JP2011187101A - 光情報記録再生装置、及び光情報再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】参照光の光記録媒体への入射角度を変え、同じ場所に複数のページデータが重ねて記録された角度多重記録のホログラフィを利用した光情報記録再生装置において、角度多重記録されたホログラフィから所望の記録情報を高速に検索することが可能な光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】角度多重で記録された光情報記録媒体を再生する光情報記録再生装置での検索処理において、所望の情報を信号光として媒体に照射し、媒体との出射角度の異なる複数の回折光の強度を用いて多重記録された情報の中から該当情報を探し出すことで解決する。
【選択図】図４

Description

本発明は、ホログラフィを用いて光情報記録媒体に情報を記録、又は光情報記録媒体から情報を再生する装置に関する。

青紫色半導体レーザを用いた、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）規格などにより、民生用においても５０ＧＢ程度の記録密度を持つ光ディスクが登場した。

今後は、光ディスクでも５００ＧＢ〜１ＴＢというＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）容量と同程度まで大容量化が望まれる。

しかしながら、このような超高密度を光ディスクで実現するためには、今までの様な短波長化と対物レンズ高ＮＡ化による従来の高密度技術のトレンドとは異なった新しいストレージ技術が必要となる。

次世代のストレージ技術に関する研究が行われる中、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録、再生する技術が注目を集めている。

ホログラフィでは、空間光変調器により２次元的に変調されたページデータの情報を有する信号光と、参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、その時に生じる干渉縞パターンによって記録媒体内に屈折率変調を生じさせることで情報を記録する。また記録した情報の再生時には、記録時に用いた参照光を同じ配置で記録媒体に照射し、記録媒体中に記録されているホログラムが回折格子のように作用して生じた回折光を記録した信号光と位相情報を含めて同一の光として再生する。

再生された信号光は、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの光検出器を用いて２次元的に高速に検出される。このようにホログラフィの記録では、１つのホログラムで２次元的な情報を同時に記録／再生され、また同じ場所に複数のページデータを重ね書きすることができるため、大容量かつ高速な情報の記録再生に有効である。

ホログラフィの記録技術として、例えば特開２００４−２７２２６８号公報（特許文献１）がある。本公報には、信号光束をレンズで光情報記録媒体に集光すると同時に、平行光束の参照光を照射して干渉させてホログラムの記録を行い、さらに参照光の光記録媒体への入射角度を変えながら異なるページデータを空間光変調器に表示して多重記録を行う、いわゆる角度多重記録方式が記載されている。さらに本公報には、信号光をレンズで集光してそのビームウエストに開口（空間フィルタ）を配することにより、隣接するホログラムの間隔を短くすることができ、従来の角度多重記録方式に比べて記録密度／容量を増大させる技術が記載されている。

また、ホログラフィを用いて記録された画像情報の検索技術として、特願２００８−５７４８９号公報（特許文献２）がある。本公報には、ホログラフィを用いて記録された画像情報の検索速度を速くするために、ＣＷレーザから射出された光を検索用の二次元パターン情報によって空間的に変調して検索光を生成し、検索光をホログラム記録層に記録されたホログラムに照射し、記録媒体のホログラムから再生された再生光の光強度を再生光検出器によって検出し、再生光の光強度の値を用いて記録用の二次元パターン情報と検索用の二次元パターン情報とを照合する方法が記述されている。

特開２００４−２７２２６８号公報 特願２００８−５７４８９号公報

ところで、参照光の光記録媒体への入射角度を変え、同じ場所に複数のページデータを重ねて記録する角度多重記録のホログラフィを利用した光情報記録再生装置においても、情報検索を高速に行える事が望ましい。

しかしながら上記要求を満たす光情報記録再生装置に関する技術や、その装置構成に関する技術は、従来開示されていない。

本発明は上記問題を鑑みなされたものであり、角度多重で記録されたホログラフィから所望の情報を高速に検索する光情報記録再生装置を提供する事を目的とする。

本発明の目的は、その一例として角度多重で記録された光情報記録媒体を再生する光情報記録再生装置の検索処理を、所望の情報を信号光として媒体に照射し、媒体との出射角度の異なる複数の回折光の強度を用いて多重記録された情報の中から前記検索情報に一致、又は近似した情報を見つけ出すように行うことで解決できる。

本発明によれば、角度多重記録されたホログラムから所望の情報を高速に検索することができる。

光情報記録再生装置の実施例を表す概略図 光情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図 光情報記録再生装置の動作フローの実施例を表す概略図 光情報記録再生装置内のピックアップと光相関検出器の実施例を表す概略図 信号光と光情報記録媒体の関係を表す概略図 光情報記録再生装置内の光相関検出器の実施例を表す概略図

以下、本発明の実施例について説明する。

図１はホログラフィを利用してデジタル情報を記録及び再生する光情報記録再生装置の全体的な構成を示したものである。

光情報記録再生装置１０は、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、ディスクＣｕｒｅ光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４、光相関検出器１５ならびに回転モータ５０を備えており、光情報記録媒体１は回転モータ５０によって回転可能な構成となっている。

ピックアップ１１は、参照光と信号光を光情報記録媒体１に出射してホログラフィを利用してデジタル情報を記録する役割を果たす。

この際、記録する情報信号はコントローラ８９によって信号生成回路８６を介してピックアップ１１内の後述する空間光変調器に送り込まれ、信号光は該空間光変調器によって変調される。

光情報記録媒体１に記録した情報を再生する場合は、ピックアップ１１から出射された参照光の位相共役光を位相共役光学系１２によって生成する。ここで位相共役光とは、入力光と同一の波面を保ちながら逆方向に進む光波のことである。該位相共役光によって再生される再生光をピックアップ１１内の後述する光検出器によって検出し、信号処理回路８５によって信号を再生する。

光情報記録媒体１に照射する参照光と信号光の照射時間は、ピックアップ１１内の後述するシャッタの開閉時間をコントローラ８９によってシャッタ制御回路８７を介して制御することで調整できる。

また光情報記録媒体１に記録した情報から所望のデータを検索する場合は、検索する情報信号をコントローラ８９によって信号生成回路８６を介してピックアップ１１内の空間光変調器に送り込み、信号光として該空間光変調器によって変調する。ピックアップ１１から出射された信号光は光情報記録媒体１に記録したホログラムによって回折し、信号光の一部が回折角度を伴って光情報記録媒体１を透過する。この回折光の強度と光情報記録媒体１からの出射角度を光相関検出器１５によって測定し、コントローラ８９で検索する情報信号と一致、または近似した情報がホログラムとして記録されているか否かを判断する。

ディスクＣｕｒｅ光学系１３は、光情報記録媒体１のプリキュアおよびポストキュアに用いる光ビームを生成する役割を果たす。ここでプリキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録する際、該所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光ビームを照射する前工程の事である。またポストキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録した後、該所望の位置に追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程の事である。

ディスク回転角度検出用光学系１４は、光情報記録媒体１の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体１を所定の回転角度に調整する場合は、ディスク回転角度検出用光学系１４によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ８９によってディスク回転モータ制御回路８８を介して光情報記録媒体１の回転角度を制御する事が出来る。

光源駆動回路８２からは所定の光源駆動電流がピックアップ１１、ディスクＣｕｒｅ光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４内の光源に供給され、各々の光源からは所定の光量で光ビームを発光することができる。

また、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、ディスクＣｕｒｅ光学系１３は、光情報記録媒体１の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路８１を介して位置制御がおこなわれる。

ところでホログラフィを利用した記録技術は、超高密度な情報を記録可能な技術であるがゆえに、例えば光情報記録媒体１の傾きや位置ずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。それゆえピックアップ１１内に、例えば光情報記録媒体１の傾きや位置ずれ等、許容誤差が小さいずれ要因のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路８３にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路８４を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構を光情報記録再生装置１０内に備えても良い。

またピックアップ１１、位相共役光学系１２、ディスクＣｕｒｅ光学系１３、ディスク回転角度検出用光学系１４、光相関検出器１５は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。

図２は、光情報記録再生装置１０におけるピックアップ１１の光学系構成の一例を示したものである。

光源３０１を出射した光ビームはコリメートレンズ３０２を透過し、シャッタ３０３に入射する。シャッタ３０３が開いている時は、光ビームはシャッタ３０３を通過した後、例えば２分の１波長板などで構成される光学素子３０４によってＰ偏光とＳ偏光の光量比が所望の比になるように偏光方向を制御された後、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）プリズム３０５に入射する。

ＰＢＳプリズム３０５を透過した光ビームは、ビームエキスパンダ３０９によって光ビーム径を拡大された後、位相マスク３１１、リレーレンズ３１０、ＰＢＳプリズム３０７を経由して空間光変調器３０８に入射する。

空間光変調器３０８によって情報を付加された信号光ビームはＰＢＳプリズム３０７を透過し、リレーレンズ３１２ならびに空間フィルタ３１３を伝播する。その後、信号光ビームは対物レンズ３２５によって光情報記録媒体１に集光する。

一方、ＰＢＳプリズム３０５を反射した光ビームは参照光ビームとして働き、偏光方向変換素子３２４によって記録時または再生時に応じて所定の偏光方向に設定された後、ミラー３１４ならびにミラー３１５を経由してガルバノミラー３１６に入射する。ガルバノミラー３１６はアクチュエータ３１７によって角度を調整可能のため、レンズ３１９とレンズ３２０を通過した後に情報記録媒体１に入射する参照光ビームの入射角度を、所望の角度に設定することができる。

このように信号光ビームと参照光ビームを光情報記録媒体１において、互いに重ね合うように入射させることで、記録媒体内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを記録媒体に書き込むことで情報を記録する。またガルバノミラー３１６によって光情報記録媒体１に入射する参照光ビームの入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。

記録した情報を再生する場合は、前述したように参照光ビームを光情報記録媒体１に入射し、光情報記録媒体１を透過した光ビームをガルバノミラー３２１にて反射させることで、その位相共役光を生成する。

この位相共役光によって再生された再生光ビームは、対物レンズ３２５、リレーレンズ３１２ならびに空間フィルタ３１３を伝播する。その後、再生光ビームはＰＢＳプリズム３０７を反射して光検出器３１８に入射し、記録した信号を再生することができる。

なお、ピックアップ１１の光学系構成は図２に限定されるものではない。

図３は、光情報記録再生装置１０における記録、再生の動作フローを示したものである。ここでは、特にホログラフィを利用した記録再生に関するフローを説明する。

図３（ａ）は、光情報記録再生装置１０に光情報記録媒体１を挿入した後、記録または再生の準備が完了するまでの動作フローを示し、図３（ｂ）は準備完了状態から光情報記録媒体１に情報を記録するまでの動作フロー、図３（ｃ）は準備完了状態から光情報記録媒体１に記録した情報を再生するまでの動作フロー、図３（ｄ）は準備完了状態から光情報記録媒体１に記録した情報の検索を行うまでの動作フローを示したものである。

図３（ａ）に示すように媒体を挿入すると、光情報記録再生装置１０は、例えば挿入された媒体がホログラフィを利用してデジタル情報を記録または再生する媒体であるかどうかディスク判別を行う。

ディスク判別の結果、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録または再生する光情報記録媒体であると判断されると、光情報記録再生装置１０は光情報記録媒体に設けられたコントロールデータを読み出し、例えば光情報記録媒体に関する情報や、例えば記録や再生時における各種設定条件に関する情報を取得する。

コントロールデータの読み出し後は、コントロールデータに応じた各種調整やピックアップ１１に関わる学習処理を行い、光情報記録再生装置１０は、記録または再生の準備が完了する。

準備完了状態から情報を記録するまでの動作フローは図３（ｂ）に示すように、まず記録するデータを受信して、該データに応じた情報をピックアップ１１内の空間光変調器に送り込む。

その後、光情報記録媒体に高品質の情報を記録できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行い、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ１１ならびにディスクＣｕｒｅ光学系１３の位置を光情報記録媒体の所定の位置に配置する。

その後、ディスクＣｕｒｅ光学系１３から出射する光ビームを用いて所定の領域をプリキュアし、ピックアップ１１から出射する参照光と信号光を用いてデータを記録する。

データを記録した後は、必要に応じてデータをベリファイし、ディスクＣｕｒｅ光学系１３から出射する光ビームを用いてポストキュアを行う。

準備完了状態から記録された情報を再生するまでの動作フローは図３（ｃ）に示すように、光情報記録媒体から高品質の再生信号（回折光）が得られるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行う。その後、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ１１ならびに位相共役光学系１２の位置を光情報記録媒体の所定の位置に配置する。

その後、ピックアップ１１から参照光を出射し、光情報記録媒体に記録された情報を読み出す。

準備完了状態から記録された情報の検索を行うまでの動作フローは図３（ｄ）に示すように、光情報記録媒体から高品質の回折光が得られるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行う。その後、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ１１ならびに位相共役光学系１２の位置を光情報記録媒体の所定の位置に配置する。

その後、ピックアップ１１から検索情報を変調した信号光を出射し、光情報記録媒体に記録された情報と検索情報の相関の強さを示す回折光を読み出す。

図４は、光情報記録再生装置１０におけるピックアップ１１の光学系と光相関検出器１５の関係の一例を示したものである。

光源３０１を出射した光ビームはコリメートレンズ３０２、シャッタ３０３、光学素子３０４、ＰＢＳプリズム３０５を透過し、ビームエキスパンダ３０９によって光ビーム径を拡大された後、位相マスク３１１、リレーレンズ３１０、ＰＢＳプリズム３０７を経由して空間光変調器３０８に入射する。

空間光変調器３０８によって情報を付加された信号光ビームはＰＢＳプリズム３０７を透過し、リレーレンズ３１２ならびに空間フィルタ３１３を伝播する。その後、信号光ビームは対物レンズ３２５によって光情報記録媒体１に集光する。信号光の一部は光情報記録媒体１に記録されたホログラムにより回折光として透過する。角度多重で記録された各々のページデータのホログラムの回折光は異なる角度で光情報記録媒体１から出射する。そのため光相関検出器１５は全信号光の回折光を受光するように配置され、各ページデータの回折光の光強度を測定する。

なお、ピックアップ１１の光学系構成や光相関検出器１５の配置は図４に限定されるものではない。

図５は、信号光と光情報記録媒体１からの回折光の関係を示したものである。

角度多重で情報、例としてアルファベットの“A”から“Z”がページデータとして記録された光情報記録媒体１に、空間光変調器３０８で変調された検索情報“D”を信号光として入射する。すると記録で使用された参照光ビームの入射角度で各ページデータのホログラムにより回折した回折光が光情報記録媒体１から出射する。回折光の光強度は検索情報とページデータとして記録された各情報の類似度合いに比例する。つまり一致した場合を光強度最大とし、類似度合いが小さくなるにつれ、光強度が小さくなる。そのため、本例における回折光の強度は“D”が記録されたページデータに対する出射角で最大となる。

また本図において、信号光ビームとして出射される検索情報や各ページデータに記録された情報をアルファベットで図示しているが、記録や検索においては信号生成回路８６を経由した情報を用いて信号光は生成される。

図６は、光相関検出器１５の構成を示したものである。

光相関検出器１５は、複数の光強度検出器６０１と比較器６０２から構成されており、出力をページデータの番号とする。

光強度検出器６０１は角度多重記録された各々のページデータのホログラムからの回折光を受光するように配置される。回折光強度６０３を持つ図５記載の回折光は、ページデータ別に設けられた光強度検出器６０１に入力される。それぞれの光強度検出器６０１は受光した光を強度に応じた電気信号に変換して出力する。比較器６０２は光強度検出器６０１から入力された複数の電気信号から光強度が最大であった入力を選択、且つ／又は設定された閾値を超えた入力を選択して出力する。回折光強度６０３に対しては“D”に対するページデータの番号が選択され出力される。

本図において、光強度検出器６０１の数を図５の例、アルファベット数に合わせて２６個としたが、本個数は記録に用いられる多重数に応じて決められる。

なお、他の実施例としては、以下の形態が考えられる。すなわち、信号光と参照光とを重ね合わせた時に生じる干渉パターンを屈折率の変化として、角度多重で記録された光情報記録媒体を再生する光情報記録再生装置において、情報の再生時には、参照光を所望の角度から前記媒体に照射する機構と、再生光を処理して情報を再生する信号処理を行う機構とで情報を再生する。また上述の光情報記録再生装置において、情報の検索時には、検索情報で信号光を空間光変調する空間光変調器と、変調した信号光を前記媒体に照射する機構と、信号光に対する媒体からの出射角の異なる複数の回折光を受光する機構を備え、受光した複数の回折光の強度を用いて、多重記録された情報の中から検索情報に一致、又は近似した情報を探し出すことができる。

また、信号光と参照光とで生じる干渉パターンが多重記録されている媒体から所定の情報を検索する検索方法であって、検索情報に関する情報を空間光変調し、空間光変調された信号光を媒体に照射し、信号光が照射されたことで得られる出射角度の異なる複数の回折光を受光し、受光した回折光と検索情報に関する情報との相関関係から、所定の情報を検索することでも、角度多重記録されたホログラムから所望の情報を高速に検索することができる。

１・・・光情報記録媒体、１０・・・光情報記録再生装置、１１・・・ピックアップ、
１２・・・位相共役光学系、１３・・・ディスクＣｕｒｅ光学系、
１４・・・ディスク回転角度検出用光学系、１５・・・光相関検出器、５０・・・回転モータ、
８１・・・アクセス制御回路、８２・・・光源駆動回路、８３・・・サーボ信号生成回路、
８４・・・サーボ制御回路、８５・・・信号処理回路、８６・・・信号生成回路、
８７・・・シャッタ制御回路、８８・・・ディスク回転モータ制御回路、
８９・・・コントローラ、
２０１・・・光源、２０２・・・コリメートレンズ、２０３・・・シャッタ、
２０４・・・光学素子、２０５・・・偏光ビームスプリッタ、２０６・・・信号光、
２０７・・・偏光ビームスプリッタ、２０８・・・空間光変調器、
２０９・・・アングルフィルタ、２１０・・・対物レンズ、
２１１・・・対物レンズアクチュエータ、２１２・・・参照光、２１３・・・ミラー、
２１４・・・ミラー、２１５・・・レンズ、２１６・・・ミラー、２１７・・・アクチュエータ、
２１８・・・光検出器、２１９・・・偏光方向変換素子、２２０・・・駆動方向、
２２１・・・光学ブロック、
３０１・・・光源、３０２・・・コリメートレンズ、３０３・・・シャッタ、
３０４・・・光学素子、３０５・・・偏光ビームスプリッタ、
３０６・・・信号光、３０７・・・偏光ビームスプリッタ、３０８・・・空間光変調器、
３０９・・・ビームエキスパンダ、３１０・・・リレーレンズ、
３１１・・・フェーズ（位相）マスク、３１２・・・リレーレンズ、
３１３・・・空間フィルタ、３１４・・・ミラー、３１５・・・ミラー、
３１６・・・ミラー、３１７・・・アクチュエータ、３１８・・・光検出器、
３１９・・・レンズ、３２０・・・レンズ、３２１・・・ミラー、３２２・・・アクチュエータ、
３２３・・・参照光、３２４・・・偏光方向変換素子、３２５・・・対物レンズ、
６０１・・・光強度検出器、６０１・・・比較器、６０３・・・回折光強度

Claims (3)

1. 信号光と参照光とを重ね合わせた時に生じる干渉パターンを屈折率の変化として、角度多重で記録された光情報記録媒体を再生する光情報記録再生装置において、
   光源と、
   前記光源光から前記参照光を形成する機構と、
   前記光源光から前記信号光を形成する機構と、
   前記情報の再生時に、前記参照光を所望の角度から前記媒体に照射する機構と、
   前記再生光を処理して前記情報を再生する信号処理を行う機構と、
   前記情報の検索時には、検索情報で前記信号光を空間光変調する空間光変調器と、
   前記変調した前記信号光を前記媒体に照射する機構と、
   前記信号光に対する前記媒体からの出射角の異なる複数の回折光を受光する機構を備え、前記受光した複数の回折光の強度を用いて、多重記録された情報の中から前記検索情報に一致、又は近似した情報を探し出すことを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 信号光と参照光とを重ね合わせた時に生じる干渉パターンを屈折率の変化として、角度多重で記録された光情報記録媒体を再生する光情報記録再生装置において、検索情報の前記信号光を前記媒体に照射し、前記媒体からの出射角の異なる複数の回折光の強度を用いて、多重記録された情報の中から前記検索情報に一致、又は近似した情報を探し出す検索を行う光情報再生方法。
3. 信号光と参照光とで生じる干渉パターンが多重記録されている媒体から所定の情報を検索する検索方法であって、
   検索情報に関する情報を空間光変調し、
   前記空間光変調された信号光を媒体に照射し、
   前記信号光が照射されたことで得られる出射角度の異なる複数の回折光を受光し、
   前記受光した回折光と前記検索情報に関する情報との相関関係から、所定の情報を検索する検索方法。

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