JP5475780B2 - 情報格納装置および情報記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、情報格納装置および情報記録媒体に関する。

情報格納装置として、例えばホログラフィックストレージ装置がある。ホログラフィックストレージ装置は、情報をホログラムとして記録するもので、大容量の記録が可能なことから、次世代の記録媒体として注目されている。

ホログラフィックストレージ装置の一例として、米国特許出願公開ＵＳ２００６／０２７９８２４（以下、特許文献１と称する）がある。この特許文献１のホログラフィックストレージ装置には、光源からのレーザ光をホログラフィックストレージ媒体へ照射し、その反射光を検出することによって媒体の角度を検知することが開示されている。また、ホログラフィックストレージ媒体に予め振動検知用のホログラムパターンを記録しておき、そのパターンから回折パターン検出手段で干渉縞を観測し、媒体の振動を検知することが開示されている。

しかしながら、ホログラフィックストレージ媒体の角度を検知する技術については、一般的なレーザやＬＥＤ光を用いた角度センサをホログラフィックストレージ媒体に適用しただけである。したがって、特許文献１に記載の角度センサからは、複数の制御軸位置の誤差情報は得ることはできない。

また、ホログラフィックストレージ媒体に予め振動検知用のホログラムパターンを記録する技術についても、ホログラフィックストレージ媒体の３次元位置制御を行うための解決手段にはならない。

米国特許出願公開第２００６／０２７９８２４号明細書

本発明は、情報記録媒体の３次元的な位置情報を検出し、その位置情報に基づいて情報記録媒体の位置制御を行なうことで、高精度な３次元位置制御を行う情報格納装置および情報記録媒体を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の情報格納装置は、情報記録媒体と、第１のレーザ光線を発生する第１の光源と、前記第１のレーザ光線を分岐して第１及び第２の光ビームを生成し、前記第１及び第２の光ビームを異なる方向から前記情報記録媒体内の略同一位置に同時に照射する照射部と、前記情報記録媒体上に形成され前記第１及び第２の光ビームを反射するサーボマークと、前記第１及び第２の光ビームが前記サーボマークによって反射された一対の反射光ビームを同時に検出して画像信号を出力する共通のイメージセンサ光検出部と、前記画像信号における前記一対の反射光ビームの中心位置を表す座標情報と、前記情報記録媒体の基準位置及び姿勢における前記一対の反射光ビームの中心位置が取るべき座標情報とに基づいて、目標位置及び姿勢に対する前記情報記録媒体の相対位置及び姿勢を示す位置誤差情報を算出する演算部と、前記位置誤差情報に基づいて前記情報記録媒体の位置を変位させる駆動部と、を有することを特徴とする

２つの異なる方向から情報記録媒体の同一位置にレーザ光を照射し、その反射光を検出することで、情報記録媒体の３次元的な位置情報を検出することができる。この位置情報に基づいて情報記録媒体の位置制御を行なうことで、高精度な３次元位置制御が可能となる。

第１の実施形態に係る情報格納装置の情報記録に適用される構成を示す図。 第１の実施形態に係る情報格納装置の情報再生に適用される構成を示す図。 情報記録媒体の側面図。 情報記録媒体のサーボマークと反射光を示す図。 情報記録媒体に照射される光と、その反射光を検出する光検出器の位置関係を示す図。 ２つの光束のｘ方向の変位によるサーボマーク反射スポット像と、ｘ方向の位置誤差とｘ方向の位置誤差情報の演算結果の関係を示す図。 ２つの光束のｙ方向の変位によるサーボマーク反射スポット像と、ｙ方向の位置誤差とｙ方向の位置誤差情報の演算結果の関係を示す図。 ２つの光束のｚ方向の変位によるサーボマーク反射スポット像と、ｚ方向の位置誤差とｚ方向の位置誤差情報の演算結果の関係を示す図。 ２つの光束のθｙ方向の回転によるサーボマーク反射スポット像と、θｙ方向の位置誤差とθｙ方向の位置誤差情報の演算結果の関係を示す図。 第２の実施形態に係る情報格納装置の情報記録に適用される構成を示す図。

以下、本発明の実施形態に係る情報格納装置を詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態における、情報格納装置について説明する。本実施形態では、情報格納装置として２光束方式のホログラフィックストレージ装置に適用した例を示している。本発明は、ホログラフィックストレージ装置に限定されるものではなく、情報記録媒体の位置および傾きを補正する必要があるものに適用される。

図１は、情報格納装置の情報記録媒体に情報を記録するときの構成を示している。情報記録媒体２００は、ホログラフィックストレージ媒体である。光源(ＥＣＬＤ)１０は、半導体レーザである。光源１０は、情報記録媒体２００へ情報を記録するために、レーザ光をコリメートレンズ２０に向けて照射する。コリメートレンズ２０は、レーザ光を平行光にしてλ／２板（ＨＷＰ）３０を経由し、偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ１)４０に出射する。λ／２板３０は、レーザ光の偏光方向を調整することができる。偏光ビームスプリッタ４０は、レーザ光を情報光と参照光に分岐する。

偏光ビームスプリッタ４０からの情報光は、偏光ビームスプリッタ(ＰＢＳ２)５０に入射される。偏光ビームスプリッタ５０は、情報光を反射してλ／４板（ＱＷＰ）６０を経由して空間光変調器（ＳＬＭ）７０に入射させる。空間光変調器７０は、情報光を情報記録媒体２００に記録するページデータに変調する。変調された情報光は、λ／４板６０、偏光ビームスプリッタ５０、レンズ８０、開口９０、ミラー１００、レンズ１１０、立ち上げミラー１２０を経由して対物レンズ１３０に入射される。λ／４板６０からの情報光は、偏光ビームスプリッタ５０への入射時とは直交する偏光を有する情報光となり偏光ビームスプリッタ５０を透過する。レンズ８０は、情報光を集光する。開口９０は、集光した情報光の焦点付近での通過光サイズを制限することで、情報記録媒体２００上での情報光のスポットサイズを制御する。レンズ１１０は、情報光を平行光にする。対物レンズ１３０は、情報記録媒体２００の記録位置に焦点を合わせて情報光を照射する。

一方、偏光ビームスプリッタ４０を透過した参照光は、ハーフミラー１４０によって反射されて参照光１として、情報記録媒体２００の前記情報光と同じ位置に照射される。また、ハーフミラー１４０を透過した参照光は、ミラー１５０によって反射されて参照光２として、情報記録媒体２００の前記情報光と同じ位置に照射される。ハーフミラー１４０、ミラー１５０と情報記録媒体２００との間にはシャッター１９０が設けられる。

更に、本実施形態では、情報記録媒体２００で反射された参照光１又は参照光２を検出する光検出器１６０が設けられている。光検出器１６０は、例えばＣＣＤイメージセンサである。光検出器１６０は、参照光１又は参照光２の反射光像の画像情報を演算回路１７０へ送信する。演算回路１７０は、画像情報に基づいて情報記録媒体２００の位置誤差情報を算出する。その位置誤差情報は、駆動装置１８０へ送出される。駆動装置１８０は、その位置誤差情報を基に情報記録媒体２００を駆動して、正しい位置に補正する。

次に、情報記録媒体２００に情報を記録するときの動作を説明する。

図１（ａ）において、光源１０から放射されたレーザ光は、コリメートレンズ２０に入射される。光源１０は、例えば波長４０５ｎｍの青紫色波長帯を有する外部共振器付き半導体レーザである。コリメートレンズ２０を出射したビームは、平行光となり、λ／２板３０を透過し、偏光ビームスプリッタ４０に入射される。この偏光ビームスプリッタ４０に入射したビームは、２系統に分岐(Ｐ偏光は透過、Ｓ偏光は反射)される。

偏光ビームスプリッタ４０を反射したＳ偏光は、情報記録媒体２００の記録に用いる情報光となる。また、偏光ビームスプリッタ４０で透過したＰ偏光は、情報記録媒体２００の記録に用いる参照光となる。この情報光と参照光の光量比は、λ／２板３０の回転角により調整することが出来る。

偏光ビームスプリッタ４０を反射した情報光（図中、下方向に分岐した光）は、第２の偏光ビームスプリッタ５０に入射する。偏光ビームスプリッタ５０によって反射された情報光は、λ／４板６０を透過し、空間光変調器７０に入射される。空間光変調器７０は、入射した情報光の波面に対して、情報記録媒体２００に記録するページデータに対応した変調を施した上で、その情報光を反射する。反射された情報光は、再びλ／４板６０を透過することで、偏光ビームスプリッタ５０への入射時とは直交する偏光を有することとなり、偏光ビームスプリッタ５０を透過する。

偏光ビームスプリッタ５０を透過した情報光は、レンズ８０によって集光され、その焦点付近に設置された開口９０、反射ミラー１００を経由し、レンズ１１０に入射される。このレンズ１１０によって、情報光は再び平行光となる。なお、開口９０は、情報光の情報記録媒体２００上でのスポットサイズを制限するための素子である。その後、レンズ１１０を通過した情報光は、立上げミラー１２０によって紙面垂直方向を上方として斜め上方に向けて反射され、対物レンズ１３０に入射する。対物レンズ１３０は、情報記録媒体２００の記録層に焦点を結ぶように情報光を照射する。

一方、偏光ビームスプリッタ４０を透過した参照光は、ハーフミラー１４０を透過する参照光２と、ハーフミラー１４０で反射する参照光１に分岐される。そして、ハーフミラー１４０を透過した参照光２は、さらにミラー１５０で反射される。シャッター１９０は、参照光１又は参照光２の一方を遮光する。シャッター１９０によって遮光されない方の参照光は、情報記録媒体２００の情報光と略同一位置に照射される。即ち、参照光１および参照光２は、それぞれ異なる角度を持って、情報光が焦点を結ぶ情報記録媒体２００上の略同一位置に照射される。

更に詳述すると、情報記録媒体２００への情報の記録時には、参照光１と参照光２のどちらか一方は、シャッター１９０によって常に遮光される。そして、情報記録媒体２００上では、参照光１と情報光、あるいは参照光２と情報光が同時に照射される。これにより、情報記録媒体２００には、情報光と参照光１の干渉パターン又は情報光と参照光２の干渉パターンに基づく屈折率変化がページデータとして記録される。参照光１と参照光２が２つの光路を通って異なる角度で情報記録媒体２００に照射される理由は、この２つの角度で、情報記録媒体２００の略同一位置にページデータを多重記録するためである。なお、これとは別に、情報記録媒体２００を図中のｙ軸周りに回転(θｙ回転)させることにより、角度多重記録も行なうことができる。こうして、情報記録媒体２００上の所定位置に情報の記録が行われる。

更に、本実施形態では、この参照光１および参照光２を用いて三次元位置および回転制御を行う。

即ち、参照光１および参照光２が照射された情報記録媒体２００の一部から反射された光は、対物レンズ付近に設置された光検出器１６０に照射される構成となっている。そして、光検出器１６０は、参照光１および参照光２の反射光像の画像情報を演算回路１７０へ送信する。

演算回路１７０は、この画像情報に基づいて情報記録媒体２００の位置誤差情報を算出する。演算回路１７０により算出された位置誤差情報は、駆動装置１８０へ出力される。この駆動装置１８０は、情報記録媒体２００の三次元位置および回転制御が可能なように物理的に接続されている。そして、駆動装置１８０は、位置誤差情報から駆動信号を生成する。駆動装置１８０は、駆動信号に基づいて、情報記録媒体２００の３次元的な位置・傾きを変位させ、情報記録媒体２００を所望の位置に位置決めする。なお、演算回路１７０が、光検出器１６０の画像情報に基づいて情報記録媒体２００の位置誤差情報を算出する仕組みについては後述する。

なお、情報記録媒体２００の位置誤差情報の算出時には、シャッター１９０が参照光１および参照光２のいずれも遮光しない状態、すなわち同時に情報記録媒体２００において反射されるようにしても良い。また、情報の記録時と同様にいずれか一方をシャッター１９０で常に遮光しても良い。但し、遮光する場合には、参照光１および参照光２の光検出器１６０上での反射光像の位置情報を、演算回路１７０内に記憶しておき、位置誤差情報の算出時に用いることになる。

図１（ｂ）は、図１（ａ）の情報記録媒体２００の周辺の側面図である。情報記録媒体２００に入射する参照光１および参照光２、さらには情報記録媒体２００で反射された光が光検出器１６０に入射する様子を示している。情報記録媒体２００で反射された参照光は、情報光とは異なる光路を通って光検出器１６０に入射されることになる。なお、図１（ｂ）では、参照光１と参照光２は重なって表示している。

図２は、第１の実施形態における情報格納装置の情報再生するときの構成を示す。図１の情報記録時と同一の要素・動作については説明を省略する。図２では、図１の情報格納装置にシャッター２５０、光検出器２６０、λ／４板２７０と再生用ミラー２９０、およびλ／４板２８０と再生用ミラー２９５が再生用として設けられている。

シャッター２５０は、偏光ビームスプリッタ４０からの情報光を遮光する。光検出器２６０は、例えばＣＣＤイメージセンサである。光検出器２６０は、偏光ビームスプリッタ５０からの再生信号の反射光を検出する。λ／４板２７０と再生用ミラー２９０、およびλ／４板２８０と再生用ミラー２９５は、一体的に形成されている。λ／４板２７０と再生用ミラー２９０、およびλ／４板２８０と再生用ミラー２９５は、参照光１，２を情報記録媒体２００に導く役目を司る。

次に、情報記録媒体２００から情報を再生するときの動作を説明する。

図２（ａ）において、光源１０から偏光ビームスプリッタ４０に入射したビームは、２系統に分岐される。再生動作では、偏光ビームスプリッタ４０で反射した情報光は、再生には使用しないため、シャッター２５０によって遮光される。

一方、偏光ビームスプリッタ４０を透過した参照光は、記録時の動作と同様にして参照光１と参照光２に分岐され、情報再生時の参照光となる。参照光１は、情報記録媒体２００を透過し、更にλ／４板２７０を透過して再生用ミラー２９０で反射され、再度λ／４板２７０を逆方向に透過し、読み出し対象の情報が記録された情報記録媒体２００上の所定位置に照射される。同じく、参照光２も情報記録媒体２００を透過し、更にλ／４板２８０を透過して再生用ミラー２９５で反射され、再度λ／４板２８０を逆方向に透過し、読み出し対象の情報が記録された情報記録媒体２００上の略同一位置に照射される。

本実施形態では、いわゆる位相共役再生方式を用いたホログラフィックストレージ装置である。再生用ミラー２９０又は再生用ミラー２９５で反射された光が情報記録媒体２００に照射される。そして、情報記録媒体２００に記録された情報に基づく情報光（以下、再生光と称する）が読み出されて、対物レンズ１３０へと入射される。対物レンズ１３０を透過した再生光は、立上げミラー１２０を記録時とは逆方向に反射し、レンズ１１０、ミラー１００、開口９０、レンズ８０を順に透過および反射する。レンズ８０を透過し平行光となった再生光は、偏光ビームスプリッタ５０で反射し、光検出器２６０に入力される。光検出器２６０は、情報記録媒体２００から読み出した再生光からページデータを再生する。

なお、情報の再生時には、参照光１と参照光２はシャッター１９０によって常にどちらか一方が遮光される。そして、情報記録媒体２００上では、参照光１あるいは参照光２が読み出し対象の情報が記録された情報記録媒体２００上の位置に照射される。即ち、参照光１の照射により、参照光１と情報光により記録されたページデータが再生される。また、参照光２の照射により、参照光２と情報光により記録されたページデータが再生される。

図２（ｂ）は、図２（ａ）に示した情報格納装置の情報記録媒体２００の周辺の側面図である。情報記録媒体２００に入射する参照光、さらには情報記録媒体２００より読み出された再生光が対物レンズ１３０に入射する様子を示している。なお、位置誤差情報生成に関わる参照光１と参照光２の光経路は、図１で説明した記録時と全く同じである。

本実施形態によれば、２つの異なる方向から情報記録媒体の略同一位置にレーザ光を照射し、その反射光を検出することで、情報記録媒体の３次元位置および回転情報を検出することができる。この位置情報に基づいて情報記録媒体の位置制御を行なうことで、高精度な３次元位置および回転制御が可能となる。

上述した実施形態では、２つの光束を異なる方向から情報記録媒体２００に照射し、情報記録媒体２００のいずれかの位置、例えば表面からの反射光を光検出器１６０で検出できることを前提に説明した。但し、この場合、情報記録媒体２００のどの位置からの反射光かが特定できないことや、微弱な光量しか反射しないといった問題も考えられる。そこで、これらの問題を解決するために、情報記録媒体２００にサーボマークを形成することについて説明する。

図３は、このサーボマークを形成した情報記録媒体２００の側面図を示す。情報記録媒体２００は、情報を記録する記録媒体４００を、透明基板４１０および透明基板４２０で上下より挟んだ構成となっている。それぞれの部分の厚さは、特に制限されるものではないが、例えば、透明基板４１０および透明基板４２０の厚さは０．５ｍｍであり、記録媒体４００の厚さは１．０ｍｍである。記録媒体４００と透明基板４２０の境界面には、サーボマーク層４３０が形成されている。このサーボマーク層４３０には参照光１，２を反射するサーボマークが形成されている。なお、サーボマーク層４３０は、透明基板４１０と記録媒体４００の境界面に形成しても、同一の効果を得ることができる。図３の上方から見た情報記録媒体２００の形状は、図１及び図２に示したような、例えば直径１２ｃｍの円形である。しかしながら、本発明の効果は、情報記録媒体の形状によって限られるものではなく正方形、長方形、楕円、その他多角形等の形状であっても良い。

図４は、情報記録媒体２００のサーボマークと反射光の関係を示す図である。

第１の実施形態の参照光１と参照光２は、下側の透明基板４１０の表面より入射し、記録媒体４００を透過し、サーボマーク層４３０の略同一位置に照射される。そして、照射された光束の内、一部がサーボマーク層４３０に形成されたサーボマーク４３１において反射される。その反射光は、記録媒体４００、透明基板４１０の順に透過し、光検出器１６０のセンサ面に入射する。サーボマーク４３１は、例えばアルミニウム薄膜や銀合金薄膜によって構成された微小なマークが一定間隔で記録されたものである。サーボマーク４３１は、参照光１と参照光２を、例えば反射率８０％以上で反射するものである。

図４の例では、ｘ方向に沿って一定間隔ｄで円形の反射サーボマーク４３１が記録されている。サーボマーク１３１の直径は例えば５０μｍであり、一定間隔ｄは例えば１．０ｍｍである。参照光１と参照光２は、略同一の断面径を有し、サーボマーク層４３０においてサーボマーク４３１を照射光束中に捕捉する。例えば、参照光１と参照光２が、同時に２個のサーボマーク４３１,４３１をその照射光束中に捕捉した場合、サーボマーク４３１,４３１からの反射光は、参照光１から２個、参照光２から２個、合わせて４個の反射光束となり光検出器１６０のセンサ面に入射されることになる。

（３次元的位置誤差情報の算出）
次に、情報記録媒体２００上にサーボマーク４３１を配置し、相異なる２方向からそのサーボマーク４３１を参照光１，２で照射した場合に、サーボマーク４３１の反射光像が光検出器１６０上でどのように変化し、その情報から３次元的位置誤差情報をいかに算出するか、具体例を説明する。

図５は、情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１と、照射される参照光１，２、その反射光を検出する光検出器１６０の位置関係を表わした図である。

情報記録媒体２００の座標ｘ，ｙ，ｚは、図５に示すように位置している。すなわち、サーボマーク４３１の中心を原点として、媒体延伸方向をｘ，ｙ、媒体厚さ方向をｚとする。情報記録媒体２００は、ｙ軸周りの回転（θｙ）方向に角度多重記録されるホログラフィックストレージ媒体である。図５では簡単にするため、サーボマーク４３１は、原点に１個ある場合を示している。サーボマーク４３１は、少なくともｘ軸方向に沿って一定間隔ｄに位置制御として必要な数が配置されている。

位置誤差情報とは、サーボマーク４３１の基準位置（原点）からのずれを算出することを目的とする。すなわち、この位置誤差情報を基にして、サーボマーク４３１を基準位置に近づけるように情報記録媒体２００の位置制御を行なうことが最終的な目的となる。

光検出器１６０は、光検出器１６０のセンサ面が構成する平面をｕｖ平面とする。センサのｕｖ平面は、情報記録媒体２００のｘｙ平面がｚ軸方向に一定距離ｄｚだけ平行移動し、その後、ｙ軸周りに一定角度αｙだけ回転した平面で表わされるものとする。なお、例えばｙ軸周りの回転に関しては、右ねじの進む方向にｙ軸の正方向を採り、右ねじの回転する方向を「正」とする。

本実施形態では、ｚ軸方向の移動量はｄｚ＝１２ｍｍ，ｙ軸周りの回転角はαｙ＝１０度とする。また、図５では簡単のため情報記録媒体２００は、図３の透明基板４１０と記録媒体４００を一体化させたものとし、その厚さは１．５ｍｍとした。なお、透明基板４２０の表示は、ここでは省略している。また、参照光１，２の入射角度は、ｙ軸周りの回転角は５１．０度、ｚ軸周りの回転角は、−３５．８度(参照光１)、３５．８度（参照光２）とした。

次に、図６乃至図９を参照して、３次元的位置誤差情報の演算処理と、それによる情報記録媒体の位置決め駆動制御について説明する。

各サーボマーク反射スポット像は、サーボマーク４３１がｘｙｚ座標の原点（基準位置）にあり、かつ情報記録媒体２００がｙ軸周りに１０度傾いた場合の反射スポット像を円で囲んでプロットしている。

本実施形態における位置誤差情報の演算処理は、情報記録媒体２００の変位・回転に対応したサーボマーク４３１の反射スポット像の中心位置の光検出器１６０のセンサ面上での変位を検出し、複数の反射スポット像の変位から情報記録媒体２００の変位・回転を演算により算出するものである。

（ｘ方向の位置誤差情報の算出）
まず、図６を用いて、ｘ方向の位置誤差情報の算出について説明する。

図６（ａ）は、図５に示した情報記録媒体２００がｘ方向に変位した場合のサーボマーク反射スポット像の中心位置を示す。図６（ｂ）は、サーボマークのｘ方向変位（横軸）と、ｘ方向の位置誤差情報演算値（縦軸）の関係をプロットしたものである。

図６（ａ）では、サーボマーク４３１が基準位置からｘ方向に±２．５ｍｍの範囲で変位したときのサーボマーク反射スポット像の中心位置を０．５ｍｍ間隔でプロットしたものである。これは、先に述べた情報記録媒体２００の厚み、角度等の機械的条件および入射光の入射条件に基づいて、入射・反射光の幾何光学シミュレーションを行なった結果を示したものである。以下、図７〜図９においても同様である。

参照光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、参照光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。また、基準位置における参照光１によるサーボマーク反射スポット像のセンサ面上での座標を（ｕｏ１，ｖｏ１）する。また、参照光２によるサーボマーク反射スポット像の中心像のセンサ面上での座標を（ｕｏ２，ｖｏ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のｘ方向の変位ｘは、
ｘ＝Ａ｛（ｕ１−ｕｏ１＋ｕ２−ｕｏ２）−Ｂ(ｖｏ１−ｖ１+ｖ２−ｖｏ２)｝‥（１）
の演算により求めることができる。

Ａ，Ｂは定数である。発明者が先に述べたシュミレーションを行った結果、Ａ＝０．４７，Ｂ＝１．７１の値に設定することにより、ｘ方向変位と式（１）の演算結果が、図６（ｂ）に示す特性を持つことが確認できた。

図６（ｂ）から明らかなように、式（１）の位置誤差情報の演算結果は、情報記録媒体２００のｘ方向変位を精度良く再現していることが分かる。したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果ｘ＝０になるように情報記録媒体２００をｘ方向に移動させることで情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。即ち、演算回路１７０で式（１）に示す演算がなされ算出された位置誤差情報の演算結果は、駆動装置１８０に供給される。駆動装置１８０は、サーボマーク４３１を基準位置へ導くように情報記録媒体２００を移動制御する。

（ｙ方向の位置誤差情報の算出）
次に、図７を用いて、ｙ方向の位置誤差情報の算出を説明する。

図７（ａ）は、図５に示した情報記録媒体２００がｙ方向に変位した場合のサーボマーク反射スポット像の中心位置を示す。図７（ｂ）は、サーボマークのｙ方向変位（横軸）と、ｙ方向の位置誤差情報演算値（縦軸）の関係をプロットしたものである。

図７（ａ）では、サーボマーク４３１が基準位置からｙ方向に±２．５ｍｍの範囲で変位したときのサーボマーク反射スポット像の中心位置を０．５ｍｍ間隔でプロットしたものである。参照光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、参照光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のｙ方向の変位は、
ｙ＝Ｃ（ｖ１＋ｖ２）‥（２）
の演算により求めることができる。

Ｃは定数である。同様に、先に述べたシュミレーションを行った結果、Ｃ＝０．５０の値に設定することにより、ｙ方向変位と式（２）の演算結果が、図７（ｂ）に示す特性を持つことが確認できた。

図７（ｂ）から明らかなように、式（２）の位置誤差情報の演算結果は、情報記録媒体２００のｙ方向変位を精度良く再現していることが分かる。したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果ｙ＝０となるように情報記録媒体２００をｙ方向に移動させることで、情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。同様に、演算回路１７０で式（２）に示す演算がなされ算出された位置誤差情報も演算結果は、駆動装置１８０に供給される。駆動装置１８０は、サーボマーク４３１を基準位置へ導くように情報記録媒体２００を移動制御する。

（ｚ方向の位置誤差情報の算出）
次に、図８を用いて、ｚ方向の位置誤差情報の算出を説明する。

図８（ａ）は、図５に示した情報記録媒体２００がｚ方向に変位した場合のサーボマーク反射スポット像の中心位置を示す。図８（ｂ）は、サーボマークのｚ方向変位（横軸）と、ｚ方向の位置誤差情報演算値（縦軸）の関係をプロットしたものである。

図８（ａ）では、サーボマーク４３１が基準位置からｚ方向に±１．０ｍｍの範囲で変位したときのサーボマーク反射スポット像の中心位置を０．２ｍｍ間隔でプロットしたものである。参照光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、参照光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。また、基準位置における参照光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ１，ｖｏ１）とする。更に、参照光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ２，ｖｏ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のｚ方向の変位は、
ｚ＝Ｄ｛（ｕ１−ｕｏ１＋ｕ２−ｕｏ２）−Ｅ（ｖｏ１−ｖ１＋ｖ２−ｖｏ２）｝‥（３）
の演算により求めることができる。

Ｄ，Ｅは定数である。同様に、先に述べたシュミレーションを行った結果、Ｄ＝０．８４、Ｅ＝２．０３の値に設定することにより、ｚ方向変位と式（３）の演算結果が、図８（ｂ）に示す特性を持つことが確認できた。

図８（ｂ）から明らかなように、式（３）の位置誤差情報の演算結果は、情報記録媒体２００のｚ方向変位を精度良く再現していることが分かる。したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果ｚ＝となるように情報記録媒体２００をｚ方向に移動させることで情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。同様に、演算回路１７０で式（３）に示す演算がなされ算出された位置誤差情報の演算結果は、駆動装置１８０に供給される。駆動装置１８０は、サーボマーク４３１を基準位置へ導くように情報記録媒体２００を移動制御する。

（θｙ方向の位置誤差情報の算出）
次に、図９を用いて、θｙ方向の位置誤差情報の算出を説明する。

図９（ａ）は、図５に示した情報記録媒体２００がθｙ方向に回転した場合のサーボマーク反射スポット像の中心位置を示す。図９（ｂ）は、サーボマークのθｙ方向変位（横軸）と、θｙ方向の位置誤差情報演算値（縦軸）の関係をプロットしたものである。

図９（ａ）では、サーボマーク４３１が基準位置からθｙ方向に±０．５度の範囲で回転したときのサーボマーク反射スポット像の中心位置を０．１度間隔でプロットしたものである。参照光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、参照光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。また、基準位置における参照光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ１，ｖｏ１）とする。更に、参照光２によるサーボマーク反射スポット像のセンサ面上での座標を（ｕｏ２，ｖｏ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のθｙ方向の回転角θｙは、
θｙ＝Ｆ｛（ｕ１−ｕｏ１＋ｕ２−ｕｏ２）−Ｇ(ｖｏ１−ｖ１+ｖ２−ｖｏ２)}‥（４）
の演算により求めることができる。

Ｆ，Ｇは定数である。同様に、先に述べたシュミレーションを行った結果、Ｆ＝０．４８、Ｇ＝１．７１の値に設定することにより、θｙ方向変位と式（４）の演算結果が、図９（ｂ）に示す特性を持つことが確認できた。

図９（ｂ）から明らかなように、式（４）の位置誤差情報の演算結果は、情報記録媒体２００のθｙ方向回転を精度良く再現していることが分かる。したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果θｙ＝０となるように情報記録媒体２００をθｙ方向に回転させることで、情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。同様に、演算回路１７０で式（４）に示す演算がなされ算出された位置誤差情報の演算結果は、駆動装置１８０に供給される。駆動装置１８０は、サーボマーク４３１を基準位置へ導くように情報記録媒体２００を移動制御する。

なお、上述の位置誤差情報の算出例においては、簡単のため、情報記録媒体２００上の１つのサーボマーク４３１による反射スポット像を位置誤差算出に用いる例を記載したが、複数のサーボマーク４３１による反射スポット像を位置誤差情報の算出に用いても良い。例えば図４に示すように、２つのサーボマーク４３１による４個の反射スポット像の中心位置を検出して位置誤差情報算出に用いることで、演算は複雑にはなるがより精密な位置情報の算出も可能である。

（第２の実施形態）
図１０は、第２の実施形態に係る情報格納装置の構成を示す。本実施形態では、情報記録媒体の位置誤差情報の生成に関わるサーボ専用光を設けている点が特徴である。サーボ専用光は、情報の記録および再生に用いる参照光とは異なる波長のビームである。

図１０において、第１の実施形態の情報格納装置と同一の回路、装置については、同じ符号を付与して説明を省略する。そして、図１０では、サーボ専用光を照射する光源（ＬＤ）３００と、光源（ＬＤ）３００からのレーザ光が照射されるコリメートレンズ３１０が新たに設けられている。また、偏光ビームスプリッタ４０に変えて、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）３２０が用いられている。

図１０は、一例として情報記録媒体２００に情報を記録するときの様子を示している。情報記録媒体２００からの情報の再生時も、位置誤差情報の生成に関わる光ビームの経路、要素、演算動作、駆動動作は、情報の記録時と全く同じである。

図１０において、光源（ＥＣＬＤ）１０から出射された中心波長４０５ｎｍのレーザ光は、コリメートレンズ２０、λ／２板３０を経て、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ３２０に入射される。一方、光源１０とは異なる波長を持つ光源３００より出射したレーザ光（サーボ光）は、コリメートレンズ３１０を透過して平行光となり、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ３２０に入射される。ここでは、光源３００は、例えば６５０ｎｍの赤色波長帯に属する波長を発光する。

ダイクロイック偏光ビームスプリッタ３２０の内部の光分岐面（斜面）は、光源３００からの６５０ｎｍ波長帯の光を常に反射する。また、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ３２０は、光源１０からの４０５ｎｍ波長帯のレーザ光のうち、Ｐ偏光は透過し、Ｓ偏光は反射する性質を持つ。これにより、光源３００からのサーボ光は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ３２０によって反射し、ハーフミラー１４０へと出射される。また、光源１０より出射したレーザ光は、ダイクロイック偏光ビームスプリッタ３２０にて２系統に分岐（Ｐ偏光は透過、Ｓ偏光は反射）される。そして、Ｓ偏光は情報光となり、Ｐ偏光は参照光１，２となる。情報光、並びに参照光１および参照光２のこれ以降の経路は、第１の実施形態と同一であるため、その説明は省略する。

一方、光源３００からのサーボ光は、ハーフミラー１４０によって反射するサーボ光１と、ハーフミラー１４０を透過するサーボ光２とに分岐される。サーボ光１は、参照光１と同一の経路を通る。また、サーボ光２は、参照光２と同一の経路を通る。したがって、サーボ光１，２は、それぞれ異なる角度を持って、情報記録媒体２００上の情報光が焦点を結ぶ略同一位置に照射される。これにより、情報記録媒体２００への情報記録が行われる。

次に、本実施形態における三次元位置および回転制御について説明する。三次元位置および回転制御のために、サーボ光１，２は、情報記録媒体２００で少なくとも空間的な一部が反射され、対物レンズ１３０の近くに設置された光検出器１６０によって検出される。光検出器１６０は、例えばＣＣＤセンサである。

光検出器１６０は、サーボ光１，２の反射光像の画像情報を演算回路１７０へ送信する。演算回路１７０は、この画像情報に基づいて情報記録媒体の位置誤差情報を算出し駆動装置１８０へ出力する。駆動装置１８０は、情報記録媒体２００の三次元位置、および回転制御が可能なうことができるように物理的に情報記録媒体２００に接続されている。よって、駆動装置１８０は、位置誤差情報に応じた駆動信号に基づいて、情報記録媒体２００の３次元的な位置・傾きを変位させ、情報記録媒体２００を所望の位置へ位置決めする。

なお、情報記録媒体２００の位置誤差情報の算出時には、シャッター１９０によってサーボ光１，２のいずれも遮光せず、同時に情報記録媒体２００に反射されるようにしても良い。又は、サーボ光１又はサーボ光２のいずれか一方を、シャッター１９０によって常に遮光しても良い。但し、遮光する場合は、サーボ光１およびサーボ光２による反射光像の位置情報を光検出器１６０で検出して、演算回路１７０の内部メモリに記憶しておく。そして、記憶した位置情報を位置誤差情報の算出に用いることとなる。

また、シャッター１９０をサーボ光１およびサーボ光２の波長を透過し、参照光１および参照光２の波長を反射あるいは吸収する材料で構成することも出来る。この場合、シャッター１９０による遮光の有無に関わらず、サーボ光１およびサーボ光２は常に同時に情報記録媒体２００上に照射されることになり、反射光像の光検出器１６０上での位置情報を演算回路１７０の内部メモリに特別に保存しておく必要はなくなる。

本実施形態のように、記録・再生に用いる波長とは異なる波長の光ビームをサーボ光として用いることで、サーボ光による情報記録媒体２００へのムダ露光を回避することができる。この場合、ムダ露光とは、情報記録媒体２００への情報の記録に寄与しない光照射により、媒体が反応し、情報記録媒体２００の記録ダイナミックレンジを消費してしまうことを意味する。

第２の実施形態の情報記録媒体２００の構成は、図３に示したものと同じであるので、その説明は省略する。ただし、図３のサーボマーク層４３０には、サーボ光１，２を反射するサーボマーク４３１が形成されることになる。

また、第２の実施形態のサーボマークと反射光の関係は図４及び図５が適用される。この場合、図４及び図５の参照光１は、サーボ光１に置き換える。また、図４の参照光２は、サーボ光２に置き換える。第２の実施形態では、図４において、サーボ光１とサーボ光２は、下側の透明基板４１０の表面より入射し、記録媒体４００を透過し、サーボマーク層４３０の略同一位置に照射される。そして、照射された光束の内、一部がサーボマーク層４３０に形成されたサーボマーク４３１において反射される。その反射光は、記録媒体４００、透明基板４１０の順に透過し、光検出器１６０のセンサ面に入射することになる。

第２の実施形態では、サーボマーク４３１は例えば青紫色波長帯を透過し、赤色波長帯を反射する誘電体反射膜が形成される。これにより、サーボ光１およびサーボ光２を例えば反射率８０パーセント以上で反射し、参照光１および参照光２は例えば透過率９５パーセント以上で透過する。即ち、このようにサーボ光のみを反射し、参照光は透過するサーボマーク４３１を形成することにより、情報再生に影響を与えずサーボマークを任意の位置に配置することが可能となる。もちろん、サーボマーク４３１を青紫色波長帯および赤色波長帯のいずれも反射するように構成しても良い。この場合、サーボマークの直下には情報を記録しないことで、情報再生に与える影響を回避することもできる。

第２の実施形態における３次元的位置誤差情報の算出は、図６乃至図９をそのまま適用することができる。

（ｘ方向の位置誤差情報の算出）
図６において、サーボ光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、サーボ光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。また、基準位置におけるサーボ光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ１，ｖｏ１）する。また、サーボ光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ２，ｖｏ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のｘ方向の変位ｘは、式（１）を用いて求めることができる。

したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果ｘ＝０になるように情報記録媒体２００をｘ方向に移動させることで情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。

（ｙ方向の位置誤差情報の算出）
図７において、サーボ光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、サーボ光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のｙ方向の変位は、式（２）を用いて求めることができる。

したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果ｙ＝０となるように情報記録媒体２００をｙ方向に移動させることで、情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。

（ｚ方向の位置誤差情報の算出）
図８において、サーボ光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、サーボ光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。また、基準位置におけるサーボ光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ１，ｖｏ１）とする。更に、サーボ光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ２，ｖｏ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のｚ方向の変位は、式（３）を用いて求めることができる。

したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果ｚ＝となるように情報記録媒体２００をｚ方向に移動させることで情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。

（θｙ方向の位置誤差情報の算出）
図９において、サーボ光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ１，ｖ１）とする。また、サーボ光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕ２，ｖ２）とする。また、基準位置におけるサーボ光１によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ１，ｖｏ１）とする。更に、サーボ光２によるサーボマーク反射スポット像の中心位置のセンサ面上での座標を（ｕｏ２，ｖｏ２）とする。このとき、サーボマーク４３１のθｙ方向の回転角θｙは、式（４）を用いて求めることができる。

したがって、この位置誤差情報の演算結果に基づいて、演算結果θｙ＝０となるように情報記録媒体２００をθｙ方向に回転させることで、情報記録媒体２００上のサーボマーク４３１を基準位置へ精度良く導くことが可能となる。

上述した第１及び第２の実施形態によれば、２つの異なる方向から情報記録媒体の略同一位置にレーザ光を照射し、その反射光を検出することで、情報記録媒体の３次元的な位置情報を検出することができる。この位置情報に基づいて情報記録媒体の位置制御を行なうことで、高精度な３次元位置制御が可能となる。

また、第２の実施形態のように、記録再生に用いる波長と、波長の異なる光ビームをサーボ光として用いることで、サーボ光による情報記録媒体へのムダ露光を回避することが出来る。また、サーボ光のみを反射し、参照光は透過するサーボマークを情報記録媒体に形成することにより、情報再生に影響を与えずに、サーボマークを任意の位置に配置することが可能となる。

なお本発明は、発明の要旨を逸脱しない範囲において、上述した２つの実施形態を適宜設計変更することが可能であり、必要に応じて実施形態を適宜組み合わせても良い。

１０‥光源、２０，３１０‥コリメートレンズ、３０‥λ／２板、４０，５０‥偏光ビームスプリッタ、６０，２７０，２８０‥λ／４板、７０‥空間光変調器、８０，１１０‥レンズ、９０‥開口、１００，１５０‥ミラー、１２０‥立上げミラー、１３０‥対物レンズ、１４０‥ハーフミラー、１６０，２６０‥光検出器、１７０‥演算回路、１８０‥駆動装置、１９０，２５０‥シャッター、２００‥情報記録媒体、２９０，２９５‥再生用ミラー、３００‥光源、３２０‥ダイクロイック偏光ビームスプリッタ、４００‥記録媒体、４１０，４２０‥透明基板、４３０‥サーボマーク層、４３１‥サーボマーク

Claims (5)

1. 情報記録媒体と、
   第１のレーザ光線を発生する第１の光源と、
   前記第１のレーザ光線を分岐して第１及び第２の光ビームを生成し、前記第１及び第２の光ビームを異なる方向から前記情報記録媒体内の略同一位置に同時に照射する照射部と、
   前記情報記録媒体上に形成され前記第１及び第２の光ビームを反射するサーボマークと、
   前記第１及び第２の光ビームが前記サーボマークによって反射された一対の反射光ビームを同時に検出して画像信号を出力する共通のイメージセンサ光検出部と、
   前記画像信号における前記一対の反射光ビームの中心位置を表す座標情報と、前記情報記録媒体の基準位置及び姿勢における前記一対の反射光ビームの中心位置が取るべき座標情報とに基づいて、目標位置及び姿勢に対する前記情報記録媒体の相対位置及び姿勢を示す位置誤差情報を算出する演算部と、
   前記位置誤差情報に基づいて前記情報記録媒体の位置を変位させる駆動部と、
   を有することを特徴とする情報格納装置。
2. 前記情報記録媒体は２光束方式のホログラフィックストレージ媒体であり、前記２つの光ビームは前記ホログラフィックストレージ媒体の記録・再生に用いる２つの参照光であることを特徴とする請求項１に記載の情報格納装置。
3. 前記サーボマークは、前記情報記録媒体のシフト多重方向に沿って記録されていることを特徴とする請求項１に記載の情報格納装置。
4. 前記サーボマークは、前記情報記録媒体のシフト多重方向に一定間隔で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の情報格納装置。
5. 情報記録媒体と、
   前記情報記録媒体の記録・再生に用いるレーザ光線を照射する第１の光源と、
   前記第１の光源と波長が異なり、サーボ光を照射する第２の光源と、
   前記第１の光源からの前記レーザ光線を透過する参照光と反射する情報光とに分岐すると共に、前記第２の光源からの前記サーボ光を前記参照光と同じ光路に反射するビームスプリッタと、
   前記ビームスプリッタを透過した前記参照光を分岐して第１及び第２の参照光を生成し、それら前記第１及び第２の参照光を異なる方向から前記情報記録媒体内の略同一位置に同時に照射し、前記ビームスプリッタで反射した前記サーボ光を分岐して第１および第２の光ビームを生成し、それら前記第１及び第２の光ビームを異なる方向から前記情報記録媒体内の前記略同一位置に同時に照射する照射部と、
   前記情報記録媒体上に形成され前記第１及び第２の光ビームを反射するサーボマークと、
   前記第１及び第２の光ビームが前記サーボマークによって反射された一対の反射光ビームを同時に検出して画像信号を出力する共通のイメージセンサ光検出部と、
   前記画像信号における前記一対の反射光ビームの中心位置を表す座標情報と、前記情報記録媒体の基準位置及び姿勢における前記一対の反射光ビームの中心位置が取るべき座標情報とに基づいて、目標位置及び姿勢に対する前記情報記録媒体の相対位置及び姿勢を示す位置誤差情報を算出する演算部と、
   前記位置誤差情報に基づいて前記情報記録媒体の位置を変位させる駆動部と、
   を有することを特徴とする情報格納装置。

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