ピックアップ１１から出射された参照光を記録時とは逆の向きに光情報記録媒体１に入射させる光波（再生用参照光）を再生用参照光光学系１２にて生成する。再生用参照光によって再生される再生信号光をピックアップ１１内の後述する光検出器によって検出し、信号処理回路８５によって信号を再生する。

光情報記録媒体１に照射する参照光と信号光の照射時間は、ピックアップ１１内のシャッタの開閉時間をコントローラ８９によってシャッタ制御回路８７を介して制御することで調整する。

キュア光学系１３は、光情報記録媒体１のプリキュアおよびポストキュアに用いる光ビームを生成する役割を果たす。プリキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録する際、所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光ビームを照射する前工程である。ポストキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録した後、該所望の位置に追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程である。

ディスク回転角度検出用光学系１４は、光情報記録媒体１の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体１を所定の回転角度に調整する場合は、ディスク回転角度検出用光学系１４によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ８９によってディスク回転モータ制御回路８８を介して光情報記録媒体１の回転角度を制御する。

光源駆動回路８２からは所定の光源駆動電流がピックアップ１１、キュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４内の光源に供給され、各々の光源は所定の光量で光ビームを発光する。ピックアップ１１とキュア光学系１３は、光情報記録媒体１の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路８１を介して位置制御が行われる。

ところで、ホログラフィの角度多重の原理を利用した記録方式では、参照光角度のずれに対する許容誤差が極めて小さい。従って、ピックアップ１１内に、参照光角度のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路８３にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路８４を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構を備えている。

再生位置ずれ検出回路２０１は、ピックアップ１１で得られる信号に基づいて再生位置ずれを検出する回路であり、検出された再生位置ずれ情報はコントローラ８９に入力され、サーボ制御回路８４、アクセス制御回路８１などに必要な制御情報が展開される。

なお、ピックアップ１１、キュア光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。

図３は、ピックアップ１１の内部構成と記録動作を示す図である。光源３０１を出射した光ビームはコリメートレンズ３０２を透過し、シャッタ３０３に入射する。シャッタ３０３が開いている時は、光ビームはシャッタ３０３を通過した後、例えば２分の１波長板などで構成される光学素子３０４によってｐ偏光とｓ偏光の光量比が所望の比などになるよう偏光方向が制御された後、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）プリズム３０５に入射する。

ＰＢＳプリズム３０５を透過した光ビームは信号光３０６として働き、ビームエキスパンダ３０８によって光ビーム径が拡大された後、位相マスク３０９、リレーレンズ３１０、ＰＢＳプリズム３１１を透過して空間光変調器３１２に入射する。

空間光変調器３１２によって２次元の情報が付加された信号光３０６は、ＰＢＳプリズム３１１を反射し、リレーレンズ３１３ならびに空間フィルタ３１４を伝播する。その際信号光３０６は、リレーレンズ３１３は収束して空間フィルタ３１４の開口部を通過する。その後、信号光は対物レンズ３１５によって光情報記録媒体１に集光する。ここに位相マスク３０９は、信号光３０６にランダムな位相（波面収差）を付加し、信号光がレンズ３１５によって集光される光情報記録媒体１上並びに空間フィルタ３１４上で信号光を拡散させる。これにより、光情報記録媒体１が局所的に露光され、同一箇所への情報の多重が制限されるのを緩和する役割を果たす。

一方、ＰＢＳプリズム３０５を反射した光ビームは参照光３０７として働き、偏光方向変換素子３１６によって記録時または再生時に応じて所定の偏光方向に設定された後、ミラー３１７，３１８を経由してガルバノミラー３１９に入射する。ガルバノミラー３１９はアクチュエータ３２０によって角度を調整可能であり、レンズ３２１，３２２を通過した後に光情報記録媒体１に入射する参照光の入射角度を、所望の角度に設定することができる。なお、参照光の入射角度を設定するために、ガルバノミラー３１９に代えて、参照光の波面を変換する素子を用いても構わない。

このように信号光と参照光とを光情報記録媒体１において、互いに重ね合うように入射させることで、記録媒体内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを記録媒体に書き込むことで情報を記録する。１つの入射角度の参照光にて記録されるデータを「ページ」と呼ぶ。また、ガルバノミラー３１９によって光情報記録媒体１に入射する参照光の入射角度を変化させることで、角度多重による記録を行う。参照光の入射角度を変化させて多重記録したデータを「ブック」と呼ぶ。

図４は、ピックアップ１１の内部構成と再生動作を示す図である。記録した情報を再生する場合は、参照光３０７を光情報記録媒体１に入射し、光情報記録媒体１を透過した光ビームを再生用参照光光学系１２に導き、アクチュエータ３２３によって角度調整可能なガルバノミラー３２４にて反射させることで、その再生用参照光を生成する。

この再生用参照光によって再生された再生信号光３０６は、対物レンズ３１５、リレーレンズ３１３ならびに空間フィルタ３１４を通過する。その後、再生光はＰＢＳプリズム３１１を透過して撮像素子３２５に入射し、記録した信号を再生する。撮像素子３２５としては例えばＣＭＯＳイメージセンサーやＣＣＤイメージセンサーなどの撮像素子を用いることができるが、ページデータを再生可能であれば、どのような素子であっても構わない。

図５は、光情報記録媒体に多重記録するホログラムデータを示す模式図である。光情報記録媒体１には、Ｘ方向に複数のブック５１０を隣接させて記録するが、各ブックの再生時にはサーボページを利用して再生位置決めを行う。そのためブックの記録時には、参照光の角度を変化させて複数のデータページ５０１を多重記録するとともに、再生位置ずれを検出するための特有のパターンを有するサーボページ５００を追加して記録する。サーボページ５００と複数のデータページ５０１は光情報記録媒体１上の同じ位置に記録され、１つのブック５１０を形成している。よって、再生時にサーボページ５００の位置決めを行うことで、同一ブック内に含まれる全てのデータページ５０１の位置決めもなされることになる。

図６は、記録用の信号生成回路８６の内部構成と記録信号処理を示す図である。出力制御回路９０にユーザデータの入力が開始されると、入出力制御回路９０はコントローラ８９にユーザデータの入力が開始されたことを通知する。コントローラ８９は本通知を受け、信号生成回路８６に入出力制御回路９０から入力される１ページ分のデータを記録処理するよう命ずる。コントローラ８９からの処理命令は制御用ライン６０８を経由し、信号生成回路８６内のサブコントローラ６０１に通知される。本通知を受けサブコントローラ６０１は、各信号処理回路を並列に動作させるよう制御用ライン６０８を介して各信号処理回路の制御を行う。

先ずメモリ制御回路６０３に、データライン６０９を介して入出力制御回路９０から入力されるユーザデータをメモリ６０２に格納するよう制御する。メモリ６０２に格納したユーザデータがある一定量に達すると、ＣＲＣ演算回路６０４でユーザデータをＣＲＣ化する制御を行う。次にＣＲＣ化したデータに、スクランブル回路６０５で擬似乱数データ列を加えるスクランブル化を施し、誤り訂正符号化回路６０６でパリティデータ列を加える誤り訂正符号化する制御を行う。ピックアップインターフェース回路６０７は、メモリ６０２から誤り訂正符号化したデータを空間光変調器３１２上の２次元データの並び順で読み出し、再生時に基準となるマーカーを付加した後、ピックアップ１１内の空間光変調器３１２に２次元データを転送する。

本実施例では、メモリ６０２はユーザデータを格納するとともに、予めサーボページ５００用のデータを格納している。サーボページ５００はデータ再生時に参照光とブック位置のずれを検出するために用いるページであり、後述する「チェックパターン」のような特有パターンのデータからなる。サーボページをブック内に挿入して記録することで、当該ブックに含まれる各データページの再生位置ずれを補正することができる。サブコントローラ６０１の制御によりピックアップインターフェース回路６０７は、メモリ６０２からサーボページ用のデータを読み出し、２次元データとしてピックアップ１１内の空間光変調器３１２へ転送する。

図７は、再生用の信号処理回路８５の内部構成と再生信号処理を示す図である。ここでは、信号処理回路８５によるデータページ５０１の再生処理について説明する。なお、サーボページ５００の再生については再生位置ずれ検出回路２０１で処理する。データページとサーボページの処理の切り替えはコントローラ８９が制御する。

コントローラ８９はピックアップ１１内の撮像素子３２５が画像データを検出すると、信号処理回路８５にピックアップ１１から入力される１ページ分のデータを再生処理するよう命ずる。コントローラ８９からの処理命令は制御用ライン７１１を経由し、信号処理回路８５内サブコントローラ７０１に通知される。本通知を受け、サブコントローラ７０１は各信号処理回路を並列に動作させるよう制御用ライン７１１を介して各信号処理回路の制御を行う。先ず、メモリ制御回路７０３に、データライン７１２を介して、ピックアップ１１からピックアップインターフェース回路７１０を経由して入力される画像データをメモリ７０２に格納するよう制御する。

メモリ７０２に格納されたデータがある一定量に達すると、画像位置検出回路７０９でメモリ７０２に格納された画像データ内からマーカーを検出して有効データ範囲を抽出する制御を行う。次に検出されたマーカーを用いて画像歪み補正回路７０８で、画像の傾き・倍率・ディストーションなどの歪み補正を行い、画像データを期待される２次元データのサイズに変換する制御する。サイズ変換された２次元データを構成する複数ビットの各ビットデータを、２値化回路７０７において“０”、“１”判定する２値化し、メモリ７０２上に再生データの出力の並びでデータを格納する制御を行う。次に誤り訂正回路７０６で各データ列に含まれる誤りを訂正し、スクランブル解除回路７０５で擬似乱数データ列を加えるスクランブルを解除した後、ＣＲＣ演算回路７０４でメモリ７０２上のユーザデータ内に誤りが含まれない確認を行う。その後、入出力制御回路９０にメモリ７０２からユーザデータを転送する。

図８Ａと図８Ｂは、記録時と再生時のデータ処理フローを示す図である。
図８Ａは記録データ処理フローであり、入出力制御回路９０において記録データ受信後、空間光変調器３１２上の２次元データに変換するまでの信号生成回路８６での処理を示す。

まず、記録するデータがサーボページかデータページかを判定する（Ｓ８００）。サーボページの場合は、メモリ６０２からサーボページ用データを読み出し（Ｓ８０９）、空間光変調器にデータパターンを転送する（Ｓ８０７）。なお、サーボページの記録順序が予め定められている場合には（例えば先頭ページとする）、ページ番号からサーボページであることを判定することができる。

記録するデータがデータページの場合は、ユーザデータを受信する（Ｓ８０１）。ユーザデータに対する信号処理として、複数のデータ列に分割、再生時エラー検出が行えるように各データ列をＣＲＣ化し（Ｓ８０２）、オンピクセル数とオフピクセル数をほぼ等しくし、同一パターンの繰り返しを防ぐことを目的にデータ列に擬似乱数データ列を加えるスクランブルを施した後（Ｓ８０３）、再生時エラー訂正が行えるようにリード・ソロモン符号等の誤り訂正符号化を行う（Ｓ８０４）。次にこのデータ列をＭ×Ｎの２次元データに変換し、それを１ページデータ分繰返すことで１ページ分の２次元データを構成する（Ｓ８０５）。このように構成した２次元データに対して再生時の画像位置検出や画像歪補正での基準となるマーカーを付加する（Ｓ８０６）。

信号処理を完了したページ用データ（２次元パターン）を、空間光変調器３１２に転送する（Ｓ８０７）。１つのブックに含まれるページデータの記録が終了したかどうかを判定し（Ｓ８０８）、残りのデータがあればＳ８００に戻り上記工程を繰り返す。

図８Ｂは再生データ処理フローであり、撮像素子３２５で２次元データを検出後、入出力制御回路９０における再生データ送信までの信号処理回路８５での処理を示している。

まず、再生するデータがサーボページかデータページかを判定する（Ｓ８１０）。サーボページの場合は、再生位置ずれ検出回路２０１により参照光と再生対象ホログラムとの位置ずれを検出する（Ｓ８２２）。検出した位置ずれ量に基づき、後述するように空間フィルタ３１４の位置を移動させることで位置ずれを補正する（Ｓ８２３）。サーボページの処理順序をブックの先頭とすれば、以下のページ再生時の位置ずれをなくすことができる。

再生するデータがデータページの場合は、撮像素子３２５で検出された画像データが信号処理回路８５に転送される（Ｓ８１１）。画像データの信号処理では、画像に含まれるマーカーを基準に画像位置を検出し（Ｓ８１２）、画像の傾き・倍率・ディストーションなどの歪みを補正した後（Ｓ８１３）、２値化処理を行い（Ｓ８１４）、マーカーを除去することで（Ｓ８１５）、１ページ分の２次元データを取得する（Ｓ８１６）。このようにして得られた２次元データを複数のデータ列に変換した後、誤り訂正処理を行い（Ｓ８１７）、パリティデータ列を取り除く。次にスクランブル解除処理を施し（Ｓ８１８）、ＣＲＣによる誤り検出処理を行ってＣＲＣパリティを削除する（Ｓ８１９）。

信号処理を完了したページデータを、入出力制御回路９０経由で送信する（Ｓ８２０）。１つのブックに含まれるページデータの再生が終了したかどうかを判定し（Ｓ８２１）、残りのデータがあればＳ８１０に戻り上記工程を繰り返す。

次に、データ再生時の位置ずれ検出と補正方法について説明する。再生時に参照光３０７とホログラムの相対位置ずれが生じると、撮像素子３２５での再生出力が低下する。本実施例では、空間フィルタ３１４の開口部周辺に照射される再生信号光を検出することで参照光とホログラムの相対位置ずれを検出し、空間フィルタ３１４の位置を移動させることで位置ずれを補正する構成としている。

図９は、空間フィルタを用いた再生位置ずれ検出方法を示す図である。
（ａ）は空間フィルタ３１４の光入射面を示し、中央には光透過部（開口部）３１４ａを有する。開口部の形状は矩形状であり、このようなフィルタは「ポリトピックフィルタ」とも呼ばれる。光透過部３１４ａには光軸９０１で示す再生信号光が通過する。光情報記録媒体１が円盤ディスクの場合、Ｘ方向は円周方向、Ｙ方向は半径方向を示す。空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａの周辺部である光遮光部３１４ｂには、再生光の入射側に４個の光検出器９０６（Ａ〜Ｄで示す）を配置する。光透過部３１４ａを挟んで、光検出器ＡとＢはＸ方向に対向し、光検出器ＣとＤはＹ方向に対向している。

（ｂ）は再生位置ずれ検出回路２０１の内部構成を示す。検出回路２０１は、光検出器Ａ〜Ｄの信号を信号線９０５で入力し、２つの減算回路９０２，９０３で差分演算することでＸ方向とＹ方向の再生位置ずれ検出信号（Ａ−Ｂ），（Ｃ−Ｄ）を得る。例えば、再生信号光がＸ軸のプラス方向に位置ずれΔＸが発生している場合は、信号光が光検出器Ａに偏って入射することで、検出回路２０１の減算回路９０２を介して（Ａ−Ｂ）＞０の信号が出力される。同様に、再生信号光がＹ軸のプラス方向に位置ずれΔＹが発生している場合は、信号光が光検出器Ｃに偏って入射することで、検出回路２０１の減算回路９０３を介して（Ｃ−Ｄ）＞０の信号が出力される。このように、検出信号（Ａ−Ｂ），（Ｃ−Ｄ）により再生位置ずれ量とずれ方向を検出することができる。

図１０は、位置ずれ量と検出信号との関係を示す図である。横軸はＸ方向、Ｙ方向のずれ量ΔＸ，ΔＹ、縦軸は検出回路２０１からの検出信号（Ａ−Ｂ），（Ｃ−Ｄ）を示す。当然ながら、検出信号はずれ量にほぼ比例して得られる。直線の傾き（勾配）Ｋ１，Ｋ２は、光検出器９０６の感度と再生信号光の強度に依存する。

空間フィルタ３１４に入射する再生信号光の強度分布が破線Ｓ１で示すように単一ピークの場合には、光検出器９０６を配置する光遮光部３１４ｂでの光強度は低く、検出信号の勾配（Ｋ１）は小さい。この場合、再生信号光の中心部での強度を高めればその周辺部である光遮光部３１４ｂでの強度も高めることはできるが、光源から出射できるピーク強度には限度がある。

これに対し、再生信号光の強度分布が実線Ｓ２で示すように複数のピークをもつようにすれば、光遮光部３１４ｂでの光強度は高くなり、検出信号の勾配（Ｋ２）を大きくすることができる。そこで本実施例では、再生信号光の強度分布が実線Ｓ２の分布となるよう、サーボページに後述するような特有の２次元パターンを使用している。

図１１は、再生位置ずれが発生した場合の再生光学系を示す図である。ブック再生位置ずれが発生すると、再生信号光３０６の位置が空間フィルタ３１４の光透過部（開口部）３１４ａからずれて、空間フィルタ３１４の光遮光部（周辺部）３１４ｂの位置に照射される。その結果、信号光３０６は撮像素子３２５まで到達できない、あるいは到達しても再生信号レベルが減衰してしまう。そこで、光遮光部３１４ｂに照射された信号光を図９に示した空間フィルタ３１４上の光検出器９０６（Ａ〜Ｄ）で検出し、信号線９０５を介して再生位置ずれ検出回路２０１によりずれ量を検出する。

図１２は、再生位置ずれの補正方法を示す図である。ここでは補正方法として、空間フィルタ３１４の位置をＸ，Ｙ方向に移動可能なアクチュエータ（位置ずれ補正部）１２０１により、３１４’の位置まで移動させる。これにより、信号光３０６は空間フィルタ３１４の光透過部（開口部）３１４ａを通過し、撮像素子３２５まで到達させることができる。空間フィルタ３１４の位置ずらし量は、再生位置ずれ検出回路２０１の検出信号（Ａ−Ｂ），（Ｃ−Ｄ）に基づいてサーボ信号生成回路８３が決定し、サーボ制御回路８４を介してアクチュエータ１２０１を制御する。そして、検出信号（Ａ−Ｂ），（Ｃ−Ｄ）が予め定めた閾値以下となった時点で補正を完了する。位置付けが完了したら、そのままページデータの再生を開始する。

なお、図９（ａ）に示す光検出器に９０６（Ａ〜Ｄ）について、本実施例では空間フィルタ３１４上に配置したが、配置位置は空間フィルタ３１４上に限定するものではなく、空間フィルタ３１４と光学的に等価となる面に配置してもよい。例えば、対物レンズ３１５と空間フィルタ３１４の間にビームスプリッタを配置して再生信号光の一部を分離し、分離された信号光をレンズで集光する構成とし、該レンズの焦点面に光検出器を配置してもよい。

また、図１２における再生位置ずれの補正では空間フィルタ３１４の位置を移動させるようにしたが、これに限定するものではない。例えば、空間フィルタ３１４は固定し対物レンズ３１５を移動させてもよいし、あるいは光情報記録媒体１を移動させてもよい。

ここで本実施例における、再生位置ずれ信号の強度を増大させる方法について説明する。上記したように、再生位置ずれ検出のため、再生時の信号光３０６のうち空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａを通過しない信号光、すなわち光遮光部３１４ｂの光量を光検出器９０６で検出している。ここで、通常のデータページ（２次元ランダムパターン）を記録した場合には、それから再生される信号光３０６の強度は、空間フィルタ３１４上では光軸９０１にピークがあり、周辺ほど弱くなる。このため、空間フィルタの遮光部３１４ｂに照射される信号光の光量は元々少なく、信号光３０６と空間フィルタ３１４との間で位置ずれが生じても遮光部３１４ｂに配置した光検出器９０６で検出できる信号レベルは低く、位置ずれ信号が微弱になる（図１０における勾配Ｋが小さい）という課題があった。

そこで本実施例では、再生される信号光３０６の強度が、空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａだけでなく、その周辺の光遮光部３１４ｂにもピークを発生させて、光検出器９０６への光強度が増大するように構成する。すなわち図１０に示すように強度分布をＳ１からＳ２に変え、感度をＫ１からＫ２に向上させる。そのため、特有の２次元パターンを有するサーボページを導入し、サーボページを再生することで位置ずれの検出と補正を行うようにした。これにより、ブック再生位置ずれに対して、高感度で位置ずれを検出することができ、精度良くブック再生位置制御およびページデータ再生を行うことができる。

図１は、本実施例による位置ずれ信号の増大方法を説明する図である。（ａ）はサーボページ５００として使用する特有の２次元パターンの例、（ｂ）は空間フィルタ３１４の形状、（ｃ）は空間フィルタ３１４上の信号光３０６の強度分布である。

（ａ）で示すように、空間光変調器３１２に表示して記録する２次元パターン１００として、例えば２次元のチェックパターン（市松模様）を用いる。すなわち、信号“１”と“０”のピクセルをＸ方向とＹ方向に交互に配列させたパターンである。このような周期性を有する２次元パターンで変調された信号光は、リレーレンズ３１３により収束させると、その焦点面に配置した空間フィルタ３１４面において、回折現象による回折ピークを発生させることができる。

（ｃ）は空間フィルタ３１４上での再生信号光３０６の強度分布を示し、光軸中心のピークの他に、Ｘ方向とＹ方向に所定間隔で回折ピークが発生している。すなわち、ピーク位置が局在化している。この回折ピークの発生位置（間隔）は、２次元パターン１００のピッチ（ピクセルサイズ）ｐｘ、ｐｙに依存する。この現象は、特有パターンの記録時と同様、特有パターンの再生時にも発生する。よって、回折ピーク位置を（ｂ）の空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａのサイズＡｘ，Ａｙに合わせるように（ａ）の２次元パターン１００のピッチを決めれば、空間フィルタ３１４の光遮光部３１４ｂを照射する信号光の光量が増大する。すなわち、参照光３０７とホログラムの相対位置ずれが生じた際、光遮光部３１４ｂに配置した光検出器９０６で再生信号光３０６を効率よく検出し、再生位置ずれを高感度に検出することができる。

ここで、空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａの周辺にて再生信号光３０６の回折光のピークを発生させるための、２次元パターン１００のピッチと、空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａのサイズとの関係を説明する。空間光変調器３１２における２次元パターンのＸ、Ｙ方向のピッチ（ピクセルサイズ）をｐｘ，ｐｙ、光源３０１の波長をλ、リレーレンズ３１３の焦点距離をｆとする。リレーレンズ３１３の焦点面上での信号光３０６の（ｍ，ｎ）次回折光の位置（ｕｘ，ｕｙ）は、
ｕｘ＝ｍ・ｆ・λ／ｐｘ，ｕｙ＝ｎ・ｆ・λ／ｐｙ （ｍ，ｎは整数） （１）
で与えられる。

空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａのサイズをＡｘ，Ａｙとするとき、回折光が光透過部３１４ａの周辺部（縁）に集光されるためには、ｕｘ≒Ａｘ、ｕｙ≒Ａｙであればよいから、２次元パターンのピクセルサイズｐｘ，ｐｙは、
ｐｘ≒ｍ・ｆ・λ／Ａｘ，ｐｙ≒ｎ・ｆ・λ／Ａｙ （ｍ，ｎは整数） （２）
とすればよい。具体的には、例えばＡｘ＝Ａｙ＝２ｍｍ，λ＝４０５ｎｍ，ｆ＝４０ｍｍ，ｍ＝ｎ＝１の場合には、ｐｘ≒ｐｙ≒８．１μｍとすればよい。

空間フィルタ上での信号光を局在化させるための２次元パターンとして、チェックパターン以外のパターンも使用可能である。また、サーボページの全てのピクセルに周期性を持たせる必要はなく、一部のピクセルに周期性を持たせることによっても、同様の効果が得られる。

図１３は、信号光を局在化させるための２次元パターンの他の例を示す図である。空間光変調器３１２に表示する２次元パターンと、空間フィルタ３１４上での再生信号光３０６の強度分布の関係を示す。

（ａ）は比較のためにランダムパターンの場合を示したもので、一般の記録データの場合に相当する。空間フィルタ３１４上では信号光は中央のピークに強く局在し、回折光は発生しない。
（ｂ）は図１で示したチェックパターンの場合で、光透過部３１４ａの４隅に１次の回折光が発生している状態である。
（ｃ）は、矩形リングパターンの場合であり、光透過部３１４ａの４辺に１次の回折光が発生している。
（ｄ）は、楕円リングパターンの場合で、光透過部３１４ａの縁部に１次の回折光が発生している。

このように、２次元方向に周期性を有するパターンであれば、その回折作用により、光透過部３１４ａの周辺に信号光を局在化させることができる。

また、空間光変調器３１２にて２次元パターンを表示する代わりに、空間フィルタ３１４の光透過部３１４ａの周辺に光を局在化させる部品を具備してもよい。例えば空間フィルタと光学的に等価な面に回折格子を設けるのでもよい。

図１４は、本実施例による再生位置ずれ検出信号の改善効果を示す図である。（ａ）は比較のために２次元パターンとしてランダムパターンを用いたとき、（ｂ）は本実施例におけるチェックパターン（図１（ａ）、図１３（ｂ））を用いたときの、Ｘ方向及びＹ方向のずれ量に対する検出信号レベルを示している。Ｘ方向及びＹ方向は図９（ａ）に示す方向であり、光透過部３１４ａはＹ方向を長辺とする１：２の長方形とし、これに合わせてチェックパターンのピッチを設定している。縦軸の検出信号は図９（ａ）に示す各光検出器Ａ〜Ｄの出力及びそれらの差分信号（Ａ−Ｂ），（Ｃ−Ｄ）を相対値で示している。

この結果から明らかなように、ランダムパターンの場合と比較しチェックパターンを用いることで、検出感度（同一ずれ量に対する検出信号レベル）が増大し、Ｘ方向で約３倍、Ｙ方向で約６倍の大幅な改善を図ることができた。また、チェックパターンで得られる検出感度はＸ方向とＹ方向でほぼ等しく、光透過部３１４ａの形状（縦横比）に依存しないと言える。このような検出感度の改善は、図１３（ｃ）（ｄ）に示す他のパターンにおいても同様に得られる。

なお、本実施例の光検出器９０６（Ａ〜Ｄ）を用いれば、再生位置ずれだけでなく、再生時のデフォーカス量、すなわち信号光の光軸方向（Ｚ方向）のずれ量も検出することが可能である。その場合にもチェックパターンを用いることで、検出感度を増大させることができる。

以上説明したように、本実施例では、少なくとも一部に周期性を有する２次元パターンをサーボページとして導入することで、ブック再生位置ずれに対し高感度で位置ずれを検出することができる。これより、大容量・高密度のホログラム記録再生において高精度の位置決めが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１：光情報記録媒体、１０：ホログラム記録再生装置、１１：ピックアップ、１２：再生用参照光光学系、８３：サーボ信号生成回路、８４：サーボ制御回路、８５：信号処理回路、８６：信号生成回路、８９：コントローラ、９０：入出力制御回路、９１：外部制御装置、１００：２次元パターン、２０１：再生位置ずれ検出回路、３０１：光源、３０６：信号光、３０７：参照光、３０９：位相マスク、３１１：ＰＢＳプリズム、３１２：空間光変調器、３１３：リレーレンズ、３１４：空間フィルタ、３１４ａ：光透過部、３１４ｂ：光遮光部、３１５：対物レンズ、３１９：ガルバノミラー、３２０：アクチュエータ、３２１，３２２：レンズ、３２３：アクチュエータ、３２４：ガルバノミラー、３２５：撮像素子、５００：サーボページ、５０１：データページ、５１０：ブック、９０１：光軸、９０６：光検出器、１２０１：アクチュエータ。

Claims (10)

1. 参照光と信号光を干渉させ、得られた干渉縞をホログラムとして光情報記録媒体に記録し、または、前記光情報記録媒体に参照光を照射して記録されているホログラムを再生するホログラム記録再生装置において、
   前記光ビームを出射する光源と、
   前記光ビームを前記参照光と前記信号光とに分岐する分岐素子と、
   前記信号光に記録するデータを付加する空間光変調器と、
   データが付加された前記信号光が通過する光透過部を有する空間フィルタと、
   前記空間フィルタを通過した前記信号光を前記光情報記録媒体に照射する対物レンズと、
   前記空間光変調器と前記対物レンズの間に配置され、前記信号光を前記空間フィルタの位置に収束させるリレーレンズと、
   前記参照光を前記光情報記録媒体に照射する再生用参照光光学系と、
   前記光情報記録媒体に形成された再生対象のホログラムに前記参照光を照射し、得られた再生光の内、前記空間フィルタを通過した再生光を検出して再生信号を生成する撮像素子と、
   前記再生光の内、前記空間フィルタの前記光透過部周辺に照射された再生光を検出する光検出器と、
   前記光検出器の出力に基づいて、前記参照光と再生対象ホログラムとの位置ずれを検出する再生位置ずれ検出部と、
   前記再生位置ずれ検出部の検出信号に基づき前記空間フィルタの位置を移動させることで前記参照光と再生対象ホログラムとの位置ずれを補正する位置ずれ補正部と、を備え、
   記録時は、前記空間光変調器により少なくとも一部に周期性を有する２次元パターンのデータを付加した信号光でサーボページを記録し、
   再生時は、前記サーボページに前記参照光を照射し、得られた再生光を前記光検出器で検出することで前記参照光と再生対象ホログラムとの位置ずれを検出することを特徴とするホログラム記録再生装置。
2. 請求項１に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記サーボページの記録に用いる２次元パターンは、信号“１”と“０”のピクセルを２次元方向に交互に配列させたチェックパターンであることを特徴とするホログラム記録再生装置。
3. 請求項２に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記空間光変調器における前記チェックパターンのピクセルのサイズをｐｘ，ｐｙとし、前記空間フィルタの前記光透過部のサイズをＡｘ，Ａｙとしたとき、
   ｐｘ≒ｍ・ｆ・λ／Ａｘ，ｐｙ≒ｎ・ｆ・λ／Ａｙ（ただし、ｍ，ｎ：整数、ｆ：リレーレンズの焦点距離、λ：光源の波長）
   としたことを特徴とするホログラム記録再生装置。
4. 請求項１に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記光検出器は、前記空間フィルタの前記光透過部を挟んで対向するように配置し、
   前記再生位置ずれ検出部は、対向して配置された前記光検出器からの信号の差分演算を行うことで位置ずれを検出することを特徴とするホログラム記録再生装置。
5. 請求項１に記載のホログラム記録再生装置であって、
   前記ピックアップは、前記参照光の前記光情報記録媒体への入射角度を調整する角度調整部を有し、
   前記光情報記録媒体には、該光情報記録媒体の同一位置において前記参照光の入射角度を変えながら複数のページを１つのブックとして多重記録するものであって、
   前記ブックには、前記参照光の入射角度を変えて前記サーボページを追加して記録し、
   前記ブックを再生するとき、当該ブックに含まれる前記サーボページの位置ずれを検出して補正することで、当該ブックに含まれる他のページに対する位置ずれを補正することを特徴とするホログラム記録再生装置。
6. 参照光と信号光を干渉させ、得られた干渉縞をホログラムとして記録した光情報記録媒体に対し、参照光を照射して記録されているホログラムを再生するときの再生位置ずれ検出方法において、
   前記光情報記録媒体に、空間光変調器により少なくとも一部に周期性を有する２次元パターンのデータがサーボページとして記録されている場合、
   前記参照光を前記光情報記録媒体に照射することにより前記サーボページからの再生光を得るステップと、
   前記再生光を再生用の撮像素子へ導く空間フィルタにおいて、該空間フィルタの光透過部周辺に配置した光検出器により該光透過部周辺に照射される再生光を検出するステップと、
   前記光検出器からの信号を演算することにより、前記参照光と前記サーボページとの位置ずれを検出するステップと、
   を備えることを特徴とする再生位置ずれ検出方法。
7. 請求項６に記載の再生位置ずれ検出方法であって、
   前記サーボページの記録に用いる２次元パターンは、信号“１”と“０”のピクセルを２次元方向に交互に配列させたチェックパターンであることを特徴とする再生位置ずれ検出方法。
8. 請求項７に記載の再生位置ずれ検出方法であって、
   前記空間光変調器における前記チェックパターンのピクセルのサイズをｐｘ，ｐｙとし、前記空間フィルタの前記光透過部のサイズをＡｘ，Ａｙとしたとき、
   ｐｘ≒ｍ・ｆ・λ／Ａｘ，ｐｙ≒ｎ・ｆ・λ／Ａｙ（ただし、ｍ，ｎ：整数、ｆ：信号光を空間フィルタの位置に収束させるリレーレンズの焦点距離、λ：参照光と信号光の波長）
   としたことを特徴とする再生位置ずれ検出方法。
9. 請求項６に記載の再生位置ずれ検出方法であって、
   前記光検出器は、前記空間フィルタの前記光透過部を挟んで対向するように配置し、
   対向して配置された前記光検出器からの信号の差分演算を行うことで位置ずれを検出することを特徴とする再生位置ずれ検出方法。
10. 請求項６に記載の再生位置ずれ検出方法であって、
    前記光情報記録媒体には、該光情報記録媒体の同一位置において前記参照光の入射角度を変えながら複数のページを１つのブックとして多重記録するものであって、
    前記ブックには、前記参照光の入射角度を変えて前記サーボページが追加して記録されていることを特徴とする再生位置ずれ検出方法。

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