JP3834279B2 - ホログラフィーデジタルデータ記憶システムのウォーブルを補償するための装置及び方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムに関し、さらに詳しくは、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムでのデータ再生中に発生するウォーブルを補償する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムに関する活発な研究がなされている。現在、この研究結果は、高密度の記憶容量及び高速伝送率の利点を活用する分野だけではなく、指紋認識システムのような分野にも応用されている。
【０００３】
従来方式のホログラフィーデジタルデータストレージ（ＨＤＤＳ）システムは、物体光（object beam）と参照光（reference beam）を干渉させる際に発生する干渉じまに関する情報を、例えば、クリスタルまたはフォトポリマーから作られた記憶媒体に記録するが、この時の記憶媒体は干渉じまの大きさ（amplitude）に鋭敏である。ＨＤＤＳシステムに用いられる記憶媒体は、主にＣＤ及びＤＶＤのようなディスク型で製作され、「スピナーディスク」とも呼ばれる。ＨＤＤＳシステムは、参照光の角度を変化させることで、干渉じまの大きさ及び位相に関する情報を記憶する。この方法では、スピナーディスクは数百から数千個のホログラムを記憶することができ、各ホログラムはバイナリディジットが２次元に配列されたページ形態で表される。
【０００４】
記憶媒体に記録された情報が再生される時、記憶媒体とその回転軸との間の取りつけ不良によってウォーブルが発生し、記憶媒体の面及びその回転軸の垂直面に対してずれ（offset）が存在するようになる。
【０００５】
小さいサイズのヘッド若しくは光ピックアップのサーボ制御を用いることで、ある記憶媒体、例えば、従来方式のＣＤ及びＤＶＤのウォーブルは調整できる。しかし、ホログラムがスピナーディスクにページ単位で記録され、ＨＤＤＳシステムのレンズが大きいことから、ＨＤＤＳシステムでは従来の光学ディスクシステムのウォーブル補償方式を用いることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上述した問題を解決するために案出されたものであり、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムで記憶媒体のウォーブルを補償するための装置及び方法の提供にその目的がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の一様態によれば、ホログラフィー的に生成された１つ以上のパターンを含むディスク状の記憶媒体におけるウォーブルを検出するためのホログラフィーデジタルデータ記憶装置であって、少なくとも２つのウォーブル検出ビームを前記ホログラフィー的に生成されたパターンに照射し、ウォーブル検出ビームは特性角度よって提供される互いに異なる回折効率を有しており、ここで、それぞれの特性角度は１つのウォーブル検出ビームの光経路と前記ホログラフィー的に生成されたパターンの１つの形成に用いられる該当パターン形成ビームの光経路との間の角度であり、回折効率が、前記ウォーブル検出ビームの１つのビームのパワーに対する前記ウォーブル検出ビームの回折ビームのパワーの比率であるビーム発生器と、前記回折効率間の差を求めることで前記ディスクでの前記ウォーブルを判定する手段とを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の原理について説明し、その実施例を順次詳述する。
【０００９】
図１は、本発明によるホログラフィーデジタルデータストレージ(ＨＤＤＳ)システムで用いる記憶媒体１０の例示的なフォーマットを示すものであり、ここで記憶媒体１０はディスク形状で製造される。記憶媒体１０（以下、スピナーディスクと呼ぶ）は、ホログラフィーデジタルデータを記録するデータ記憶セクション１１及びウォーブルを検出するためにディスクの外周領域に沿って予め形成されたウォーブルトラックセクション１３を含む。以下に本発明によるウォーブル検出方式を説明する。
【００１０】
図２は、本発明による第１の好適実施例に基づき、スピナーディスク１０上に参照パターンを生成し、参照パターンに基づき再生作動時スピナーディスク１０のウォーブルを補償し得るＨＤＤＳスピナーディスク装置１００の概略図である。ＨＤＤＳスピナーディスク装置１００は、ビーム発生器２０、パワー検出器３０、３１、制御器４０及び傾斜調整器５０を含む。データ記憶セクション１１での情報データ記憶及び再生作動は公知のものであり、本発明の主要事項とは関係がないので、説明の便宜のためにここでは説明しない。
【００１１】
スピナーディスク１０が回転する間、ビーム発生器２０が、参照光（reference beam）ＲＡ、ＲＢ及び信号光（signal beam）ＳＡ、ＳＢを図１に示すウォーブルトラックセクション１３上の２箇所以上の位置に照射し、２以上の参照パターンを表示する。参照パターン生成過程は、例えばデータ記憶作動の初期段階、即ちスピナーディスク１０のデータ記憶セクション１１に情報のデータを記録する前に実行される。
【００１２】
説明の便宜をはかるために、２つの参照光ＲＡ、ＲＢ及び信号光ＳＡ、ＳＢが２つの参照パターンを表示するのに用いられるものと仮定するが、参照パターンの数と、参照パターンを表示するための参照光及び信号光の数は、必要に応じて変更されても良い。
【００１３】
スピナーディスク１０に記憶されたデータ再生の初期段階において、即ち図１に示すデータ記憶セクション１１に記録されたホログラフィーデジタルデータが再生される前に、スピナーディスク１０の回転中に発生するウォーブルを検出して減少または除去するため、図３に示すようにビーム発生器２０がウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’をウォーブルトラックセクション１３に照射する。
【００１４】
ウォーブル検出ビームのうちの一方（例えば、ＲＡ’）は参照光（例えば、ＲＡ）の光経路と同じ光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射され、他方のウォーブル検出ビーム（例えば、ＲＢ’）は残りの参照光（例えば、ＲＢ）の光経路から外れた光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射される。つまり、ビームＲＡ、ＲＡ’は基本的に全ての面（例えば、光経路、及び周波数極性、位相等を含めたビーム特性）で同一である。また、ウォーブル検出ビームＲＢ’は、周波数、位相等を含むビーム特性に関しては参照光ＲＢと基本的に同一である。ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’のビーム強度（intensity）は、参照光ＲＡ、ＲＢのビーム強度と異なることもある。ビームＲＢ、ＲＢ’は同一の合流点（merging point）へと向かうが、互いに異なった入射角を有する。
【００１５】
パワー検出器３０、３１は、各々信号光ＳＡ、ＳＢの進行経路に沿ってスピナーディスク１０の底面側に設けられる。ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’がウォーブルトラックセクション１３に照射される時、パワー検出器３０、３１はウォーブル検出ビームＲＡ’の回折ビームＳＡ’のパワー ＤＡ、及びウォーブル検出ビームＲＢ’の回折ビームＳＢ’のパワー ＤＢを検出し、検出パワーＤＡ、ＤＢの情報を制御器４０へと提供する。
【００１６】
制御器４０は、パワー検出器３０、３１から提供されるそれぞれの検出パワーのレベルを比較し、スピナーディスク１０のウォーブルの大きさを推定し、傾斜調整器５０を制御して必要に応じてスピナーディスク１０の回転軸がスピナーディスク１０の記録面（上面）と実質的に垂直になるようにする（スピナーディスク１０上にデータを記録する間に、スピナーディスク１０の回転軸がその上面に対し垂直であると仮定される）。
【００１７】
詳述すれば、ウォーブル検出ビームＲＡ’の回折強度ＤＡが許容可能レベル（即ち、所定の閾値）を超えれば、制御器４０はスピナーディスク１０の現在位置（current position）を維持する（回折強度ＤＡ、ＤＢの最大強度レベルが、制御器４０に対して知られている）。そうでなければ、制御器４０は、回折強度ＤＡを回折強度ＤＢと比較し、スピナーディスク１０のウォーブルの大きさ（即ち、回転軸から外れたスピナーディスク１０の傾斜の程度）を決定する。続いて、制御器４０は、傾斜調整器５０を制御してスピナーディスク１０のウォーブル量を除去する若しくは減少させる。ウォーブル補償過程は以下に詳述する。
【００１８】
傾斜調整器５０は、制御器４０の制御の下でスピナーディスク１０の現在位置を変える。
【００１９】
図４は、スピナーディスク１０上へのビームＢＤの入射状態を示す。ビームＢＤは、スピナーディスク１０のウォーブル若しくは正常状態に無関係に、単一光経路で照射される。スピナーディスク１０に「ａ」度のウォーブルが生じれば（即ち、スピナーディスク１０が「ａ」度の傾斜角を有すれば）、傾いたスピナーディスク１０に対するビームＢＤの入射角は傾いていないスピナーディスク１０に対するビームＢＤの入射角より「−ａ」度外れる。
【００２０】
図５は、ウォーブル検出ビームのオフセット角度の関数としての、例示的回折特性を示す。特性は、ディスクの厚さ及びディスクを構成する物質の種類に応じて変化する。横軸はビームオフセット角度を示し、縦軸は回折効率を示す。ウォーブル検出ビームＲＡ’（またはＲＢ’）に対する回折ビームＳＡ’（またはＳＢ’）の強度ＤＡ（またはＤＢ）の比率で定義される回折効率は、回折ビームＳＡ’（またはＳＢ’）の強度ＤＡ（またはＤＢ）がウォーブル検出ビームＲＡ’（またはＲＢ’）の強度と同一である時に最大値になる。
【００２１】
ビームオフセット角度は、理想入射角（即ち、参照パターンを表示する間のスピナーディスク１０に対する参照光ＲＡ（またはＲＢ）の入射角）と、実際の入射角（即ち、スピナーディスク１０に対するウォーブル検出ビームＲＡ’（またはＲＢ’）の入射角）との間の差異として定義される。
【００２２】
例えば、ウォーブル検出ビームＲＡ’は参照光ＲＡと同一光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射され、ウォーブル検出ビームＲＢ’は参照光ＲＢの光経路から所定の角度（例えば、θ度）外れた光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射されるので、スピナーディスク１０が正常状態（即ち、ウォーブルがない状態）である時のウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’のビームオフセット角度は各々０及びθ度である。若し、スピナーディスク１０に「ａ」度の傾斜角のウォーブルが発生すれば、ウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度は「−ａ」であり、ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は「θ−ａ」である。偏向角「θ」はウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’の互いに異なる回折効率を導く特性角度であり、ウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度及びスピナーディスク１０の傾斜角は同じ大きさで、方向は反対である。
【００２３】
回折ビームＳＡ’の強度ＤＡが許容レベルより大きい、即ち、ウォーブル検出ビームＲＡ’の回折効率「α」が閾値より大きければ、スピナーディスク１０の傾斜角度を調整する必要はないが、そうでない場合、スピナーディスク１０の傾斜角度は回折効率「α」が閾値より大きくなるまで調整しなければならない。
【００２４】
スピナーディスク１０の傾斜角度を検出するために、ビームオフセットを求める必要がある。図５のグラフから分かるように、回折効率が最大レベルである場合を除いて与えられた回折効率に対しては２つのビームオフセット候補角度が存在する。従って、２つの候補角度の内どちらがウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’の実際のビームオフセット角度に該当するかを決定することが求められる。候補角度は、次のように定義される回折効率「α」及び「β」によって、図５に示す回折特性グラフから決定され、
ＤＡ＝αＩ・・・式１
ＤＢ＝βＩ・・・式２
と表される。
【００２５】
ここで、回折効率「α」及び「β」は各々ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’のものであり、「Ｉ」はビームＲＡ’、ＲＢ’の強度として既に制御器４０に記憶されている。
【００２６】
ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は、スピナーディスク１０がウォーブル状態であるか正常状態であるかとは関係なく、ウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角より「θ」の分大きい。「θ」が負の値である場合、ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は、グラフ上でウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度の左側に位置し、一方で、「θ」が正の値であれば、ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は、グラフ上でウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度の右側に位置する。ビームＲＡ’、ＲＢ’の実際のオフセット角度の相対的位置と、「θ」の大きさとを知ることで、実際のオフセット角度を測定することができる。
【００２７】
例えば、「θ」が−０.３度に設定され、回折効率「α」及び「β」が各々０．７及び０．５で計算されると、図５中グラフ上で「α」は２つの地点ＰＡ、ＰＢのうちの１つに対応し、「β」は２つの地点ＰＣ、ＰＤのうちの１つに対応する。「θ」が負の値であるので、ビームＲＢ’の実際のオフセット角度は、ビームＲＡ’の角度より左側に位置する。従って、ポイントＰＣに対応する角度はウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度として決定され、地点ＰＣの角度より「θ」度（即ち、０．３度）大きいポイントＰＡに対応する角度は、ウォーブル検出ビームＲＡ’の実際のビームオフセット角度として決定される。この場合、ビームＲＡ’のオフセット角度は約「−０．６」であり、スピナーディスク１０の傾斜角度は「＋０．６」に決められる。
【００２８】
傾斜角度が決定されると、制御器４０は傾斜調整器５０を制御してウォーブル検出ビームＲＡ’の回折効率「α」が閾値より大きくなるまで傾斜角の絶対値を減少させる。
【００２９】
好適な第１実施例では、説明の便宜のために、ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’が同じパワー「Ｉ」を有すると仮定した。しかし、制御器４０によりそのパワーが既知であれば、互いに異なる値のパワー「Ｉ」を有しても良い。
【００３０】
図６は、本発明の好適な第２実施例によりスピナーディスク１０上に参照パターンを生成し、参照パターンに基づき、再生作動時にスピナーディスク１０のウォーブルが補償できるＨＤＤＳスピナーディスク装置２００の概略図である。ＨＤＤＳスピナーディスク装置２００は、ビーム発生器２０’、パワー検出器３０’、３１’、制御器４０’及び傾斜調整器５０を含む。データ記憶セクション１１での情報データ記憶及び再生作動は、本発明の中心事項と関係ないので、説明の便宜のためにここでは説明しない。
【００３１】
ビーム発生器２０’は、スピナーディスク１０が回転する間に、参照光ＲＣ及び信号光ＳＣを図１に示すウォーブルトラックセクション１３上の１つの位置に照射して参照パターンを表示する。参照パターンの生成過程は、例えば、データ記憶作動の初期段階の間、即ち、スピナーディスク１０のデータ記憶セクション１１に情報データを記録する前に行われる。
【００３２】
スピナーディスク１０に記憶されたデータの再生における初期段階では、即ち、図１に示すデータ記憶セクション１１に記録されたホログラフィーデジタルデータが再生される前に、スピナーディスク１０よりのデータを再生する間に発生する可能性のあるウォーブルを検出し、減少又は除去するために、図７に示すようにビーム発生器２０’がウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’をウォーブルトラックセクション１３に照射する。
【００３３】
ウォーブル検出ビームのうちの１つ（例えば、ＲＣ’）が、参照光及び信号光のうちの１つ（例えば、ＲＣ）光経路と同じ光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射される一方、他方のウォーブル検出ビーム（例えば、ＳＣ’）は残りの光（例えば、ＳＣ）の光経路とは離れた経路でスピナーディスク１０に照射される。つまり、ビームＲＣ、ＲＣ’は基本的に全ての面（例えば、光経路及び光特性）で同一である。また、ウォーブル測定ビームＳＣ’はパワー、位相などを含むビーム特性に関して、基本的に信号光ＳＣと同じである。光ＳＣ、ＳＣ’は同じ併合点に向かうが、互いに異なる入射角を有する。
【００３４】
パワー検出器３０’、３１’は、各々ウォーブル検出ビームＳＣ’、ＲＣ’を延長した場所に設けられる。ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’がウォーブルトラックセクション１３に照射される時、パワー検出器３０’はパワーＤＲを検出するが、パワーＤＲはウォーブル検出ビームＲＣ’の回折ビームＲＣ’（Ｄ）のパワーと、ウォーブル検出ビームＳＣ’の非回折ビームＳＣ’（Ｕ）のパワーとの合計である。それに対して、パワー検出器３１’はトータルのパワーＤＳを検出するが、パワーＤＳはウォーブル検出ビームＳＣ’の回折ビームＳＣ’（Ｄ）のパワーと、ウォーブル検出ビームＲＣ’の非回折ビームＲＣ’（Ｕ）のパワーとの合計である。検出されたパワーＤＲ、ＤＳに関する情報は制御器４０’に提供される。
【００３５】
制御器４０’は、パワー測定器３０’、３１’から各々提供されたパワーレベルを比較し、スピナーディスク１０のウォーブルの大きさを推定し、傾斜調整器５０を制御して必要に応じてスピナーディスク１０の回転軸がその記録面に垂直になるようにする。以下で、ウォーブル補償過程を説明する。
【００３６】
パワー測定器３０’、３１’から測定されたパワーＤＲ、ＤＳは、次の式、
ＤＲ＝α’Ｉ＋（１−β’）Ｉ・・・式３、
ＤＳ＝（１−α’）Ｉ＋β’Ｉ・・・式４、
となり、従って、
ＤＲ−ＤＳ＝α’Ｉ＋（１−β’）Ｉ−（１−α’）Ｉ−β’Ｉ＝２（α’−β’）Ｉ・・・式５、
となり、この時、回折効率「α」及び「β」は、各々ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’のものであり、「Ｉ」はそのパワーである。
【００３７】
効率差（α’−β’）は、式５から算出される。若し、ビーム（ＳＣ、ＳＣ’）間の偏向角が「θ」度であり、スピナーディスク１０の傾斜角度が「ａ」度であれば、ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’のオフセット角度は各々「−ａ」、「θ−ａ」度である。従って、ビームＳＣ’のオフセット角度はビームＲＣ’のものよりいつも「θ」度の分大きい。従って、効率差値（α’−β’）及びオフセット角度差「θ」を知ることで、ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’の実際のオフセット角度が図５のグラフより決定される。
【００３８】
以後、制御器４０’は、傾斜調整器５０を制御して第１実施例と同じ方式で傾斜角度を減少させる。
【００３９】
図８は、スピナーディスク１０の傾斜角度を調整する傾斜調整器５０の例示的な概略側面図である。傾斜調整器５０は、上にスピナーディスク１０を乗せる上部板５１、複数の柱（例としては四本であるが、図面には２本の柱５２Ａ、５２Ｂのみが図示されている）及び柱が立てられたベース５３を含む。スピナーディスク１０を回転させるための軸(shaft)（図示せず）が傾斜調整器５０を介してスピナーディスク１０に連結されている。
【００４０】
柱は、それぞれの端部が丸く、上部板５１に直接接触するようになるのが好ましい。柱５２Ａ〜５２Ｄは圧電体（piezoelectric body）であり、圧電効果を用いて各々の長さを変化させることが可能である。実線で示すように、柱５２Ａ〜５２Ｄのうちの１つ（例えば、５２Ｂ）が長くなると、上部板５１はその柱（例えば、５２Ｂ）に接する部分で上方に持ち上がる。従って、スピナーディスク１０にウォーブルが発生する時、各柱５２Ａ〜５２Ｄの長さを微調整することで、ウォーブルを減少させ、また除去することができる。
【００４１】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によるホログラフィーデジタルデータ記憶システムは、データ再生中に発生するウォーブルを補償して、より高品位なホログラム再生を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホログラフィーデジタルデータストレージ（ＨＤＤＳ）システムで用いられる記憶媒体の例示的フォーマットを示す図である。
【図２】本発明の第１の好適実施例によるＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図３】ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’の入射状態を説明する図２のＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図４】ウォーブルが発生したスピナーディスクへのビームの入射状態を示す図である。
【図５】ウォーブル検出ビームのビームオフセット角度の関数として、回折効率を示す図である。
【図６】本発明の第２の好適実施例によるＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図７】ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’の入射状態を示す図６のＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図８】ディスクの傾斜を調整するための傾斜調整器の概略的な側面図である。
【符号の説明】
１０：記憶媒体
１１：データ記憶セクション
１３：ウォーブルトラックセクション
２０、２０’：ビーム発生器
３０、３０’、３１、３１’：パワー検出器
４０、４０’：制御器
５０：傾斜調整器
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムに関し、さらに詳しくは、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムでのデータ再生中に発生するウォーブルを補償する装置及び方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムに関する活発な研究がなされている。現在、この研究結果は、高密度の記憶容量及び高速伝送率の利点を活用する分野だけではなく、指紋認識システムのような分野にも応用されている。
【０００３】
従来方式のホログラフィーデジタルデータストレージ（ＨＤＤＳ）システムは、物体光（object beam）と参照光（reference beam）を干渉させる際に発生する干渉じまに関する情報を、例えば、クリスタルまたはフォトポリマーから作られた記憶媒体に記録するが、この時の記憶媒体は干渉じまの大きさ（amplitude）に鋭敏である。ＨＤＤＳシステムに用いられる記憶媒体は、主にＣＤ及びＤＶＤのようなディスク型で製作され、「スピナーディスク」とも呼ばれる。ＨＤＤＳシステムは、参照光の角度を変化させることで、干渉じまの大きさ及び位相に関する情報を記憶する。この方法では、スピナーディスクは数百から数千個のホログラムを記憶することができ、各ホログラムはバイナリディジットが２次元に配列されたページ形態で表される。
【０００４】
記憶媒体に記録された情報が再生される時、記憶媒体とその回転軸との間の取りつけ不良によってウォーブルが発生し、記憶媒体の面及びその回転軸の垂直面に対してずれ（offset）が存在するようになる。
【０００５】
小さいサイズのヘッド若しくは光ピックアップのサーボ制御を用いることで、ある記憶媒体、例えば、従来方式のＣＤ及びＤＶＤのウォーブルは調整できる。しかし、ホログラムがスピナーディスクにページ単位で記録され、ＨＤＤＳシステムのレンズが大きいことから、ＨＤＤＳシステムでは従来の光学ディスクシステムのウォーブル補償方式を用いることができない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、上述した問題を解決するために案出されたものであり、ホログラフィーデジタルデータ記憶システムで記憶媒体のウォーブルを補償するための装置及び方法の提供にその目的がある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明の一様態によれば、ホログラフィー的に生成された１つ以上のパターンを含むディスク状の記憶媒体におけるウォーブルを検出するためのホログラフィーデジタルデータ記憶装置であって、少なくとも２つのウォーブル検出ビームを前記ホログラフィー的に生成されたパターンに照射し、ウォーブル検出ビームは特性角度よって提供される互いに異なる回折効率を有しており、ここで、それぞれの特性角度は１つのウォーブル検出ビームの光経路と前記ホログラフィー的に生成されたパターンの１つの形成に用いられる該当パターン形成ビームの光経路との間の角度であり、回折効率が、前記ウォーブル検出ビームの１つのビームのパワーに対する前記ウォーブル検出ビームの回折ビームのパワーの比率であるビーム発生器と、前記回折効率間の差を求めることで前記ディスクでの前記ウォーブルを判定する手段とを含む。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の原理について説明し、その実施例を順次詳述する。
【０００９】
図１は、本発明によるホログラフィーデジタルデータストレージ(ＨＤＤＳ)システムで用いる記憶媒体１０の例示的なフォーマットを示すものであり、ここで記憶媒体１０はディスク形状で製造される。記憶媒体１０（以下、スピナーディスクと呼ぶ）は、ホログラフィーデジタルデータを記録するデータ記憶セクション１１及びウォーブルを検出するためにディスクの外周領域に沿って予め形成されたウォーブルトラックセクション１３を含む。以下に本発明によるウォーブル検出方式を説明する。
【００１０】
図２は、本発明による第１の好適実施例に基づき、スピナーディスク１０上に参照パターンを生成し、参照パターンに基づき再生作動時スピナーディスク１０のウォーブルを補償し得るＨＤＤＳスピナーディスク装置１００の概略図である。ＨＤＤＳスピナーディスク装置１００は、ビーム発生器２０、パワー検出器３０、３１、制御器４０及び傾斜調整器５０を含む。データ記憶セクション１１での情報データ記憶及び再生作動は公知のものであり、本発明の主要事項とは関係がないので、説明の便宜のためにここでは説明しない。
【００１１】
スピナーディスク１０が回転する間、ビーム発生器２０が、参照光（reference beam）ＲＡ、ＲＢ及び信号光（signal beam）ＳＡ、ＳＢを図１に示すウォーブルトラックセクション１３上の２箇所以上の位置に照射し、２以上の参照パターンを表示する。参照パターン生成過程は、例えばデータ記憶作動の初期段階、即ちスピナーディスク１０のデータ記憶セクション１１に情報のデータを記録する前に実行される。
【００１２】
説明の便宜をはかるために、２つの参照光ＲＡ、ＲＢ及び信号光ＳＡ、ＳＢが２つの参照パターンを表示するのに用いられるものと仮定するが、参照パターンの数と、参照パターンを表示するための参照光及び信号光の数は、必要に応じて変更されても良い。
【００１３】
スピナーディスク１０に記憶されたデータ再生の初期段階において、即ち図１に示すデータ記憶セクション１１に記録されたホログラフィーデジタルデータが再生される前に、スピナーディスク１０の回転中に発生するウォーブルを検出して減少または除去するため、図３に示すようにビーム発生器２０がウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’をウォーブルトラックセクション１３に照射する。
【００１４】
ウォーブル検出ビームのうちの一方（例えば、ＲＡ’）は参照光（例えば、ＲＡ）の光経路と同じ光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射され、他方のウォーブル検出ビーム（例えば、ＲＢ’）は残りの参照光（例えば、ＲＢ）の光経路から外れた光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射される。つまり、ビームＲＡ、ＲＡ’は基本的に全ての面（例えば、光経路、及び周波数極性、位相等を含めたビーム特性）で同一である。また、ウォーブル検出ビームＲＢ’は、周波数、位相等を含むビーム特性に関しては参照光ＲＢと基本的に同一である。ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’のビーム強度（intensity）は、参照光ＲＡ、ＲＢのビーム強度と異なることもある。ビームＲＢ、ＲＢ’は同一の合流点（merging point）へと向かうが、互いに異なった入射角を有する。
【００１５】
パワー検出器３０、３１は、各々信号光ＳＡ、ＳＢの進行経路に沿ってスピナーディスク１０の底面側に設けられる。ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’がウォーブルトラックセクション１３に照射される時、パワー検出器３０、３１はウォーブル検出ビームＲＡ’の回折ビームＳＡ’のパワー ＤＡ、及びウォーブル検出ビームＲＢ’の回折ビームＳＢ’のパワー ＤＢを検出し、検出パワーＤＡ、ＤＢの情報を制御器４０へと提供する。
【００１６】
制御器４０は、パワー検出器３０、３１から提供されるそれぞれの検出パワーのレベルを比較し、スピナーディスク１０のウォーブルの大きさを推定し、傾斜調整器５０を制御して必要に応じてスピナーディスク１０の回転軸がスピナーディスク１０の記録面（上面）と実質的に垂直になるようにする（スピナーディスク１０上にデータを記録する間に、スピナーディスク１０の回転軸がその上面に対し垂直であると仮定される）。
【００１７】
詳述すれば、ウォーブル検出ビームＲＡ’の回折強度ＤＡが許容可能レベル（即ち、所定の閾値）を超えれば、制御器４０はスピナーディスク１０の現在位置（current position）を維持する（回折強度ＤＡ、ＤＢの最大強度レベルが、制御器４０に対して知られている）。そうでなければ、制御器４０は、回折強度ＤＡを回折強度ＤＢと比較し、スピナーディスク１０のウォーブルの大きさ（即ち、回転軸から外れたスピナーディスク１０の傾斜の程度）を決定する。続いて、制御器４０は、傾斜調整器５０を制御してスピナーディスク１０のウォーブル量を除去する若しくは減少させる。ウォーブル補償過程は以下に詳述する。
【００１８】
傾斜調整器５０は、制御器４０の制御の下でスピナーディスク１０の現在位置を変える。
【００１９】
図４は、スピナーディスク１０上へのビームＢＤの入射状態を示す。ビームＢＤは、スピナーディスク１０のウォーブル若しくは正常状態に無関係に、単一光経路で照射される。スピナーディスク１０に「ａ」度のウォーブルが生じれば（即ち、スピナーディスク１０が「ａ」度の傾斜角を有すれば）、傾いたスピナーディスク１０に対するビームＢＤの入射角は傾いていないスピナーディスク１０に対するビームＢＤの入射角より「−ａ」度外れる。
【００２０】
図５は、ウォーブル検出ビームのオフセット角度の関数としての、例示的回折特性を示す。特性は、ディスクの厚さ及びディスクを構成する物質の種類に応じて変化する。横軸はビームオフセット角度を示し、縦軸は回折効率を示す。ウォーブル検出ビームＲＡ’（またはＲＢ’）に対する回折ビームＳＡ’（またはＳＢ’）の強度ＤＡ（またはＤＢ）の比率で定義される回折効率は、回折ビームＳＡ’（またはＳＢ’）の強度ＤＡ（またはＤＢ）がウォーブル検出ビームＲＡ’（またはＲＢ’）の強度と同一である時に最大値になる。
【００２１】
ビームオフセット角度は、理想入射角（即ち、参照パターンを表示する間のスピナーディスク１０に対する参照光ＲＡ（またはＲＢ）の入射角）と、実際の入射角（即ち、スピナーディスク１０に対するウォーブル検出ビームＲＡ’（またはＲＢ’）の入射角）との間の差異として定義される。
【００２２】
例えば、ウォーブル検出ビームＲＡ’は参照光ＲＡと同一光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射され、ウォーブル検出ビームＲＢ’は参照光ＲＢの光経路から所定の角度（例えば、θ度）外れた光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射されるので、スピナーディスク１０が正常状態（即ち、ウォーブルがない状態）である時のウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’のビームオフセット角度は各々０及びθ度である。若し、スピナーディスク１０に「ａ」度の傾斜角のウォーブルが発生すれば、ウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度は「−ａ」であり、ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は「θ−ａ」である。偏向角「θ」はウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’の互いに異なる回折効率を導く特性角度であり、ウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度及びスピナーディスク１０の傾斜角は同じ大きさで、方向は反対である。
【００２３】
回折ビームＳＡ’の強度ＤＡが許容レベルより大きい、即ち、ウォーブル検出ビームＲＡ’の回折効率「α」が閾値より大きければ、スピナーディスク１０の傾斜角度を調整する必要はないが、そうでない場合、スピナーディスク１０の傾斜角度は回折効率「α」が閾値より大きくなるまで調整しなければならない。
【００２４】
スピナーディスク１０の傾斜角度を検出するために、ビームオフセットを求める必要がある。図５のグラフから分かるように、回折効率が最大レベルである場合を除いて与えられた回折効率に対しては２つのビームオフセット候補角度が存在する。従って、２つの候補角度の内どちらがウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’の実際のビームオフセット角度に該当するかを決定することが求められる。候補角度は、次のように定義される回折効率「α」及び「β」によって、図５に示す回折特性グラフから決定され、
ＤＡ＝αＩ・・・式１
ＤＢ＝βＩ・・・式２
と表される。
【００２５】
ここで、回折効率「α」及び「β」は各々ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’のものであり、「Ｉ」はビームＲＡ’、ＲＢ’の強度として既に制御器４０に記憶されている。
【００２６】
ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は、スピナーディスク１０がウォーブル状態であるか正常状態であるかとは関係なく、ウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角より「θ」の分大きい。「θ」が負の値である場合、ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は、グラフ上でウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度の左側に位置し、一方で、「θ」が正の値であれば、ウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度は、グラフ上でウォーブル検出ビームＲＡ’のビームオフセット角度の右側に位置する。ビームＲＡ’、ＲＢ’の実際のオフセット角度の相対的位置と、「θ」の大きさとを知ることで、実際のオフセット角度を測定することができる。
【００２７】
例えば、「θ」が−０.３度に設定され、回折効率「α」及び「β」が各々０．７及び０．５で計算されると、図５中グラフ上で「α」は２つの地点ＰＡ、ＰＢのうちの１つに対応し、「β」は２つの地点ＰＣ、ＰＤのうちの１つに対応する。「θ」が負の値であるので、ビームＲＢ’の実際のオフセット角度は、ビームＲＡ’の角度より左側に位置する。従って、ポイントＰＣに対応する角度はウォーブル検出ビームＲＢ’のビームオフセット角度として決定され、地点ＰＣの角度より「θ」度（即ち、０．３度）大きいポイントＰＡに対応する角度は、ウォーブル検出ビームＲＡ’の実際のビームオフセット角度として決定される。この場合、ビームＲＡ’のオフセット角度は約「−０．６」であり、スピナーディスク１０の傾斜角度は「＋０．６」に決められる。
【００２８】
傾斜角度が決定されると、制御器４０は傾斜調整器５０を制御してウォーブル検出ビームＲＡ’の回折効率「α」が閾値より大きくなるまで傾斜角の絶対値を減少させる。
【００２９】
好適な第１実施例では、説明の便宜のために、ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’が同じパワー「Ｉ」を有すると仮定した。しかし、制御器４０によりそのパワーが既知であれば、互いに異なる値のパワー「Ｉ」を有しても良い。
【００３０】
図６は、本発明の好適な第２実施例によりスピナーディスク１０上に参照パターンを生成し、参照パターンに基づき、再生作動時にスピナーディスク１０のウォーブルが補償できるＨＤＤＳスピナーディスク装置２００の概略図である。ＨＤＤＳスピナーディスク装置２００は、ビーム発生器２０’、パワー検出器３０’、３１’、制御器４０’及び傾斜調整器５０を含む。データ記憶セクション１１での情報データ記憶及び再生作動は、本発明の中心事項と関係ないので、説明の便宜のためにここでは説明しない。
【００３１】
ビーム発生器２０’は、スピナーディスク１０が回転する間に、参照光ＲＣ及び信号光ＳＣを図１に示すウォーブルトラックセクション１３上の１つの位置に照射して参照パターンを表示する。参照パターンの生成過程は、例えば、データ記憶作動の初期段階の間、即ち、スピナーディスク１０のデータ記憶セクション１１に情報データを記録する前に行われる。
【００３２】
スピナーディスク１０に記憶されたデータの再生における初期段階では、即ち、図１に示すデータ記憶セクション１１に記録されたホログラフィーデジタルデータが再生される前に、スピナーディスク１０よりのデータを再生する間に発生する可能性のあるウォーブルを検出し、減少又は除去するために、図７に示すようにビーム発生器２０’がウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’をウォーブルトラックセクション１３に照射する。
【００３３】
ウォーブル検出ビームのうちの１つ（例えば、ＲＣ’）が、参照光及び信号光のうちの１つ（例えば、ＲＣ）光経路と同じ光経路に沿ってスピナーディスク１０に照射される一方、他方のウォーブル検出ビーム（例えば、ＳＣ’）は残りの光（例えば、ＳＣ）の光経路とは離れた経路でスピナーディスク１０に照射される。つまり、ビームＲＣ、ＲＣ’は基本的に全ての面（例えば、光経路及び光特性）で同一である。また、ウォーブル測定ビームＳＣ’はパワー、位相などを含むビーム特性に関して、基本的に信号光ＳＣと同じである。光ＳＣ、ＳＣ’は同じ併合点に向かうが、互いに異なる入射角を有する。
【００３４】
パワー検出器３０’、３１’は、各々ウォーブル検出ビームＳＣ’、ＲＣ’を延長した場所に設けられる。ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’がウォーブルトラックセクション１３に照射される時、パワー検出器３０’はパワーＤＲを検出するが、パワーＤＲはウォーブル検出ビームＲＣ’の回折ビームＲＣ’（Ｄ）のパワーと、ウォーブル検出ビームＳＣ’の非回折ビームＳＣ’（Ｕ）のパワーとの合計である。それに対して、パワー検出器３１’はトータルのパワーＤＳを検出するが、パワーＤＳはウォーブル検出ビームＳＣ’の回折ビームＳＣ’（Ｄ）のパワーと、ウォーブル検出ビームＲＣ’の非回折ビームＲＣ’（Ｕ）のパワーとの合計である。検出されたパワーＤＲ、ＤＳに関する情報は制御器４０’に提供される。
【００３５】
制御器４０’は、パワー測定器３０’、３１’から各々提供されたパワーレベルを比較し、スピナーディスク１０のウォーブルの大きさを推定し、傾斜調整器５０を制御して必要に応じてスピナーディスク１０の回転軸がその記録面に垂直になるようにする。以下で、ウォーブル補償過程を説明する。
【００３６】
パワー測定器３０’、３１’から測定されたパワーＤＲ、ＤＳは、次の式、
ＤＲ＝α’Ｉ＋（１−β’）Ｉ・・・式３、
ＤＳ＝（１−α’）Ｉ＋β’Ｉ・・・式４、
となり、従って、
ＤＲ−ＤＳ＝α’Ｉ＋（１−β’）Ｉ−（１−α’）Ｉ−β’Ｉ＝２（α’−β’）Ｉ・・・式５、
となり、この時、回折効率「α」及び「β」は、各々ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’のものであり、「Ｉ」はそのパワーである。
【００３７】
効率差（α’−β’）は、式５から算出される。若し、ビーム（ＳＣ、ＳＣ’）間の偏向角が「θ」度であり、スピナーディスク１０の傾斜角度が「ａ」度であれば、ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’のオフセット角度は各々「−ａ」、「θ−ａ」度である。従って、ビームＳＣ’のオフセット角度はビームＲＣ’のものよりいつも「θ」度の分大きい。従って、効率差値（α’−β’）及びオフセット角度差「θ」を知ることで、ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’の実際のオフセット角度が図５のグラフより決定される。
【００３８】
以後、制御器４０’は、傾斜調整器５０を制御して第１実施例と同じ方式で傾斜角度を減少させる。
【００３９】
図８は、スピナーディスク１０の傾斜角度を調整する傾斜調整器５０の例示的な概略側面図である。傾斜調整器５０は、上にスピナーディスク１０を乗せる上部板５１、複数の柱（例としては四本であるが、図面には２本の柱５２Ａ、５２Ｂのみが図示されている）及び柱が立てられたベース５３を含む。スピナーディスク１０を回転させるための軸(shaft)（図示せず）が傾斜調整器５０を介してスピナーディスク１０に連結されている。
【００４０】
柱は、それぞれの端部が丸く、上部板５１に直接接触するようになるのが好ましい。柱５２Ａ〜５２Ｄは圧電体（piezoelectric body）であり、圧電効果を用いて各々の長さを変化させることが可能である。実線で示すように、柱５２Ａ〜５２Ｄのうちの１つ（例えば、５２Ｂ）が長くなると、上部板５１はその柱（例えば、５２Ｂ）に接する部分で上方に持ち上がる。従って、スピナーディスク１０にウォーブルが発生する時、各柱５２Ａ〜５２Ｄの長さを微調整することで、ウォーブルを減少させ、また除去することができる。
【００４１】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００４２】
【発明の効果】
本発明によるホログラフィーデジタルデータ記憶システムは、データ再生中に発生するウォーブルを補償して、より高品位なホログラム再生を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるホログラフィーデジタルデータストレージ（ＨＤＤＳ）システムで用いられる記憶媒体の例示的フォーマットを示す図である。
【図２】本発明の第１の好適実施例によるＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図３】ウォーブル検出ビームＲＡ’、ＲＢ’の入射状態を説明する図２のＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図４】ウォーブルが発生したスピナーディスクへのビームの入射状態を示す図である。
【図５】ウォーブル検出ビームのビームオフセット角度の関数として、回折効率を示す図である。
【図６】本発明の第２の好適実施例によるＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図７】ウォーブル検出ビームＲＣ’、ＳＣ’の入射状態を示す図６のＨＤＤＳスピナーディスク装置の概略図である。
【図８】ディスクの傾斜を調整するための傾斜調整器の概略的な側面図である。
【符号の説明】
１０：記憶媒体
１１：データ記憶セクション
１３：ウォーブルトラックセクション
２０、２０’：ビーム発生器
３０、３０’、３１、３１’：パワー検出器
４０、４０’：制御器
５０：傾斜調整器
Claims (9)
- ホログラフィー的に生成された１つ以上のパターンを含むディスク状の記憶媒体でのウォーブルを検出するためのホログラフィーデジタルデータ記憶装置であって、
少なくとも２つのウォーブル検出ビームを前記ホログラフィー的に生成されたパターンに照射し、前記ウォーブル検出ビームが特性角度よって提供される互いに異なる回折効率を有し、ここで、それぞれの特性角度は１つのウォーブル検出ビームの光経路と前記ホログラフィー的に生成されたパターンの１つの形成に用いられる該当パターン形成ビームの光経路との間の角度であり、回折効率が、前記１つのウォーブル検出ビームのビームのパワーに対する前記ウォーブル検出ビームの回折ビームのパワーの比率であるビーム発生器と、
前記回折効率間の差異を求め、前記ディスク状の記憶媒体での前記ウォーブルを判定する手段とを含むことを特徴とする装置。 - 前記ホログラフィー的に生成されたパターンが２つであり、前記ウォーブル検出ビームが２つであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記２つのホログラフィー的に生成されたパターンが各々２つのパターン形成ビームにより形成され、前記該当パターン形成ビームは１つのホログラフィー的に生成されたパターンが形成される時に用いられる前記２つのパターン形成ビームの１つであり、前記１つのウォーブル検出ビームと異なる他のウォーブル検出ビームの光経路は前記１つのホログラフィー的に生成されたパターンと異なる他のホログラフィー的に生成されたパターンのために用いられる前記２つのパターン形成ビームの１つの光経路と同一であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
- 前記判定手段が、
第１ウォーブル検出ビームの回折ビームのパワーレベルを検出する第１パワー検出器と、
第２ウォーブル検出ビームの回折ビームのパワーレベルを検出する第２パワー検出器と、
前記ウォーブル検出ビームのパワーレベルと前記検出されたパワーレベルとに基づいて前記回折効率を求め、前記得られた回折効率及び前記特性角度を用いて前記ウォーブルを決定する手段とを含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。 - 前記回折効率が、次の式、
ＤＡ＝αＩ、
ＤＢ＝βＩ’、
で計算され、ここで、
ＤＡが前記第１ウォーブル検出ビームの前記回折ビームの前記パワーレベルであり、ＤＢが前記第２ウォーブル検出ビームの前記回折ビームの前記パワーレベルであり、「α」及び「β」が各々前記第１及び第２ウォーブル検出ビームの前記回折効率であり、「Ｉ」及び「Ｉ’」が前記第１及び第２ウォーブル検出ビームのパワーレベルであることを特徴とする請求項４に記載の装置。 - 前記ホログラフィー的に生成されたパターンが１つであり、前記ウォーブル検出ビームが２つであることを特徴とする請求項１に記載の装置。
- 前記ホログラフィー的に生成されたパターンが２つのパターン形成ビームにより形成され、前記該当パターン形成ビームが前記２つのパターン形成ビームの１つであり、前記１つのウォーブル検出ビームと異なる他のウォーブル検出ビームの光経路が前記該当パターン形成ビームと異なる他のパターン形成ビームの光経路と同一であることを特徴とする請求項６に記載の装置。
- 前記検出手段が、
第１ウォーブル検出ビームの回折ビームのパワーレベルと第２ウォーブル検出ビームの非回折ビームのパワーレベルとの和を検出する第１パワー検出器と、
第２ウォーブル検出ビームの回折ビームのパワーレベルと第１ウォーブル検出ビームの非回折ビームのパワーレベルとの和を検出する第２パワー検出器と、
前記ウォーブル検出ビームのパワーレベル及びパワーレベルの前記検出された和に基づいて前記回折効率間の差を求めて、前記特性角度及び前記回折効率間の前記差を用いて前記ウォーブルを決定する手段を有することを特徴とする請求項６に記載の装置。 - 前記回折効率間の差が、次の式、
ＤＲ＝α’Ｉ＋（１−β’）Ｉ、
ＤＳ＝（１−α’）Ｉ＋β’Ｉ、
ＤＲ−ＤＳ＝α’Ｉ＋（１−β’）Ｉ−（１−α’）Ｉ−β’Ｉ＝２（α’−β’）Ｉ、
で計算され、ここで、
ＤＲが前記第１ウォーブル検出ビームの回折ビームの前記パワーレベルと前記第２ウォーブル検出ビームの非回折ビームのパワーレベルとの和であり、ＤＳが前記第２ウォーブル検出ビームの回折ビームの前記パワーレベルと前記第１ウォーブル検出ビームの非回折ビームのパワーレベルとの和であり、「α’」及び「β’」が各々前記第１及び第２ウォーブル検出ビームの回折効率であり、「Ｉ」が前記第１及び第２ウォーブル検出ビームのパワーレベルであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
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