JPWO2004021339A1 - ホログラム記録再生装置及び方法並びにホログラム記録媒体 - Google Patents
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Abstract
ホログラム記録再生装置は、可干渉性光ビームを合焦せしめる対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカス及びトラッキングサーボ制御をなすピックアップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定器と、当該相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの相対的位置を変化せしめる駆動部と、当該所定期間内において記録層への記録、再生をなす制御部と、を有する。ホログラム記録媒体は、可干渉性光ビームの光干渉パターンの位置決めに用いられる複数のマーカを有する。
Description
本発明は、光感応性材料からなる記録媒体、いわゆるホログラム記録媒体、並びにホログラム記録媒体を利用するホログラム記録再生方法及び光情報記録再生装置等に関する。
ホログラムの原理を利用したデジタル情報記録システムとして、体積ホログラフィック記録システムが知られている。このシステムの特徴は、情報信号を記録媒体に屈折率の変化として記録することである。記録媒体には、ニオブ酸リチウム単結晶などのフォトリフラクティブ材料が使用される。
従来のホログラム記録再生法の１つにフーリエ変換を用いて記録再生する方法がある。
図１に示すように、従来の４ｆ系ホログラム記録再生装置においては、レーザ光源１１から発せられたレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３において信号光１２Ａと記録参照光１２Ｂとに分割される。信号光１２Ａは、ビームエキスパンダ１４でビーム径を拡大されて、平行光として、透過型のＴＦＴ液晶装置（ＬＣＤ）のパネルなどの空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１５に照射される。空間光変調器（ＳＬＭ）１５は、エンコーダ２５で信号変換された記録データを電気信号として受け取って、平面上に明暗のドットパターンを形成する。信号光１２Ａは、空間光変調器（ＳＬＭ）１５を透過すると、光変調されて、データ信号成分を含む。ドットパターン信号成分を含んだ信号光１２Ａは、その焦点距離ｆだけ離しておいたフーリエ変換レンズ１６を通過し、当該ドットパターン信号成分はフーリエ変換されて、記録媒体５内に集光される。一方、ビームスプリッタ１３において分割された記録参照光１２Ｂは、ミラー１８、回動ミラー１９によって記録媒体５内に導かれて、信号光１２Ａの光路と記録媒体５の内部で交差して光干渉パターンを形成し、光干渉パターン全体を屈折率の変化として記録する。
このように、コヒーレントな平行光で照明された画像データからの回折光をフーリエ変換レンズで結像し、その焦点面すなわちフーリエ面上の分布に直し、このフーリエ変換の結果の分布をコヒーレントな参照光と干渉させてその干渉縞を焦点近傍に置かれた記録媒体に記録する。１データページ（以下、単にページという）目の記録が終了したら、回動ミラー１９を所定量回転し、かつ、その位置を所定量平行移動させ記録媒体５に対する記録参照光１２Ｂの入射角度を変化させ、２ページ目を同じ手順で記録する。このように逐次記録を行うことにより角度多重記録を行う。
一方で、再生時には逆フーリエ変換を行いドットパターン像を再生する。データ再生においては、図１に示すように、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）１５によって信号光１２Ａの光路を遮断して、参照光１２Ｂのみを記録媒体５へ照射する。再生時には、再生するページを記録した時の記録参照光と同じ入射角度になるように、回動ミラー１９の位置と角度をミラーの回動と直線移動を組み合わせで変化させ制御する。参照光１２Ｂの照射された記録媒体５の反対側には、記録された光干渉パターンを再現した再生光が現れる。この再生光をその焦点距離ｆだけ離しておいた逆フーリエ変換レンズ１６Ａに導いて、逆フーリエ変換するとドットパターン信号を再現することができる。さらに、このドットパターン信号を焦点距離位置に置かれた電荷結合素子ＣＣＤなどの光検出器２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、元のデータが再生される。
このように、従来は記録媒体内のある体積中に情報を高密度で記録するために角度多重や、波長多重を用いて数ｍｍ角程度の体積中に多重記録を行なっていた。かかる記録又は再生動作においては、記録媒体、検出器の感度に応じて信号光及び／又は参照光を記録媒体内の所定記録位置又は再生位置に所定時間の間、固定する必要がある。従って、データの記録時においては、記録媒体を固定した状態で信号光及び参照光の干渉位置を記録媒体内の所定記録位置に調整し、当該記録位置に記録を行った後、干渉位置を移動させて次のデータの記録を行っていた。また、再生時においても記録媒体を固定した状態で参照光の照射位置をデータ記録位置に調整し、当該記録位置からの再生が完了した後、照射位置を移動させて次のデータの再生を行っていた。
従って、高速で高密度記録、再生を行うことが困難であるという問題があった。また、記録再生において光ビームの制御に高精度のページング制御機構を設置する必要があり、システムの小型化に不利であるといった問題があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題には、上記した問題が１例として挙げられる。すなわち、上記した記録再生速度における制限を回避し、高速で高密度な記録・再生を行うことが可能な記録再生装置及び方法を提供することにある。
また、上記した記録再生速度における制限を回避し、高速かつ高密度なホログラム記録・再生を行うことが可能な記録媒体を提供することにある。
従来のホログラム記録再生法の１つにフーリエ変換を用いて記録再生する方法がある。
図１に示すように、従来の４ｆ系ホログラム記録再生装置においては、レーザ光源１１から発せられたレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３において信号光１２Ａと記録参照光１２Ｂとに分割される。信号光１２Ａは、ビームエキスパンダ１４でビーム径を拡大されて、平行光として、透過型のＴＦＴ液晶装置（ＬＣＤ）のパネルなどの空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１５に照射される。空間光変調器（ＳＬＭ）１５は、エンコーダ２５で信号変換された記録データを電気信号として受け取って、平面上に明暗のドットパターンを形成する。信号光１２Ａは、空間光変調器（ＳＬＭ）１５を透過すると、光変調されて、データ信号成分を含む。ドットパターン信号成分を含んだ信号光１２Ａは、その焦点距離ｆだけ離しておいたフーリエ変換レンズ１６を通過し、当該ドットパターン信号成分はフーリエ変換されて、記録媒体５内に集光される。一方、ビームスプリッタ１３において分割された記録参照光１２Ｂは、ミラー１８、回動ミラー１９によって記録媒体５内に導かれて、信号光１２Ａの光路と記録媒体５の内部で交差して光干渉パターンを形成し、光干渉パターン全体を屈折率の変化として記録する。
このように、コヒーレントな平行光で照明された画像データからの回折光をフーリエ変換レンズで結像し、その焦点面すなわちフーリエ面上の分布に直し、このフーリエ変換の結果の分布をコヒーレントな参照光と干渉させてその干渉縞を焦点近傍に置かれた記録媒体に記録する。１データページ（以下、単にページという）目の記録が終了したら、回動ミラー１９を所定量回転し、かつ、その位置を所定量平行移動させ記録媒体５に対する記録参照光１２Ｂの入射角度を変化させ、２ページ目を同じ手順で記録する。このように逐次記録を行うことにより角度多重記録を行う。
一方で、再生時には逆フーリエ変換を行いドットパターン像を再生する。データ再生においては、図１に示すように、例えば、空間光変調器（ＳＬＭ）１５によって信号光１２Ａの光路を遮断して、参照光１２Ｂのみを記録媒体５へ照射する。再生時には、再生するページを記録した時の記録参照光と同じ入射角度になるように、回動ミラー１９の位置と角度をミラーの回動と直線移動を組み合わせで変化させ制御する。参照光１２Ｂの照射された記録媒体５の反対側には、記録された光干渉パターンを再現した再生光が現れる。この再生光をその焦点距離ｆだけ離しておいた逆フーリエ変換レンズ１６Ａに導いて、逆フーリエ変換するとドットパターン信号を再現することができる。さらに、このドットパターン信号を焦点距離位置に置かれた電荷結合素子ＣＣＤなどの光検出器２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、元のデータが再生される。
このように、従来は記録媒体内のある体積中に情報を高密度で記録するために角度多重や、波長多重を用いて数ｍｍ角程度の体積中に多重記録を行なっていた。かかる記録又は再生動作においては、記録媒体、検出器の感度に応じて信号光及び／又は参照光を記録媒体内の所定記録位置又は再生位置に所定時間の間、固定する必要がある。従って、データの記録時においては、記録媒体を固定した状態で信号光及び参照光の干渉位置を記録媒体内の所定記録位置に調整し、当該記録位置に記録を行った後、干渉位置を移動させて次のデータの記録を行っていた。また、再生時においても記録媒体を固定した状態で参照光の照射位置をデータ記録位置に調整し、当該記録位置からの再生が完了した後、照射位置を移動させて次のデータの再生を行っていた。
従って、高速で高密度記録、再生を行うことが困難であるという問題があった。また、記録再生において光ビームの制御に高精度のページング制御機構を設置する必要があり、システムの小型化に不利であるといった問題があった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題には、上記した問題が１例として挙げられる。すなわち、上記した記録再生速度における制限を回避し、高速で高密度な記録・再生を行うことが可能な記録再生装置及び方法を提供することにある。
また、上記した記録再生速度における制限を回避し、高速かつ高密度なホログラム記録・再生を行うことが可能な記録媒体を提供することにある。
本発明のホログラム記録装置は、光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体にデータの記録をなすホログラム記録装置であって、可干渉性光ビームを合焦せしめる対物レンズを含み、対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすピックアップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定器と、相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの相対的位置を変化せしめる駆動部と、当該所定期間内において記録層への記録をなす制御部と、を有することを特徴としている。
本発明のホログラム再生装置は、光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体に記録されたデータの再生をなすホログラム再生装置であって、可干渉性光ビームを合焦せしめる対物レンズを含み、対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすピックアップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定器と、相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの位置を相対的に移動せしめる駆動部と、当該所定期間内において記録層からの再生をなす制御部と、を有することを特徴としている。
本発明のホログラム記録方法は、光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体にデータの記録をなすホログラム記録方法であって、可干渉性光ビームを対物レンズにより合焦せしめるステップと、対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすステップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定ステップと、相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの位置を相対的に移動せしめる駆動ステップと、所定期間内において記録層への記録をなすステップと、を有することを特徴としている。
本発明のホログラム再生方法は、光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体に記録されたデータの再生をなすホログラム再生方法であって、可干渉性光ビームを対物レンズにより合焦せしめるステップと、対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすステップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定ステップと、相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの位置を相対的に移動せしめる駆動ステップと、所定期間内において記録層からの再生をなすステップと、を有することを特徴としている。
本発明のホログラム記録媒体は、可干渉性光ビームの光干渉パターンを屈折率の空間的な変化として記録するホログラム記録媒体であって、光干渉パターンの位置決め用の複数のマーカを有することを特徴としている。
本発明のホログラム再生装置は、光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体に記録されたデータの再生をなすホログラム再生装置であって、可干渉性光ビームを合焦せしめる対物レンズを含み、対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすピックアップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定器と、相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの位置を相対的に移動せしめる駆動部と、当該所定期間内において記録層からの再生をなす制御部と、を有することを特徴としている。
本発明のホログラム記録方法は、光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体にデータの記録をなすホログラム記録方法であって、可干渉性光ビームを対物レンズにより合焦せしめるステップと、対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすステップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定ステップと、相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの位置を相対的に移動せしめる駆動ステップと、所定期間内において記録層への記録をなすステップと、を有することを特徴としている。
本発明のホログラム再生方法は、光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体に記録されたデータの再生をなすホログラム再生方法であって、可干渉性光ビームを対物レンズにより合焦せしめるステップと、対物レンズをホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすステップと、対物レンズの集光位置のホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定ステップと、相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの位置を相対的に移動せしめる駆動ステップと、所定期間内において記録層からの再生をなすステップと、を有することを特徴としている。
本発明のホログラム記録媒体は、可干渉性光ビームの光干渉パターンを屈折率の空間的な変化として記録するホログラム記録媒体であって、光干渉パターンの位置決め用の複数のマーカを有することを特徴としている。
図１は、従来の４ｆ系ホログラム記録再生装置の構成を示す図である。
図２は、本発明の第１の実施例であるホログラム記録再生装置の構成を示すブロック図である。
図３は、本発明による記録媒体の平面図である。
図４は、図３に示す記録媒体の一部平面図である。
図５は、図３に示す記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図６は、本発明の第１の実施例であるホログラム記録再生装置のホログラム記録動作の手順を示すフローチャートである。
図７は、記録媒体の移動方向、及び対物レンズの駆動による集光位置の追従動作を説明する図である。
図８は、追従記録における対物レンズの移動量及び移動制御の方法、並びに記録動作を説明する図である。
図９は、図８と同様な、対物レンズの移動制御の方法、並びに記録動作を説明する図である。
図１０は、本発明の第２の実施例であるホログラム記録再生装置に用いられる記録媒体の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図１１は、本発明の第２の実施例であるホログラム記録再生装置に用いられる記録媒体の平面図である。
図１２は、記録層の下部にグルーブ構造が設けられた記録媒体の半径方向における断面図である。
図１３は、本発明の第３の実施例であるホログラム記録再生装置の構成を示すブロック図である。
図１４は、記録媒体の移動方向、及び回転ミラーの回転による集光位置の追従動作を説明する図である。
図１５は、本発明の第４の実施例であるホログラム記録再生装置の集光光学系の部分を示す模式図であり、多面体ミラーの回転による集光位置の追従動作を説明する図である。
図１６は、本発明の第６の実施例であるホログラム記録再生装置の集光光学系の部分、及び駆動回路を示すブロック図である。
図１７は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図１８は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図１９は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２０は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２１は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２２は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２３は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図２４は、図２３に示す部分の上面図である。
図２５は、図２３、２４に示す実施例の改変例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図２６は、図２５に示す部分の上面図である。
図２７は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図２８は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
発明を実施するための形態
本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する図において、実質的に同等な部分には同一の参照符号を付している。
［第１の実施例］
図２は、本発明の第１の実施例であるホログラム記録再生装置１０の構成を示すブロック図である。
このホログラム記録再生装置１０の光学系１０Ａにおいては、信号光１２Ａと記録参照光１２Ｂの光源として、例えば、波長８５０ｎｍの近赤外光を射出するＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザが用いられる。レーザ光源１１は、レーザドライバ３１によって駆動される。レーザドライバ３１は、このホログラム記録再生装置１０の各回路ブロックに接続され、装置全体の制御を行うメインコントローラ（ＣＰＵ）３０により制御される。すなわち、レーザドライバ３１には、書き込みタイミング信号等を含む各種制御信号がメインコントローラ３０から供給され、レーザドライバ３１は当該制御信号に基づいてレーザ光源１１を駆動する。
レーザ光源１１から発せられたレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３によって信号光１２Ａと記録参照光１２Ｂとに分割される。信号光１２Ａは、ビームエキスパンダ１４でビーム径が拡大されて、平行光として、透過型のＴＦＴ液晶装置（ＬＣＤ）のパネルなどの空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１５に入射される。
空間光変調器（ＳＬＭ）１５は、記録すべきデータ信号に基づいて明暗のドットパターンを形成する。より詳細には、エンコーダ２５は、１次元のシリアルデジタル信号列からなる記録データ信号を受け取り、２次元データ列に変換する。さらに、エンコーダ２５は当該２次元データ列にエラー訂正符号を付加して、２次元データ信号（単位ページ系列データ信号）を生成する。また、エンコーダ２５内にはＳＬＭドライバ（図示しない）が設けられており、当該ＳＬＭドライバは２次元データ信号に基づいて駆動信号を生成して、空間光変調器（ＳＬＭ）１５を駆動する。これにより、空間光変調器（ＳＬＭ）１５には、２次元のパターンが形成される。
信号光１２Ａは、空間光変調器（ＳＬＭ）１５を透過すると、当該パターンによって光変調される。すなわち、空間光変調器１５は、単位ページに対応する変調処理単位を有し、照射された波長８５０ｎｍの可干渉性のシグナルビームをエンコーダ２５からの単位ページ系列データに応じて、各画素（ピクセル）毎に光をオン／オフして、変調された信号光ビームを生成する。より詳細には、空間光変調器１５は電気信号である単位ページ系列データの論理値“１”に応答してシグナルビームを通過させ、論理値“０”に応答してシグナルビームを遮断することにより、単位ページデータにおける各ビット内容に従った電気−光学変換が達成され、単位ページ系列の信号光としての変調された信号光ビーム（シグナルビーム）が生成される。
当該記録データ信号を含んだ信号光１２Ａは、ハーフミラー２１、２２を透過した後、ミラー２３により反射される。ミラー２３により反射された信号光１２Ａは、対物レンズ２７により記録媒体５０内の記録位置に集光される。すなわち、信号光１２Ａの当該ドットパターン信号成分はフーリエ変換されて、記録媒体５０内に集光される。
対物レンズ２７は、メインコントローラ（ＣＰＵ）３０により制御される対物レンズドライバ３２によって駆動される。すなわち、後に詳述するように、対物レンズ２７の集光位置はメインコントローラ３０により制御される。
一方、ビームスプリッタ１３によって分割された参照光１２Ｂは、ミラー１８、ミラー１９によってハーフミラー２１に導かれる。参照光１２Ｂは、ハーフミラー２１によって反射され、信号光１２Ａと同一の光路を経て記録媒体５０内に導かれる。従って、参照光１２Ｂは、信号光１２Ａと記録媒体５０の内部で交差して光干渉パターンを形成し、光干渉パターンが屈折率の変化として記録される。
一方で、再生時には逆フーリエ変換を行いドットパターン像を再生する。データ再生においては、図２に示すように、例えば、シャッタ１７又は空間光変調器（ＳＬＭ）１５によって信号光１２Ａの光路を遮断して、参照光１２Ｂのみを記録媒体５０へ照射する。これにより、記録された光干渉パターンを再現した再生光が現れ、この再生光を対物レンズ２７に導く。再生時には、対物レンズ２７は逆フーリエ変換レンズとして機能する。逆フーリエ変換するとドットパターン信号を再現することができる。さらに、このドットパターン信号を電荷結合素子ＣＣＤなどの光検出器２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、記録されていたデータが再生される。
記録媒体５０は、モータ、アクチュエータ等の駆動機構に固定することができ、回転又は並進移動等ができるようになっている。従って、記録媒体５０を回転あるいは並進移動させつつホログラム記録及び再生を行うことができる。
また、このホログラム記録再生装置１０の光学系１０Ａには、記録媒体５０に対するフォーカスサーボ、トラッキングサーボ等の制御を行うためのピックアップ装置（図示しない）が構成されている。当該ピックアップ装置は、ホログラム光学系１０Ａと対物レンズ２７を共有し、記録媒体５０からの反射光の一部を検出して当該検出信号に基づいてフォーカスサーボ、トラッキングサーボ制御を行う。あるいは、上記したホログラム用レーザ光源１１とは異なる波長の位置決め用レーザ光源を設けてもよい。この場合、当該位置決め用レーザ光源からのレーザ光をホログラム光の光路に導入し、記録媒体５０からの位置決め用レーザ光の反射光を受光して、サーボ制御を行う構成としてもよい。
上記したホログラム記録再生用光学系、ピックアップ光学系の制御及びサーボ制御は光学系コントローラ３４によりなされるが、光学系コントローラ３４を含め、上記したホログラム記録再生装置１０の各回路ブロックはシステムバス３０Ａを介して接続された装置全体の制御を行うメインコントローラ（ＣＰＵ）３０により制御される。
以下に、記録媒体５０及びホログラム記録再生装置１０の記録再生動作について詳細に説明する。
記録媒体５０は、例えばディスク形状、カード形状等を有するが、これらに限られない。以下においては、記録媒体５０がディスク形状を有し、スピンドルモータに固定されて所定速度で回転しつつホログラム多重記録及び再生を行う場合を例に説明する。
記録媒体５０の平面図、一部平面図、及び断面図をそれぞれ図３、図４、図５に示す。図３及び図５に示すように、記録媒体５０はディスク形状を有し、記録媒体５０内に複数のマーカ５１が同心円状に、又はスパイラル状に配されて記録トラックが形成されている。すなわち、マーカ５１を用い、マーカ５１に沿って順次フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うことができる。より詳細には、図５に示すように、記録媒体５０は、樹脂又はガラス等の基板５２上に光感応性材料からなる記録層５３、及び樹脂等からなる保護層５４が順次形成されている。記録層には、例えばポリマーや、フォトリフラクティブ材料のニオブ酸リチウム単結晶などの光感応性材料が使用される。また、マーカ５１が、記録層５３内に埋め込まれて形成されている。
記録又は再生時においては、図４に示すように、上記ピックアップ装置のサーボ制御機構は、マーカ５１からの反射光に基づいて記録トラックをタンジェンシャル方向（トレース方向）にトレースするようフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ動作を行う。
本実施例においては、ホログラム用レーザ光を利用してサーボ制御を行う場合を例に説明するが、かかる場合であっても、マーカ５１と干渉パターンの記録位置は深さ方向で異なるので記録及び再生を良好に行うことができる。また、後述するように、マーカ５１を避けて干渉パターンを記録する場合には、マーカ５１からの反射による悪影響を考慮する必要はない。あるいは、ホログラム用レーザ光に対するマーカ５１の反射率をサーボ制御可能な範囲内で小さく設定することによって反射による悪影響を回避することも可能である。
なお、ピックアップ装置が、ホログラム用レーザ光源１１とは異なる波長の位置決め用レーザ光源を有し、記録媒体５０からの位置決め用レーザ光の反射光を受光して、サーボ制御を行う場合には、マーカ５１は、ホログラム用レーザ光に対しては所定値以上の透過率を有し、当該位置決め用レーザ光に対しては反射率を有するように構成することができる。これは、例えば、ホログラム用レーザ光に対しては透明であり、当該位置決め用レーザ光に対しては反射率を有するような材料を選択してマーカ５１に用いればよい。あるいは、マーカ５１を位相構造にし、マーカ５１の位相深さを信号光又は参照光に用いられる波長の整数倍であるが、位置決め用レーザ光の波長にとっては整数倍ではない深さとすればよい。このように構成することによって、マーカ５１を記録層５３内に埋め込んで形成してもホログラムの記録及び再生には何ら悪影響を生じないようにすることができる。
本実施例においては、図２に示すように、参照光１２Ｂの入射側において光干渉パターンによる再生光を得るように構成している。従って、再生時において、参照光１２Ｂを記録媒体５０に入射し、記録された光干渉パターンによる再生光を対物レンズ２７によって得るために、基板５２の記録層５３に対する比屈折率は参照光１２Ｂに対して所定の反射率を有するように定められる。すなわち、当該再生光の光量の少なくとも一部が記録媒体５０から反射され、当該反射光を光検出器２０によって受光することによって記録されたデータを再生することができる。なお、基板５２に屈折率差を与える代わりに、記録層５３及び基板５２の間に再生光を反射せしめるような屈折率を有する層を別途設けるようにしてもよい。
次に、図６に示すフローチャート及び図７，８を参照しつつ、ホログラム記録動作について説明する。尚、この記録動作はメインコントローラ（ＣＰＵ）３０の制御の下で実行される。
まず、ピックアップ装置が、所定トラックにフォーカスクローズ、トラッキングクローズを行う（ステップＳ１１）。ピックアップ装置は、マーカ５１からの反射光を用いてフォーカス及びトラッキングサーボ制御を行いつつマーカ５１の検知信号をメインコントローラ３０に送出する。メインコントローラ３０は、記録開始位置のマーカ５１に対物レンズ２７の集光位置が到達したか否かを判別する（ステップＳ１２）。メインコントローラ３０は、集光位置が記録開始位置のマーカ５１に到達したと判別された場合には、マーカ５１に到達したのと同時に対物レンズ２７の集光位置が当該マーカに固定されるように、すなわち、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作を開始する（図８のＭ１、ステップＳ１３）。
より具体的には、図７に示すように、対物レンズドライバ３２は、メインコントローラ３０の制御の下、対物レンズ２７の集光位置がトラック上の一定位置（すなわち、記録位置）に固定されるように対物レンズ２７をディスク状記録媒体５０の回転方向（タンジェンシャル方向）に駆動、すなわちトレース方向と反対方向に移動させる。つまり、対物レンズドライバ３２は、対物レンズ２７の集光位置を記録媒体５０の線速度と同じ速度で、同じ方向に移動させる。
図８に示すように、追従動作を開始してから所定時間経過後の時刻ｔ１から信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂが記録媒体５０内に導かれ、記録が開始される（ステップＳ１４）。次に、時刻ｔ１から記録に要する所定時間（Δｔ）経過したか否かが判別される（ステップＳ１５）。所定時間（Δｔ）経過したと判別された場合には、所定時間（Δｔ）経過した時点で信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂは遮断され、記録が停止される（ステップＳ１６）。これにより、１ページ分のデータが記録される。記録の停止後、対物レンズドライバ３２は、対物レンズ２７の集光位置を元の中立位置又は基準位置（図８のＱ１、ステップＳ１７）に戻す。
次に、記録すべき全ページ分のデータの記録が完了したか否かが判別される（ステップＳ１８）。全ページ分のデータの記録が完了していない場合には、ステップＳ１２に移行して上記したステップが繰り返され次のページデータが記録される。全ページ分のデータの記録が完了した場合には、この制御ルーチンを終了する。かかる手順によって、ホログラム記録を実行する。
再生時においても、上記した記録時における追従動作と同様な動作をなして記録されたページデータの再生を行う。
なお、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作を行う場合を説明したが、対物レンズの集光位置のマーカ５１に対する相対速度が所定範囲内であるように追従動作を行い、当該相対速度が所定範囲内である期間内に記録又は再生を行うようにすればよい。
すなわち、集光位置が記録媒体上において完全に固定されていなくとも、記録又は再生を実行する期間内において集光位置と記録媒体の相対速度が所定の範囲内であれば記録又は再生を良好に行うことが可能である。より具体的には、記録媒体に対して信号光及び参照光の集光位置（干渉位置）が１ページ分のデータの記録期間中において完全に固定されている場合には、信号光及び参照光により生じる干渉縞は動かないので、記録媒体の当該記録位置には干渉縞をそのまま反映した屈折率分布が作られる。しかし、記録媒体に対して信号光及び参照光の干渉位置が１ページ分のデータの記録期間中に相対的に移動すると（記録トラックに沿った方向の移動に限らず）、信号光及び参照光により生じる干渉縞と記録媒体上の記録位置がずれてしまうために、生成される屈折率分布の変調度は低下する。所定期間内、例えば、当該記録期間の開始から終了までの期間内において、信号光及び参照光の干渉位置が記録媒体に対して相対的に、当該干渉縞の１周期分だけ線形に動いた場合には、生成される屈折率分布はほとんど一様になり、信号の検出が不可能になってしまう。
上記したように、所定期間（すなわち、１ページ分のデータの記録期間）内において、記録媒体に対して相対的に干渉位置が移動すると、屈折率分布の変調度の低下によって検出信号のＳ／Ｎが低下する。このＳ／Ｎの低下がどの程度許容されるかによって記録媒体に対する干渉位置の相対的移動範囲、すなわち、記録媒体に対する干渉位置の相対速度の範囲が決められる。例えば、１ページ分のデータの記録期間中において、干渉位置が相対的に当該移動方向における干渉縞ピッチの１／２周期（５０％）だけ線形に動いた場合には、屈折率分布の変調度は全く動かない場合に比べて約６０％に低下する。この程度にＳ／Ｎの低下を抑えることができれば、光検出器２０を含む検出系において十分な検出感度によって記録又は再生が可能であり、好ましい。また、干渉位置が相対的に干渉縞ピッチの７０％線形に動いた場合には、全く動かない場合に比べて約３０％に低下する。この程度にＳ／Ｎの低下を抑えることができれば、検出系等の複雑さや製造コストの上昇を招来することなく良好な記録又は再生が可能である。なお、干渉位置が記録媒体に対して線形に移動する場合には、記録媒体に対する干渉位置の相対速度は、単に上記した許容される相対移動距離を当該所定期間で除算することによって得られる。
かかる追従動作によって、記録媒体５０を連続的に回転させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
なお、上記した実施例においては、各マーカ５１の平面位置の上部、すなわちマーカ５１より浅い領域に記録がなされるが、マーカ５１の上部を避けてマーカ５１間に記録を行うようにしてもよい。かかる追従動作を行う場合には、例えば、マーカ５１の位置からのシフト量に対応する量だけオフセットを付けて対物レンズ２７を移動させるか、マーカ５１自体への追従動作を予め行って対物レンズ２７の駆動条件を得ておくか、あるいはマーカ５１の移動速度を算出して当該算出値に応じて対物レンズ２７を移動させる等、種々の方法を用いることができる。また、この場合においては、隣り合うマーカ５１間には、１ページ分のデータが記録されるように、あるいは複数のページ分のデータが記録されるように制御してもよい。
ホログラム用レーザ光とは異なる波長の位置決め用レーザ光でマーカを追従する場合、位置決め用レーザ光の集光位置とホログラム用レーザ光の集光位置とを面内で一定量シフトさせ、ホログラム用レーザ光がマーカの影響を受けないようにすることも可能である。
なお、対物レンズ２７の移動量の制御は図８に示したプロファイルに限らない。例えば、図９に示すように、実質的に移動量が線形となるような領域で記録を行うようにしてもよい。
［第２の実施例］
図１０、図１１は、本発明の第２の実施例であるホログラム記録再生装置１０に用いられる記録媒体５０のそれぞれ断面図及び平面図である。
本実施例の記録媒体５０は、グルーブ５５が形成された樹脂基板５２上に基板とは異なった屈折率を有する樹脂からなる埋め込み層５６が形成されている。埋め込み層５６上には、例えば鉄（Ｆｅ）を添加したＬｉＮｂＯ３結晶からなるホログラム記録層５３、及び樹脂等からなる保護層５４が順次形成されている。埋め込み層５６は、基板５２とは屈折率が異なるため、ホログラム用レーザ光によりフォーカスサーボ制御及びトラッキングサーボ制御が可能である。
より詳細には、図１１の平面図に示すように、グルーブ５５は、ウォブリングされ、ウォブリング周期に対応した突起状のマーカ部５５Ａがさらに形成されている。ホログラム記録再生装置１０に設けられたピックアップ装置は、かかるグルーブ５５によりフォーカス及びトラッキングサーボ制御をなすと共に、マーカ部５５Ａの検出に応答して、第１の実施例の場合と同様な追従動作を行うことが可能である。
また、ピックアップ装置が、ホログラム用レーザ光源１１とは異なる波長のレーザ光源を有し、記録媒体５０からの位置決め用レーザ光の反射光を受光して、サーボ制御を行う場合には、図１２の断面図に示すように、ホログラム記録層５３の下部（基板５２側）に上記したのと同様なグルーブ５５を形成してもよい。すなわち、ホログラム用レーザ光及び位置決め用レーザ光の波長に応じて、位置決め用レーザ光のみがグルーブ５５により影響を受けるように設定することができる。この場合、ホログラム記録及び再生には何ら悪影響は生じない。
［第３の実施例］
図１３は、本発明の第３の実施例であるホログラム記録再生装置１０の構成を示すブロック図である。本実施例が上記した第１の実施例と異なるのは、光学系１０Ａにおいて、第１の実施例におけるミラー２３の代わりに回転ミラー２３Ａが用いられている点である。すなわち、回転ミラー２３Ａは回転ミラードライバ３２Ａによって駆動され、回転するようになっている。なお、回転ミラー２３Ａの回転はメインコントローラ３０により制御される。かかる構成により、第１の実施例の場合と同様な追従動作が行われる。以下に、本実施例のホログラム記録再生装置１０のホログラム記録動作について説明する。尚、この記録動作はメインコントローラ３０の制御の下で実行される。
図１４に示すように、回転ミラー２３Ａの回転によって、信号光ビーム１２Ａ及び記録参照光ビーム１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置は変化する。従って、ディスク状記録媒体５０の回転方向に当該光ビームがシフトするように回転ミラー２３Ａを回転させることによって、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作をすることができる。具体的には、回転ミラードライバ３２Ａは、対物レンズ２７の集光位置が記録媒体５０の線速度と同じ速度で、同じ方向に移動するように、回転ミラー２３Ａを回転させて信号光１２Ａ及び記録参照光１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置をシフトさせる。
第１の実施例の場合と同様に、当該追従動作により集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定記録期間（Δｔ）において信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂが記録媒体５０内に導かれ、ホログラム記録がなされる。再生時においても、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定再生期間（Δｔ）において参照光１２Ｂが記録媒体５０内に導かれ、ホログラム再生がなされる。
また、１ページ分のデータ記録又は再生が終了後は、回転ミラー２３Ａは初期位置（基準位置）に戻され、上記した手順を繰り返すことにより次のページデータの記録又は再生がなされる。なお、回転ミラー２３Ａを初期位置に戻す際には、信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂの反射光は乱されるので、例えば、シャッタ１７Ａによって光路は遮断される。
かかる追従動作によって、記録媒体５０を連続的に回転させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
なお、かかる光軸傾きの量は極めて微小であるため、当該ビームシフトによる収差等の悪影響は問題とならない。
［第４の実施例］
図１５は、本発明の第４の実施例であるホログラム記録再生装置１０の集光光学系の部分を示す模式図である。その他の構成は、上記した第３の実施例の場合と同様である。
本実施例においては、第３の実施例における回転ミラー２３Ａの代わりに多面体ミラー２３Ｂが用いられている。すなわち、多面体ミラー２３Ｂは、回転ミラードライバ３２Ａによって駆動され、回転するようになっている。多面体ミラー２３Ｂは、回転中心軸ＣＡに垂直な断面は正多角形であり、各側面はミラーになっている。例えば、図１５に示すように、正６面体の場合には、６つのミラー側面を有している。多面体ミラー２３Ｂの回転は回転ミラードライバを介してメインコントローラ３０により制御される。
かかる構成により、第３の実施例の場合と同様な追従動作が行うことができる。以下に、本実施例のホログラム記録再生装置１０の追従記録動作について説明する。
第３の場合と同様に、多面体ミラー２３Ｂの回転によって、信号光１２Ａ及び参照光ビーム１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置は変化する。従って、ディスク状記録媒体５０の回転方向に当該光ビームがシフトするように多面体ミラー２３Ｂを回転させることによって、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作をすることができる。具体的には、回転ミラードライバ３２Ａは、対物レンズ２７の集光位置が記録媒体５０の線速度と同じ速度で、同じ方向に移動するように、多面体ミラー２３Ｂを回転させて信号光１２Ａ及び記録参照光１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置をシフトさせる。
当該追従動作により集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定記録期間においてホログラム記録がなされる点は第１、第３の実施例の場合と同様である。
なお、本実施例においては、また、１ページ分のデータの記録又は再生が終了した後は、多面体ミラー２３Ｂを更に回転させ、次のミラー側面によって迅速に次のページデータの記録を行うことができる。なお、多面体ミラー２３Ｂが次のミラー側面に切り替わる際には、信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂの反射光は乱されるので、例えば、シャッタ１７Ａによって光路は遮断されるのが好ましい。
なお、かかる光軸傾きの量は極めて微小であるため、当該ビームシフトによる収差等の悪影響は問題とならない。
［第５の実施例］
上記した実施例においては、マーカ５１を有する記録媒体５０を用い、マーカ５１の検出信号に基づいて追従制御をなし、記録及び再生を行う場合について説明した。しかしながら、本願発明はマーカが形成されていない記録媒体についても適用することが可能である。
すなわち、記録媒体５０を回転、並進移動等させるモータ等の信号に基づいて追従制御を行うことが可能である。例えば、スピンドルモータの回転量に応じて発生するパルス信号（いわゆるＦＧパルス）やステップモータ等からの移動量に応じたパルス信号に基づいて追従制御を行うことが可能である。あるいは、これらモータ等を駆動する記録媒体ドライバ３３等の駆動回路からの記録媒体の回転量や移動量に応じた信号を用いて追従制御を行えばよい。
また、上述したものとは異なる種々の方法により対物レンズの集光位置の記録媒体に対する記録トラックに沿った方向での相対速度を確定することが可能である。例えば、ピックアップによる種々の検出信号を用いることもできる。例えば、記録トラックを表すグルーブ等が形成され、当該グルーブトラック上の位置を認識する為のアドレス情報並びに同期情報を担うプリピットが形成された記録媒体を用いる場合には、記録媒体から得られる当該プリピット情報に基づいて相対速度を確定することができる。さらに、これらの検出信号と駆動装置からの記録媒体の回転量や移動量に応じた信号とを組み合わせてもよい。
かかる追従記録制御によって、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定記録期間においてホログラム記録又は再生を行う点については上記した実施例と同様である。従って、マーカが形成されていない記録媒体であっても、記録媒体を回転、あるいは移動等させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
［第６の実施例］
図１６は、本発明の第６の実施例であるホログラム記録再生装置１０の集光光学系の部分、及びこれらに関する駆動回路を示すブロック図である。その他の構成は、上記した第１の実施例の場合と同様である。
上記した実施例においては、記録媒体５０から反射された再生光を検出して記録されたデータを再生する場合を例に説明した。本実施例においては、記録媒体５０に対して記録光１２Ａ及び参照光１２Ｂの入射側とは反対側に光検出器２０を配置している。従って、再生時においては、参照光１２Ｂを記録媒体５０に入射させると、記録された光干渉パターンを再現した再生光が現れる。この再生光をレンズ２７Ｂに導いて、逆フーリエ変換するとドットパターン信号を再現することができる。さらに、このドットパターン信号を焦点距離位置に置かれた電荷結合素子ＣＣＤなどの光検出器２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、元のデータが再生される。
かかる光学系を有するホログラム記録再生装置１０の場合では、記録媒体５０の構成を簡単にすることができる。すなわち、記録媒体５０が参照光１２Ｂに対して所定の反射率を有するように構成する必要はない。
また、追従記録制御は、上記した実施例と同様にして行うことができ、記録媒体を回転、あるいは移動等させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
［他の実施例］
本発明による記録媒体の他の実施例について、図面を参照しつつ以下に説明する。
本発明による記録媒体は、上記した実施例に限らず、種々の改変、変更が可能である。例えば、図１７は記録媒体５０の一部分のトレース方向における断面図を示している。図示するように、記録媒体５０は、基板５２と、基板５２に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有している。尚、信号光及び／又は参照光は記録層５３側から入射される。マーカ５１は基板５２内の底面に形成されている。あるいは、図１８に示すように、マーカ５１は基板５２内の記録層５３に接する面側に形成されている。すなわち、これらの場合では、記録層５３がマーカ５１よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されている。
また、図１９及び図２０に示すように、基板５２側から信号光及び／又は参照光が入射され、基板５２内にマーカ５１が形成されていてもよい。すなわち、これらの場合では、マーカ５１は記録層５３よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されている。なお、マーカ５１は基板５２内であれば基板５２の深さ方向のいずれの位置に形成されていてもよい。また、隣接する層の境界部に設けられる場合も含む。例えば、基板５２から突出して突起状に、あるいは窪んだピット状に形成されていてもよい。
また、他の実施例としては、図２１及び図２２に示すように、記録媒体５０は、基板５２と、基板５２に隣接して基板とは異なる屈折率を有し、基板５２を平坦に埋め込む埋め込み層５７と、埋め込み層５７に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有している。また、マーカ５１は埋め込み層５７内に形成されている。図２１に示すように、記録層５３がマーカ５１を含む埋め込み層５７よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されていてもよく、あるいは、図２２に示すように、マーカ５１を含む埋め込み層５７が記録層５３よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されていてもよい。なお、マーカ５１は埋め込み層５７内であれば埋め込み層５７の深さ方向のいずれの位置に形成されていてもよい。また、隣接する層の境界部に設けられる場合も含む。例えば、埋め込み層５７から突出して突起状に、あるいは窪んだピット状に形成されていてもよい。
さらに、他の実施例について以下に説明する。図２３は記録媒体５０の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。また、図２４は当該部分のマーカ５１及びグルーブ５５の関係を示す上面図である。図示するように、記録媒体５０は、基板５２と、基板５２に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有し、基板５２には記録トラックを表すグルーブ５５が設けられている。また、マーカ５１は、グルーブ５５に沿って基板５２内に形成されている。すなわち、例えば、図２３、図２４に示すように、マーカ５１はグルーブ５５上に形成されている。あるいは、図２５、図２６に示すように、マーカ５１はグルーブ５５上に限らず、グルーブ５５間の位置に形成されていてもよい。なお、記録媒体５０が、例えば、ディスク状の記録媒体であれば、記録トラックを表すグルーブ５５は、同心円状又はスパイラル状等に形成され、カード形状の記録媒体であれば、例えば、直線状に形成されている。
あるいは、他の実施例としては、図２７に示すように、グルーブ５５が記録層５３内に形成されていてもよい。この場合、グルーブ５５は、光干渉パターンを発生させる可干渉性光ビームの波長において、可干渉性光ビームの透過及び反射光に影響を与えない深さを有するように形成されている。
また、他の実施例としては、図２８に示すように、記録媒体５０は、記録トラックを表すグルーブ５５が形成された基板５２と、基板５２に隣接して基板とは異なる屈折率を有し、基板５２を平坦に埋め込む埋め込み層５７と、埋め込み層５７に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有している。マーカ５１は、当該グルーブ５５に沿って基板５２内に形成されている。
本発明の記録媒体、記録再生装置は、記録速度の方式には依らない。すなわち、一定線速度（ＣＬＶ）モードで記録を行う場合に限らず、例えば、一定角速度（ＣＡＶ）、ゾーン定角速度（ＺＣＡＶ）等で記録を行う場合にも適用することができる。
本発明は、ディスク状記録媒体に限らず、カード形状媒体等にも適用することができる。
本発明によれば、例えば、所定間隔で配された複数のマーカを有するホログラム記録媒体を用い、対物レンズの集光位置の記録媒体に対する記録トラックに沿った方向での相対速度が所定範囲内となるようにホログラム光ビームの光路と対物レンズとを相対的に移動せしめ、当該相対速度が所定範囲内である期間内に記録層への記録又は再生をなす。従って、記録媒体を回転、あるいは移動等させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。また、高速かつ大容量の記録及び再生が可能なホログラム記録媒体、及びホログラム記録再生装置を提供することができる。
図２は、本発明の第１の実施例であるホログラム記録再生装置の構成を示すブロック図である。
図３は、本発明による記録媒体の平面図である。
図４は、図３に示す記録媒体の一部平面図である。
図５は、図３に示す記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図６は、本発明の第１の実施例であるホログラム記録再生装置のホログラム記録動作の手順を示すフローチャートである。
図７は、記録媒体の移動方向、及び対物レンズの駆動による集光位置の追従動作を説明する図である。
図８は、追従記録における対物レンズの移動量及び移動制御の方法、並びに記録動作を説明する図である。
図９は、図８と同様な、対物レンズの移動制御の方法、並びに記録動作を説明する図である。
図１０は、本発明の第２の実施例であるホログラム記録再生装置に用いられる記録媒体の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図１１は、本発明の第２の実施例であるホログラム記録再生装置に用いられる記録媒体の平面図である。
図１２は、記録層の下部にグルーブ構造が設けられた記録媒体の半径方向における断面図である。
図１３は、本発明の第３の実施例であるホログラム記録再生装置の構成を示すブロック図である。
図１４は、記録媒体の移動方向、及び回転ミラーの回転による集光位置の追従動作を説明する図である。
図１５は、本発明の第４の実施例であるホログラム記録再生装置の集光光学系の部分を示す模式図であり、多面体ミラーの回転による集光位置の追従動作を説明する図である。
図１６は、本発明の第６の実施例であるホログラム記録再生装置の集光光学系の部分、及び駆動回路を示すブロック図である。
図１７は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図１８は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図１９は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２０は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２１は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２２は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分のトレース方向における断面図である。
図２３は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図２４は、図２３に示す部分の上面図である。
図２５は、図２３、２４に示す実施例の改変例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図２６は、図２５に示す部分の上面図である。
図２７は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
図２８は、本発明の他の実施例である記録媒体の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。
発明を実施するための形態
本発明の実施例を図面を参照しつつ詳細に説明する。尚、以下に説明する図において、実質的に同等な部分には同一の参照符号を付している。
［第１の実施例］
図２は、本発明の第１の実施例であるホログラム記録再生装置１０の構成を示すブロック図である。
このホログラム記録再生装置１０の光学系１０Ａにおいては、信号光１２Ａと記録参照光１２Ｂの光源として、例えば、波長８５０ｎｍの近赤外光を射出するＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）レーザが用いられる。レーザ光源１１は、レーザドライバ３１によって駆動される。レーザドライバ３１は、このホログラム記録再生装置１０の各回路ブロックに接続され、装置全体の制御を行うメインコントローラ（ＣＰＵ）３０により制御される。すなわち、レーザドライバ３１には、書き込みタイミング信号等を含む各種制御信号がメインコントローラ３０から供給され、レーザドライバ３１は当該制御信号に基づいてレーザ光源１１を駆動する。
レーザ光源１１から発せられたレーザ光１２は、ビームスプリッタ１３によって信号光１２Ａと記録参照光１２Ｂとに分割される。信号光１２Ａは、ビームエキスパンダ１４でビーム径が拡大されて、平行光として、透過型のＴＦＴ液晶装置（ＬＣＤ）のパネルなどの空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）１５に入射される。
空間光変調器（ＳＬＭ）１５は、記録すべきデータ信号に基づいて明暗のドットパターンを形成する。より詳細には、エンコーダ２５は、１次元のシリアルデジタル信号列からなる記録データ信号を受け取り、２次元データ列に変換する。さらに、エンコーダ２５は当該２次元データ列にエラー訂正符号を付加して、２次元データ信号（単位ページ系列データ信号）を生成する。また、エンコーダ２５内にはＳＬＭドライバ（図示しない）が設けられており、当該ＳＬＭドライバは２次元データ信号に基づいて駆動信号を生成して、空間光変調器（ＳＬＭ）１５を駆動する。これにより、空間光変調器（ＳＬＭ）１５には、２次元のパターンが形成される。
信号光１２Ａは、空間光変調器（ＳＬＭ）１５を透過すると、当該パターンによって光変調される。すなわち、空間光変調器１５は、単位ページに対応する変調処理単位を有し、照射された波長８５０ｎｍの可干渉性のシグナルビームをエンコーダ２５からの単位ページ系列データに応じて、各画素（ピクセル）毎に光をオン／オフして、変調された信号光ビームを生成する。より詳細には、空間光変調器１５は電気信号である単位ページ系列データの論理値“１”に応答してシグナルビームを通過させ、論理値“０”に応答してシグナルビームを遮断することにより、単位ページデータにおける各ビット内容に従った電気−光学変換が達成され、単位ページ系列の信号光としての変調された信号光ビーム（シグナルビーム）が生成される。
当該記録データ信号を含んだ信号光１２Ａは、ハーフミラー２１、２２を透過した後、ミラー２３により反射される。ミラー２３により反射された信号光１２Ａは、対物レンズ２７により記録媒体５０内の記録位置に集光される。すなわち、信号光１２Ａの当該ドットパターン信号成分はフーリエ変換されて、記録媒体５０内に集光される。
対物レンズ２７は、メインコントローラ（ＣＰＵ）３０により制御される対物レンズドライバ３２によって駆動される。すなわち、後に詳述するように、対物レンズ２７の集光位置はメインコントローラ３０により制御される。
一方、ビームスプリッタ１３によって分割された参照光１２Ｂは、ミラー１８、ミラー１９によってハーフミラー２１に導かれる。参照光１２Ｂは、ハーフミラー２１によって反射され、信号光１２Ａと同一の光路を経て記録媒体５０内に導かれる。従って、参照光１２Ｂは、信号光１２Ａと記録媒体５０の内部で交差して光干渉パターンを形成し、光干渉パターンが屈折率の変化として記録される。
一方で、再生時には逆フーリエ変換を行いドットパターン像を再生する。データ再生においては、図２に示すように、例えば、シャッタ１７又は空間光変調器（ＳＬＭ）１５によって信号光１２Ａの光路を遮断して、参照光１２Ｂのみを記録媒体５０へ照射する。これにより、記録された光干渉パターンを再現した再生光が現れ、この再生光を対物レンズ２７に導く。再生時には、対物レンズ２７は逆フーリエ変換レンズとして機能する。逆フーリエ変換するとドットパターン信号を再現することができる。さらに、このドットパターン信号を電荷結合素子ＣＣＤなどの光検出器２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、記録されていたデータが再生される。
記録媒体５０は、モータ、アクチュエータ等の駆動機構に固定することができ、回転又は並進移動等ができるようになっている。従って、記録媒体５０を回転あるいは並進移動させつつホログラム記録及び再生を行うことができる。
また、このホログラム記録再生装置１０の光学系１０Ａには、記録媒体５０に対するフォーカスサーボ、トラッキングサーボ等の制御を行うためのピックアップ装置（図示しない）が構成されている。当該ピックアップ装置は、ホログラム光学系１０Ａと対物レンズ２７を共有し、記録媒体５０からの反射光の一部を検出して当該検出信号に基づいてフォーカスサーボ、トラッキングサーボ制御を行う。あるいは、上記したホログラム用レーザ光源１１とは異なる波長の位置決め用レーザ光源を設けてもよい。この場合、当該位置決め用レーザ光源からのレーザ光をホログラム光の光路に導入し、記録媒体５０からの位置決め用レーザ光の反射光を受光して、サーボ制御を行う構成としてもよい。
上記したホログラム記録再生用光学系、ピックアップ光学系の制御及びサーボ制御は光学系コントローラ３４によりなされるが、光学系コントローラ３４を含め、上記したホログラム記録再生装置１０の各回路ブロックはシステムバス３０Ａを介して接続された装置全体の制御を行うメインコントローラ（ＣＰＵ）３０により制御される。
以下に、記録媒体５０及びホログラム記録再生装置１０の記録再生動作について詳細に説明する。
記録媒体５０は、例えばディスク形状、カード形状等を有するが、これらに限られない。以下においては、記録媒体５０がディスク形状を有し、スピンドルモータに固定されて所定速度で回転しつつホログラム多重記録及び再生を行う場合を例に説明する。
記録媒体５０の平面図、一部平面図、及び断面図をそれぞれ図３、図４、図５に示す。図３及び図５に示すように、記録媒体５０はディスク形状を有し、記録媒体５０内に複数のマーカ５１が同心円状に、又はスパイラル状に配されて記録トラックが形成されている。すなわち、マーカ５１を用い、マーカ５１に沿って順次フォーカスサーボ及びトラッキングサーボを行うことができる。より詳細には、図５に示すように、記録媒体５０は、樹脂又はガラス等の基板５２上に光感応性材料からなる記録層５３、及び樹脂等からなる保護層５４が順次形成されている。記録層には、例えばポリマーや、フォトリフラクティブ材料のニオブ酸リチウム単結晶などの光感応性材料が使用される。また、マーカ５１が、記録層５３内に埋め込まれて形成されている。
記録又は再生時においては、図４に示すように、上記ピックアップ装置のサーボ制御機構は、マーカ５１からの反射光に基づいて記録トラックをタンジェンシャル方向（トレース方向）にトレースするようフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ動作を行う。
本実施例においては、ホログラム用レーザ光を利用してサーボ制御を行う場合を例に説明するが、かかる場合であっても、マーカ５１と干渉パターンの記録位置は深さ方向で異なるので記録及び再生を良好に行うことができる。また、後述するように、マーカ５１を避けて干渉パターンを記録する場合には、マーカ５１からの反射による悪影響を考慮する必要はない。あるいは、ホログラム用レーザ光に対するマーカ５１の反射率をサーボ制御可能な範囲内で小さく設定することによって反射による悪影響を回避することも可能である。
なお、ピックアップ装置が、ホログラム用レーザ光源１１とは異なる波長の位置決め用レーザ光源を有し、記録媒体５０からの位置決め用レーザ光の反射光を受光して、サーボ制御を行う場合には、マーカ５１は、ホログラム用レーザ光に対しては所定値以上の透過率を有し、当該位置決め用レーザ光に対しては反射率を有するように構成することができる。これは、例えば、ホログラム用レーザ光に対しては透明であり、当該位置決め用レーザ光に対しては反射率を有するような材料を選択してマーカ５１に用いればよい。あるいは、マーカ５１を位相構造にし、マーカ５１の位相深さを信号光又は参照光に用いられる波長の整数倍であるが、位置決め用レーザ光の波長にとっては整数倍ではない深さとすればよい。このように構成することによって、マーカ５１を記録層５３内に埋め込んで形成してもホログラムの記録及び再生には何ら悪影響を生じないようにすることができる。
本実施例においては、図２に示すように、参照光１２Ｂの入射側において光干渉パターンによる再生光を得るように構成している。従って、再生時において、参照光１２Ｂを記録媒体５０に入射し、記録された光干渉パターンによる再生光を対物レンズ２７によって得るために、基板５２の記録層５３に対する比屈折率は参照光１２Ｂに対して所定の反射率を有するように定められる。すなわち、当該再生光の光量の少なくとも一部が記録媒体５０から反射され、当該反射光を光検出器２０によって受光することによって記録されたデータを再生することができる。なお、基板５２に屈折率差を与える代わりに、記録層５３及び基板５２の間に再生光を反射せしめるような屈折率を有する層を別途設けるようにしてもよい。
次に、図６に示すフローチャート及び図７，８を参照しつつ、ホログラム記録動作について説明する。尚、この記録動作はメインコントローラ（ＣＰＵ）３０の制御の下で実行される。
まず、ピックアップ装置が、所定トラックにフォーカスクローズ、トラッキングクローズを行う（ステップＳ１１）。ピックアップ装置は、マーカ５１からの反射光を用いてフォーカス及びトラッキングサーボ制御を行いつつマーカ５１の検知信号をメインコントローラ３０に送出する。メインコントローラ３０は、記録開始位置のマーカ５１に対物レンズ２７の集光位置が到達したか否かを判別する（ステップＳ１２）。メインコントローラ３０は、集光位置が記録開始位置のマーカ５１に到達したと判別された場合には、マーカ５１に到達したのと同時に対物レンズ２７の集光位置が当該マーカに固定されるように、すなわち、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作を開始する（図８のＭ１、ステップＳ１３）。
より具体的には、図７に示すように、対物レンズドライバ３２は、メインコントローラ３０の制御の下、対物レンズ２７の集光位置がトラック上の一定位置（すなわち、記録位置）に固定されるように対物レンズ２７をディスク状記録媒体５０の回転方向（タンジェンシャル方向）に駆動、すなわちトレース方向と反対方向に移動させる。つまり、対物レンズドライバ３２は、対物レンズ２７の集光位置を記録媒体５０の線速度と同じ速度で、同じ方向に移動させる。
図８に示すように、追従動作を開始してから所定時間経過後の時刻ｔ１から信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂが記録媒体５０内に導かれ、記録が開始される（ステップＳ１４）。次に、時刻ｔ１から記録に要する所定時間（Δｔ）経過したか否かが判別される（ステップＳ１５）。所定時間（Δｔ）経過したと判別された場合には、所定時間（Δｔ）経過した時点で信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂは遮断され、記録が停止される（ステップＳ１６）。これにより、１ページ分のデータが記録される。記録の停止後、対物レンズドライバ３２は、対物レンズ２７の集光位置を元の中立位置又は基準位置（図８のＱ１、ステップＳ１７）に戻す。
次に、記録すべき全ページ分のデータの記録が完了したか否かが判別される（ステップＳ１８）。全ページ分のデータの記録が完了していない場合には、ステップＳ１２に移行して上記したステップが繰り返され次のページデータが記録される。全ページ分のデータの記録が完了した場合には、この制御ルーチンを終了する。かかる手順によって、ホログラム記録を実行する。
再生時においても、上記した記録時における追従動作と同様な動作をなして記録されたページデータの再生を行う。
なお、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作を行う場合を説明したが、対物レンズの集光位置のマーカ５１に対する相対速度が所定範囲内であるように追従動作を行い、当該相対速度が所定範囲内である期間内に記録又は再生を行うようにすればよい。
すなわち、集光位置が記録媒体上において完全に固定されていなくとも、記録又は再生を実行する期間内において集光位置と記録媒体の相対速度が所定の範囲内であれば記録又は再生を良好に行うことが可能である。より具体的には、記録媒体に対して信号光及び参照光の集光位置（干渉位置）が１ページ分のデータの記録期間中において完全に固定されている場合には、信号光及び参照光により生じる干渉縞は動かないので、記録媒体の当該記録位置には干渉縞をそのまま反映した屈折率分布が作られる。しかし、記録媒体に対して信号光及び参照光の干渉位置が１ページ分のデータの記録期間中に相対的に移動すると（記録トラックに沿った方向の移動に限らず）、信号光及び参照光により生じる干渉縞と記録媒体上の記録位置がずれてしまうために、生成される屈折率分布の変調度は低下する。所定期間内、例えば、当該記録期間の開始から終了までの期間内において、信号光及び参照光の干渉位置が記録媒体に対して相対的に、当該干渉縞の１周期分だけ線形に動いた場合には、生成される屈折率分布はほとんど一様になり、信号の検出が不可能になってしまう。
上記したように、所定期間（すなわち、１ページ分のデータの記録期間）内において、記録媒体に対して相対的に干渉位置が移動すると、屈折率分布の変調度の低下によって検出信号のＳ／Ｎが低下する。このＳ／Ｎの低下がどの程度許容されるかによって記録媒体に対する干渉位置の相対的移動範囲、すなわち、記録媒体に対する干渉位置の相対速度の範囲が決められる。例えば、１ページ分のデータの記録期間中において、干渉位置が相対的に当該移動方向における干渉縞ピッチの１／２周期（５０％）だけ線形に動いた場合には、屈折率分布の変調度は全く動かない場合に比べて約６０％に低下する。この程度にＳ／Ｎの低下を抑えることができれば、光検出器２０を含む検出系において十分な検出感度によって記録又は再生が可能であり、好ましい。また、干渉位置が相対的に干渉縞ピッチの７０％線形に動いた場合には、全く動かない場合に比べて約３０％に低下する。この程度にＳ／Ｎの低下を抑えることができれば、検出系等の複雑さや製造コストの上昇を招来することなく良好な記録又は再生が可能である。なお、干渉位置が記録媒体に対して線形に移動する場合には、記録媒体に対する干渉位置の相対速度は、単に上記した許容される相対移動距離を当該所定期間で除算することによって得られる。
かかる追従動作によって、記録媒体５０を連続的に回転させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
なお、上記した実施例においては、各マーカ５１の平面位置の上部、すなわちマーカ５１より浅い領域に記録がなされるが、マーカ５１の上部を避けてマーカ５１間に記録を行うようにしてもよい。かかる追従動作を行う場合には、例えば、マーカ５１の位置からのシフト量に対応する量だけオフセットを付けて対物レンズ２７を移動させるか、マーカ５１自体への追従動作を予め行って対物レンズ２７の駆動条件を得ておくか、あるいはマーカ５１の移動速度を算出して当該算出値に応じて対物レンズ２７を移動させる等、種々の方法を用いることができる。また、この場合においては、隣り合うマーカ５１間には、１ページ分のデータが記録されるように、あるいは複数のページ分のデータが記録されるように制御してもよい。
ホログラム用レーザ光とは異なる波長の位置決め用レーザ光でマーカを追従する場合、位置決め用レーザ光の集光位置とホログラム用レーザ光の集光位置とを面内で一定量シフトさせ、ホログラム用レーザ光がマーカの影響を受けないようにすることも可能である。
なお、対物レンズ２７の移動量の制御は図８に示したプロファイルに限らない。例えば、図９に示すように、実質的に移動量が線形となるような領域で記録を行うようにしてもよい。
［第２の実施例］
図１０、図１１は、本発明の第２の実施例であるホログラム記録再生装置１０に用いられる記録媒体５０のそれぞれ断面図及び平面図である。
本実施例の記録媒体５０は、グルーブ５５が形成された樹脂基板５２上に基板とは異なった屈折率を有する樹脂からなる埋め込み層５６が形成されている。埋め込み層５６上には、例えば鉄（Ｆｅ）を添加したＬｉＮｂＯ３結晶からなるホログラム記録層５３、及び樹脂等からなる保護層５４が順次形成されている。埋め込み層５６は、基板５２とは屈折率が異なるため、ホログラム用レーザ光によりフォーカスサーボ制御及びトラッキングサーボ制御が可能である。
より詳細には、図１１の平面図に示すように、グルーブ５５は、ウォブリングされ、ウォブリング周期に対応した突起状のマーカ部５５Ａがさらに形成されている。ホログラム記録再生装置１０に設けられたピックアップ装置は、かかるグルーブ５５によりフォーカス及びトラッキングサーボ制御をなすと共に、マーカ部５５Ａの検出に応答して、第１の実施例の場合と同様な追従動作を行うことが可能である。
また、ピックアップ装置が、ホログラム用レーザ光源１１とは異なる波長のレーザ光源を有し、記録媒体５０からの位置決め用レーザ光の反射光を受光して、サーボ制御を行う場合には、図１２の断面図に示すように、ホログラム記録層５３の下部（基板５２側）に上記したのと同様なグルーブ５５を形成してもよい。すなわち、ホログラム用レーザ光及び位置決め用レーザ光の波長に応じて、位置決め用レーザ光のみがグルーブ５５により影響を受けるように設定することができる。この場合、ホログラム記録及び再生には何ら悪影響は生じない。
［第３の実施例］
図１３は、本発明の第３の実施例であるホログラム記録再生装置１０の構成を示すブロック図である。本実施例が上記した第１の実施例と異なるのは、光学系１０Ａにおいて、第１の実施例におけるミラー２３の代わりに回転ミラー２３Ａが用いられている点である。すなわち、回転ミラー２３Ａは回転ミラードライバ３２Ａによって駆動され、回転するようになっている。なお、回転ミラー２３Ａの回転はメインコントローラ３０により制御される。かかる構成により、第１の実施例の場合と同様な追従動作が行われる。以下に、本実施例のホログラム記録再生装置１０のホログラム記録動作について説明する。尚、この記録動作はメインコントローラ３０の制御の下で実行される。
図１４に示すように、回転ミラー２３Ａの回転によって、信号光ビーム１２Ａ及び記録参照光ビーム１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置は変化する。従って、ディスク状記録媒体５０の回転方向に当該光ビームがシフトするように回転ミラー２３Ａを回転させることによって、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作をすることができる。具体的には、回転ミラードライバ３２Ａは、対物レンズ２７の集光位置が記録媒体５０の線速度と同じ速度で、同じ方向に移動するように、回転ミラー２３Ａを回転させて信号光１２Ａ及び記録参照光１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置をシフトさせる。
第１の実施例の場合と同様に、当該追従動作により集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定記録期間（Δｔ）において信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂが記録媒体５０内に導かれ、ホログラム記録がなされる。再生時においても、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定再生期間（Δｔ）において参照光１２Ｂが記録媒体５０内に導かれ、ホログラム再生がなされる。
また、１ページ分のデータ記録又は再生が終了後は、回転ミラー２３Ａは初期位置（基準位置）に戻され、上記した手順を繰り返すことにより次のページデータの記録又は再生がなされる。なお、回転ミラー２３Ａを初期位置に戻す際には、信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂの反射光は乱されるので、例えば、シャッタ１７Ａによって光路は遮断される。
かかる追従動作によって、記録媒体５０を連続的に回転させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
なお、かかる光軸傾きの量は極めて微小であるため、当該ビームシフトによる収差等の悪影響は問題とならない。
［第４の実施例］
図１５は、本発明の第４の実施例であるホログラム記録再生装置１０の集光光学系の部分を示す模式図である。その他の構成は、上記した第３の実施例の場合と同様である。
本実施例においては、第３の実施例における回転ミラー２３Ａの代わりに多面体ミラー２３Ｂが用いられている。すなわち、多面体ミラー２３Ｂは、回転ミラードライバ３２Ａによって駆動され、回転するようになっている。多面体ミラー２３Ｂは、回転中心軸ＣＡに垂直な断面は正多角形であり、各側面はミラーになっている。例えば、図１５に示すように、正６面体の場合には、６つのミラー側面を有している。多面体ミラー２３Ｂの回転は回転ミラードライバを介してメインコントローラ３０により制御される。
かかる構成により、第３の実施例の場合と同様な追従動作が行うことができる。以下に、本実施例のホログラム記録再生装置１０の追従記録動作について説明する。
第３の場合と同様に、多面体ミラー２３Ｂの回転によって、信号光１２Ａ及び参照光ビーム１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置は変化する。従って、ディスク状記録媒体５０の回転方向に当該光ビームがシフトするように多面体ミラー２３Ｂを回転させることによって、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロとなるように追従動作をすることができる。具体的には、回転ミラードライバ３２Ａは、対物レンズ２７の集光位置が記録媒体５０の線速度と同じ速度で、同じ方向に移動するように、多面体ミラー２３Ｂを回転させて信号光１２Ａ及び記録参照光１２Ｂの対物レンズ２７に対する相対位置をシフトさせる。
当該追従動作により集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定記録期間においてホログラム記録がなされる点は第１、第３の実施例の場合と同様である。
なお、本実施例においては、また、１ページ分のデータの記録又は再生が終了した後は、多面体ミラー２３Ｂを更に回転させ、次のミラー側面によって迅速に次のページデータの記録を行うことができる。なお、多面体ミラー２３Ｂが次のミラー側面に切り替わる際には、信号光１２Ａ及び参照光１２Ｂの反射光は乱されるので、例えば、シャッタ１７Ａによって光路は遮断されるのが好ましい。
なお、かかる光軸傾きの量は極めて微小であるため、当該ビームシフトによる収差等の悪影響は問題とならない。
［第５の実施例］
上記した実施例においては、マーカ５１を有する記録媒体５０を用い、マーカ５１の検出信号に基づいて追従制御をなし、記録及び再生を行う場合について説明した。しかしながら、本願発明はマーカが形成されていない記録媒体についても適用することが可能である。
すなわち、記録媒体５０を回転、並進移動等させるモータ等の信号に基づいて追従制御を行うことが可能である。例えば、スピンドルモータの回転量に応じて発生するパルス信号（いわゆるＦＧパルス）やステップモータ等からの移動量に応じたパルス信号に基づいて追従制御を行うことが可能である。あるいは、これらモータ等を駆動する記録媒体ドライバ３３等の駆動回路からの記録媒体の回転量や移動量に応じた信号を用いて追従制御を行えばよい。
また、上述したものとは異なる種々の方法により対物レンズの集光位置の記録媒体に対する記録トラックに沿った方向での相対速度を確定することが可能である。例えば、ピックアップによる種々の検出信号を用いることもできる。例えば、記録トラックを表すグルーブ等が形成され、当該グルーブトラック上の位置を認識する為のアドレス情報並びに同期情報を担うプリピットが形成された記録媒体を用いる場合には、記録媒体から得られる当該プリピット情報に基づいて相対速度を確定することができる。さらに、これらの検出信号と駆動装置からの記録媒体の回転量や移動量に応じた信号とを組み合わせてもよい。
かかる追従記録制御によって、集光位置と記録媒体の記録トラックに沿った方向での相対速度が実質的にゼロである期間内の所定記録期間においてホログラム記録又は再生を行う点については上記した実施例と同様である。従って、マーカが形成されていない記録媒体であっても、記録媒体を回転、あるいは移動等させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
［第６の実施例］
図１６は、本発明の第６の実施例であるホログラム記録再生装置１０の集光光学系の部分、及びこれらに関する駆動回路を示すブロック図である。その他の構成は、上記した第１の実施例の場合と同様である。
上記した実施例においては、記録媒体５０から反射された再生光を検出して記録されたデータを再生する場合を例に説明した。本実施例においては、記録媒体５０に対して記録光１２Ａ及び参照光１２Ｂの入射側とは反対側に光検出器２０を配置している。従って、再生時においては、参照光１２Ｂを記録媒体５０に入射させると、記録された光干渉パターンを再現した再生光が現れる。この再生光をレンズ２７Ｂに導いて、逆フーリエ変換するとドットパターン信号を再現することができる。さらに、このドットパターン信号を焦点距離位置に置かれた電荷結合素子ＣＣＤなどの光検出器２０によって受光して、電気的なデジタルデータ信号に再変換した後、デコーダ２６に送ると、元のデータが再生される。
かかる光学系を有するホログラム記録再生装置１０の場合では、記録媒体５０の構成を簡単にすることができる。すなわち、記録媒体５０が参照光１２Ｂに対して所定の反射率を有するように構成する必要はない。
また、追従記録制御は、上記した実施例と同様にして行うことができ、記録媒体を回転、あるいは移動等させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。
［他の実施例］
本発明による記録媒体の他の実施例について、図面を参照しつつ以下に説明する。
本発明による記録媒体は、上記した実施例に限らず、種々の改変、変更が可能である。例えば、図１７は記録媒体５０の一部分のトレース方向における断面図を示している。図示するように、記録媒体５０は、基板５２と、基板５２に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有している。尚、信号光及び／又は参照光は記録層５３側から入射される。マーカ５１は基板５２内の底面に形成されている。あるいは、図１８に示すように、マーカ５１は基板５２内の記録層５３に接する面側に形成されている。すなわち、これらの場合では、記録層５３がマーカ５１よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されている。
また、図１９及び図２０に示すように、基板５２側から信号光及び／又は参照光が入射され、基板５２内にマーカ５１が形成されていてもよい。すなわち、これらの場合では、マーカ５１は記録層５３よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されている。なお、マーカ５１は基板５２内であれば基板５２の深さ方向のいずれの位置に形成されていてもよい。また、隣接する層の境界部に設けられる場合も含む。例えば、基板５２から突出して突起状に、あるいは窪んだピット状に形成されていてもよい。
また、他の実施例としては、図２１及び図２２に示すように、記録媒体５０は、基板５２と、基板５２に隣接して基板とは異なる屈折率を有し、基板５２を平坦に埋め込む埋め込み層５７と、埋め込み層５７に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有している。また、マーカ５１は埋め込み層５７内に形成されている。図２１に示すように、記録層５３がマーカ５１を含む埋め込み層５７よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されていてもよく、あるいは、図２２に示すように、マーカ５１を含む埋め込み層５７が記録層５３よりも信号光及び／又は参照光の入射側に形成されていてもよい。なお、マーカ５１は埋め込み層５７内であれば埋め込み層５７の深さ方向のいずれの位置に形成されていてもよい。また、隣接する層の境界部に設けられる場合も含む。例えば、埋め込み層５７から突出して突起状に、あるいは窪んだピット状に形成されていてもよい。
さらに、他の実施例について以下に説明する。図２３は記録媒体５０の一部分の半径方向及びトレース方向における断面図である。また、図２４は当該部分のマーカ５１及びグルーブ５５の関係を示す上面図である。図示するように、記録媒体５０は、基板５２と、基板５２に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有し、基板５２には記録トラックを表すグルーブ５５が設けられている。また、マーカ５１は、グルーブ５５に沿って基板５２内に形成されている。すなわち、例えば、図２３、図２４に示すように、マーカ５１はグルーブ５５上に形成されている。あるいは、図２５、図２６に示すように、マーカ５１はグルーブ５５上に限らず、グルーブ５５間の位置に形成されていてもよい。なお、記録媒体５０が、例えば、ディスク状の記録媒体であれば、記録トラックを表すグルーブ５５は、同心円状又はスパイラル状等に形成され、カード形状の記録媒体であれば、例えば、直線状に形成されている。
あるいは、他の実施例としては、図２７に示すように、グルーブ５５が記録層５３内に形成されていてもよい。この場合、グルーブ５５は、光干渉パターンを発生させる可干渉性光ビームの波長において、可干渉性光ビームの透過及び反射光に影響を与えない深さを有するように形成されている。
また、他の実施例としては、図２８に示すように、記録媒体５０は、記録トラックを表すグルーブ５５が形成された基板５２と、基板５２に隣接して基板とは異なる屈折率を有し、基板５２を平坦に埋め込む埋め込み層５７と、埋め込み層５７に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層５３と、を有している。マーカ５１は、当該グルーブ５５に沿って基板５２内に形成されている。
本発明の記録媒体、記録再生装置は、記録速度の方式には依らない。すなわち、一定線速度（ＣＬＶ）モードで記録を行う場合に限らず、例えば、一定角速度（ＣＡＶ）、ゾーン定角速度（ＺＣＡＶ）等で記録を行う場合にも適用することができる。
本発明は、ディスク状記録媒体に限らず、カード形状媒体等にも適用することができる。
本発明によれば、例えば、所定間隔で配された複数のマーカを有するホログラム記録媒体を用い、対物レンズの集光位置の記録媒体に対する記録トラックに沿った方向での相対速度が所定範囲内となるようにホログラム光ビームの光路と対物レンズとを相対的に移動せしめ、当該相対速度が所定範囲内である期間内に記録層への記録又は再生をなす。従って、記録媒体を回転、あるいは移動等させた状態で、良好なホログラム記録及び再生を行うことができる。また、高速かつ大容量の記録及び再生が可能なホログラム記録媒体、及びホログラム記録再生装置を提供することができる。
Claims (53)
- 光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体にデータの記録をなすホログラム記録装置であって、
前記可干渉性光ビームを合焦せしめる対物レンズを含み、前記対物レンズを前記ホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に前記記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすピックアップと、
前記対物レンズの集光位置の前記ホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定器と、
前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記可干渉性光ビームの光路に対する前記対物レンズの相対的位置を変化せしめる駆動部と、
前記所定期間内において前記記録層への記録をなす制御部と、を有することを特徴とするホログラム記録装置。 - 前記相対速度確定器は、前記ホログラム記録媒体から得られたアドレス情報に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
- 前記アドレス情報は、プリピット情報であることを特徴とする請求項２に記載のホログラム記録装置。
- 前記相対速度確定器は、前記ホログラム記録媒体内に所定間隔で配されたマーカの検出信号に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
- 前記駆動部は、前記対物レンズを駆動して前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームが前記マーカに合焦するように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項５に記載のホログラム記録装置。
- 前記駆動部は、前記対物レンズの集光位置が前記マーカから所定距離だけ偏倚しつつ前記集光位置の前記マーカに対する相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項５に記載のホログラム記録装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめて前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームの光路に配されたミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項８に記載のホログラム記録装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームの光路に配された多面体ミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項８に記載のホログラム記録装置。
- 光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体に記録されたデータの再生をなすホログラム再生装置であって、
前記可干渉性光ビームを合焦せしめる対物レンズを含み、前記対物レンズを前記ホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に前記記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすピックアップと、
前記対物レンズの集光位置の前記ホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定器と、
前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの相対的位置を変化せしめる駆動部と、
前記所定期間内において前記記録層からの再生をなす制御部と、を有することを特徴とするホログラム再生装置。 - 前記相対速度確定器は、前記ホログラム記録媒体から得られたアドレス情報に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項１１に記載のホログラム再生装置。
- 前記アドレス情報は、プリピット情報であることを特徴とする請求項１２に記載のホログラム再生装置。
- 前記相対速度確定器は、前記ホログラム記録媒体内に所定間隔で配されたマーカの検出信号に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項１１に記載のホログラム再生装置。
- 前記駆動部は、前記対物レンズを駆動して前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項１１記載のホログラム再生装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームが前記マーカに合焦するように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項１５に記載のホログラム再生装置。
- 前記駆動部は、前記対物レンズの集光位置が前記マーカから所定距離だけ偏倚しつつ前記集光位置の前記マーカに対する相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項１５に記載のホログラム再生装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめて前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項１１に記載のホログラム再生装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームの光路に配されたミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項１８に記載のホログラム再生装置。
- 前記駆動部は、前記可干渉性光ビームの光路に配された多面体ミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項１８に記載のホログラム再生装置。
- 光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体にデータの記録をなすホログラム記録方法であって、
前記可干渉性光ビームを対物レンズにより合焦せしめるステップと、
前記対物レンズを前記ホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に前記記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすステップと、
前記対物レンズの集光位置の前記ホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定ステップと、
前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの相対的位置を変化せしめる駆動ステップと、
前記所定期間内において前記記録層への記録をなすステップと、を有することを特徴とするホログラム記録方法。 - 前記相対速度確定ステップは、前記ホログラム記録媒体から得られたアドレス情報に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項２１に記載のホログラム記録方法。
- 前記アドレス情報は、プリピット情報であることを特徴とする請求項２２に記載のホログラム記録方法。
- 前記相対速度確定ステップは、前記ホログラム記録媒体内に所定間隔で配されたマーカの検出信号に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項２１に記載のホログラム記録方法。
- 前記駆動ステップは、前記対物レンズを駆動して前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項２１に記載のホログラム記録方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームが前記マーカに合焦するように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項２５に記載のホログラム記録方法。
- 前記駆動ステップは、前記対物レンズの集光位置が前記マーカから所定距離だけ偏倚しつつ前記集光位置の前記マーカに対する相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項２５に記載のホログラム記録方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめて前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項２１に記載のホログラム記録方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームの光路に配されたミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項２８に記載のホログラム記録方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームの光路に配された多面体ミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項２８に記載のホログラム記録方法。
- 光感応性材料からなる記録層を有し、可干渉性光ビームの干渉パターンによって記録がなされる平板状ホログラム記録媒体に記録されたデータの再生をなすホログラム再生方法であって、
前記可干渉性光ビームを対物レンズにより合焦せしめるステップと、
前記対物レンズを前記ホログラム記録媒体の記録トラックに沿って移動せしめると共に前記記録トラックからの反射光を検出してフォーカスサーボ及びトラッキングサーボ制御をなすステップと、
前記対物レンズの集光位置の前記ホログラム記録媒体に対する相対速度を確定する相対速度確定ステップと、
前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記可干渉性光ビームの光路に対する対物レンズの相対的位置を変化せしめる駆動ステップと、
前記所定期間内において前記記録層からの再生をなすステップと、を有することを特徴とするホログラム再生方法。 - 前記相対速度確定ステップは、前記ホログラム記録媒体から得られたアドレス情報に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項３１に記載のホログラム再生方法。
- 前記アドレス情報は、プリピット情報であることを特徴とする請求項３２に記載のホログラム再生方法。
- 前記相対速度確定ステップは、前記ホログラム記録媒体内に所定間隔で配されたマーカの検出信号に基づいて前記相対速度を確定することを特徴とする請求項３１に記載のホログラム再生方法。
- 前記駆動ステップは、前記対物レンズを駆動して前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項３１に記載のホログラム再生方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームが前記マーカに合焦するように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項３５に記載のホログラム再生方法。
- 前記駆動ステップは、前記対物レンズの集光位置が前記マーカから所定距離だけ偏倚しつつ前記集光位置の前記マーカに対する相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるように前記対物レンズを駆動することを特徴とする請求項３５に記載のホログラム再生方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめて前記相対速度が少なくとも所定期間内において所定範囲内に収まるようにすることを特徴とする請求項３１に記載のホログラム再生方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームの光路に配されたミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項３８に記載のホログラム再生方法。
- 前記駆動ステップは、前記可干渉性光ビームの光路に配された多面体ミラーを回転させて前記可干渉性光ビームの前記対物レンズへの入射光路を移動せしめることを特徴とする請求項３８に記載のホログラム再生方法。
- 可干渉性光ビームの光干渉パターンを屈折率の空間的な変化として記録するホログラム記録媒体であって、
前記光干渉パターンの位置決め用の複数のマーカを有することを特徴とするホログラム記録媒体。 - 基板と、前記基板に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層と、を有し、前記マーカは、前記基板内に形成されていることを特徴とする請求項４１記載のホログラム記録媒体。
- 基板と、前記基板に隣接して、前記基板とは異なる屈折率を有し、前記基板を平坦に埋め込む埋め込み層と、前記埋め込み層に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層と、を有し、前記マーカは、前記埋め込み層内に形成されていることを特徴とする請求項４１記載のホログラム記録媒体。
- 光感応性材料からなる記録層を有し、前記マーカは前記記録層内に形成されていることを特徴とする請求項４１記載のホログラム記録媒体。
- 前記マーカは、記録媒体の平面上に記録トラックを形成するように所定間隔で配されていることを特徴とする請求項４２ないし４４のいずれか１に記載のホログラム記録媒体。
- 前記マーカは、記録媒体の平面上に同心円状に配されていることを特徴とする請求項４５記載のホログラム記録媒体。
- 前記マーカは、記録媒体の平面上にスパイラル状に配されていることを特徴とする請求項４５記載のホログラム記録媒体。
- 記録トラックを表すグルーブが形成された基板と、前記基板に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層と、を有し、前記マーカは、前記グルーブに沿って前記基板内に形成されていることを特徴とする請求項４１記載のホログラム記録媒体。
- 記録トラックを表すグルーブが形成された基板と、前記基板に隣接して、前記基板とは異なる屈折率を有し、前記基板を平坦に埋め込む埋め込み層と、前記埋め込み層に隣接して形成された光感応性材料からなる記録層と、を有し、前記マーカは、前記グルーブに沿って前記基板内に形成されていることを特徴とする請求項４１記載のホログラム記録媒体。
- 前記グルーブはウォブリング形状を有し、前記マーカは、当該ウォブリングの所定位置に形成されていることを特徴とする請求項４８又は４９記載のホログラム記録媒体。
- 前記マーカは、前記光干渉パターンを発生させた前記可干渉性光ビームの波長に対して所定値以上の透過率を有することを特徴とする請求項４１記載のホログラム記録媒体。
- 前記マーカは、前記光干渉パターンを発生させた前記可干渉性光ビームの波長に対して所定値以上の透過率となるような厚さを有することを特徴とする請求項５１記載のホログラム記録媒体。
- 前記グルーブは、前記光干渉パターンを発生させた前記可干渉性光ビームの波長において、透過及び反射光に影響を与えない位相深さを有することを特徴とする請求項４８ないし５０のいずれか１に記載のホログラム記録媒体。
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