JP4445963B2

JP4445963B2 - ホログラム記録担体並びに記録再生方法及び装置

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Publication number: JP4445963B2
Application number: JP2006511452A
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Inventors: 昌和小笠原
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Filing date: 2005-03-15
Publication date: 2010-04-07
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Description

本発明は光ディスク、光カードなどの光学的に情報記録又は情報再生が行われる記録媒体に関し、特に光ビームの照射により情報の記録又は再生可能なホログラム記録層を有するホログラム記録担体並びに記録再生方法及びホログラム装置に関する。

高密度情報記録のために、２次元データを高密度記録できるホログラムが注目されている。このホログラムの特徴は、記録情報を担持する光の波面を、フォトリフラクティブ材料などの光感応材料からなる記録媒体に体積的に屈折率の変化として記録することにある。ホログラム記録担体に多重記録を行うことによって記録容量を飛躍的に増大させることができる。多重記録には、角度多重や位相符号化多重などがあり、重畳したホログラム領域でも、干渉する光波の入射角度や位相を変えることにより、情報を多重記録することが可能である。

一方、ホログラム記録担体をディスクとして利用し、情報を超高密度で記録する光情報記録装置が開発されている（特開２００３−８５７６８号公報参照）。ホログラムの干渉縞パターンを記録するには記録媒体と書き込み光との相対的静止状態での適度な露光の時間とエネルギが必要であるので、かかる従来技術は、移動する記録媒体の記録位置に、正確に露光し続ける方法を提供している。

かかる従来のホログラム記録担体において、その周方向に隣り合うアドレス・サーボ領域の間には、情報記録領域が設けられている。アドレス・サーボ領域には、フォーカス・サーボ及びトラッキング・サーボを行うための情報及び情報記録領域に対するアドレス情報が、予めエンボスピットによって記録してある。透明基板上に積層された情報ホログラム記録層は、ホログラムが三次元的に記録される層であり、レーザビームが照射されたときにその強度に応じて屈折率、誘電率、反射率などの光学的特性が変化する材料によって形成され、アルミニウム膜が反射膜として形成されている。

特開２００３−８５７６８号公報

従来、複数回のホログラム記録、例えば追記記録を行う場合に、１回のホログラム記録工程で書き込まれるデータの単位ビット量が大きくなるため、データの記録済み部分の境界を探すためにホログラム毎で検索を行うなど制御が複雑であった。

そこで、本発明の解決しようとする課題には、複数回のホログラム記録を速やかに行えるとともに安定的に記録又は再生を行うことを可能にするホログラム記録担体並びに記録再生方法及びホログラム装置を提供することが一例として挙げられる。

本発明のホログラム記録担体は、基板と反射層を有し、光ビームの光照射により情報の記録又は再生が行われるホログラム記録担体であって、
可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、
前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有すること、並びに、
前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層へ光照射が行われること、を特徴とする。

本発明のホログラム装置は、基板と、反射層と、可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有し、前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層への光照射により回折格子の情報の記録又は再生が行われるホログラム記録担体のホログラム装置であって、
光ビームを前記２次元記録層に集光してその戻り光を検出することにより、前記ホログラム記録担体の動きに前記光ビームを追従させるサーボ制御を行うとともに、前記光ビームによって前記２次元記録層においてマークを記録又は再生することを特徴とする。

本発明の記録方法は、基板と、反射層と、可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有し、前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層への光照射により情報の記録が行われるホログラム記録担体の記録方法であって、
光ビームを前記２次元記録層に集光してその戻り光を検出することにより、前記ホログラム記録担体の動きに前記光ビームを追従させるサーボ制御を行うとともに、前記光ビームによってマークを前記２次元記録層に記録することを特徴とする。

本発明の再生方法は、基板と、反射層と、可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有し、前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層への光照射によりマークが前記２次元記録層に記録されているホログラム記録担体の再生方法であって、
光ビームを前記２次元記録層に集光してその戻り光を検出することにより、前記ホログラム記録担体の動きに前記光ビームを追従させるサーボ制御を行うとともに、前記光ビームによって前記２次元記録層の前記マークから情報を再生することを特徴とする。

図１は、ホログラム記録担体を示す概略部分断面図である。図２は、ホログラム記録担体を示す概略部分斜視図である。図３は、ホログラム記録担体の情報を記録又は再生するホログラム装置の概略構成を示すブロック図である。図４は、ホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す概略斜視図である。図５は、ホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。図６は、ホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップにおける対物レンズのための３軸アクチュエータの概略を示す概略斜視図である。図７は、ホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。図８は、ホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。図９は、ホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップにおける光検出器の一部を示す平面図である。図１０は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１１は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１２は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１３は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１４は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１５は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１６は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１７は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１８は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図１９は、ホログラム記録担体のトラックを示す平面図である。図２０は、ホログラム記録担体を示す概略部分断面図である。図２１は、本発明による実施形態のホログラム記録担体を示す概略部分断面図である。図２２は、本発明による実施形態のホログラム記録担体を示す斜視図である。図２３は、本発明による他の実施形態のホログラム光カードを示す斜視図を示す斜視図である。

以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

＜ホログラム記録担体＞
図１は、光照射により情報の記録又は再生が行われるディスク形状のホログラム記録担体２を示す。

ホログラム記録担体２は、光照射側の反対側から、基板３上に積層された、反射層４、２次元記録層５、分離層６、ホログラム記録層７、及び保護層８からなる。

ホログラム記録担体２は、可干渉性の参照光及び信号光の成分を含む第１光ビームＦＢによる光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層７と、その膜厚方向に積層された２次元記録層５とを備えている。なお、第１光ビームＦＢは、再生に用いる場合、信号光の成分を含ませない。また、位相符号化多重の再生の場合、信号光の成分を含ませないが、位相変調パターン及び参照光の成分のみを第１光ビームＦＢは含む。

２次元記録層５は、サーボビームＳＢ（第２光ビーム）の強度に感応して物性が可逆的又は非可逆的に変化する第２光感応材料からなる。２次元記録層５は、サーボビームＳＢの波長に対する感度が第１光ビームＦＢの波長に対する感度より高く設定された相変化膜、色素膜又は光磁気記録膜である。２次元記録層５はサーボビームＳＢの光強度によって、マーク記録が可能な材料から選択される。

ホログラム記録層７は、サーボビームＳＢの波長に対する感度より高い第１光ビームＦＢの波長に対する感度を有する。ホログラム記録層７を通過する光の干渉パターンにより情報の記録又は再生可能となるように、光学干渉パターンを保存するホログラム記録層７を構成する第１光感応材料としてフォトリフラクティブ材料や、ホールバーニング材料、フォトクロミック材料などが用いられる。

基板３は、その材料として特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、或いはポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳなどのプラスチック、紫外線硬化型アクリル樹脂などが用いられ、その主面に離れて交わることなく延在する複数のトラックＴとしてグルーブが形成されている。反射層４は例えばアルミニウムなどの金属又は誘電体多層膜からなる。反射層４はガイド層としても機能する。分離層６及び保護層８は光透過性材料からなり、積層構造の平坦化や、ホログラム記録層などの保護の機能を担う。

トラックＴは、光ビーム照射用の対物レンズの少なくともトラッキングサーボのサーボ制御を行うため設けられる。ホログラムＨＧはトラックＴ上方のホログラム記録層７に体積的に記録される。基板３が円板の場合、トラッキングサーボ制御を行うため、トラックＴは基板の中心に関してその上に螺旋状又は同心円状、或いは複数の分断された螺旋弧状に形成され得る。

可干渉性の第１光ビームによる光学干渉パターンは、ホログラム記録層内部にホログラムＨＧ（回折格子）として体積的に保存され、ホログラム記録層の膜厚方向に積層された２次元記録層には、第１光ビームと略共軸に照射されるサーボビームＳＢによって、１以上のマークＭが２次元的に記録される。すなわち、サーボビームＳＢによって、ホログラム記録担体２の動きに対物レンズを追従させる以外に２次元記録層５に情報を記録することができるようになっている。マークＭは、ホログラム記録層に記録されたホログラム又はその一群の部分に積層された２次元記録層の対応した部分に、記録される。サーボビームＳＢはマーク記録だけでなく、２次元記録層に集光され、第１及び第２光ビームの少なくとも第２光ビームのホログラム記録担体２へのフォーカス又はトラッキングのサーボ制御にサーボビームＳＢとして用いられる。マークＭとしては、ホログラム記録層に記録すべきホログラム又はその一群の終端を示す終端マーク、それらのアドレスを示すアドレスマーク、それらに関係する種々の情報（内容情報のサムネイル情報、圧縮方法情報、ホログラム記録時のレーザーパワーや記録波長などの情報）を示す関係マークが挙げられる。

サーボ制御は、光ビームを射出する光源、光ビームを反射層４に光スポットとして集光させ、その反射光を光検出器へ導く対物レンズを含む光学系などを備えたピックアップを用いて、検出された信号に応じて対物レンズをアクチュエータで駆動することにより、行われる。反射層上の光スポットの直径は、光ビーム波長と対物レンズの開口数(numerical aperture：NA)により決まる値 (いわゆる回折限界で、例えば０．８２λ/NAである（λ＝波長）が、収差が波長に比較して十分小さい場合は、光ビームの波長と開口数だけで決定される)まで、絞り込まれるように設定される。すなわち、対物レンズから照射される光ビームは、そのビームウエストの位置に反射層が位置するときに合焦となるように、使用される。グルーブの幅は、光スポットからの反射光を受光する光検出器の出力、例えばプッシュプル信号に応じて適宜設定される。

図２に示すように、反射層４のトラックＴのピッチＰｘ（ｘ方向すなわちトラックＴの伸長方向（ｙ方向）に垂直な方向）は、第１光ビームＦＢのスポット上方に記録されるホログラムＨＧの多重度から決まる所定距離として設定される。実際のシフト多重記録方式ホログラムシステムにおける最大多重度、すなわち記録媒体中の同一体積中に最大で幾つの独立したホログラムが記録可能であるかを示す値（回数）は、上記のように媒体や装置構成で決定される。最小のトラックピッチＰｘ（すなわち最小シフト距離）は、記録されるホログラム領域の差し渡しを最大多重度で除したもので設定される。トラックピッチＰｘは、最小シフト距離以上で設定される。

なお、上記では、反射層４とホログラム記録層７とが分離層を介して積層された構造のホログラム記録担体を示したが、分離層を省略することもできる。また、基板３のホログラム記録層７が積層された反対側に反射層４が積層され、基板が分離層として機能するように、ホログラム記録層７と反射層４の間に基板３を配置することもできる。

＜ホログラム装置＞
図３はホログラム記録担体の情報を記録又は再生するホログラム装置の概略構成の例を示す。

図３のホログラム装置は、ホログラム記録担体２のディスクをターンテーブルを介して回転させるスピンドルモータ２２、ホログラム記録担体２から光ビームによって信号を読み出すピックアップ２３、該ピックアップを保持し半径方向（ｘ方向）に移動させるピックアップ駆動部２４、第１光源駆動回路２５ａ、第２光源駆動回路２５ｂ、空間光変調器駆動回路２６、再生光検出信号処理回路２７、サーボ信号処理回路２８、フォーカスサーボ回路２９、ｘ方向移動サーボ回路３０ｘ、ｙ方向移動サーボ回路３０ｙ、ピックアップ駆動部２４に接続されピックアップの位置信号を検出するピックアップ位置検出回路３１、ピックアップ駆動部２４に接続されこれに所定信号を供給するスライダサーボ回路３２、スピンドルモータ２２に接続されスピンドルモータの回転数信号を検出する回転数検出部３３、該回転数検出部に接続されホログラム記録担体２の回転位置信号を生成する回転位置検出回路３４、並びにスピンドルモータ２２に接続されこれに所定信号を供給するスピンドルサーボ回路３５を備えている。

ホログラム装置は制御回路３７を有しており、制御回路３７は第１光源駆動回路２５ａ、第２光源駆動回路２５ｂ、空間光変調器駆動回路２６、再生光検出信号処理回路２７、サーボ信号処理回路２８、フォーカスサーボ回路２９、ｘ方向移動サーボ回路３０ｘ、ｙ方向移動サーボ回路３０ｙ、ピックアップ位置検出回路３１、スライダサーボ回路３２、回転数検出部３３、回転位置検出回路３４、並びにスピンドルサーボ回路３５に接続されている。制御回路３７はこれら回路からの信号に基づいて、これら駆動回路を介してピックアップに関するフォーカスサーボ制御、ｘ及びｙ方向移動サーボ制御、再生位置（ｘ及びｙ方向の位置）の制御などを行う。制御回路３７は、各種メモリを搭載したマイクロコンピュータからなり装置全体の制御をなすものであり、操作部（図示せず）からの使用者による操作入力及び現在の装置の動作状況に応じて各種の制御信号を生成するとともに、使用者に動作状況などを表示する表示部（図示せず）に接続されている。

また、制御回路３７は外部から入力されたホログラム記録すべきデータの符号化などの処理を実行し、所定信号を空間光変調器駆動回路２６に供給してホログラムの記録シーケンスを制御する。制御回路３７は、再生光検出信号処理回路２７からの信号に基づいて復調及び誤り訂正処理をなすことにより、ホログラム記録担体に記録されていたデータを復元する。更に、制御回路３７は、復元したデータに対して復号処理を施すことにより、情報データの再生を行い、これを再生情報データとして出力する。

更にまた、制御回路３７は、記録すべきホログラムデータから得られた内容情報（例えば画像データ）のサムネイル情報や、ホログラム記録時の圧縮法、符号化復号化法、レーザーパワー、記録波長などのホログラムデータに関係するデータの符号化などの処理を実行し、得られた信号を第２光源駆動回路２５ｂに供給してマーク記録を制御する。そして、制御回路３７は、サーボ信号処理回路２８から供給される信号に基づいて、ホログラム記録担体の２次元記録層に記録されていたデータを再生して出力する。

図４及び図５は当該ホログラム装置のピックアップの概略構成に示す。

ピックアップ２３は、大きく分けてホログラム記録再生光学系と、サーボ系と、共通系と、からなり、これらの系は対物レンズＯＢを除いてほぼ共通の平面上に配置されている。

ホログラム記録再生光学系は、ホログラムの記録及び再生用の第１レーザ光源ＬＤ１、第１コリメータレンズＣＬ１、第１ハーフミラープリズムＨＰ１、第２ハーフミラープリズムＨＰ２、偏光空間光変調器ＳＬＭ、ＣＣＤや相補型金属酸化膜半導体装置（ＣＭＯＳ）などのアレイからなる像検出センサＩＳを含む再生光信号検出部、第３ハーフミラープリズムＨＰ３及び、第４ハーフミラープリズムＨＰ４、からなる。

サーボ系は、ホログラム記録担体２に対する光ビームの位置をサーボ制御（ｘｙｚ方向移動）するための第２レーザ光源ＬＤ２、第２コリメータレンズＣＬ２、サーボビームＳＢのためのマルチビームを生成するグレーティングなど回折光学素子ＧＲ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、１／４波長板１／４λ、カップリングレンズＡＳ、及び光検出器ＰＤを含むサーボ信号検出部からなる。また、サーボ系は、２次元記録層５へのマーク記録の記録再生にも用いられる。

ダイクロイックプリズムＤＰ及び対物レンズＯＢは共通系である。

図４及び図５に示すように、第１、第３及び第４ハーフミラープリズムＨＰ１、ＨＰ３、ＨＰ４のハーフミラー面は平行となるように配置されるとともに、これらハーフミラー面の法線方向において第２ハーフミラープリズムＨＰ２、ダイクロイックプリズムＤＰ及び偏光ビームスプリッタＰＢＳのハーフミラー面、分離面が平行となるように配置されている。これら光学部品は、第１及び第２レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２からの光ビームの光軸（一点鎖線）がそれぞれ記録及び再生光学系並びにサーボ系に延在し、共通系でほぼ一致するように配置されている。

第１レーザ光源ＬＤ１は第１光源駆動回路２５ａに接続され、射出する第１光ビームＦＢの強度をホログラム記録時には強く再生時には弱くするように、同回路によりその出力調整がされる。

第２レーザ光源ＬＤ２は第２光源駆動回路２５ｂに接続され、第１レーザ光源とは異なる波長のサーボビームＳＢの強度を、マーク記録時には強く再生時には弱くするように、同回路によりその出力調整がされる。

反射型の偏光空間光変調器ＳＬＭは、マトリクス状に分割された複数の画素電極を有する液晶パネルなどで電気的に入射光の一部を反射する機能、又はすべて透過して無反射状態とする機能を有する。この偏光空間光変調器ＳＬＭは第１光源駆動回路２５ａに接続され、空間光変調器駆動回路２６からの記録すべきページデータ（平面上の明暗ドットパターンなどの２次元データの情報パターン）に基づいた分布を有するように光ビームを変調かつ反射して、信号光を生成する。なお、偏光空間光変調器ＳＬＭに代え、マトリクス状に分割された複数の画素電極を有する透過型液晶パネルを空間光変調器として用いる場合、第１及び第２ハーフミラープリズムＨＰ１、ＨＰ２間に配置される。

像検出センサＩＳを含む再生光信号検出部は再生光検出信号処理回路２７に接続されている。

更に、ピックアップ２３には、対物レンズＯＢを自身の光軸に平行な方向（ｚ方向）、トラックに平行方向（ｙ方向）及び垂直な方向（ｘ方向）に移動させる対物レンズ駆動部３６が備えられている。

サーボ信号検出部の光検出器ＰＤは、サーボ信号処理回路２８に接続され、例えば、フォーカスサーボ用並びにｘ及びｙ方向移動サーボ用にそれぞれに受光素子を有する。光検出器ＰＤからのマーク信号ＲＦ、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの出力信号はサーボ信号処理回路２８に供給される。

サーボ信号処理回路２８においては、フォーカスエラー信号からフォーカシング駆動信号が生成され、これが制御回路３７を介してフォーカスサーボ回路２９に供給される。フォーカスサーボ回路２９は駆動信号に応じて、ピックアップ２３に搭載されている対物レンズ駆動部３６のフォーカシング部分を駆動し、そのフォーカシング部分はホログラム記録担体に照射される光スポットの焦点位置を調整するように動作する。

更に、サーボ信号処理回路２８においては、ｘ及びｙ方向移動駆動信号が発生され、これらがｘ方向移動サーボ回路３０ｘ及びｙ方向移動サーボ回路３０ｙにそれぞれ供給される。ｘ方向移動サーボ回路３０ｘ及びｙ方向移動サーボ回路３０ｙは、ｘ及びｙ方向移動駆動信号に応じてピックアップ２３に搭載されている対物レンズ駆動部３６を駆動する。よって、対物レンズはｘ、ｙ及びｚ方向の駆動信号による駆動電流に応じた分だけ駆動され、ホログラム記録担体に照射される光スポットの位置が変位する。これにより、記録時の運動しているホログラム記録担体に対する光スポットの相対位置を一定としてホログラムの形成時間を確保できる。

制御回路３７は、操作部又はピックアップ位置検出回路３１からの位置信号及びサーボ信号処理回路２８からのｘ方向移動エラー信号に基づいてスライダ駆動信号を生成し、これをスライダサーボ回路３２に供給する。スライダサーボ回路３２はピックアップ駆動部２４を介して、そのスライダ駆動信号による駆動電流に応じピックアップ２３をディスク半径方向に移送せしめる。

回転数検出部３３は、ホログラム記録担体２をターンテーブルで回転させるスピンドルモータ２２の現回転周波数を示す周波数信号を検出し、これに対応するスピンドル回転数を示す回転数信号を生成し、回転位置検出回路３４に供給する。回転位置検出回路３４は回転位置信号を生成し、それを制御回路３７に供給する。制御回路３７はスピンドル駆動信号を生成し、それをスピンドルサーボ回路３５に供給し、スピンドルモータ２２を制御して、ホログラム記録担体２を回転駆動する。

図６にホログラム装置におけるピックアップの対物レンズ駆動部３６を示す。

対物レンズ駆動部３６は、ピックアップボディ（図示せず）に固設された支持部３８に結合したピエゾ素子３９によってｙ方向に振動自在なアクチュエータベース４２を有している。ピックアップボディ内にはレーザ光源からの光ビームを直角に反射して対物レンズＯＢに導く立ち上げプリズム４５など、ピックアップを形成するための上記した所要の光学部品が設けられている。なお、該光ビームは開口４２ｃ、対物レンズＯＢを経ることにより、ターンテーブル上の媒体の情報記録面にスポット光として集束照射される。

図６に示すように、対物レンズＯＢは筒状に形成されて該対物レンズと共に可動光学系を構成するレンズホルダ４８の上端突出部に取り付けられている。レンズホルダ４８の外周にはコイル中心軸が対物レンズＯＢの光軸と平行となるようにフォーカシングコイル５０が巻装されている。フォーカシングコイル５０の外側にはコイル中心軸が対物レンズＯＢの光軸に対して直角となるように例えば４つのトラッキングコイル５１が取り付けられている。各トラッキングコイル５１は、予め各々環状に巻回されたものをフォーカシングコイル５０上に貼付してなる。対物レンズＯＢ及びレンズホルダ４８からなる可動光学系は、互いに対物レンズＯＢの光軸方向において離隔して配置されかつ該光軸方向に対して直角なｙ方向に延在する２対、合計４本の長手支持部材５３の一端部により支持されている。但し、図６には支持部材５３は３本のみが示されている。各支持部材５３は、アクチュエータベース４２上に固着された張出部４２ａに、その他端部において、片持梁状に取り付けられている。各支持部材５３はコイル材料などからなり可撓性を有している。４本の長手支持部材５３と上記ピエゾ素子３９によって対物レンズＯＢ及びレンズホルダ４８からなる可動光学系は、ｘｙｚ方向において移動自在となっている。

レンズホルダ４８は一対の磁気回路に離間しつつ挟まれている。各磁気回路はレンズホルダ４８に面する磁石５５とこれを支持する金属プレート５６からなり、アクチュエータベース４２上に固着されている。レンズホルダ４８には一対の貫通孔が形成され、一対の貫通孔は、長手支持部材５３の伸長方向において対物レンズＯＢを挟む位置でかつフォーカシングコイル５０の内側にありかつコイル中心軸及び対物レンズＯＢの光軸と平行となっている。各貫通孔内に磁気回路の金属プレート５６から伸長するヨーク５７が非接触で挿入されている。よって、フォーカシングコイル５０及びトラッキングコイル５１は、磁石５５及びヨーク５７からなる磁気回路の磁気ギャップ内に位置している。

フォーカシングコイル５０、トラッキングコイル５１及びピエゾ素子３９がそれぞれフォーカスサーボ回路２９、ｘ方向移動サーボ回路３０ｘ及びｙ方向移動サーボ回路３０ｙによって、制御されている。磁気ギャップには該各コイルと直角に鎖交する平行磁束が発生し得るので、該各コイルに所定電流を供給することによりｘｚ方向の駆動力が発生して該各方向に上記の可動光学系を駆動することができる。

このように、対物レンズＯＢのｘ及びｚ方向の駆動は磁気回路を使用したものであり、ｙ方向の駆動はピエゾ素子などを用いてアクチュエータベースごと駆動するようにする。なお、駆動部はこの構造の他に、すべての軸について磁気回路を使用したものとすることもできる。

上記ホログラム装置を用いた、ホログラム記録担体に光ビームを照射して情報を記録又は再生する記録再生方法を説明する。

＜ホログラム記録＞
ホログラム記録時には、図７に示すように、第１レーザ光源ＬＤ１からの所定強度のコヒーレント光は第１ハーフミラープリズムＨＰ１により、参照光ビームと信号光ビームに分離される（両ビームは破線で示し、光路説明のために図５の光軸からずらして示してある）。

信号光ビームは第２ハーフミラープリズムＨＰ２を透過し、偏光空間光変調器ＳＬＭの反射面の法線に沿って入射する。偏光空間光変調器ＳＬＭで所定変調され反射された信号光は、再び第２ハーフミラープリズムＨＰ２に入射し反射して、第４ハーフミラープリズムＨＰ４へ向かう。

参照光ビームは第３ハーフミラープリズムＨＰ３で反射され、第４ハーフミラープリズムＨＰ４へ向かう。

参照光と信号光は第４ハーフミラープリズムＨＰ４にて略共軸となるように合流され第１光ビームＦＢとなる。第１光ビームＦＢはダイクロイックプリズムＤＰを通過し、対物レンズＯＢによってホログラム記録担体２に集光されホログラムが記録される。

＜ホログラム再生＞
一方、再生時には、図８に示すように、記録時と同様に光は第１ハーフミラープリズムＨＰ１により参照光ビームと信号光ビームに分離されるが、ホログラムの再生は参照光ビームのみで行う。偏光空間光変調器ＳＬＭを無反射状態（透過状態）にすることで、第３ハーフミラープリズムＨＰ３からの参照光だけが第１光ビームＦＢとして、ダイクロイックプリズムＤＰ及び対物レンズＯＢを通過し、ホログラム記録担体２に入射される。

ホログラム記録担体２から発生する再生光（二点鎖線）は、対物レンズＯＢ、ダイクロイックプリズムＤＰ、第４ハーフミラープリズムＨＰ４及び第３ハーフミラープリズムＨＰ３を透過し、像検出センサＩＳに入射する。像検出センサＩＳはその出力を再生光検出信号処理回路２７に送出して、そこで生成した再生信号を制御回路３７に供給して記録されていたページデータを再生する。なお、第３ハーフミラープリズムＨＰ３及び像検出センサＩＳ間に結像レンズを設けることもできる。

＜サーボ制御＞
ここで、ホログラムの記録及び再生時ともに、サーボビームによりホログラムディスク２との位置決めサーボ制御を行う。位置決めサーボ制御によって、光検出器ＰＤの出力に基づいて演算されて得たエラー信号にて、ｘ、ｙ及びｚ方向の３軸に対物レンズを駆動できる３軸アクチュエータ（対物レンズ駆動部３６）を駆動する。

図７及び図８に示すように、サーボ制御のための第２レーザ光源ＬＤ２は第１レーザ光源ＬＤ１とは異なる波長のコヒーレント光を射出する。第２レーザ光源ＬＤ２からのサーボビームＳＢ（細実線）は、Ｐ偏光（紙面平行を示す双方向矢印）として、第２コリメータレンズＣＬ２、回折光学素子ＧＲ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ及び１／４波長板１／４λのサーボ検出用光路に導かれ、対物レンズＯＢの直前でダイクロイックプリズムＤＰにより第１光ビームＦＢ（信号光及び参照光）と略共軸に合流される。サーボビームＳＢはダイクロイックプリズムＤＰで反射された後、対物レンズＯＢで集光されホログラム記録担体２に入射する。ホログラム記録担体２からの反射光（対物レンズＯＢへの戻り光）は１／４波長板１／４λを通過してＳ偏光（紙面垂直を示す中黒波線丸）となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳ及びカップリングレンズＡＳを経て、サーボ用光検出器ＰＤの受光面の法線に沿って入射する。

また、ｚ方向のサーボ（フォーカスサーボ）は通常の光ピックアップで用いられている非点収差法、３ビーム法、スポットサイズ法、プッシュプル法など、また、それらの混在して用いた方法も用い得る。

例えば非点収差法を用いた場合、光検出器ＰＤの中央の１つは、図９に示すようにビーム受光用の４等分割の受光面を有した受光素子１ａ〜１ｄから構成される。４分割線の方向はディスク半径方向とトラック接線方向に対応している。光検出器ＰＤは、合焦時の光スポットが受光素子１ａ〜１ｄの分割交差中心を中心とする円形となるように設定されている。

光検出器ＰＤの受光素子１ａ〜１ｄの各出力信号に応じて、サーボ信号処理回路２８は種々の信号を生成する。受光素子１ａ〜１ｄの各出力信号をその順にＡａ〜Ａｄとすると、マーク信号ＲＦは、ＲＦ＝Ａａ＋Ａｄ＋Ａｂ＋Ａｃと算出され、フォーカスエラー信号ＦＥは、ＦＥ＝（Ａａ＋Ａｃ）−（Ａｂ＋Ａｄ）と算出され、トラッキングエラー信号ＴＥは、ＴＥ＝（Ａａ＋Ａｄ）−（Ａｂ＋Ａｃ）と算出される。これら信号は制御回路３７に供給される。

＜マーク記録再生＞
図２に示すように、サーボビームＳＢはホログラム記録担体２の２次元記録層５に集光され、従来の光ディスクと同様に光パワー変調により、２次元記録層５に情報をマークＭとして記録する。また、サーボビームＳＢによりホログラム記録担体２との位置決めサーボ制御を常に行い、同時にホログラム再生は第１光ビームＦＢで行う。記録する情報の種類並びに他の担体構造を以下に示す。

（１）ホログラム追記用マーク
図１０に示すように、今回記録したホログラムの最後（ＨＧlast）のものに対応する２次元記録層５における位置の後方の同一トラック上にホログラム記録終了を示す終端マークＥＭを記録する。次に、ホログラムを追記する場合、図１１に示すように、次回記録するためのサーボビームＳＢでこの終端マークＥＭを検出することによって、追記箇所（最後のホログラム）を探すためにホログラムを再生することなく、当該追記箇所を確定することができ、終端マークＥＭの以後からホログラム記録を開始する。この場合、２次元記録層５には相変化膜、色素膜又は光磁気記録膜が用いられ得る。

（２）マーク書き換え型ホログラム追記用マーク
図１２に示すように、今回記録したホログラムの最後（ＨＧlast）のものに対応する２次元記録層５における位置の所定距離前方の同一トラック上にホログラム記録終了を示す終端マークＥＭを記録する。次に、ホログラムを追記する場合、図１３に示すように、次回記録するためのサーボビームＳＢでこの終端マークＥＭを検出し、検出した終端マークＥＭを消去し、消去位置の以後からホログラム記録を開始する。ここでも、追記箇所（最後のホログラム）を探すためにホログラムを再生することなく、当該追記箇所を確定することができ、終端マークＥＭの以後からホログラム記録を開始でき、上記同様、記録終了時に改めて追記用終端マークを記録できる。この場合、２次元記録層５には可逆的に物性変化が可能な相変化膜又は光磁気記録膜が用いられ得る。

（３）セルフアドレス情報マーク
図１４に示すように、ホログラム又はその一群において、所定タイミング（間隔）で、ホログラムの記録と同時に当該ホログラムに対応したアドレスマークＡＭをサーボビームＳＢで２次元記録層５のトラックＴ（ホログラム積層下）に記録する。再生時にサーボビームＳＢによって、このアドレスマークＡＭの情報を再生することによって、ホログラム又はその一群のアドレスサーチが可能となる。

（４）セルフアドレス情報マーク
図１５に示すように、ホログラムに記録されている高圧縮の画像データのサムネイル情報や、ホログラム記録時のレーザーパワー、記録波長などの情報を示す関係マークＳＭをサーボビームＳＢによって、２次元記録層５のトラックＴ（ホログラム積層下）にわたって同時に記録する。

（５）同時トラック記録
図１６に示すように、トラックマークＴＭをサーボビームＳＢによって、２次元記録層５にホログラム記録と同時に記録する。

特に、トラックの無いホログラム記録担体においてホログラム記録時にサーボビームＳＢでガイドとなるトラックを形成できる。

（６）同時トラック記録
図１７に示すように、ホログラムに記録されている高圧縮の画像データのサムネイル情報や、ホログラム記録時のレーザーパワー、記録波長などの情報を示す関係トラックマークＳＴＭをサーボビームＳＢによって、２次元記録層５にホログラム記録と同時に記録する。

特に、トラックの無いホログラム記録担体においてガイドとなるトラッキング用のデータ以外に種々の情報を記録できる。

（７）トラック間ホログラム記録
図１８に示すように、ピックアップのグレーティングなど回折光学素子により、サーボビームＳＢをマルチビーム例えば３ビームとし、サイドビームでトラッキングサーボ制御を行いかつ中央のメインビームで記録を行う。今回記録したホログラムの最後（ＨＧlast）のものに対応する２次元記録層５における位置の隣接トラック間にマークＲＭを記録する。すなわち、直線上に並ぶ３つのサーボビームＳＢの光スポットの中央に記録用第１光ビームＦＢが位置するように、当該記録用第１光ビームＦＢの光軸を配置して、トラッキングサーボ制御し、隣接トラック間の鏡面部の上方のホログラム記録層７にてホログラム記録を実行する。

（８）トラック間ホログラム記録
図１９に示すようにサーボビームＳＢをグレーティングにより３ビームとし、２つのサイドビームでＸＹサーボを行いかつメインビームで記録を行う。すなわち、直線上に並ぶ３つのサーボビームＳＢの光スポットの中央に記録用第１光ビームＦＢが位置するように、当該記録用第１光ビームＦＢの光軸を配置して、トラッキングサーボ制御し、隣接トラック間の鏡面部の上方のホログラム記録層７にてホログラム記録を実行する。

ｙ方向位置決めマークＹ（欠落部）は、トラックＴの伸長方向において各々がマークピッチＰｙ（第２ピッチ）で離間しかつ、マークピッチＰｙがトラックピッチＰｘの関数となるように配置されている。

例えば、同一トラック上のｙ方向位置決めマークＹのマークピッチＰｙは、トラックピッチＰｘの略整数倍の大きさとする。このホログラム記録担体のトラック構造により、記録すべき隣接トラック間へ光スポットを正確に移動させることができる。トラック構造にｙ方向の位置決めに用いるｙ方向位置決めマークＹを設けることによって正確な多重記録を達成できる。

（９）ホログラム記録担体構造
図２０に示すように、ホログラム記録担体２は、光照射側の反対側から、基板３上に積層された、反射層４、２次元記録層５、分離層６、偏光機能層９、ホログラム記録層７、及び保護層８にて構成できる。ホログラム記録層７と２次元記録層５の間に１／４波長板やＰＢＳ膜などの偏光機能層９を形成する。偏光機能層９によって、参照光の偏光方向を選択することにより、ホログラム装置側に１／４波長板などを設けなくとも、参照光を照射検出光路から分離して、参照光が光検出器、センサなどに入射することを防ぐことができる。

（１０）本発明による実施形態のホログラム記録担体構造
図２１に示すように、ホログラム記録担体２は、光照射側の反対側から、基板３上に積層された、反射層４、分離層６、ホログラム記録層７、保護層８、２次元記録層５及び保護層８にて構成できる。このように、２次元記録層５を対物レンズ側に配置することができる。この実施形態では、対物レンズには２焦点レンズが用いられる。この実施形態では、２次元記録層５には、第１光ビームＦＢの波長において高光透過性の材料を用いることが好ましい。

このように、サーボビームＳＢを用いて様々な情報が書き込めるため、例えば、ホログラムの最終記録地点がサーボビームＳＢで検出可能となり、追記が容易である。

ホログラムを記録する際にアドレス情報を書き込むことができるため、あらかじめアドレスピットを設けなくて良い。

ホログラムの内容をサムネイル化した情報を書き込めるため、サーボビームＳＢを用いて内容の確認ができる。また、簡易的な読み取り装置を用いて内容の確認ができる。既存の光ディスクドライブに近い読み取り装置が利用できる。

また、上記実施形態においては、記録媒体として図２２に示すようなホログラム記録担体ディスク２を例に説明したが、ホログラム記録担体の形状は円盤状に限定されるものではなく、他に例えば、図２３に示すようなプラスチックなどからなる矩形状平行平板の光カード２０ａのホログラム記録担体であってもよい。かかる光カードにおいて、トラックは基板の例えば重心に関してその上に螺旋状もしくは螺旋弧状又は同心円状に形成されもよいし、トラックが基板上に平行に複数並設されていてもよい。

さらにまた、上記実施形態においては、第１及び第２レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２からの互いに異なる波長の第１ビームＦＢ及びサーボビームＳＢ（第２ビーム）を用いて、ホログラムの記録及びマークの記録並びに光ビームのサーボ制御を実行した場合を説明したが、第１及び第２レーザ光源ＬＤ１、ＬＤ２は同一波長のレーザ光を射出するものを用いてもよい。この場合、例えば、サーボビームＳＢの光強度をホログラム記録に至らないレベルに抑えてサーボ制御を実行しつつ、ホログラム記録を要する時間帯のみ第１ビームＦＢをオンとするか、又はその光強度を所定記録レベルに上昇させることにより、ホログラム記録層と２次元記録層の記録の制御が達成できる。

Claims

基板と反射層を有し、光ビームの光照射により情報の記録又は再生が行われるホログラム記録担体であって、
可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、
前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有すること、並びに、
前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層へ光照射が行われること、を特徴とするホログラム記録担体。
前記光学干渉パターンは第１光ビームにより生成されてホログラムが記録され、前記２次元記録層が第２光ビームに感応し前記物性の変化によりマークが記録されることを特徴とする請求項１記載のホログラム記録担体。
前記ホログラム記録層は、前記第２光ビームの波長に対する感度より高い前記第１光ビームの波長に対する感度を有すること、並びに、前記２次元記録層は、前記第２光ビームの波長に対する感度が前記第１光ビームの波長に対する感度より高く設定された相変化膜、色素膜又は光磁気記録膜であることを特徴とする請求項２記載のホログラム記録担体。
前記ホログラム記録層に記録された前記ホログラム又は前記ホログラムの一群の終端を示す終端マークが、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録担体。
前記ホログラム記録層に記録された前記ホログラム又は前記ホログラムの一群のアドレスを示すアドレスマークが、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録担体。
前記ホログラム記録層に記録された前記ホログラム又は前記ホログラムの一群に関係する情報を示す関係マークが、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録担体。
前記反射層は、対物レンズから前記２次元記録層及び前記ホログラム記録層を通過して合焦される前記光ビームのスポットを追従させるための各々が離れて交わることなく延在するトラックを有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のホログラム記録担体。
前記トラックは螺旋状もしくは螺旋弧状又は同心円状に形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のホログラム記録担体。
前記トラックは平行に形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のホログラム記録担体。
基板と、反射層と、可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有し、前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層への光照射により回折格子の情報の記録又は再生が行われるホログラム記録担体のホログラム装置であって、
光ビームを前記２次元記録層に集光してその戻り光を検出することにより、前記ホログラム記録担体の動きに前記光ビームを追従させるサーボ制御を行うとともに、前記光ビームによって前記２次元記録層においてマークを記録又は再生することを特徴とするホログラム装置。
第１及び第２光源と、前記ホログラム記録層及び前記２次元記録層に記録すべきデータを前記第１及び第２光源へそれぞれ供給する第１及び第２駆動回路と、前記第１及び第２光源からの前記光ビームを略共軸に前記ホログラム記録担体へ照射しかつ前記ホログラム記録担体から戻る光を対応する検出部に供給する対物レンズを含む光学系と、を備え、前記光学干渉パターンは第１光源からの光ビームにより生成されてホログラムが記録され、前記２次元記録層が第２光源からの光ビームに感応し前記物性の変化によりマークが記録されることを特徴とする請求項１０記載のホログラム装置。
前記光学系は、前記第１光源からの光ビームを参照光として記録情報に応じて空間的に変調することにより信号光を生成する空間光変調器を含み、前記参照光及び信号光を略共軸に合流させる光学系を有することを特徴とする請求項１１記載のホログラム装置。
前記ホログラム記録層に記録すべき前記ホログラム又は前記ホログラムの一群の終端を示す終端マークを、前記マークとして、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のホログラム装置。
前記ホログラム記録層に記録すべき前記ホログラム又は前記ホログラムの一群のアドレスを示すアドレスマークを、前記マークとして、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のホログラム装置。
前記ホログラム記録層に記録すべき前記ホログラム又は前記ホログラムの一群に関係する情報を示す関係マークを、前記マークとして、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載のホログラム装置。
基板と、反射層と、可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有し、前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層への光照射により情報の記録が行われるホログラム記録担体の記録方法であって、
光ビームを前記２次元記録層に集光してその戻り光を検出することにより、前記ホログラム記録担体の動きに前記光ビームを追従させるサーボ制御を行うとともに、前記光ビームによってマークを前記２次元記録層に記録することを特徴とする記録方法。
前記光ビームは前記ホログラム記録担体へ略共軸に照射される第１及び第２光ビームであり、前記光学干渉パターンは第１光ビームにより生成され、前記２次元記録層は第２光ビームに感応することを特徴とする請求項１６記載の記録方法。
前記第１光ビームは、第１光源からの参照光を記録情報に応じて空間的に変調する空間光変調器により信号光を生成し、前記参照光及び信号光を略共軸に合流させて生成されることを特徴とする請求項１７記載の記録方法。
前記ホログラム記録層に記録すべき前記ホログラム又は前記ホログラムの一群の終端を示す終端マークを、前記マークとして、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の記録方法。
前記ホログラム記録層に記録すべき前記ホログラム又は前記ホログラムの一群のアドレスを示すアドレスマークを、前記マークとして、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の記録方法。
前記ホログラム記録層に記録すべき前記ホログラム又は前記ホログラムの一群に関係する情報を示す関係マークを、前記マークとして、前記ホログラム又は前記ホログラムの一群が記録された前記ホログラム記録層の部分に積層された前記２次元記録層の部分に、記録することを特徴とする請求項１６〜１８のいずれかに記載の記録方法。
基板と、反射層と、可干渉性の参照光及び信号光の成分による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層と、前記ホログラム記録層の膜厚方向に積層されかつ、光強度に感応して物性が変化する２次元記録層と、を有し、前記２次元記録層は前記ホログラム記録層の光照射面側に配置されかつ前記２次元記録層側から前記ホログラム記録層及び前記反射層への光照射によりマークが前記２次元記録層に記録されているホログラム記録担体の再生方法であって、
光ビームを前記２次元記録層に集光してその戻り光を検出することにより、前記ホログラム記録担体の動きに前記光ビームを追従させるサーボ制御を行うとともに、前記光ビームによって前記２次元記録層の前記マークから情報を再生することを特徴とする再生方法。
前記光ビームは、前記ホログラム記録担体へ略共軸に照射される第１及び第２光ビームであり、前記光学干渉パターンからの情報は第１光ビームにより再生され、前記２次元記録層は第２光ビームに感応し前記２次元記録層からの情報は第２光ビームより再生されることを特徴とする請求項２２記載の再生方法。