JP2001118253A - 光読取方法および光読取装置 - Google Patents
光読取方法および光読取装置Info
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- G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms
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- Optical Recording Or Reproduction (AREA)
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Abstract
するための情報を記録しなくても、データ情報を十分な
SN比で読み取ることができ、これによって、空間光変
調器の小型化・低コスト化を実現し、記録再生装置の低
コスト化を図ることができるとともに、記録媒体の利用
効率を上げ、実質的な記録容量を増加させることができ
るようにする。 【解決手段】 空間偏光分布によりデータ情報を保持す
る信号光4を、参照光5によって、偏光方向を記録でき
る光記録媒体10に、ホログラムとして記録する。読み
出し時、光記録媒体10に読出光5を照射して回折光6
を読み出し、回折光8Rをモニタ用光検出器43で検出
して、その検出強度が極大値または所定値となるよう
に、読出光5の照射角度を制御する。この状態で得られ
る回折光7のS偏光成分9SおよびP偏光成分9Pを、
光検出器アレイ45Sおよび45Pで検出して、データ
情報を読み取る。
Description
ら、これにホログラムとして記録されているデータ情報
を読み取る方法および装置に関する。
な光ディスクは、すでに広く普及しているが、これらの
光ディスクで、さらに密度密度を高めるためには、ビー
ムスポット径を小さくして、隣接トラックまたは隣接ビ
ットとの距離を短くするなどの必要がある。
たものに、DVDがある。読み出し専用のDVD−RO
Mは、直径12cmのディスクに片面で4.7GByt
eのデータを記録することができる。また、書き込み・
消去が可能なDVD−RAMは、相変化方式によって、
直径12cmのディスクに両面で5.2GByteの高
密度記録が可能である。
んでいるが、一方で、上記の光ディスクは面内にデータ
を記録するため、その記録密度は光の回折限界に制限さ
れ、高密度記録の物理的限界と言われる5Gbit/i
nch2に近づいている。したがって、更なる大容量化
のためには、奥行き方向を含めた3次元(体積型)の記
録が必要となる。
モリとして、3次元的記録領域に由来する大容量性と2
次元一括記録再生方式に由来する高速性とを兼ね備えた
ホログラムメモリが注目されている。ホログラムメモリ
では、同一体積内に多重させて複数のデータページを記
録することができ、かつ各ページごとにデータを一括し
て記録再生することができる。
は、ブラッグの選択性を利用している。そのため、記録
媒体に記録されたデータを読み出すときには、記録時に
使用した参照光の光学条件を再現する必要がある。特
に、記録媒体の記録密度を高めるために記録媒体の厚み
を大きくする場合には、この光学的な再現精度が、より
厳しく要求される。
機械的・光学的な外乱要因によって、読出光の条件が最
適にならない場合もある。このため、再現精度を高める
ことに加えて、外乱要因を補償できる機構が必要にな
る。
0−97792号では、以下のような方法が提案されて
いる。この方法では、空間光変調器を用いて信号光を作
成し、これを記録媒体にホログラム記録する。空間光変
調器は、記録すべき情報のデータページを表す、透明お
よび不透明の領域の1次元または2次元のパターンを含
むLCD(液晶ディスプレイ)スクリーンとすることが
できる。
えて、データページ内に、またはデータページに近接し
て、ページインジケータを、上記の方法によってホログ
ラム記録する。したがって、読出光を照射してホログラ
ムを読み出すと、図6に示すように、センサ素子130
上にはデータページ像120とインジケータ像110が
投影される。
ジケータ像110の画質、例えば強度または鮮鋭度が、
同時にセンサ素子130上に投影されるデータページ像
120の画質を示すように記録される。そして、再生時
には、そのインジケータ像110の検出信号に基づい
て、必要に応じてパラメータを変化させて、データペー
ジ像120を読み取る。
像110は、インジケータ像110の画質が、対応する
データページ像120の画質を示すように記録されるの
で、インジケータ像110の検出信号は、データページ
像120がデータを読み出すのに十分なSN比でセンサ
素子130上に投影されるようにパラメータを変化させ
るフィードバック制御信号として用いることができる。
法は、データページを直接、制御に用いないで、データ
ページ以外のインジケータを制御に用いるので、制御の
精度が十分でないとともに、各ページ内にデータページ
とインジケータの両方が必要となるので、記録用の信号
光を作成する空間光変調器は、最低でもデータページと
インジケータの両方を表示できる規模にする必要があ
る。そのため、本来のデータページの画素数より多い画
素数の空間光変調器が必要になり、空間光変調器の大型
化・高コスト化を来たし、記録再生装置の高コスト化を
来たす。逆にいえば、インジケータの画素数の分だけ、
空間光変調器に表示できるデータページの画素数が少な
くなるので、一度に記録できる情報量が減少してしま
う。また、記録媒体についても、データページ以外にイ
ンジケータを記録するので、記録媒体の利用効率が低下
し、実質的な記録容量が低下してしまうという問題があ
る。
以外にインジケータのような読出光の照射状態を制御す
るための情報を記録しなくても、データ情報を十分なS
N比で読み取ることができ、これによって、空間光変調
器の小型化・低コスト化を実現し、記録再生装置の低コ
スト化を図ることができるとともに、記録媒体の利用効
率を上げ、実質的な記録容量を増加させることができる
ようにしたものである。
は、空間偏光分布によりデータ情報を保持する信号光が
参照光によりホログラムとして記録されている光記録媒
体に読出光を照射して、前記ホログラムから回折光を読
み出し、その回折光を検出して、その検出信号に基づい
て、前記読出光の前記光記録媒体への照射状態を制御
し、その状態で、前記回折光から前記データ情報を読み
取る。
データ情報を読み取る光読取装置において、空間偏光分
布によりデータ情報を保持する信号光が参照光によりホ
ログラムとして記録されている前記光記録媒体に読出光
を照射して、前記ホログラムから回折光を読み出す読出
光光学系と、その回折光を検出する光検出手段と、この
光検出手段の検出信号に基づいて、前記読出光の前記光
記録媒体への照射状態を制御する制御手段と、を備える
ものとする。
する信号光の一例を示す。これは、S偏光およびP偏光
という互いに直交する2種類の偏光を利用して、データ
“0”はS偏光、データ“1”はP偏光というように、
2次元データの各ビットのデータに応じて、信号光の各
画素の偏光を2値化したものである。
として光記録媒体に記録し、読み出し時、光記録媒体に
読出光を照射することによって、信号光3の空間偏光分
布をホログラム回折光7として読み出すことができる。
有無(明暗)ではなく、偏光角の違いによって区別する
ので、データ内容にかかわらず、回折光7はいずれの画
素でも明部分となる。したがって、回折光7の検出信号
に基づいて、読出光の光記録媒体への照射状態を制御す
ることが可能になる。
としては、例えば、図2に示すように、ガラス基板など
の透明基板11の一面側に、光誘起複屈折性を示す材料
からなる偏光感応層12を形成したものを用いる。光記
録媒体10は、例えばディスク形状とする。
色性)を示す材料は、これに入射する光の偏光状態に感
応し、入射光の偏光方向を記録することができる。例え
ば、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子
液晶、または光異性化する分子を分散させた高分子は、
直線偏光を照射すると、光異性化が誘起されて、直線偏
光の方向に応じて屈折率の異方性を生じ、偏光方向を記
録し、保存することができる。このとき、同時に参照光
を照射すれば、信号光の偏光方向をホログラムとして記
録することができる。
し、偏光情報をホログラムとして記録し、読み出すこと
ができるものであればよい。好ましい例として、上述し
た、側鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子
液晶、または光異性化する分子を分散させた高分子を用
いることができる。その光異性化する基または分子とし
ては、アゾベンゼン骨格を含むものが好適である。
に示す化学式で表される、側鎖にシアノアゾベンゼンを
有するポリエステルを用いる。ホログラムを体積的(3
次元)に記録するには、偏光感応層12の厚みは、少な
くとも10μm程度必要であり、この例では、40μm
とする。
4は、この発明の光読取方法および光読取装置の一例を
示す。
録媒体10の偏光感応層12に感度のあるコヒーレント
光を発するものを用いる。この例では、偏光感応層12
として側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエステル
を用いるので、シアノアゾベンゼンが光異性化する波長
域に属する波長515nmのアルゴンイオンレーザを用
いる。光源21からの光1の偏光は、この例では、紙面
に垂直なS偏光である。
22を通過させて波面の乱れを除去した後、レンズ23
によって平行光とし、さらにビームスプリッタ24によ
って2光束に分割する。
25を開けて、ビームスプリッタ24を透過したS偏光
の光2を、空間光変調器26に入射させる。
のとする。このような空間光変調器26としては、電圧
アドレス型の液晶パネルや電気光学結晶にマトリクス電
極を付けたものなどを用いることができるが、偏光子は
設けない。
素を有し、それぞれの画素が1/2波長板として機能し
て、システム制御部90によって、それぞれの画素に2
次元データの対応するビットのデータを電圧印加の有無
として与えることによって、それぞれの画素に入射する
光の偏光を変調する。
る光2がS偏光である場合、空間光変調器26の電圧が
印加された画素は、1/2波長板の軸が45度回転し
て、入射光2の偏光方向を90度回転させるので、その
画素を透過した信号光成分はP偏光となる。これに対し
て、空間光変調器26の電圧が印加されない画素は、1
/2波長板の軸が入射光2の偏光方向と平行となるの
で、その画素を透過した信号光成分はS偏光となる。し
たがって、空間光変調器26を通過した信号光3は、空
間光変調器26に与えられた2次元データに対応した空
間偏光分布を有するものとなる。
を、フーリエ変換レンズ27によってフーリエ変換し、
その変換後の信号光4を、光記録媒体10に照射する。
同時に、ビームスプリッタ24で反射したS偏光の光
を、ミラー31で反射させ、レンズ32によって集光
し、ミラー33で反射させて、参照光5として、光記録
媒体10の信号光4が照射される領域に照射する。これ
によって、光記録媒体10中に、2次元データに対応し
た信号光4の空間偏光分布が、ホログラムとして記録さ
れる。
ングモータ51に支持し、ステッピングモータ51は、
駆動回路52からの駆動パルスによって駆動する。ただ
し、ステッピングモータ51の代わりに、ガルバノメー
タスキャナや音響光学素子などによって、ミラー33を
回転させるようにしてもよい。
5の光記録媒体10への照射角度を複数通りに変え、ヘ
ッド移動機構60により光学ヘッド20を光記録媒体1
0の径方向に移動させて、参照光5の光記録媒体10へ
の照射位置を複数通りに変えることによって、ホログラ
ムの角度多重記録が可能になる。
回転させることによって、光記録媒体10の周方向に場
所を変えて複数のホログラムを記録することができる。
さらに、ヘッド移動機構60により光学ヘッド20を光
記録媒体10の径方向に移動させることによって、光記
録媒体10中に同心円状の記録トラックを形成するよう
にホログラムを記録することができる。
ャッタ25を閉じて信号光4を遮断し、記録時の参照光
と同じになるように設定した光を、読出光5として、光
記録媒体10のホログラムが記録されている領域に照射
する。これによって、記録時の信号光4の空間偏光分布
が保存されたホログラム回折光6が得られる。
によって平行光とし、その平行光の回折光7を、ビーム
サンプラー42に入射させ、ビームサンプラー42で反
射した回折光8Rを、モニタ用光検出器43に入射させ
る。
光部を有し、全入射光量を検出信号に変換して出力する
フォトダイオードなどの素子を用いることができるが、
光検出器アレイを用い、その各画素の受光量を積分して
検出信号に変換するようにしてもよい。単一の受光部を
有する素子を用いる場合には、回折光8Rを集光レンズ
で集光して検出することによって、受光部の小さい素子
を用いることができる。
の強度検出信号は、制御回路80に供給し、その検出強
度を、制御回路80中のメモリに記憶する。
には、ミラー33の角度を検出する角度検出部53を設
け、これからの角度検出信号を制御回路80に取り込
む。
時、読み出そうとするホログラムを記録した時のミラー
33の設定角度、すなわち参照光5の照射角度の設定値
を、制御回路80に送出する。
の照射角度設定値の前後に渡って変化させることができ
るように、この例では、読出光5の照射角度の初期値
が、システム制御部90から入力された、記録時の参照
光5の照射角度設定値から1度引いた値に定まるよう
に、制御回路80を設定する。
照射角度が26度に設定されて記録されたホログラムを
読み出す場合、読み出し開始直後には、角度検出部53
から制御回路80に入力される角度検出信号が25度を
示すように、制御回路80によって駆動回路52が制御
され、ミラー33の角度が設定される。
照射され、回折光8Rがモニタ用光検出器43で検出さ
れ、その強度検出信号が制御回路80に入力されると、
制御回路80は、この例では、読出光5の照射角度を初
期値の25度から0.1度増加させるように、駆動回路
52によるステッピングモータ51の駆動を制御する。
同時に、制御回路80は、読出光5の光記録媒体10へ
の照射位置を、読み出そうとするホログラムを記録した
時の参照光5の光記録媒体10への照射位置に一致させ
るように、ヘッド移動機構60を制御し、光学ヘッド2
0を光記録媒体10の径方向に移動させる。
光検出器43で検出され、強度検出信号が制御回路80
に入力されると、制御回路80は、その新たに検出され
た回折光強度と、制御回路80中に記憶している回折光
強度とを比較する。
出強度より大きければ、制御回路80は、新たな検出強
度を記憶している検出強度に置き換えて記憶した上で、
上記の制御動作を繰り返す。逆に新たな検出強度が記憶
している検出強度より小さいときには、制御回路80
は、読出光5の照射角度を0.1度減少させるように、
駆動回路52によるステッピングモータ51の駆動を制
御した上で、読出光5の照射角度の制御を終了する。
8Rの検出強度が極大値となるように読出光5の照射角
度が制御される。
からの回折光を直接、制御に用いるので、従来のように
データページ以外のインジケータを制御に用いる場合に
比べて、制御の精度が向上する。
御を終了すると、システム制御部90に制御終了信号を
出力し、これによって、システム制御部90は、装置各
部を制御して、データ読み取り動作を開始させる。
は、上述したように回折光8Rの検出強度が極大値とな
るように読出光5の照射角度が制御された状態で得られ
る回折光6を、フーリエ変換レンズ41によって平行光
とし、その平行光の回折光7を、ビームサンプラー42
に入射させ、ビームサンプラー42を透過した回折光8
Tを、偏光ビームスプリッタ44に入射させて、S偏光
成分9SとP偏光成分9Pとに分離し、S偏光成分9S
を光検出器アレイ45Sに、P偏光成分9Pを光検出器
アレイ45Pに、それぞれ入射させる。
CCDなど、2次元の光量分布を検出できるものとし、
これによって、それぞれS偏光成分9S,P偏光成分9
Pの強度分布を検出する。したがって、回折光7の空間
偏光分布により保持された2次元データ、すなわち光記
録媒体10にホログラム記録されている2次元データを
読み取ることができる。
とポジ像の関係になるので、その一方を一方の光検出器
アレイで検出するだけでも、2次元データを読み取るこ
とができる。したがって、例えば、偏光ビームスプリッ
タ44の代わりに、S偏光またはP偏光のみを透過させ
る偏光板を配置しても、2次元データを読み取ることが
できる。しかし、この例のように、S偏光成分9Sおよ
びP偏光成分9Pを、それぞれ光検出器アレイ45Sお
よび45Pで検出するとともに、回折光7のS偏光の画
素とP偏光の画素の強度が等しくなるように設定すれ
ば、それぞれの光検出器アレイ45Sおよび45Pの対
応する画素ごとの検出信号の差分を算出することによっ
て、回折光7の揺らぎ、外光の影響、光記録媒体10や
光学系の不完全さなどに起因するノイズをキャンセルし
て、より高SN比の読み取り出力を得ることができる。
せることによって、光記録媒体10の周方向に場所を変
えて記録されている複数のホログラムを読み出すことが
できる。また、ヘッド移動機構60により光学ヘッド2
0を光記録媒体10の径方向に移動させることによっ
て、光記録媒体10中に同心円状に形成されている記録
トラックからホログラムを読み出すことができる。
置によって、640×480ビットの2次元データの記
録再生を試みた。光記録媒体10としては、偏光感応層
12として側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエス
テルを形成したものを用い、光源21としては、上述し
た波長515nmのアルゴンイオンレーザを用いた。記
録時の信号光および参照光は、約0.5W/cm2と
し、読み出し時の読出光は、約0.2W/cm2とし
た。空間光変調器26としては、一画素の大きさが42
μm×42μmで、640×480画素のプロジェクタ
用液晶パネルを用いた。
度を、26度、30度、34度にして、それぞれ空間偏
光分布により2次元データ情報を保持する信号光をホロ
グラムとして角度多重記録した。
録媒体10に読出光5を照射し、読出光5の照射角度と
モニタ用光検出器43による回折光8Rの検出強度との
関係を測定した結果である。横軸が読出光5の照射角度
であり、縦軸が回折光8Rの検出強度を任意軸で示した
ものである。
強度は、記録時に用いた参照光の照射角度である26
度、30度、34度の付近で極大値を持つ。また、回折
光自身を検出しているので、各ホログラム間での回折強
度の違いも検出できることがわかる。
極大値となるように読出光5の照射角度を決定して、回
折光8Tから記録データを読み取ったところ、記録デー
タを良好なSN比で読み取ることができた。
うにデータ内容を光の明暗で区別する場合には、データ
内容によって回折光の明部分と暗部分の割合が変化し、
回折光の強度が変化するので、回折光の検出強度に基づ
く読出光の照射状態の制御は不可能または困難であった
が、これに対して、上述の実施例においては、データ内
容を偏光角の違いによって区別するので、回折光の全て
の画素が明部分となり、データ内容によって回折光の強
度が変化しないので、回折光の検出強度に基づく読出光
の照射状態の制御が可能となる。
が明部分となり、データ内容によって回折光の強度が変
化しないことを利用するので、信号光および回折光は、
必ずしも互いに直交する偏光が空間的に分布されたもの
である必要はなく、回折光の強度が等しく、偏光角の違
いによってデータ情報が記録されていればよい。
回折光が得られるものであれば、どのようなものでもよ
く、任意の偏光角のものとすることができるが、上述し
た例のように記録時の参照光と同じものや、記録時の参
照光と直交する偏光のものが望ましい。
強度が極大値となるように制御する代わりに、回折光8
Rの検出強度が所定値(ある定められた値)となるよう
に制御してもよく、その場合でも記録されたデータを良
好なSN比で読み取ることができる。
となるように制御する場合、回折光8RのS偏光の画素
とP偏光の画素の強度は、異なってもよいが、等しい方
が望ましい。S偏光の画素とP偏光の画素の強度を等し
くすれば、回折光8Rの各画素の強度は、偏光角の違
い、すなわちデータ内容の違いによらず、全て等しくな
り、回折光8R全体の強度は一様になるので、回折光8
Rのどの部分でも強度が同じ値になる。したがって、回
折光8Rを部分的にしか検出しなくても、その検出強度
が所定値となるように読出光5の照射角度を制御すれ
ば、回折光8Rの強度を回折光8R全体に渡って所定値
にすることができる。
偏光感応層12の厚み、信号光4の強度、参照光5の強
度、読出光5の偏光などを調整することによって、回折
光7のS偏光の画素とP偏光の画素の強度比を変え、調
整することができる。なお、上述した実施例では、記録
時の信号光3のS偏光の画素とP偏光の画素の強度を等
しくすれば、読み出される回折光7のS偏光の画素とP
偏光の画素の強度が等しくなるように、上記のパラメー
タが調整されている。
ー42で反射した回折光8Rをモニタ用光検出器43で
検出する代わりに、データ読み取り用の光検出器アレイ
45Sおよび45Pの出力から回折光7全体の強度を演
算し、その算出値が極大値または所定値となるように読
出光5の照射角度を制御してもよく、ビームサンプラー
42およびモニタ用光検出器43はなくてもよい。
定値となるように、読出光5の照射角度を制御する代わ
りに、回折光の検出強度が所定値以上となるように、ま
たは所定の範囲内となるように、読出光5の照射角度を
制御するようにしてもよい。
度を変えて角度多重記録し、読み出し時、読出光5の照
射角度を制御する場合であるが、この発明は、信号光お
よび参照光の波長を変えて波長多重記録し、読み出し
時、読出光の波長を制御する場合など、他の多重方式に
も適用することができる。
検出信号として回折光の有無に基づいて、例えば、読出
光の光記録媒体への照射位置を検出して、データ情報が
記録された箇所に光記録媒体を回転させることにより、
読出光の光記録媒体への照射状態を制御することもでき
る。
ータ情報に限らず、1次元のものでもよい。
て読出光の照射状態を制御することに加えて、インジケ
ータを設けて、これからの回折光を補完的に用いること
もできる。この場合には、記録媒体の実質的な記録容量
が低下し、受光素子が大型化するが、データページを直
接、制御に用いるので、データページ以外のインジケー
タのみを制御に用いる場合に比べて、制御の精度が向上
する。ただし、インジケータは、読出光の照射状態の制
御に用いる必要はなく、照射位置の基準とし、または光
記録媒体の物理的なアドレスを示すのに用いればよい。
ータページ以外に読出光の照射状態を制御するための情
報を記録しなくても、データ情報を十分なSN比で読み
取ることができる。したがって、空間光変調器の小型化
・低コスト化を実現し、記録再生装置の低コスト化を図
ることができるとともに、記録媒体の利用効率を上げ、
実質的な記録容量を増加させることができる。
示す図である。
を示す図である。
ルの化学式を示す図である。
を示す図である。
を説明するための図である。
子を示す図である。
Claims (8)
- 【請求項1】空間偏光分布によりデータ情報を保持する
信号光が参照光によりホログラムとして記録されている
光記録媒体に読出光を照射して、前記ホログラムから回
折光を読み出し、 その回折光を検出して、その検出信号に基づいて、前記
読出光の前記光記録媒体への照射状態を制御し、 その状態で、前記回折光から前記データ情報を読み取る
光読取方法。 - 【請求項2】光記録媒体からデータ情報を読み取る光読
取装置において、 空間偏光分布によりデータ情報を保持する信号光が参照
光によりホログラムとして記録されている前記光記録媒
体に読出光を照射して、前記ホログラムから回折光を読
み出す読出光光学系と、 その回折光を検出する光検出手段と、 この光検出手段の検出信号に基づいて、前記読出光の前
記光記録媒体への照射状態を制御する制御手段と、 を備える光読取装置。 - 【請求項3】請求項2の光読取装置において、 前記制御手段は、前記光検出手段によって検出される光
強度に基づいて前記照射状態を制御する光読取装置。 - 【請求項4】請求項2または3の光読取装置において、 前記制御手段は、前記読出光の前記光記録媒体への照射
角度を制御する光読取装置。 - 【請求項5】請求項3の光読取装置において、 前記制御手段は、前記光検出手段によって検出される光
強度が極大値となるように前記照射状態を制御する光読
取装置。 - 【請求項6】請求項3の光読取装置において、 前記制御手段は、前記光検出手段によって検出される光
強度が所定値となるように前記照射状態を制御する光読
取装置。 - 【請求項7】請求項2〜6のいずれかの光読取装置にお
いて、 前記回折光を互いに直交する2つの偏光成分に分離する
偏光ビームスプリッタと、その分離された2つの偏光成
分を別個に検出する光検出器アレイとを備える光読取装
置。 - 【請求項8】請求項2〜6のいずれかの光読取装置にお
いて、 前記光記録媒体がディスク形状であり、当該光読取装置
が、その光記録媒体を回転させる媒体駆動機構と、前記
読出光光学系および前記光検出手段を含む光学ヘッドを
前記光記録媒体の径方向に移動させるヘッド移動機構と
を備える光読取装置。
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