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JP4521055B2 - 記録再生方法、記録媒体及び記録再生装置 - Google Patents
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JP4521055B2 - 記録再生方法、記録媒体及び記録再生装置 - Google Patents

記録再生方法、記録媒体及び記録再生装置 Download PDF

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Description

本発明は、光学的に情報記録又は情報再生を行う方法に関し、特に、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、さらに、かかる記録媒体に2次元データを記録/再生できる記録再生システムに関する。
光ディスクは光束の照射により信号の光学的に記録又は再生可能な記録媒体として知られているが、一般に、光束の照射及び反射光の検出により、トラックに沿って一方向だけに並ぶピット列から1次元データを逐次読み取り、記録信号の復元を行っている。
縦横2方向に情報を持つ2次元データは、記録できる情報量を飛躍的に増加させるので、例えば、画像として2次元コードが利用され、これを2次元のイメージセンサで読み取り、記録データの復元することが広く行われている。
一方、2次元データを高密度記録できる記録媒体としてホログラムが注目されている。ホログラムの特徴は、情報を担持する光の波面を光感応材料からなる記録媒体に体積的に屈折率の変化(ホログラム)として記録することにある。ホログラム記録媒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。例えば、図27に示すように、角度多重方式ではホログラム記録媒体に対して、参照光と信号光の相対角度を変更することでホログラム記録媒体2の同一エリアに複数のホログラム(例えば。入射角A及びB参照光と信号光とのホログラム)を記録できる。
ホログラム記録媒体において記録再生を行うホログラム装置は、例えば、可干渉性の光を発生するレーザ光源と、2次元データに応じて可干渉性光を空間的に変調して信号光を生成する空間変調器と、可干渉性光の参照光及び信号光を記録媒体へ向けて対物レンズを通して照射して、記録媒体の内部にホログラムを形成する光学系と、参照光を照射し対物レンズを通過して結像される2次元データの像を受光して検出するイメージセンサを有する光学系と、を含んでいる。イメージセンサはCCD(電荷結合素子)やCMOS(相補型金属酸化膜半導体装置)などのアレイからなる光電変換素子である。
記録した2次元データから記録データを復元する場合、読み取り画像すなわち2次元データの品質は重要である。そのために、2次元データには位置決めマークが含まれ、位置決めマークの形状/位置は固定で同一形状、同一箇所に表示されている。例えば、矩形の2次元データ中の隅などに1ヶ所以上の特定同一シンボルを表示している。
ホログラム装置内において、ホログラム記録媒体から読み取った2次元データの像における位置決めマークを基にして、受光する対物レンズの開口領域の中心と該2次元データとの間の位置偏倚量を求めて、2次元データの中心が対物レンズの開口領域の中心に一致するようにそれらの位置を補正することが、行われている。基準位置マークのパターン(位置決めマーク)には、例えば対物レンズ開口に内接する大きさの矩形の縁部上に複数の十字模様を並べたものがある。(特許文献1段落(0055)、参照)
2次元データにおける位置決めマークは常に同じ位置、同じ形状で表示されているため、ホログラム記録媒体に記録再生を行う場合、ホログラム装置の光源光出力は、ホログラム記録媒体の感度にもよるが、かなり大きいので、対物レンズなど光学部品(特に結像位置にあるイメージセンサも含む)に位置決めマークの焼き付き現象が発生する。この焼き付き現象は装置の各光学部品の表面コートや部材そのものが光エネルギーを吸収することで発生し、その部分の透過率などが通常の状態より変質してしまうものである。この焼き付きが発生するとイメージセンサ上に再生され結像された位置決めマークの像と焼き付きによる位置決めマークの像が混在することになる。その結果、再生された位置決めマークの読み取りが困難になり、再生データの読み出しが困難になる。
特開2005−227704号公報
そこで、本発明の解決しようとする課題には、これらの焼き付きを防止し、安定的に記録又は再生を行うことを可能にする記録再生方法、記録媒体及び記録再生装置を提供することが一例として挙げられる。
本発明の記録方法は、パターンマッチングのための位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの記録を記録媒体に対して光学的に行う記録方法であって、複数の記録ステップを含み、前記複数の記録ステップにおいて前記2次元データの所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の記録ステップでの前記第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変更すること、前記2次元データの前記所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前記第1状態から前記第2状態へ更新した旨を含む識別データを記録すること、前記複数の記録ステップの各々において、前記位置決めマークと共に前記データ領域に任意データが記録されること、を特徴とする。
本発明の再生方法は、上記の記録方法によって記録された記録媒体から位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの再生を光学的に行う再生方法であって、複数の再生ステップを含み、前記複数の再生ステップにおいて前記2次元データの前記所定記録回数に一致する再生回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の再生ステップでの第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新して前記複数の再生ステップの各々においてパターンマッチングを行うことを特徴とする。
本発明の記録装置は、上記の記録方法を実行する、パターンマッチングのための位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの記録を記録媒体に対して光学的に行う記録装置であって、複数の記録ステップにおいて前記2次元データの所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変更する記録手段と、前記記録手段を制御する記録制御手段と、を含み、前記記録手段は、前記2次元データの前記所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の記録ステップでの前記第1状態から前記第2状態へ更新した旨を含む識別データを記録すること、前記複数の記録ステップの各々において、前記位置決めマークと共に前記データ領域に任意データが記録されることを特徴とする。
本発明の再生装置は、上記の再生方法を実行する、記録媒体から位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの再生を光学的に行う再生装置であって、複数の再生ステップにおいて前記2次元データの前記所定記録回数に一致する再生回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の再生ステップでの第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新して前記複数の再生ステップの各々においてパターンマッチングを行う再生手段と、前記再生手段を制御する再生制御手段と、を含むことを特徴とする。
本発明の記録媒体は、上記の記録方法によって記録され、パターンマッチングのための位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの記録又は再生が光学的に行われる記録媒体であって、前記2次元データの記録又は前記所定記録回数に一致する再生回数ごとに1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変わる前記位置決めマークと共に前記データ領域に任意データが記録されたこと、前記2次元データの前記所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前記第1状態から前記第2状態へ更新した旨を含む識別データが記録されたことを特徴とする記録媒体。
上記構成によれば、位置決めマークが特定の位置、形状について固定的にならないように、識別データに基づいて位置決めマークの規則的な時間間隔、位置又は形状の少なくとも一方を更新する。
本発明による実施形態の2次元データをホログラムとして記録する記録装置における空間光変調器の光軸から見た正面図である。 本発明による実施形態の2次元データをホログラムとして記録する記録装置における空間光変調器の光軸から見た正面図である。 本発明による実施形態の空間光変調器の位置決めマークの変更タイミングごとの形状の列を示して識別データを説明する線図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの変更タイミングごとの形状の列を示して識別データを説明する線図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による他の実施形態の空間光変調器の位置決めマークの拡大正面図である。 本発明による実施形態のホログラム装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明による他の実施形態のホログラム記録媒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。 本発明による他の実施形態のホログラム記録媒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ホログラム記録媒体及び対物レンズモジュールを示す概略断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラム記録媒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ホログラム記録媒体及び対物レンズモジュールを示す概略断面図である。 本発明による他の実施形態のホログラムの記録ステップを示すフローチャートである。 本発明による他の実施形態のホログラムの再生ステップを示すフローチャートである。 角度多重方式ホログラム装置におけるホログラム記録媒体の断面図である。
符号の説明
2…ホログラム記録媒体
3…基板
5…反射層
6…分離層
7…ホログラム記録層
8…保護層
20b…光カード
22…スピンドルモータ
23…ピックアップ
24…ピックアップ駆動部
25…光源駆動回路
26…空間光変調器駆動回路
27…再生光信号検出回路
28…サーボ信号処理回路
29…フォーカスサーボ回路
30…xy方向移動サーボ回路
31…ピックアップ位置検出回路
32…スライダサーボ回路
33…回転数検出部
34…回転位置検出回路
35…スピンドルサーボ回路
36…対物レンズ駆動部
37…制御回路
LCP…偏光液晶パネル
PLCCR…中央偏光領域
PLCPR…環状偏光領域
SLM…空間光変調器
LCCR…中央領域
LCPR…環状領域
OBM…対物レンズモジュール
CR…中央領域
PR…環状領域
1/4λ…四分の一波長板
AS…カップリングレンズ
CL1…コリメータレンズ
IS…イメージセンサ
CODD…信号検出用複合光検出装置
DOE…回折光学素子
HG…ホログラム
LD1,レーザ光源
LD2…サーボレーザ光源光源
ML…結像レンズ
OB…対物レンズ
PBS…偏光ビームスプリッタ
PD…光検出器
RB…参照光
SB…信号光
SLM…空間光変調器
発明を実施するための形態
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。
<記録方法>
まず、記録媒体へ2次元データの記録を光学的に行う記録装置における記録方法を説明する。2次元データは、再生される2次元データの位置決めに用いるデータ(位置決めマーク)と、ユーザなどに望まれる任意の記録すべき情報を示すデータ(データ領域)を含む。位置決めマークは、ユーザの任意データとは異なり、記録装置及び記録媒体における記録再生規格で定めるべきものである。よって、位置決めマーク自体は記録媒体へ記録されるが、位置決めマークに基づく所定のアルゴリズムのデータは予め記録装置及び記録媒体の少なくとも一方に記録され、位置決めマークによって、記録が行われる。
図1及び図2は、かかる2次元データをホログラムとして記録する記録装置における空間光変調器SLMを示す。明暗ドットパターンは各セルのオン(明)オフ(暗)電圧印加で表示され、透過、非透過のパターンとなる。1回の記録ステップの空間光変調器SLMにおいて、位置決めマークを特定の時間間隔(所定回数ごと例えば、1回、2回、3回、4回…)で位置決めマークの状態(例えば位置決めマークの形状又はパターン)を第1状態PSfcからこれは異なる第2状態PSscへ交互に変更して表示する。データ領域DRにおいては、記録回ごと毎回、任意データが表示される。透過型の空間光変調器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検光子付きの液晶パネルなどで電気的に入射光の一部を画素毎に遮光する機能、又はすべて透過して無変調状態とする機能を有し、空間光変調器駆動回路(図示せず)に接続され、これ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束を変調かつ透過して、信号光を生成する。空間光変調器の例として透過型のもの他に反射型の液晶パネルやDMDを用いることもできる。
記録ステップにおいて、所定回数ごと記録媒体から再生される位置決めマークPSfc、PSscと、装置のメモリに記憶されている位置決めマークと、が一致する(パターンマッチ)ことにより同期が取られ、記録再生が実行される。装置のメモリには、位置決めマークの種類、形状、及び位置、並びに変更タイミングの組み合わせがあらかじめ記憶されている。
記録再生のいずれにおいても、所定回数ごと再生される位置決めマークPSfc、PSscと、予め記録媒体から読み取られ装置に記録されている位置決めマークと、が一致することにより、記録再生が実行される。この場合、2次元データの所定記録回数ごとに位置決めマークの状態を第1状態から第2状態へ変更した旨を含む識別データを例えばアドレスデータに含ませて記録媒体にも記録する。これにより、次回以降のステップにおいてパターンマッチが確保される。識別データはデータ領域DRにも含ませてもよい。識別データの記録は記録媒体以外にも記録媒体に付加されたメモリや装置のメモリなどに行ってもよい。
上記の例では位置決めマークの状態を第1状態から第2状態へ交互に変更する場合を示したが、2つの状態の位置決めマークに限定されることなく、記録媒体及び装置に記録されている識別データは、図3に示すように、位置決めマークPSfc、PSscが現れる変更タイミングの所定回数を等間隔(図では左から3回ごと9回までの記録回数)に示すタイミングデータを含むようにすることができる。タイミングごとの記録回数は等間隔でなくとも例えば、PSfcを2回、PSscを3回と規則正しく表示すればよい。
また、記録媒体及び装置に記録されている識別データは、図4に示すように、2以上の位置決めマークPSfc、PSsc、PSsc2が現れる所定回数をそのマークの数に合わせて示すタイミングデータ及び形態データを含むように(図では左から1回ごと異なる3パターンを1組として9回までの記録回数)することができる。さらに、位置決めマークの状態は規則を決めて全てが異なる複数の状態とすることができる。
さらに、識別データは、位置決めマークの第1及び第2状態を示す形態データを含むとともに、図4に示すように、位置決めマークの第1及び第2状態における経時的に平均輝度が同一(記録回数分の各セルのオンオフの合計を全ての等しくする)となるような所定記録回数を示すタイミングデータ及び形態データを含むようにすることができる。これにより、焼き付き防止の効果が向上する。
位置決めマークの第1及び第2状態の変更について、例をあげると、図5及び図6に示すように所定記録回数ごとに位置決めマークPSfc、PSscをネガポジ反転する。さらに図7及び図8に示すようにネガポジ反転に加えて、第1及び第2状態における平均輝度が同一(PSfc、PSscの各セルのオンオフの合計を全ての等しくする)とすることもできる。これにより、焼き付き防止の効果が向上する。
図9及び図10に示すように、位置決めマークPSfc、PSscが互いに異なる形状であるが、第1及び第2状態における平均輝度が同一とすることで、さらに、焼き付きをより抑制することができる。
図11及び図12に示すように、位置決めマークの第1及び第2状態が互いに相似であり大きさにおいて異なるようにすることもできる。
図13及び図14に示すように、空間光変調器SLMすなわち2次元データにおいて位置決めマークの第1及び第2状態PSfc、PSscは互い異なる位置に存在するようにすることもできる。ここで、位置決めマークの第1及び第2状態PSfc、PSscは互いに形状が同一とすることもできるが、第1及び第2状態PSfc、PSscが異なっていてもよい。
図15及び図16に示すように、以上の何れの実施形態においても、データ領域DR及び位置決めマークPSfc、PSscにおける平均輝度が同一とすることもできる。これにより、焼き付き防止の効果が向上する。
図17〜図20に示すように、位置決めマークPSfc、PSs3、PSs4、PSs5を同一数だけ規則的に所定回数ごと変更することにより、経時的に平均輝度が同一とすることもできる。これにより、焼き付き防止の効果が向上する。
<再生方法>
このように記録されたホログラム記録媒体から、2次元イメージセンサにおいてホログラム再生信号を復調する場合、位置決めマークが他の所望データととも含まれている2次元データは、ホログラム記録時に空間光変調器SLMで表示されてホログラム記録媒体に記録される。本実施形態ではこの位置決めマークを或る一定時間間隔で位置決めマークの形状を変えたり、表示する場所を変更する。位置決めマークの形状、位置の変更は、あらかじめ装置のメモリに蓄えられた位置決めマークの表示パターンもしくは位置(識別データ)から時間間隔に応じて選択される。すなわち、再生方法では、2次元データの所定記録回数に一致する再生回数ごとに位置決めマークの状態を第1状態から第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変更するのである。
本実施形態においては、かかる識別データは、例えば、ホログラム記録媒体にアドレスデータの一部としてあらかじめ記録され、これを読み出し、装置のメモリに蓄えられてこれを選択することによって行うこともできる。すなわち、識別データを記録媒体から読み取り、識別データに応じて、2次元データの再生の所定回数ごとに位置決めマークの状態を第1状態から第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変更する。
ホログラム記録媒体2にあらかじめ記録されているプリピットの情報よりアドレスデータを再生しそのアドレスデータに基づいてあらかじめ装置のメモリ内に蓄えられた位置決めマークの表示パターンもしくは位置から位置決めマークの形状、位置の変更を行う。ホログラム再生時にもアドレスデータを読み込んだ後、そのアドレスデータに基づいて位置決めマーク、位置のデータを装置のメモリ内よりロードして、位置決めマークのパターンマッチングなどに用いる。
<ホログラム装置>
実施形態としてディスク形状のホログラム記録媒体の情報を記録及び再生するホログラム記録再生システムとしてホログラム装置を説明する。ただし、本実施形態はこのホログラム装置構成に縛られることなく、どのホログラム記録形態においても使用することが可能である。
図21はホログラム装置の一例のブロック図である。
ホログラム装置は、ホログラム記録媒体2のディスクをターンテーブルで回転させるスピンドルモータ22、ホログラム記録媒体2から光束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、光源駆動回路25、空間光変調器駆動回路26、再生光信号検出回路27、サーボ信号処理回路28、フォーカスサーボ回路29、xy方向移動サーボ回路30、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媒体2の回転位置信号を生成する回転位置検出回路34、偏光液晶駆動回路LCPD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は光源駆動回路25、空間光変調器駆動回路26、再生光信号検出回路27、サーボ信号処理回路28、フォーカスサーボ回路29、xy方向移動サーボ回路30、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、偏光液晶駆動回路LCPD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。
ホログラム記録再生用レーザ光源LD1に接続された光源駆動回路25は、射出する両光束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、レーザ光源LD1の出力調整を行う。
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、イメージセンサISに接続された再生光信号検出回路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、ホログラム記録媒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、2次元データの再生を行い、これを再生2次元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を所定間隔(多重間隔)で記録できるようにホログラムを所定間隔で形成するように制御する。
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(図23参照)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媒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xy方向移動サーボ回路30に供給される。xy方向移動サーボ回路30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(図23参照)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、ホログラム記録媒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媒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、ホログラム記録媒体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、ホログラム記録媒体2を回転駆動する。
<光ピックアップ>
図22はピックアップ23の概略構成を示す。ただし本実施形態はこれらのピックアップ構成に縛られることなくどのホログラム記録形態においても使用することが可能である。
ピックアップ23は、ホログラム記録光学系、ホログラム再生光学系、サーボ制御系を含む。これらの系は対物レンズモジュールOBM及びその駆動系を除いて筐体内(図示せず)に配置されている。ホログラム記録再生用レーザ光源LD1、コリメータレンズCL1、空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBS、4fレンズfd及びfe及びイメージセンサISが直線上に配置され、ミラーMR、四分の一波長板1/4λ、4fレンズfc、偏光ビームスプリッタPBS、偏光液晶パネルLCP、対物レンズモジュールOBMが直線上に配置され、これら直線状配列部品は偏光ビームスプリッタPBSで直交して配列されている。
<ホログラム記録光学系>
ホログラム記録光学系は、ホログラム記録再生用レーザ光源LD1、コリメータレンズCL1、透過型の空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBS、偏光液晶パネルLCP、4fレンズfc、ミラーMR、四分の一波長板1/4λ、並びに、対物レンズモジュールOBMを含む。
レーザ光源LD1の射出光がコリメータレンズCL1により平行光に変換され、これが空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBSに順に入射する。平行光の偏光方向は紙面垂直(図22の中黒波線丸)な方向とする。記録したいページデータを中央領域に表示する空間光変調器SLMは、光軸を含む中央領域を透過する光束を無変調の参照光RBとし、この周囲の環状光束を信号光SBとする。偏光ビームスプリッタPBSは、入射する空間的に分離された参照光RBと信号光SBをともその偏光膜により反射して、4fレンズfcに入射するように、配置されている。この4fレンズfcは、対物レンズOBの焦点位置(光軸上の焦点距離fob)に像を結像させるためのレンズである。空間光変調器SLMを対物レンズOBの焦点位置に配置するのが困難であるため、空間光変調器SLMから4fレンズfcまでの距離はこの4fレンズfcの焦点距離とする。4fレンズfcは、これに入射した光束が四分の一波長板1/4λを透過し円偏光(図22の反時計周り矢印)に変換された後、ミラーMRで反射し再び四分の一波長板1/4λに入射するように、配置されている。その結果、四分の一波長板1/4λからの参照光RBと信号光SBは、偏光方向が紙面平行(図22の双方向矢印)となり再び偏光ビームスプリッタPBSに入射するが、偏光方向が紙面水平になっているので、偏光ビームスプリッタPBSを透過する。参照光RB及び信号光SBは4fレンズfcの焦点位置に再び結像し、この結像位置に空間光変調器SLMが存在するのと等価となる。この焦点位置に、偏光液晶パネルLCPを配置し、さらに対物レンズモジュールOBMの対物レンズOBの焦点位置を一致させる。偏光液晶パネルLCPは偏光液晶パネルLCPの配向方向はTN型になっている。
図23に示すように、光軸OX上の対物レンズモジュールOBMにおいて、凹レンズ光学素子CCVが参照光RBにのみ凹レンズ作用が働くように配置されており、参照光RBが対物レンズOBの作用と組み合わせて本来の対物レンズOBの焦点よりも遠方に焦点を結び、かつ信号光SBがレンズ作用を受けず対物レンズOBの焦点に集光するように設定されている。信号光SBの対物レンズOBの焦点がホログラム記録媒体2の波長選択性反射膜5上に位置するように、ホログラム記録媒体2に対する対物レンズモジュールOBMの相対位置が制御される。
<ホログラム再生光学系>
ホログラム再生光学系は、図22に示すように、ホログラム記録再生用レーザ光源LD1、コリメータレンズCL1、空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBS、偏光液晶パネルLCP、対物レンズモジュールOBM、4fレンズfc、fd及びfe、ミラーMR、四分の一波長板1/4λ、並びにイメージセンサISを含む。この光学系において、4fレンズfd及びfe並びにイメージセンサISを除く光学部品は上記ホログラム記録光学系と共通である。
図22に示すように、ホログラム再生光学系の4fレンズfdは偏光ビームスプリッタPBSを介して対物レンズOBの焦点位置にその焦点が一致する位置に配置されている。さらに4fレンズfdからその焦点の2倍の距離の光軸上位置に、4fレンズfdと同様の焦点距離を有する4fレンズfeが配置され、これらは、いわゆる4f系光学系を構成している。ホログラム記録媒体2からの再生光による再生像が結像する対物レンズOBの焦点の位置にイメージセンサISを配置することが困難なため、再生光を受光するイメージセンサISは、その受光面が4fレンズfeの焦点に位置するように配置され、再生像がイメージセンサISの受光面で結像して、再生信号が得られる。これを再生することで記録信号を再生することができる。
<ホログラム記録媒体>
ホログラム記録媒体2は、図23に示すように、参照光の入射側から見て保護層8、ホログラム記録層7、分離層6、波長選択性反射膜5、第2分離層4、サーボ層9及びアドレスやトラック構造が転写された基板3からなる。この波長選択性反射膜5は、サーボビームSVBを透過しかつ参照光及び信号光の波長を含む反射波長帯域のみ反射する誘電体積層体などからなる。サーボ層9には、離れて交わることなく延在する複数のトラックなどのサーボマークTとしてサーボ用グルーブ又はピットが形成されている。また、サーボ層9のサーボマークTのピッチPx(いわゆるトラックピッチ)は、信号光及び参照光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。サーボマークTの幅は、サーボビームSVBの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23に示すホログラム記録媒体2のサーボ層9のサーボマークT上へのサーボビームSVBの追従によって、ホログラム記録再生を行うためのホログラム記録媒体2上の位置決め(フォーカスサーボ、xy方向サーボ)を行う。フォーカスサーボや予め記録されたグループやピットなどのガイドトラック信号を再生することでトラッキングサーボなどを行うことができる。
<サーボ制御系>
サーボ制御系はホログラム記録媒体2に対する対物レンズモジュールOBMの位置をサーボ制御(xyz方向移動)するためのもので、図22に示すように、サーボビームSVBを発するサーボレーザ光源光源LD2、調節レンズCL2、ハーフミラーMR、ダイクロイックプリズムDP、偏光ビームスプリッタPBS、対物レンズモジュールOBM、カップリングレンズAS、並びに光検出器PDを含む。
サーボレーザ光源光源LD2は記録再生レーザの波長とは異なる波長(サーボビームSVB)とする。サーボビームSVBは、信号光及び参照光の感応波長帯域以外のホログラム記録層7に非感応な波長の光である。
サーボ制御系は、4f系光学系中の4fレンズfc、fe間に配置したダイクロイックプリズムDPによりホログラム再生光学系に結合される。すなわち、サーボレーザ光源光源LD2からのサーボビームSVBがハーフミラーMRにより反射され、ダイクロイックプリズムDPにより反射されて、再生光学系の光束に合成されるように、サーボレーザ光源光源LD2、調節レンズCL2、ハーフミラーMR、ダイクロイックプリズムDPは配置されている。調節レンズCL2は検出系4fレンズ4fdと合成することでサーボビームSVBが対物レンズモジュールOBM前には平行光となるように、設定されている。
図23に示すように、対物レンズモジュールOBMにおいて、サーボビームSVBの径(da)は参照光RBの光束の径(db)径以下に設定されている。したがって、信号光SBの外径(dc)及び内径(dd)とこれらの径の関係はdc>dd>db≧daとなる。ここで記録間隔(多重間隔)やトラックピッチなど記録ガイドとなる構造が通常の光ディスクのそれらよりも広い(大きい)構成とした場合、サーボビームSVBの収差や、サーボビームSVBの光束径は小さくなり開口数NAが低くなることは、読み取りにあまり影響を及ぼさない。
図22に示すように、サーボビームSVBの偏光方向は紙面垂直に設定されているため、サーボビームSVBは偏光液晶パネルLCPの作用を受けることなく対物レンズモジュールOBMに入射する。
図23に示すように、対物レンズモジュールOBMは、凹レンズ光学素子CCV及び対物レンズOBと組み合わせてサーボビームSVBがホログラム記録媒体2の波長選択性反射膜5よりも遠方に集光、すなわち、波長選択性反射膜5を透過しサーボマークTを形成したサーボ層9に集光するように、ホログラム記録媒体2とともに、設定されている。ここで、凹レンズ光学素子CCVは、対物レンズOBと組み合わせてサーボビームSVBがその波長で収差無く、サーボ層9上に焦点を結ぶように、設定されている。
サーボビームSVBは波長選択性反射膜5を透過し、サーボ層9に到達して、サーボ層9により反射される。
サーボ層9で反射され対物レンズモジュールOBMを介して戻るサーボビームSVBの反射光は、34に示すように、偏光ビームスプリッタPBSからダイクロイックプリズムDPへと往路と同一の光路によりハーフミラーMRに到達し、サーボ信号生成光学系を経て光検出器PDに入射する。
光検出器PDにおいては例えばシリンドリカルレンズなどによる非点収差法によりフォーカスサーボ信号を得ることができ、またサーボ層9上に形成されたサーボマークTを読み取ることによってプッシュプル方式のトラッキングエラー信号などを得ることもできる。また、ピット列などで形成されたアドレスデータなども読み取ることができる。このアドレスデータに基づいて位置決めマークのパターン、位置を決定する。
このように、サーボ制御は、対物レンズモジュールOBMを介して、サーボビームSVBをサーボ層9上のトラックに光スポットとして集光させ、かつ、その反射光を光検出器PDへ導き、そこで検出された信号に応じて対物レンズモジュールOBMを対物レンズ駆動部36のアクチュエータで駆動することにより、行われる。
図23に示すように、波長選択性反射膜5がサーボ層9よりも対物レンズOB側(光照射側)にあるため信号光及び参照光が反射されるので、サーボ層9のサーボ構造(サーボマークT)による信号光及び参照光の回折光が生じないため、これにより回折光の影響が低減され、SNのよいホログラム再生が可能である。
図22の本実施形態の記録再生の各回ごとの動作は以下のとおりである。
レーザ光源LD1の射出光がコリメータレンズCL1により平行光に変換され、これが空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBSに順に入射する。記録時には環状領域で記録すべきページデータを表示し中央領域で無変調とした空間光変調器SLMで分割され参照光RB及び信号光SBとなった平行光は、それぞれ偏光ビームスプリッタPBSで反射され四分の一波長板1/4λ及びミラーMRで反射され、再び偏光ビームスプリッタPBSに戻りこれを透過する。透過した参照光RB及び信号光SBは偏光液晶パネルLCPへ入射する。
記録時には、図23に示す偏光液晶パネルLCPの中央偏光領域PLCCR及び環状偏光領域PLCPの透明電極に同一電圧を印加することで、オン状態とする。よって偏光液晶パネルLCPでの偏光作用が発生せず、透過する信号光SB及び参照光RBは偏光作用を受けず、それらの偏光方向(紙面平行)は変わらない。
偏光液晶パネルLCPを透過した信号光SB及び参照光RBは互いに偏光方向が同一のまま対物レンズモジュールOBMに入射する。信号光SBは凹レンズ光学素子CCVの作用を受けないために本来の対物レンズOBの焦点に集光し、参照光RBは凹レンズ作用を受け当該焦点より更に遠方に集光する。
ホログラム記録媒体2の波長選択性反射膜5は記録再生用レーザの波長の光線を反射するように設定されているので、信号光SBは波長選択性反射膜5上に集光して反射される。一方、参照光RBはデフォーカスした状態にて波長選択性反射膜5で反射される。信号光SBと入射する参照光RBとで重なる領域が生じ、この領域で参照光RBと信号光SBの干渉が発生する。この領域(信号光SBの焦点より対物レンズ側でかつ、入射する参照光RBと信号光SBとがオーバーラップしている領域)にホログラム記録層7を配置することで、ホログラム記録層7にホログラムが記録される。
再生時には図24に示すように、レーザ光源LD1の射出光を、空間光変調器SLMの環状領域で遮光し中央領域で光軸を含む光束のみ無変調で透過させ、参照光RBを生成する。記録時と同様の光路をたどって参照光RBを偏光液晶パネルLCPの中央偏光領域PLCCRに到達せしめる。ここで偏光液晶パネルLCPの環状偏光領域PLCPRをオフ状態(電圧印加をしない)とし、中央偏光領域PLCCをオン状態のままにする。参照光RBは偏光方向が紙面平行のままホログラム記録層7に入射するので、再生される再生光ReSBも記録時の信号光と同じ発散及び収束する光束でかつ紙面平行の偏光方向となる。よって、再生光は偏光液晶パネルLCPの環状偏光領域PLCPRを透過するため偏光作用を受け偏光方向が紙面垂直となる。一方、参照光RBは紙面平行のまま波長選択性反射膜5で反射されるが液晶での偏光作用がないので再生光とは偏光方向が異なることになる。よって再生された再生光は紙面垂直なため偏光ビームスプリッタPBSで反射されるが、信号光SBはこれを透過される。分離された再生光は検出系の4fレンズfd及びfeを介してイメージセンサISの受光面で結像して、再生像が得られ、イメージセンサISが再生信号を出力する。
以上のように、再生時に波長選択性反射膜5で反射する参照光RBと再生される再生光の偏光方向が異なるため偏光ビームスプリッタPBSなどで分離することが可能となり、再生光を受光する検出器上に参照光RBが入射しないため再生SN比が向上する。
このように、先行技術ではホログラム記録用の参照光は平行光束であるが、本実施形態では、特定の対物レンズモジュールにより信号光及び参照光をそれら焦点位置を異ならすように発散又は収束光とするとともに、偏光液晶パネルなどの特定の偏光面回転装置を用いて記録時と再生時に行う偏光状態の切り替える構成としている。また、この対物レンズモジュールにおいては対物レンズとの組み合わせる特定光学素子により、記録再生のレーザ波長とは異なる波長を用いるサーボビームにおいて、ホログラム記録媒体のサーボ層上で収差無く集光するように設定されている。
<記録ステップ>
例えば、ホログラムの記録ステップは図25に示すフローチャートに従って行われる。
先ず、ホログラム記録媒体が装置に装填された後、フォーカス/トラッキング(zx方向)サーボ及びスピンドルサーボを動作せしめて、対物レンズの焦点がホログラム記録媒体の所定のサーボマーク位置情報を取得して(ステップS1)、位置に合うように記録エリアへピックアップを移動せしめる(ステップS2)。
次に、ポジションサーボ(y方向)を動作せしめて、光ビームと記録層7とを相対的に静止した状態とする(ステップS3)。
次に、サーボビームにてアドレスデータを検出する(ステップS4)。
次に、記録すべき変調データをデータ領域に表示するとともに位置決めマークを所定位置に追加して、2次元データを空間光変調器に表示する(ステップS5)。
そして、レーザ光の出力を上昇させて信号光及び参照光をホログラム記録媒体に照射してホログラム記録を開始する(ステップS6)。
次に、2次元データの記録継続又は終了を判別して(ステップS7)、継続yesであればステップS2へ戻り、記録終了noであれば終了する。
<再生ステップ>
ホログラムの再生は図26に示すフローチャートに従って行われる。
先ず、ホログラム記録媒体が装置に装填された後、フォーカス/トラッキング(zx方向)サーボ及びスピンドルサーボを動作せしめて、対物レンズの焦点がホログラム記録媒体の所定のサーボマーク位置情報を取得して(ステップS11)、位置に合うように再生エリアへピックアップを移動せしめる(ステップS12)。
次に、ポジションサーボ(y方向)を動作せしめて、光ビームと記録層7とを相対的に静止した状態とする(ステップS13)。
次に、サーボビームにてアドレスデータを検出する(ステップS14)。
次に、パターンマッチングのためにアドレスデータ(識別データ)に基づいて対応する位置決めマークをメモリから選択する(ステップS15)。
次に、レーザ光の出力を上昇させて参照光のみをホログラム記録媒体に照射してホログラム再生を開始する(ステップS16)。
次に、2次元データの再生継続又は終了を判別して(ステップS17)、継続yesであればステップS12へ戻り、再生終了noであれば終了する。
<角度多重方式の場合>
本発明は角度多重方式のホログラム装置にも応用できる。例えば、図27に示した角度多重方式のホログラム装置に装着されたホログラム記録媒体に対して、参照光と信号光の相対角度を変更することでホログラム記録媒体2の同一エリアに複数のホログラムを記録できる。例えば、入射角度A参照光ARB及び入射角度B参照光BRBと信号光とのホログラムSBのホログラムを記録できる。本実施形態の角度多重方式の位置決めマークの変更は、上記実施形態の場合の識別データに加えて、参照光の角度によって位置決めマークの形状/位置を変更するデータを用いる場合と、ホログラム記録エリアによって位置決めマークの形状/位置を変更するデータを用いる場合、これらを組み合わせる場合がある。角度多重方式の場合でも上記の実施形態の作用、効果は同一である。

Claims (18)

  1. パターンマッチングのための位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの記録を記録媒体に対して光学的に行う記録方法であって、複数の記録ステップを含み、前記複数の記録ステップにおいて前記2次元データの所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の記録ステップでの第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変更すること、前記2次元データの前記所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前記第1状態から前記第2状態へ更新した旨を含む識別データを記録すること、前記複数の記録ステップの各々において、前記位置決めマークと共に前記データ領域に任意データが記録されること、を特徴とする記録方法。
  2. 前記位置決めマークの前記第1及び第2状態が互いにネガポジ反転の関係にあることを特徴とする請求項1記載の記録方法。
  3. 前記位置決めマークの前記第1及び第2状態が互いに異なる形状であることを特徴とする請求項記載の記録方法。
  4. 前記位置決めマークの前記第1及び第2状態における平均輝度が同一であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の記録方法。
  5. 前記位置決めマークの前記第1及び第2状態が互いに相似であり大きさにおいて異なることを特徴とする請求項記載の記録方法。
  6. 前記位置決めマークの前記第1及び第2状態は互い異なる位置に存在することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の記録方法。
  7. 前記位置決めマークの前記第1及び第2状態は互いに形状が同一でありかつ互い異なる位置に存在することを特徴とする請求項1又は記載の記録方法。
  8. 前記データ領域及び前記位置決めマークにおける平均輝度が同一であることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の記録方法。
  9. 前記識別データは、前記所定記録回数を示すタイミングデータを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の記録方法。
  10. 前記識別データは、前記位置決めマークの前記第1及び第2状態を示す形態データを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の記録方法。
  11. 前記識別データは、前記位置決めマークの前記第1及び第2状態を示す形態データを含むとともに、前記位置決めマークの前記第1及び第2状態における平均輝度が同一となるような前記所定記録回数を示すタイミングデータを含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の記録方法。
  12. 請求項1〜11のいずれかに記載の記録方法によって記録された記録媒体から位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの再生を光学的に行う再生方法であって、複数の再生ステップを含み、前記複数の再生ステップにおいて前記2次元データの前記所定記録回数に一致する再生回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の再生ステップでの第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新して前記複数の再生ステップの各々においてパターンマッチングを行うことを特徴とする再生方法。
  13. 前記2次元データの所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新した旨を含む識別データを読み取り、前記識別データに応じて、前記2次元データの再生回数ごとに前記位置決めマークの状態を第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新することを特徴とする請求項12記載の再生方法。
  14. 請求項1〜11のいずれかに記載の記録方法を実行する、パターンマッチングのための位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの記録を記録媒体に対して光学的に行う記録装置であって、複数の記録ステップにおいて前記2次元データの所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変更する記録手段と、前記記録手段を制御する記録制御手段と、を含み、前記記録手段は、前記2次元データの前記所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の記録ステップでの前記第1状態から前記第2状態へ更新した旨を含む識別データを記録すること、前記複数の記録ステップの各々において、前記位置決めマークと共に前記データ領域に任意データが記録されることを特徴とする記録装置。
  15. 請求項12又は13に記載の再生方法を実行する、記録媒体から位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの再生を光学的に行う再生装置であって、複数の再生ステップにおいて前記2次元データの前記所定記録回数に一致する再生回数ごとに前記位置決めマークの状態を前回の再生ステップでの第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新して前記複数の再生ステップの各々においてパターンマッチングを行う再生手段と、前記再生手段を制御する再生制御手段と、を含むことを特徴とする再生装置。
  16. 前記再生手段は、前記2次元データの所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新した旨を含む識別データを読み取り、前記識別データに応じて、前記2次元データの再生回数ごとに前記位置決めマークの状態を第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ更新することを特徴とする請求項15記載の再生装置。
  17. 請求項1〜11のいずれかに記載の記録方法によって記録され、パターンマッチングのための位置決めマーク及びデータ領域を含む2次元データの記録又は再生が光学的に行われる記録媒体であって、前記2次元データの記録又は前記所定記録回数に一致する再生回数ごとに第1状態から前記第1状態とは異なる少なくとも1つの第2状態へ変わる前記位置決めマークと共に前記データ領域に任意データが記録されたこと、前記2次元データの前記所定記録回数ごとに前記位置決めマークの状態を前記第1状態から前記第2状態へ更新した旨を含む識別データが記録されたこと、を特徴とする記録媒体。
  18. 情報を担持する光の波面を体積的に屈折率の変化として記録する光感応材料からなることを特徴とする請求項17記載の記録媒体。
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