JP2010157312A - 単一ビット・ホログラフィック・データ記憶装置におけるトラッキング・システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラフィック・データ記憶システムにおいてトラッキングを制御するための方法及びシステムを提供する。
【解決手段】方法は、ホログラフィック・データ・ディスクにビーム１２２を衝突させて、該ビーム１２２を、前記ホログラフィック・データ・ディスク内に配置されたマイクロホログラム１２４から反射させる段階と、前記ホログラフィック・データ・ディスクからの反射ビーム１２０を多素子検出器９０によって検出する段階と、前記多素子検出器９０によって検出されたパターンを分析してトラッキング誤差信号を生成する段階と、を有する。
【選択図】図５

Description

本発明技術は、一般的に云えば、ビット単位ホログラフィック媒体に関するものである。より具体的には、本発明技術は、光学ディスクに記憶されたデータを読み取るための方法及びシステムに関するものである。

演算能力が進歩するにつれて、演算技術は、とりわけ、家庭用ビデオ、データ保管、ドキュメント記憶、イメージング及び映画製作のような新しい応用領域に入っている。これらの応用により、記憶容量を増大させるデータ記憶技術の開発が絶えず促されている。更に、記憶容量の増大は、とりわけコンピュータ・ゲームのような、開発者の初期の予想を遙かに超えた技術の開発を可能にし且つ推進させている。

光学記憶システムについての記憶容量の漸進的な増大は、データ記憶技術の開発の良い一例を構成する。１９８０年代の初期に開発されたコンパクト・ディスク（すなわち、ＣＤ）フォーマットは、データについて約６５０〜７００ＭＢの容量、或いは２チャンネル・オーディオ・プログラムについては約７４〜８０分の容量を持つ。これと比べて、１９９０年代の初期に開発されたディジタル・バーサタイル・ディスク（ＤＶＤ）フォーマットでは、約４．７ＧＢ（単一層）又は８．５ＧＢ（二重層）の容量を持つ。ＤＶＤのこの相対的に大きい容量は、旧来のビデオ解像度（例えば、ＰＡＬにおける約７２０（ｈ）×５７６（ｖ）画素又はＮＴＳＣにおける約７２０（ｈ）×４８０（ｖ）画素）で長編映画全編を記憶するのに充分である。

しかしながら、（１０８０ｐの場合、約１９２０（ｈ）×１０８０（ｖ）画素の）高品位テレビジョン（ＨＤＴＶ）のような一層高い解像度のビデオ・フォーマットが一般的になったので、これらの解像度で記録された長編映画全編を保持することのできる記憶フォーマットが望ましいものになった。これにより、単一層ディスクで約２５ＧＢ又は二重層ディスクで５０ＧＢを保持することのできるブルーレイ・ディスク（登録商標）フォーマットのような大容量記録フォーマットの開発が促進された。ビデオ表示の解像度及び他の技術が絶えず開発されているので、更に大きな容量を持つ記憶媒体が益々重要になるであろう。記憶装置業界で容量についての将来の要件をより良く達成することのできる１つの開発中の記憶装置技術は、ホログラフィック記憶装置に基づくものである。

ホログラフィック記憶装置はホログラムの形態でのデータの記憶装置であり、ホログラムは、感光性記憶媒体に２つの光ビームの交差によって生成される３次元干渉パターンの像である。ページ単位ホログラフィック技術及びビット単位ホログラフィック技術の両方が追求されている。ページ単位ホログラフィック・データ記憶では、ディジタル符号化されたデータを含む信号ビームが記憶媒体の体積内で参照ビームに重畳され、その結果として、化学反応が生じる。これは、例えば、上記体積内の媒体の屈折率を変化させ又は変調する。この変調は、信号から強度及び位相情報の両方を記録するように作用する。従って、各ビットは、一般に、干渉パターンの一部として記憶される。ホログラムは、記憶媒体を参照ビームのみに露出することによって後で検索することができる。参照ビームは、記憶されたホログラフィック・データと相互作用して、ホログラフィック像を記憶するために使用された最初の信号に比例する再構成信号ビームを生成する。

ビット単位ホログラフィー又はマイクロホログラフィック・データ記憶装置では、各々のビットはマイクロホログラム、すなわち、典型的には、２つの反対方向に伝播する集束した記録ビームによって生成されるブラッグ反射格子として書き込まれる。次いで、データを検索するには、記録ビームを再構成するためにマイクロホログラムから反射させるための読取りビームを使用する。従って、マイクロホログラフィック・データ記憶装置は、ページ単位ホログラフィック記憶装置よりも現在の技術に類似している。しかしながら、ＤＶＤ及びブルーレイ・ディスク・フォーマットで用いることのできる二層のデータ記憶層とは対照的に、ホログラフィック・ディスクは５０又は１００層のデータ記憶層を持つことができ、これはテラバイト（ＴＢ）単位で測定されるデータ記憶容量を提供する。更に、ページ単位ホログラフィック・データ記憶に関して、各マイクロホログラムは信号からの位相情報を含む。

多層光学データ記憶（ＯＤＳ）媒体におけるビーム・トラッキング(tracking)の問題に対処するため、以前には、ディスク中に特別なサーボ層を割り当てている。特別なサーボ層は、表面溝パターン、又はデータ層に埋め込まれた特別に位置決めされたフォーマット・ホログラム（サーボ・マーク）のいずれかを含んでいる。多層ホログラフィック光学媒体でトラッキングを行う手法は、特別に予めマスタリングされた溝付きトラッキング層と、トラッキング用に指定された追加の異なる色のレーザ源とを利用している。多層ＨＤＳ媒体のデータ層からトラッキング誤差信号を直接的に抽出することが検討されており、その場合、トラック上の読取りビームの中心外れの位置決めに起因した回折ビームの形状の変化が、トラッキング誤差信号を生成するために利用されると共に、データによる回折ビームの周りにサテライト回折ビームを生成して位置決め情報を提供するために軸外格子を記録している。多層ＯＤＳ媒体においてビーム・トラッキングを改善する必要性が存在する。

米国特許第５４５０２１８号 米国特許第５５１０９１２号 米国特許第５７２７２２６号 米国特許第５８０８９９８号 米国特許第６１７５３１７号 米国特許第６５４９６６４号 米国特許第６５６３７７９号 米国特許第６７１１７１１号 米国特許第６７３８３２２号 米国特許第６８８９９０７号 米国特許第７０２００５４号 米国特許第７３８８６９５号 米国特許出願公開第２００５／０１３６３３３号 米国特許出願公開第２００６／００７３３９２号 米国特許出願公開第２００６／００７８８０２号 米国特許出願公開第２００７／００９７４６９号 米国特許出願公開第２００７／０１４６８３５号 米国特許出願公開第２００８／００５５６８６号 米国特許出願公開第２００８／０１４４１４５号 米国特許出願公開第２００８／０１４４１４６号

従って、ホログラフィック・データ記憶システムにおいてトラッキングを制御するための改善された方法及びシステムが提供されることが望まれる。

本発明の一面では、ホログラフィック・データ記憶システムにおいてトラッキングを制御するための方法を提供し、該方法は、ホログラフィック・データ・ディスクにビームを衝突させて、該ビームを、ホログラフィック・データ・ディスク内に配置されたマイクロホログラムから反射させる段階と、ホログラフィック・データ・ディスクからの反射ビームを多素子検出器によって検出する段階と、多素子検出器によって検出されたパターンを分析してトラッキング誤差信号を生成する段階とを含む。

本発明の一面では、光学媒体駆動装置を提供し、該光学媒体駆動装置は、光学ディスク内のマイクロホログラムにレーザ・ビームを集束するように構成されている光学的励起装置と、光学ディスク内のマイクロホログラムからの反射光ビームを検出するように構成されている光学的検出器と、前記反射光ビームをトラッキング誤差信号に変換するように構成されているプロセッサと、光学ディスクに対してレーザ・ビームの半径方向位置を制御するように構成されていると共に、トラッキング誤差信号を受け取るように構成されているトラッキング・サーボ機構とを含む。

これらの及び他の特徴、面及び利点は、添付の図面を参照して以下の詳しい説明を読めばより良く理解されよう。図面においては、図面全体を通じて同様な参照符号は同様な要素を表す。

図１は、本発明技術の実施形態に従った光学ディスク読取り装置の概略構成図である。 図２は、本発明技術の実施形態で用いることのできる光学ディスクの上面図である。 図３は、本発明技術の実施形態に従った検出器構成の略図である。 図４は、本発明技術の実施形態に従ったマイクロホログラム（マイクロ格子）メモリ装置を読み取るための検出器ヘッドの概略図である。 図５は、読取りビームが格子に中心合わせされている場合と中心からずれて入射した場合のマイクロ格子から回折されたビームの偏向を表す略図である。 図６は、本発明技術の実施形態に従って、プローブ・ビームが半径方向に異なるオフトラック(off-track) 位置にある場合に、接線方向（トラック）に沿って走査された単一の格子から得られた実験によるプッシュプル信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を表すグラフである。 図６Ａは、トラックに対する検出器の配向を例示する略図である。 図７は、本発明の実施形態に従って表されたトラック方向に対する検出器素子の配向により、ピーク半径方向プッシュプル信号として定義されたＳ字状曲線オフトラック誤差関数である。 図８は、本発明技術の実施形態に従って、プローブ・ビーム・オフトラック位置が−１μｍ及び＋１μｍである場合に、接線方向（トラック）に沿って走査された単一の格子から得られた実験による対角信号Ａ＋Ｃ及びＢ＋Ｄを表すグラフである。 図９は、本発明技術の実施形態に従って、プローブ・ビームのオフトラック（半径方向）変位に対して、（Ａ＋Ｃ）対（Ｂ＋Ｄ）ピーク位置シフトとして定義されたＳ字状曲線オフトラック誤差関数である。 図１０は、本発明技術の実施形態に従って、各信号の位相又は２つの位相の間の相対位相差を測定することによりトラッキング（オフトラック）誤差信号を決定するための（Ａ＋Ｃ）及び（Ｂ＋Ｄ）信号を表すグラフである。

本発明技術は、ホログラフィック・データ記憶システムに組み込むことのできるトラッキング・システム及び方法に関する。ホログラフィック・データ記憶（ＨＤＳ）媒体は、一般にＨＤＳディスク材料の体積の殆ど又は全てを利用する能力により、次世代の光学データ記憶（ＯＤＳ）媒体として開発されている。単一層ＤＶＤと比較してデータ容量を１００倍まで増大させることができ、その容量は潜在的に１２０ｍｍ（直径）×１．２ｍｍのディスクで数百ＧＢ〜１ＴＢのデータに達する。ホログラフィック・データ記憶装置の様々な面の議論については、引用によってその全体を本書に取り入れる米国特許第７３８８６９５号を参照されたい。

ホログラフィック記憶フォーマットに対する１つの手法は、単一ビット・ホログラフィック・システムであり、その場合、集束したプローブ・ビームからの光の一部を適切に位置決めされた検出器へ反射するように材料の内部に記録された顕微鏡的サイズの回折格子（マイクロホログラム）の存在（ビット１）又は不存在（ビット０）によって情報が表される。このような格子の回折効率が読取りビームの構成に非常に敏感であることに起因して、データ・ビットは、光学的読取りヘッド（スタイラス）の適切な位置決めによって各層を他の層から独立にアドレス指定できるように媒体内の複数の層の中に配列することができる。この結果、高い媒体容量が得られる。これは、比較的小さい容量を持つ他のフォーマット（ＣＤ，ＤＶＤなど）とは著しく異なっている。これらの他のフォーマットでは、数少ない空間的に分離されたデータ層（典型的には、１つ又は２つの層）を収容しており、基本的には表面利用の媒体である。

回転ディスク形状では、各々の物理的なマイクロ格子層内のデータ・ビットは、トラックとして円形又は渦巻き状の順序で配列されている。データの信頼性のある読出しのために、スタイラス・ビームをトラックの中心の上に正確に位置決めすべきであり、精度は（表面利用媒体におけるものと同様な態様で）トラック間距離によって記述される。表面利用媒体では、トラッキング誤差信号は、データ層中の凸部及び凹部のエッジから又は特別に設計された溝のエッジからの反射によって生成されたビーム回折パターンの変化から抽出される。

体積型記憶媒体では、ビットは、屈折率の局部的な変調を生じさせる集束されたレーザ・ビームによって材料の内部に記録されるが、それは、一般的に、表面利用媒体の場合のような鋭いエッジ・パターンを有していない。しかしながら、マイクロホログラムによる後方への反射ビームの効率、伝播方向及びビーム分布は、プローブ・ビームとマイクロホログラム・パターンを含む体積との空間的オーバーラップによって規定することができる。従って、体積格子からの回折はオフトラック(off-track) 誤差信号を決定することができ、それらのオフトラック誤差信号は抽出することが可能である。追記型（ＷＯＲＭ）媒体では、空のディスクにデータ・マークを書き込むために、溝のようなプローブ案内マークを用いることができる。

しかしながら、（コンテンツ配布用ディスクのような）事前記録媒体では、またフォーマット済みのＷＯＲＭ媒体（例えば、データ・トラック及び層にマークを事前に分布させておいて、それらの幾つかを選択的に消去することによってデータの記録を行う媒体）では、データ担持用マイクロホログラムが一般に既にトラック及び層の中に配列されている。これらの場合、本発明技術は、（有用な情報を担持することのできる）ビットからトラッキング情報を得ることであり、これにより有用な容量を低減し及び／又は製造プロセスを複雑化する虞のあるような追加のトラッキング・ホログラム又は表面トラッキング・パターンを持つことの必要性及び複雑さを低減又は除去する。（例えば、専用のトラッキング・ビームを使用する）特別なトラッキング層によって、また（本発明技術によって教示されるような）データ・マイクロホログラムによって発生されるトラッキング信号を利用する他の例もまた可能である。

チャンネル符号化及び／又は変調を適用する前の単一ビットＨＤＳ媒体では、一ビットのデータが単一のマイクロ格子の存在／不存在によって表され、この結果として回折光の高／低強度レベルが生じ、これらのレベルは１及び０の値に割り当てることが可能である。マイクロ格子は、周期的に変調される屈折率を持つ一媒体領域を有し、その周期性は、容易に検知できる回折波を生成するためのブラッグ条件を満足する。格子は、屈折率変調が一般に格子のエッジへ向かって消失する漸進的な分布に従うように、一対の集束された相互に可干渉性の書込みレーザ・ビームによって生成することができる。１と０との信号レベルの間で高コントラストを達成するため、各々の「オン」ビットの回折効率をより大きく又は最大にすべきであり、このことは典型的には、読出しビームがマイクロ格子の中心に正確に整合したときに起こる。読取りビーム位置が格子の中心からずれるにつれて、格子とビーム強度分布との間のオーバーラップが減少していくので、回折効率は低下する。しかしながら、回折効率の有意な変化が生じる前でさえ、回折されたビームは、ビーム及び格子の相互位置の非対称に由来する伝播方向における検出可能な変化を受けることがある。

本発明技術は、データ・ビットからトラッキング誤差信号を生成すること及び／又は単一ビット・ホログラフィック・データ記憶（ＨＤＳ）媒体においてビットをフォーマットすることを対象とする。読取りビームがマイクロ格子の中心に対して整合していないときに生じる、反射された信号ビームのその公称方向からのずれ（偏差）が、検出される。多チャンネル（例えば、４チャンネル）光学的検出方式は、光学媒体プレーヤ又は駆動装置のトラッキング・サーボ・ループにおけるトラッキング誤差信号として用いることのできるプッシュ−プル信号の抽出を容易にする。差分振幅及び位相信号を単一ビットＨＤＳシステムにおいて実証することができる。

このように、本技術では、多層単一ビットＨＤＳシステムにおいて個々の（データ又は補助／フォーマッティング）ビットからトラッキング誤差信号を求めて、例えば、（読出し及び／又は製造プロセスを複雑化することがある）溝付き表面の形態か又は（媒体の容量を無駄にすると思われる）別個の体積回折素子の層／部分集合のいずれかのような特別な整合層の必要性を低減することができる。従って、本発明技術では、ＨＤＳ媒体のためのフォーマットを簡単化し、並びにこのような媒体の有用な容量を増大させることができる。

実施の際、回折ビーム伝播の変化が、データ・ビットを表す格子について走査しているときに検出器を横切るビーム像点の検出可能なシフトに変換されるが、該変化を評価する。検出器を横切るこの信号ビーム（反射されたデータ・ビーム）の動き（偏向：ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）を、格子の中心に対する読取りビーム（データ・ビーム）の位置と相関させる（すなわち、トラッキングのため、反射されたデータ・ビームが、マイクロホログラムの中心からの左へ又は右へのオフセットを表していると解釈される）。この位置は、適切な光検出器で検出されたとき、オフトラック誤差信号に変換して、スタイラス位置決め誤差を補償するようにサーボ・ループへ帰還することができる。このようなビームの動きの検出は、例えば、ビームの形状の検出と比べてそれより容易であり且つそれよりロバストであると思われる。この場合もやはり、実施形態によっては、本手法は、トラッキングを遂行するために余分な表面パターン形成又は他の特殊化したサーボ層を必要とせずに用いることができる。

要約すると、本技術は、読出しビームがデータ・トラックに沿った及び／又はそれを横切る各データ・ビットを横切って進行するときに生じる逆方向からのビーム偏向を利用する、すなわち、変調された屈折率の顕微鏡的サイズの体積格子からの厳密に集束されたビーム（例えば、ガウス・ビーム）の回折の結果である効果を利用する。ここで、読取りビームは、データ・ビーム又は信号ビームと見なすことができることに留意されたい。場合によっては、読取りビームはデータ・ビームと見なすことができ、また反射された読取りビームは信号ビームと見なすことができること等である。有利なことは、実施形態において、本技術は、トラッキングのために、反射された読取り／データ・ビームを利用して、別個のトラッキング・ビームを利用せず、従ってトラッキング・ビーム又は二重ビーム・システムの必要性を低減又は除去することができることである。

［光学ディスク・プレーヤ／駆動装置］
次に図面について説明すると、図１は、光学記憶ディスク１２からデータを読み取るために使用することのできる光学駆動装置システム１０である。光学データ・ディスク１２上に記憶されたデータは一連の光学素子１４によって読み取られる。それらの光学素子１４は読取り（データ）ビーム１６を光学データ・ディスク１２へ投射する。光学データ・ディスク１２からの反射ビーム１８が、光学素子１４によって取得される。光学素子１４は、励起ビームを発生し、それらのビームを光学データ・ディスク１２上に集束し、そして光学データ・ディスク１２から戻ってくる反射ビーム１８を検出するように設計された任意の数の異なる素子を有することができる。光学素子１４は、光学駆動電子装置パッケージ２２への結合手段２０を介して制御される。光学駆動電子装置パッケージ２２は、１つ以上のレーザ・システムのための電源装置、検出器からの電子信号を検出するための検出用電子装置、検出された信号をディジタル信号に変換するアナログ−ディジタル変換器のようなユニット、並びに検出器信号が光学データ・ディス１２に記憶されたビット値を実際に登録(register)しているときを予測するビット予測器のような他のユニットを含むことができる。

光学データ・ディスク１２に対する光学素子１４の位置はトラッキング・サーボ２４によって制御され、トラッキング・サーボ２４は光学データ・ディスク１２の表面に対して光学素子を前後に動かすように構成されている機械的作動器２６を持つ。光学駆動電子装置２２及びトラッキング・サーボ２４はプロセッサ２８によって制御される。実施形態によっては、本発明技術に従って、プロセッサ２８は、光学素子１４によって受け取ってプロセッサ２８へ帰還することのできるサンプリング情報に基づいて、光学素子１４の位置を決定することができる。光学素子１４の位置は、反射１８を増強及び／又は増幅するように、又は反射１８の干渉を低減するように決定することができる。実施形態によっては、トラッキング・サーボ２４又は光学駆動電子装置２２は、光学素子１４によって受け取ったサンプリング情報に基づいて光学素子１４の位置を決定する能力を持つことができる。

プロセッサ２８はまた、スピンドル・モータ３４に電力３２を供給するモータ制御装置３０を制御する。スピンドル・モータ３４は、光学データ・ディスク１２の回転速度を制御するスピンドル３６に結合される。光学素子１４が光学データ・ディスク１２の外縁部からスピンドル３６へ近づくように動かされるにつれて、光学データ・ディスクの回転速度をプロセッサ２８によって増大させることができる。これは、光学データ・ディスク１２からのデータのデータ速度を、光学素子１４が外縁部にあるときと光学素子が内縁部にあるときとで本質的に同じに保つように、遂行することができる。ディスクの最大回転速度は、約５００ｒｐｍ（回転／分）、１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍ、１００００ｒｐｍ、又はそれ以上とすることができる。

プロセッサ２８はランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）３８及び読出し専用メモリ（ＲＯＭ）４０に接続される。ＲＯＭ４０は、プロセッサ２８がトラッキング・サーボ２４、光学駆動電子装置２２及びモータ制御装置３０を制御できるようにするプログラムを含む。更に、ＲＯＭ４０はまた、プロセッサ２８が、とりわけ、（ＲＡＭ３８に記憶されていた）光学駆動電子装置２２からのデータを分析できるようにするプログラムを含む。本書に更に詳しく説明するように、ＲＡＭ３８に記憶されたデータのこのような分析には、例えば、復調、復号、或いは光学データ・ディスク１２からの情報を（他のユニットで使用することのできる）データ流に変換するのに必要な他の機能を含むことができる。

光学読取り装置システム１０が家庭用電子装置のような商用ユニットである場合には、ユーザーがプロセッサ２８にアクセスして制御することができるようにする制御器を設けることができる。このような制御器は、キーボード、プログラム選択スイッチなどのようなパネル制御器４２の形態を取ることができる。更に、プロセッサ２８の制御は遠隔受信器４４によって行うことができる。遠隔受信器４４は、遠隔制御器４８から制御信号４６を受け取るように構成することができる。制御信号４６は、とりわけ、赤外線、音響信号又は無線信号の形態を取ることができる。

プロセッサ２８がＲＡＭ３８に記憶されたデータを分析してデータ流を生成した後、このデータ流はプロセッサ２８によって他のユニットへ供給することができる。例えば、データは、ディジタル・データ流として、ネットワーク・インターフェース５０を介して、外部ネットワーク上に配置されたコンピュータ又は他の装置のような外部ディジタル・ユニットへ供給することができる。この代わりに、プロセッサ２８はディジタル・データ流を、とりわけ、高品位マルチメディア・インターフェース（ＨＤＭＩ）、又はＵＳＢポートなどの他の高速インターフェースのような家庭用電子装置ディジタル・インターフェース５２へ供給することができる。プロセッサ２８はまた、ディジタル−アナログ信号プロセッサ５４のような他の接続されたインターフェース・ユニットを持つことができる。ディジタル−アナログ信号プロセッサ５４は、プロセッサ２８が他の種類の装置へ、例えば、テレビジョンのアナログ信号入力へ又は増幅システムの音響信号入力へ出力としてアナログ信号を供給できるようにすることができる。

読取り装置１０は、図２に示されているようなデータを含む光学データ・ディスク１２を読み取るために使用することができる。一般的に、光学データ・ディスク１２は平坦で丸いディスクであり、ディスク材料の内部には１つ以上のデータ記憶層が埋め込まれている。保護被膜は、ポリカーボネート、ポリアクリレートなどのような透明なプラスチックとすることができる。ホログラフィック媒体の場合、ディスクの材料は、記録光に応答して能動的に変化してデータ・マーク・ホログラムを生成する機能性材料とすることができる。マイクロホログラムによって表されるデータ・ビットは、任意の数の仮想の層にグループ分けすることができ、これらの仮想の層はディスクの厚さ全体にわたって相異なる深さの所に配置することができ、また各層の深さの位置にプローブ・ビームを集束することによって個々にアドレス指定することができる。光学ディスク１２はスピンドル孔５６によりスピンドル３６（図１）に取り付けられ、これによりディスクはその軸の周りに回転することができる。各層上では、データは一般に、ディスク１２の外縁部から内側限界まで逐次的な渦巻き状トラック５８に書き込むことができるが、円形のトラック又は他の形状を用いることもできる。

図３は、システムが正常に動作しているかどうか決定するための検出器の構成又はアレイ（配列体）を示している。一実施形態では、四象限検出器９０を使用することにより、光学システムがオフトラックであるかどうか決定することができる。検出器９０の各々の象限９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄは、それに反射されてきたエネルギの量に比例する電圧を発生する。検出器９０はフォトダイオードのアレイを組み込んでおり、各フォトダイオードは、例えば、四重極検出器の形態におけるように、１つの象限に対応していて、光エネルギに応答する。トラックに対する検出器の配向（ＡＢ及びＣＤに沿ったトラック／接線方向、並びにＡＤ及びＢＣに沿った半径／オフトラック方向）については図６Ａを参照されたい。

図４は、回転ディスク媒体のような媒体内の特定の位置でマイクロホログラムの存在又は不存在を検出するためのシステム１００を示す。システム１００は、本書で述べるトラッキング及び集束機構を使用して体積を選択することを目標とすることができる。例示した実施形態では、レーザ・ビーム１０２が、ビーム分割器１１０を通って、媒体ディスク１０８内のターゲット体積１０６に衝突するように集束用光学素子１０４によって集束される。光ビーム１０２は、ＣＤ、ＤＶＤ及びブルーレイ・ディスク（登録商標）プレーヤ内に使用されるもののような通常のレーザ・ダイオードから放射することができる。このようなレーザは、例えば、ＧａＡｓ又はＧａＮをベースとしたダイオード・レーザの形態を取ることができる。ビーム分割器１１０は、例えば、偏光キューブ型ビーム分割器の形態を取ることができる。集束用光学素子１０４は、例えば、高開口数の集束用対物レンズの形態を取ることができる。勿論、他の構成も可能である。詳細に関係なく、マイクロホログラムがターゲット体積１０６中に存在している場合、光ビーム１０２は反射されて、光学素子１０４を通ってビーム分割器１１０へ戻る。ビーム分割器１１０は反射ビームを検出器（例えば、図３の検出器９０）の方へ向け直し、検出器は反射の存在又は不存在を検出する。以下に説明するように、検出器９０はまた、反射に基づいてトラッキング情報を解釈するために使用することができる。検出器９０は、市販されているハママツ(Hamamatsu) Ｓｉ−Ｐｉｎフォトダイオード・モデルＳ６７９５のような、フォトダイオード又はフォトダイオード・アレイの形態を取ることができる。

図５は、（ａ）読取りビーム１２２が格子１２４に正確に中心合わせされているとき、（ｂ）ビーム１２２が格子１２４の左へシフトされているとき、及び（ｃ）ビーム１２２が格子１２４の右へシフトされているときにおける回折ビーム１２０の挙動を例示する。ビームが集束用光学素子によって多素子光検出器（例えば、図３の象限フォトダイオード検出器９０）に集められているので、読取りビームがマイクロ格子１２４の位置を横切るとき、ビーム伝播方向の変化が検出器の表面を横切るビーム・スポットのシフトとして表され、これは次いで検出器９０の各素子の信号から抽出してトラッキング誤差信号に成形することができる。

［実施例］
一例として、色素添加射出成形ポリカーボネート・ディスク媒体に記録されたマイクロ格子１２４から回折された信号ビーム１２２についての光検出器として、４素子増幅型シリコーン・フォトダイオードを使用した。ディスクは、マイクロ格子を読取りビームに対してより正確に位置決めできるように、高精度３Ｄ並進段上に取り付けた。波長が５３２ｎｍで、出力が記録用に１００μＷ〜数ｍＷであり且つプローブ・ビーム用に１００ｎＷ〜１μＷであるＣＷ単一縦モード・レーザを使用して、記録及び読出しを遂行した。開口数は〜０．１ほどに小さくし、集束したビーム・スポットの直径は約３．６μｍであった。記録された格子の回折効率は０．１〜１％であった。予め記録された読取りビームの異なるオフトラック位置（図６のグラフで、０及び±１μｍ）で、マイクロ格子を横切ってディスクを走査したときに、４つの検出器素子（図６Ａに示されているように配向されたＡ、Ｂ、Ｃ及びＤ）についての信号の線形組合せが得られた。

組合せ信号（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）は検出器に入射する全体の回折ビーム・パワーである。読取りビームがマイクロ格子に正確に中心合わせされていると、結果として全てのチャンネルの信号が等しくなる（Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝Ｄ）。検出器の左側と右側との信号の間に、すなわち、トラック方向に沿って不均衡があるときは、信号（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）（すなわち、接線方向プッシュプル信号）はゼロから外れる。図６に示された半径方向プッシュプル信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）は、検出器上のビーム・スポットの（トラック方向に直角な）垂直方向の動きを反映する。読取りビームがトラックの中心から位置ずれすると、ビームはその逆方向から外れて、（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）が非ゼロになり、これはオフトラック誤差信号として用いることができる。

図６に例示されているように、（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）トラッキング信号は、ビームがトラック中心から外れると、有意に変化する。曲線１３０は、読取りビームのオフセットが−１μｍ（左へ）である場合の（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を表しており、また曲線１３２は、読取りビームのオフセットが＋１μｍ（右へ）である場合の（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を表している。図７は、トラックの中心からのビーム変位の関数としてピーク・オフトラック誤差信号（Ａ＋Ｂ）−（Ｃ＋Ｄ）を表すＳ字状曲線応答１４０を示す。前述の接線方向プッシュプル信号（Ａ＋Ｄ）−（Ｂ＋Ｃ）は、合計強度ピーク信号（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ）の代わりに回折ビットの存在を検出するために使用することができる。プッシュプル信号のエッジは、典型的には、強度分布の幅よりも鋭く、これにより近隣のビットの間の空間的分解能を改善することができ、また例えば、パルス位置変調方式に用いること可能である正確な格子位置の決定を行うことができる。

Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ検出器信号からトラッキング誤差信号を生成するための別の手法は、対角差分位相、すなわち、対角和信号（Ａ＋Ｃ）及び（Ｂ＋Ｄ）の間の位相差を監視することである。図８は、図６で特徴付けした同じマイクロ格子についてのこのような信号の例を示す。曲線１５０はＡ＋Ｃを表し、また曲線１５２はＢ＋Ｄを表す。オフトラック・ビーム誤差は、２つの信号のそれぞれのピーク位置の間の相対的なシフトにより現れ、これは、時間領域における遅延、又は周波数領域における信号間の位相差と等価である。これらのピークは、ビームが格子に良好に中心合わせされている場合は、同じビーム位置（時間）で生じる。ビームがオフトラックであるとき、２つの対角信号のピークは互いに対して遅延して生じ、図８に示されているように、オフトラックのシフトが負（正）方向である場合、Ａ＋ＣはＢ＋Ｄよりも前（後）に生じる。

２つのピークの離間距離は、図９にビーム・オフトラックのシフトの関数として提示されており、その結果、サーボ・ループ制御においてオフトラック誤差信号として用いることのできる別のＳ字状曲線１６０を生じる。図７及び図９に関して説明したＳ字状曲線信号は、例えば、駆動装置１０内のトラッキング作動装置の制御を容易にするために、トラッキング・サーボに供給することができる。実際には、２つの信号の間の位相差は、（位相ロック・ループ（ＰＬＬ）のような）帰還ループを介して測定し低減することができる。位相測定手法は、結果としてられる誤差信号が信号振幅に依存しないので、一般に一層ロバストである。というのは、信号振幅は、例えば、ビームと格子のオーバーラップが減少するにつれて、或いはビット毎に起こり得る信号レベルの変化に起因して、低下するからである。

図１０は、検出器（例えば、検出器９０）からの信号（Ａ＋Ｃ）１７２及び信号（Ｂ＋Ｄ）１７４を表す模範的なグラフ１７０であり、これらの信号は位相分離によりトラッキング（オフトラック）誤差信号を決定するために使用することができる。検出器９０は、読み取っているマイクロホログラム（すなわち、格子）からの反射データ・ビームを検出することができる。グラフ１７０は、どのようにして検出器からの対角信号の位相シフトがトラッキング誤差を表すことができるかを実証している。図１０の上側にある第１のグラフは、データ・ビームが、読み取りしているマイクロホログラムに正確に中心合わせされていること（すなわち、データ・ビームが格子の中心を正確に通過していること）を表す。信号（Ａ＋Ｃ）１７２及び信号（Ｂ＋Ｄ）１７４は、単一の曲線１７６で示すように全く同じ振る舞いをする。垂直な参照線１７８は曲線１７６のピーク１８０に位置決めされる。データ・ビームがマイクロホログラムに正確に中心合わせされている場合、信号１７２及び１７４（すなわち、曲線１７６はオーバーラップしている対角信号１７２及び１７４である）は、反射されたデータ・ビームから検出器９０によって検知された最大強度を表すことができる。（例えば、ホログラムのピーク位置と一致し、且つ垂直線１７８によって表される）クロック・キャリヤに対して測定された場合、両信号は位相シフトがゼロであり、これはチャンネルＡ＋Ｃ及びＢ＋Ｄの各々について位相検出器によって測定される。

次の２つのグラフ１７０は、（信号１７２ 及び１７４の間の）位相差φ１８２を示し、読み取りしているマイクロホログラムに中心合わせされていない読取り又はデータ・ビームのオフセットの量を表す。グラフ１７０は、走査方向における時間につれての（例えば、電圧で表される）信号である。垂直な参照線１７８はクロックを表すことができ、信号１７２及び１７４はクロックの前及び後にある。読出しビームが一方向においてオフトラックであるとき（図１０の真ん中のグラフ）、クロックに対して信号Ａ＋Ｃは進み且つ信号Ｂ＋Ｄは遅れており、そこで位相検出器はＡ＋Ｃについて正の値及びＢ＋Ｄについて負の値を測定し、或いはＡ＋ＣとＢ＋Ｄとの差である正の相対位相シフトφ１８２を測定する。プローブ・ビームが反対の半径方向にオフトラックであるとき（図１０の一番下のグラフ）、状況は逆転して、測定された位相はＡ＋Ｃ信号について負であり且つＢ＋Ｄ信号について正であり、従って、Ａ＋Ｃ対Ｂ＋Ｄの相対位相は負である。従って、クロックに対する信号１７２及び１７４の位相、又は信号１７２及び１７４の間の互いに対する相対位相差φ１８２は、トラッキング誤差信号（例えば、図９に示されたものと同様な、位相シフトφ１８２対プローブ・ビーム位置誤差依存関係に基づいたＳ字状曲線）を生成するために検出して利用することができる。

本発明の特定の特徴のみを例示し説明したが、当業者には種々の修正および変更をなし得よう。従って、「特許請求の範囲」の記載が本発明の真の精神の範囲内にあるこの様な全ての修正および変更を包含するものとして記載してあることを理解されたい。

１０ 光学駆動装置システム
１２ 光学記憶ディスク
１６ 読取り（データ）ビーム
１８ 反射ビーム
２０ 結合手段
２６ 機械的作動器
３２ 電力
３６ スピンドル
４６ 制御信号
５６ スピンドル孔
５８ 逐次的な渦巻き状トラック
９０ 四象限検出器
９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃ，９０Ｄ 検出器の各象限
１００ システム
１０２ レーザ・ビーム
１０４ 集束用光学素子
１０６ ターゲット体積
１０８ 媒体ディスク
１１０ ビーム分割器
１２０ 回折ビーム
１２２ 読取りビーム
１２４ 格子又はマイクロホログラム
１３０ 曲線
１３２ 曲線
１４０ Ｓ字状曲線応答
１５０ 曲線
１５２ 曲線
１６０ Ｓ字状曲線
１７０ グラフ
１７２ 信号（Ａ＋Ｃ）
１７４ 信号（Ｂ＋Ｄ）
１７６ 曲線
１７８ 垂直な参照線
１８０ ピーク
１８２ 位相差φ

Claims (10)

1. ホログラフィック・データ記憶システム（１０）においてトラッキングを制御するための方法であって、
   ホログラフィック・データ・ディスク（１２）にビーム（１６）を衝突させて、該ビーム（１６）を、前記ホログラフィック・データ・ディスク（１２）内に配置されたマイクロホログラム（１２４）から反射（１８）させる段階と、
   前記ホログラフィック・データ・ディスク（１２）からの反射ビーム（１８）を多素子検出器（９０）によって検出する段階と、
   前記多素子検出器（９０）によって検出されたパターン（１７２，１７４）を分析してトラッキング誤差信号（１４０，１６０）を生成する段階と、
   を有する方法。
2. 前記多素子検出器（９０）は少なくとも２つの素子を有している、請求項１記載の方法。
3. 前記トラッキング誤差信号（１４０，１６０）はＳ字状曲線信号を有している、請求項１記載の方法。
4. 前記検出する段階は、前記多素子検出器（９０）上の前記反射ビーム（１８）の、その公称位置からの動きを検出する段階を有している、請求項１記載の方法。
5. 前記動きを検出する段階は、ビーム（１３０，１３２）が前記マイクロホログラム（１２４）の中心に対して整合していないときに生じる前記多素子検出器（９０）上の前記反射ビーム（１８）の、その公称位置からの動きを検出する段階を有している、請求項１記載の方法。
6. 前記ビーム（１６）がデータ・ビームを有し、また前記反射ビーム（１８）が信号ビームを有している、請求項１記載の方法。
7. ホログラフィック・データ記憶システム（１０）内のトラッキング・サーボ・ループ（２４）にトラッキング誤差信号（１４０）を入力する段階を有している請求項１記載の方法。
8. 前記ホログラフィック・データ・ディスク（１２）が別個のトラッキング層を有していない、請求項１記載の方法。
9. 前記ホログラフィック・データ・ディスク（１２）が体積回折要素（１０６）の別個のトラッキング層を有していない、請求項１記載の方法。
10. 前記ホログラフィック・データ・ディスク（１２）がコンテンツの記録のために予めフォーマットされている、請求項１記載の方法。

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