CN102347034B - 光信息记录再现装置和再现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种光信息记录再现装置和再现装置。其目的为实现能够进行相位多值记录/再现能、达成大容量化的全息存储装置。本发明使用了一种全息存储装置，其具有：第一相位调制单元，用于在记录时在信号光的各像素上附加相位信息而生成页数据；振荡光生成单元，用于生成在再现时与来自全息记录介质的衍射光相叠加而发生干涉的振荡光；第二相位调制单元，在所述振荡光上附加规定的相位差；光检测单元，对上述振荡光与来自全息记录介质的衍射光叠加后的干涉光进行检测。

Description

光信息记录再现装置和再现装置
技术领域
本发明涉及对光信息记录介质进行记录、从光信息记录介质对信息进行再现的全息存储装置。
背景技术
当今，根据使用蓝紫色半导体激光器的Blu-ray Disc(BD)标准等，具有50GB左右的记录容量的光盘已经商品化。今后在光存储领域中，对具有与HDD(Hard Disc Drive)相同程度的100GB～1TB左右的记录容量的大容量光存储的期待正在提高。
然而，为了用光盘实现这样的大容量，需要与至今为止各种短波长化和物镜高NA化带来的现有技术中的高密度技术的趋势不同的新的存储技术。
在进行下一代的光存储技术相关的研究的过程中，利用全息术(holography)来记录数字信息的全息记录技术正在得到关注。
全息记录技术是使具有通过空间光调制器二维调制后的页数据的信息的信号光与参考光在记录介质的内部叠加，通过此时产生的干涉条纹图案使记录介质中发生折射率调制来记录信息的技术。
并且，在信息再现时，令记录时使用的参考光在相同的配置下照射记录介质，记录介质中记录的全息图像(hologram)如衍射光栅一样发挥作用，产生衍射光。该衍射光包含了所记录的信号光和相位信息，作为同一光被再现。
再现的信号光用CMOS(互补型金属氧化物半导体)、CCD(电荷耦合器件)等光检测器二维地高速地检测。如此在全息记录中，在1个全息图像中能够同时记录/再现二维信息，并且能够在同一位置重复(叠加)写入多个页数据，因此在大容量以及高速的信息记录再现中是有效的。
作为全息记录技术，例如有日本专利特开2004-272268号公报(专利文献1)。在该公报中记载了所谓角度复用记录方式，即在通过透镜将信号光束聚光到光信息记录介质的同时，照射平行光束的参考光发生干涉而进行全息图像的记录，进一步地，一边改变参考光入射到光记录介质的角度，一边将不同的页数据在空间光调制器中表示，进行多重记录。
此外作为全息记录技术的大容量化的手段，提出了例如在信号光的各像素中附加多值的相位信息的方法(非专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2004-272268号公报
非专利文献
非专利文献1：H.Noichi，H.Horimai，P.B.Lim，K.Watanabe and M.Inoue，“Collinear phase-lock holography for memories of the nextgeneration”IWHM 2008Digests，42-43(2008).
发明内容
发明要解决的问题
然而，在非专利文献1中，没有公开具有对各像素附加了多值的相位信息的页数据进行记录，以及对该页数据的各像素中附加的相位信息进行检测的检测方法的全息存储装置的具体结构和相位信息的检测方法。
因此，本发明的目的为实现能够进行相位多值记录/再现、达成大容量化的全息存储装置。
用于解决问题的手段
本发明鉴于以上问题，作为一个例子，通过本发明的技术范围所记载的结构来解决。
本发明的第一方面为一种全息存储装置，该装置使参考光与信号光发生干涉，将所得到的干涉条纹作为页数据记录于全息记录介质，并对记录的该页数据进行再现，该全息存储装置包括：第一相位调制单元，用于在记录时对上述信号光的各像素附加相位信息，生成页数据；振荡光生成单元，用于在再现时生成与来自上述全息记录介质的衍射光相叠加而发生干涉的振荡光；第二相位调制单元，用于在上述振荡光和来自上述全息记录介质的衍射光之间附加规定的相位差；和光检测单元，对上述振荡光与来自上述全息记录介质的衍射光叠加后的干涉光进行检测，其中，上述第二相位调制单元对上述振荡光附加规定的基准相位和至少3个与该基准相位不同的相位，在上述光检测单元中，以对上述页数据的各像素用至少4个像素进行过采样的方式配置像素，对该至少4个像素，附加有上述基准相位和至少3个与该基准相位不同的相位的上述振荡光入射至各个像素，与来自上述全息记录介质的衍射光叠加，利用条纹扫描法的原理检测附加于上述信号光的各像素的相位信息。
另外，在本发明的第一方面的全息存储装置中，上述第二相位调制单元对上述振荡光附加规定的基准相位和相对于该基准相位相差90度、180度、270度的相位，在上述光检测单元中，以对上述页数据的各像素用4个像素进行过采样的方式配置像素。
另外，在本发明的第一方面的全息存储装置中，上述第一相位调制单元还兼有振幅调制的功能。
另外，在本发明的第一方面的全息存储装置中，各像素分别通过角度复用方式对具有相位信息的相位多值的页数据进行多重记录。
另外，在本发明的第一方面的全息存储装置中，上述第二相位调制单元由使用了光子晶体的元件构成。
另外，在本发明的第一方面的全息存储装置中，在再现振幅调制型的页数据时，停止上述振荡光生成单元的动作，停止振荡光的生成。
本发明的第二方面为一种再现方法，该方法从通过使参考光与附加有相位信息的信号光发生干涉而进行了相位多值记录的记录介质将信息再现，在该再现方法中：通过将参考光照射至记录介质而衍射出衍射光，射出光束，对光束附加相位信息，使上述附加有相位信息的光束与来自记录介质的上述衍射光发生干涉，检测上述干涉后的光，基于上述检测得到的信息来生成记录时附加至信号光的像素的相位信息，由此再现记录介质中记录的信息。
发明的效果
通过本发明，能够实现例如能进行相位多值记录/再现、达成大容量化的全息存储装置。
附图说明
图1是表示光拾取装置的第一实施例中记录时的状态的概要图。
图2是表示光拾取装置的第一实施例中再现时的状态的概要图。
图3是表示第一实施例的相机上的像素与衍射光和振荡光的位置关系的概要图。
图4是表示光拾取装置的第二实施例中记录时的状态的概要图。
图5是表示光拾取装置的第二实施例中再现时的状态的概要图。
图6是第二实施例的第二相位调制单元部分的放大图。
图7是第二实施例的第二相位调制单元的结构图。
图8是第三实施例的全息存储装置的概要图。
图9是表示振荡光的相位分布状态的概要图。
图10是表示页数据的相位分布的概要图。
符号说明：
1：光信息记录介质
60：光拾取装置
70：旋转电机
80：盘片处理(Cure)光学系统
81：访问控制电路
82：光源驱动电路
83：伺服信号生成电路
84：伺服控制电路
85：信号处理电路
86：信号生成电路
87：光闸控制电路
88：盘片旋转电机控制电路
89：控制器
90：盘片旋转电机检测用光学系统
201：光源
202：准直透镜
203：光闸
204：偏振方向变换元件
205：偏振分束器
206：信号光
207：参考光
208：振荡光
209：偏振方向变换元件
210：偏振分束器
211：偏振分束器
212：空间光调制器
213：中继透镜
214：空间滤光片
215：物镜
216：偏振方向变换元件
217：反射镜
218：反射镜
219：反射镜
220：致动器
221：透镜
222：透镜
223：致动器
224：反射镜
225：光检测器
226：二分之一波片
227：反射镜
228：空间光调制器
229：无偏振性分束器
230：扩束器
231：衍射光
250：光学元件
251：光学元件
具体实施方式
本发明涉及对应相位多值记录/再现的全息存储装置，其中相位多值记录/再现能够对附加了相位信息的页数据进行记录以及对该页数据的各像素附加的相位信息进行检测并再现信息。下面针对本发明的实施例进行说明。
实施例1：
图1是表示本发明的光拾取装置60的第一实施例的概要图，表示了记录时的情形。光源201射出的光束透过(透射)准直透镜202，入射到光闸203。光闸203打开时，光束在通过光闸203后，由例如二分之一波片等构成的偏振方向变换元件204对偏振方向进行控制，使得P偏振光与S偏振光的光量比成为所期望的比例，之后入射到偏振分束器205中。
透过偏振分束器205的光由扩束器(expander)230扩大光束直径后，经过偏振方向变换元件209、偏振分束器210以及偏振分束器211入射到空间光调制器212中，经由空间光调制器212变成例如如图10所示每个像素附加有相位信息的页数据。在此，页数据内的相位分布为例如在光信息记录介质1的傅里叶平面上光强度分布中除去DC强度(所谓热点)的相位分布。通过这种方法，能够除去以往用于减少DC强度的相位遮盖板(位相マスク)。作为一个例子，使其为附加在各像素上的相位的平均值为π的相位分布。作为其它例子，使其为附加在各像素上的相位的平均值为0.5π或者1.5π的相位分布。另外，作为其它例子，使一页内以相位＝0为基准对相位随机化后的像素数与以相位为π为基准对相位随机化后的像素数相等。
并且，空间光调制器212并不限定于只具有相位调制功能的空间光调制器。通过使空间光调制器212具有振幅调制功能，也能够进行空间上的振幅调制。
通过空间光调制器212变成页数据的信号光206经偏振分束器211反射，向中继透镜213和空间滤光片214传播。之后，信号光206透过无偏振分束器229后，由物镜215聚光在光信息记录介质1上。
另一方面，经偏振分束器205反射的光束作为参考光207起作用，在由偏振方向变换元件216根据记录时或是再现时设定为规定的偏振方向后，经过反射镜217和反射镜218，入射到反射镜219。此外，反射镜219通过致动器220能够调整角度，在通过透镜221和透镜222后入射到光信息记录介质1。
如上通过使信号光206和参考光207在光信息记录介质1相互叠加入射，在记录介质内形成干涉条纹图案，通过将该图案写入记录介质中来记录信息。此外，由于通过反射镜219能够使入射到光信息记录介质1的参考光207的入射角度发生变化，因而能够以角度复用进行记录。
图2是表示本实施例中再现时的情形。沿着与记录时相同的光路，参考光207入射到光信息记录介质1。本实施例中采用利用相位共轭光进行再现的方法，利用经由致动器223驱动的反射镜224反射后再次入射到光信息记录介质1的参考光207对信息进行再现。从光信息记录介质1衍射出的衍射光231经过物镜215、无偏振分束器229、中继透镜213、空间滤光片214、偏振分束器211，入射到相机225中。
此外，为了生成在相机225与衍射光231干涉的振荡(oscillator)光208，由偏振方向变换元件204控制偏振方向，使期望的光量透过偏振分束器205。透过偏振分束器205的振荡光208在透过扩束器230后，由偏振方向变换元件209控制偏振方向，在偏振分束器210上反射。之后，振荡光208由二分之一波片226使偏振方向旋转90度，经反射镜227反射后，入射到空间光调制器228。在空间光调制器228，包括规定的基准相位，还有与该基准相位相差90度、180度、270度的至少4个相位附加到振荡光208上。经无偏振分束器229反射的振荡光208经过中继透镜213、空间滤光片214、偏振分束器211，入射到相机225，与所述衍射光231叠加而发生干涉。
图3是表示相机225中像素的配置、衍射光231和振荡光208的位置关系的概要图。图3表示了过采样(用4个像素检测信号光的1个像素)的情况，另外在各像素，相位依次相差90°的振荡光(符号208)叠加。此外图3表示了除了相位调制外还进行了振幅调制的页数据，但也可以是不进行振幅调制的白页数据(white pagedata)。相机上的像素为如下结构：相对于页数据的各像素以用至少4个像素过采样的方式配置像素，附加了前面所述的4个相位(基准相位(本实施例中为了方便令其为0°)，基准相位+90°，基准相位+180°，基准相位+270°)的所述振荡光208入射到进行过采样的上述4个像素的各像素中。在此，在图中使用的I1和I2，以来自附加了基准相位的振荡光208入射的像素的输出值减去来自附加了基准相位+180°的振荡光208入射的像素的输出值所得的值为I1，以来自附加了基准相位+270°的振荡光208入射的像素的输出值减去来自附加了基准相位+90°的振荡光208入射的像素的输出值所得的值为I2。
此外为了方便图3表示了相对于相机225的一部分的像素的衍射光231和振荡光208的位置关系，但基本上在本实施例中，相对于用于过采样的4个像素的全部组合，相同的位置关系成立。
此外入射到用于过采样的至少4个像素的振荡光208的相位状态中，上述的4个相位状态(为了方便将4个相位状态记为a、b、c、d)可以为如图9(a)的位置关系，也可以为如图9(b)的位置关系。通过采用图9(b)的结构，能够使在相邻4个像素上成相同相位状态，能够使其合理化。
通过采用如上结构，利用干涉仪等中一般使用的条纹扫描法的原理，利用图3定义的I1和I2能够计算出入射到各像素的衍射光231与附加到振荡光208的基准相位之间的相位差Δφ(公式1)，因此能够检测出附加到页数据的各像素上的相位信息。
Δφ = tan - 1 ( I 2 I 1 ) ……公式1
通过上面的实施例，能够实现能进行相位多值记录/再现、达成大容量化的全息存储装置。此外，由此使一次再现的数据量增加，因而实现了高速化。
并且，对专利文献1所示的不进行相位多值记录而对进行了振幅调制的页数据进行再现兼容的情况下，例如通过停止振荡光208的生成单元的动作，停止振荡光的生成而进行再现，能够实现装置的再现兼容。
此外，本发明不限于使用条纹扫描法原理的情况，只需使用检测相位差的机构、原理等即可。
实施例2：
图4是本发明中的光拾取装置60的第二实施例的概要图，以第一实施例所示的光学系统的合理化为目的。此外，图4显示了记录时的情形。
光源201射出的光束透过准直透镜202，入射到光闸203。光闸203打开时，光束在通过光闸203后，由例如二分之一波片等构成的偏振方向变换元件204对偏振方向进行控制，使得P偏振光与S偏振光的光量比成为规定的比例，之后入射到偏振分束器205。
透过偏振分束器205的光由扩束器230扩大光束直径后，经过偏振方向变换元件209、偏振分束器211入射到空间光调制器212。由空间光调制器212在每像素上附加相位信息，变成页数据后的信号光206经偏振分束器211反射，向中继透镜213和空间滤光片214传播。并且，空间光调制器212并不限定于只具有相位调制功能的空间光调制器。通过使空间光调制器212具有振幅调制功能，使空间上的振幅调制也变得可能。之后，信号光206透过无偏振分束器229后，由物镜215聚光在光信息记录介质1上。另一方面，经偏振分束器205反射的光束作为参考光207起作用，和上述实施例1同样地入射到光信息记录介质1。
图5是表示本实施例中再现时的情形。沿着与记录时相同的光路，参考光207入射到光信息记录介质1。本实施例中采用利用相位共轭光进行再现的方法，利用经由致动器223驱动的反射镜224反射后再次入射到光信息记录介质1的参考光207对信息进行再现。从光信息记录介质1衍射出的衍射光231经过物镜215、中继透镜213、空间滤光片214、偏振分束器211、光学元件250、光学元件251，入射到相机225。
此外，为了生成在相机225与衍射光231干涉的振荡光208，由偏振方向变换元件204控制偏振方向，使期望的光量透过偏振分束器205。透过偏振分束器205的振荡光208在透过扩束器230后，由偏振方向变换元件209控制偏振方向，在偏振分束器211反射。之后，经过光学元件250、光学元件251，振荡光208入射到相机225，与所述衍射光231叠加而发生干涉。
在此，附加在页数据的各像素上的相位信息利用与实施例1所示方法相同的原理检测，因此光学元件250和光学元件251如图6所示配置在相机225前，使用例如如图7所示结构的元件。
例如，光学元件250为一部分由四分之一波片构成的元件，起到使具有偏振的光的相位相对于规定的光轴前进四分之一波长的作用。此外，光学元件250的图中除了阴影部分之外的区域是没有附加相位作用的区域。即附加相位的区域与不附加相位的区域交替地配置。
光学元件251为由例如使特定的偏振方向的光通过的第一偏振镜和使与该方向相差90度的偏振方向的光通过的第二偏振镜构成的元件。这样的元件以如上述图6所示配置。在此，光学元件250、光学元件251中的四分之一波片和偏振镜可以由例如能够通过波长以下的细微结构来控制入射光的偏振、透过/反射特性的光子晶体构成。由于利用光子晶体检测相位的方法在日本专利特开2008-286518中有记载，因此在此仅针对本实施例中的衍射光231和振荡光208的相位关系进行说明。
相机225中的像素的配置、衍射光231和振荡光208的位置关系与上述图3相同。此外图3表示了除了相位调制外还进行了振幅调制的页数据，但也可以是不进行振幅调制的白页数据。采用了相对于衍射光231和振荡光208附加了4个相位差(基准相位(本实施例中为了方便令其为0°)，基准相位+90°，基准相位+180°，基准相位+270°)的状态下入射到进行过采样的上述4个像素的各像素中的结构。此外为了方便，图3表示了相对于相机225的一部分的像素的衍射光231和振荡光208的位置关系，但基本上在本实施例中，相对于用于过采样的4个像素的全部组合，相同的位置关系成立。
通过采用这样的结构，利用干涉仪等中一般使用的条纹扫描法的原理，利用公式1能够计算出入射到各像素的衍射光231与附加到振荡光208的基准相位之间的相位差Δφ，因此能够检测出附加到页数据的各像素上的相位信息。
实施例1中需要对振荡光208与相机225中的各像素的位置进行像素匹配，而本实施例中，由于光学元件250和光学元件251能够一体地组合在相机225上，具有不需要再现时的像素调整的优点。此外，生成振荡光时的光利用效率较高，因此具有能够得到高品质的再现信号的优点。
并且，对专利文献1所示的不进行相位多值记录而对进行了振幅调制的页数据进行再现兼容的情况下，例如通过停止振荡光208的生成单元的动作，停止振荡光的生成而再进行再现，能够实现装置的再现兼容。
实施例3：
图8表示了利用全息术来记录和/或再现数字信息的全息存储装置的整体结构。全息存储装置为如下结构：配备了例如图1或图4所示结构的光拾取装置60、盘片处理(Cure)光学系统80、盘片旋转角度检测用光学系统90以及旋转电机70，光信息记录介质1能够由旋转电机70旋转。光拾取装置60起到向光信息记录介质1射出参考光和信号光，利用全息术来记录数字信息的作用。
此时，所记录的信息信号由控制器89通过信号生成电路86送到光拾取装置60内的空间光调制器212，信号光由该空间光调制器调制。
再现光信息记录介质1记录的信息时，利用参考光的相位共轭光进行再现。在此相位共轭光为保持与输入光相同的波平面的同时向逆方向前进的光波。由该相位共轭光再现的再现光通过光拾取装置60内的相机225检测出，由信号处理电路85再现信号。
照射到光信息记录介质1的参考光和信号光的照射时间，能够通过由控制器89经由光闸控制电路87控制光拾取装置60内的光闸203的开关时间来调整。
盘片处理光学系统80起到生成用于光信息记录介质1的预处理(precure)和后处理(postcure)的光束的功能。在此预处理是指在光信息记录介质1中的期望位置记录信息时，对该期望位置照射参考光和信号光之前预先用规定的光束照射的前步骤。此外后处理是指在光信息记录介质1中的期望位置记录信息后，为了使该期望位置不能够追加记录而用固定的光束照射的后步骤。
盘片旋转角度检测用光学系统90用于检测光信息记录介质1的旋转角度。调整光信息记录介质1到规定的旋转角度时，可以由盘片旋转角度检测用光学系统90检测出与旋转角度相应的信号，利用检测出的信号由控制器89经由盘片旋转电机控制电路88来控制光信息记录介质1的旋转角度。
从光源驱动电路82向光拾取装置60、盘片处理光学系统80、盘片旋转角度检测用光学系统90中的光源供给规定的光源驱动电流，从各光源能够以规定的光量发出光束。此外，光拾取装置60、盘片处理光学系统80设有能够沿着光信息记录介质1的半径方向滑动位置的机构，能够由访问控制电路81进行位置控制。
此外，利用全息术的记录技术由于是能够记录超高密度信息的技术，因此对于例如光信息记录介质1的倾斜、位置偏差，有容许误差变得极小的趋势。因此，也可以在光拾取装置60中，设置对例如光信息记录介质1的倾斜、位置偏差等容许误差小的偏差要素的偏差量进行检测的机构，并在全息存储装置中配备通过伺服信号生成电路83生成伺服控制用信号、经由伺服控制电路84修正该偏差量的伺服机构。此外，光拾取装置60、盘片处理光学系统80、盘片旋转角度检测用光学系统90的部分的光学系统结构或者全部的光学系统结构也可以合并为一个来简化。
此外，上述实施例针对记录再现装置进行了说明，但也可以是利用各像素上附加了相位信息的信号光，从预先记录了数据的光信息记录介质再现数据的再现装置或者再现方法。
此外，还可以是一种从通过使参考光与附加了相位信息的信号光发生干涉进行了相位多值记录的记录介质再现信息的再现方法，通过在记录介质上照射参考光衍射出衍射光，射出光束，在光束上附加相位信息，附加了相位信息的光束与来自记录介质的上述衍射光发生干涉，检测干涉后的光，基于检测所得到的信息生成记录时的信号光的像素上附加的相位信息，由此对记录在记录介质中的信息进行再现，从而也能够实现能够进行相位多值记录/再现、达成大容量化的全息存储装置。

Claims (7)

1.一种全息存储记录再现装置，该装置使参考光与信号光发生干涉，将所得到的干涉条纹作为页数据记录于全息记录介质，并对记录的该页数据进行再现，该全息存储记录再现装置的特征在于，包括：
第一相位调制单元，用于在记录时对所述信号光的各像素附加相位信息，生成页数据；
振荡光生成单元，用于在再现时生成与来自所述全息记录介质的衍射光相叠加而发生干涉的振荡光；
第二相位调制单元，用于在所述振荡光和来自所述全息记录介质的衍射光之间附加规定的相位差；和
光检测单元，对所述振荡光与来自所述全息记录介质的衍射光叠加后的干涉光进行检测，其中，
所述第二相位调制单元对所述振荡光附加规定的基准相位和至少3个与该基准相位不同的相位，
在所述光检测单元中，以对所述页数据的各像素用至少4个像素进行过采样的方式配置像素，
对该至少4个像素，附加有所述基准相位和至少3个与该基准相位不同的相位的所述振荡光分别入射至各个像素，与来自所述全息记录介质的衍射光叠加，
利用条纹扫描法检测附加于所述信号光的各像素的相位信息。
2.如权利要求1所述的全息存储记录再现装置，其特征在于：
所述第二相位调制单元对所述振荡光附加规定的基准相位和相对于该基准相位相差90度、180度、270度的相位，在所述光检测单元中，以对所述页数据的各像素用4个像素进行过采样的方式配置像素。
3.如权利要求1所述的全息存储记录再现装置，其特征在于：
所述第一相位调制单元还兼有振幅调制的功能。
4.如权利要求1所述的全息存储记录再现装置，其特征在于：
各像素分别通过角度复用方式对具有相位信息的相位多值的页数据进行多重记录。
5.如权利要求1所述的全息存储记录再现装置，其特征在于：
所述第二相位调制单元由使用了光子晶体的元件构成。
6.如权利要求1所述的全息存储记录再现装置，其特征在于：
在再现振幅调制型的页数据时，停止所述振荡光生成单元的动作，停止振荡光的生成。
7.一种再现方法，该方法从通过使参考光与附加有相位信息的信号光发生干涉而进行了相位多值记录的记录介质将信息再现，该再现方法的特征在于：
通过将参考光照射至记录介质而衍射出衍射光，
射出光束，
对光束附加相位信息，
使所述附加有相位信息的光束与来自记录介质的所述衍射光发生干涉，
检测所述干涉后的光，
基于所述检测得到的信息来生成记录时附加至信号光的像素的相位信息，由此再现记录介质中记录的信息。
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