JP2010153017A - 光データ記憶のための検出強化の方法及びシステム - Google Patents

Abstract

【課題】光ディスクにおいて、検出器の位置を調節する又はディスク表面の反射率を調節することによりデータ反射を強化する。
【解決手段】マイクロ・ホログラム６０又は微小反射体に対応する反射１８が強化されるようにピンホール又はマルチ・ピクセル検出器７０の位置を調節する。例えば、マルチ・ピクセル検出器７０の位置を、表面反射６６とマイクロ・ホログラム反射１８とが建設的に干渉して、増幅されたマイクロ・ホログラム反射信号が生ずるような位置まで調節することができる。ディスク反射率及びピンホール寸法のような他のパラメータを調節して信号強化を増大させてもよい。さらに、マルチ・ピクセル検出器７０の位置を、表面反射６６の位相とマイクロ・ホログラム反射１８の位相とが相対的に弱い交差項を生ずるような位置まで調節することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は一般的には、光ディスクのデータ記憶の手法に関する。さらに具体的には、本発明の手法は、光ディスクの表面からの反射を減少させること又は利用することの何れかによって光ディスクのデータ・ビットからの反射を強化することに関する。

演算処理能力が高まるにつれて、計算機技術は特に消費者向け動画、データ保管、文書記憶、撮影及び映像製作のような新たな応用分野に進出するようになった。これらの応用は、記憶容量を大容量化したデータ記憶手法を開発する不断の推進力を提供している。さらに、記憶容量の大容量化によって、特にゲームのように開発者の当初の予想を超えて遥かに進化した技術の開発が可能になると共に推進されてきた。

光記憶システム向けの記憶容量は益々増大しており、データ記憶技術の開発の好例を提供している。１９８０年代初頭に開発されたコンパクト・ディスク形式すなわちＣＤ形式は、約６５０ＭＢ〜７００ＭＢのデータ又は約７４分〜８０分の２チャネル音声プログラムに相当する容量を有する。比較して、１９９０年代初頭に開発されたディジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）形式は、約４．７ＧＢ（一層）又は８．５ＧＢ（二層）の容量を有する。ＤＶＤの記憶容量は大きいため、旧式の動画分解能（例えばＰＡＬでは約７２０（Ｈ）×５７６（Ｖ）ピクセル又はＮＴＳＣでは約７２０（Ｈ）×４８０（Ｖ）ピクセル）であれば長編映画作品を記憶するのに十分である。

しかしながら、高精細度テレビ（ＨＤＴＶ）（１０８０ｐでは約１９２０（Ｈ）×１０８０（Ｖ）ピクセル）のようにさらに高分解能の動画形式が普及するにつれて、これらの分解能で記録された長編映画作品を収録することが可能な記憶形式が望まれるようになってきた。これにより、一層ディスクでは約２５ＧＢ又は二層ディスクでは５０ＧＢを収録することが可能なブルーレイ・ディスク（商標）形式のような大容量記録形式の開発が進められている。ビデオ・ディスプレイの分解能及び他の技術の絶え間ない発展に伴って、記憶媒体の容量を絶えず高めることが重要になってくる。当面の容量要件を満たし得る開発中の一つの記憶技術がホログラム記憶に基づくものである。

ホログラム記憶は、感光性記憶媒体において２本の光ビームの交差によって生成される三次元干渉パターンの像であるホログラムの形態でデータを記憶するものである。ページ方式ホログラム手法及びビット形式ホログラム手法の両方が研究されている。ページ方式ホログラム・データ記憶では、ディジタル符号化されたデータを含むデータ・ビームが、記憶媒体の体積の内部の参照ビームに重ね合わされて、例えば体積の内部の媒体の屈折率を変化させる又は変調させるような化学反応を生ずる。この変調によって、信号から強度及び位相の両方の情報を記録する。従って、各々のビットは一般的には、干渉パターンの一部として記憶される。後に、記憶媒体を参照ビーム単独に曝露することによりこのホログラムを取り出すことができ、参照ビームは、記憶されているホログラム・データと相互作用して、ホログラム画像を記憶するのに用いられた初期データ・ビームに比例した再構成済みデータ・ビームを生成する。

ビット形式ホログラム又はマイクロ・ホログラム・データ記憶では、一つ一つのビットをマイクロ・ホログラムすなわち２本の対向伝播型集束記録ビームによって典型的に生成される反射格子として書き込む。次いで、データは、読み出しビームを用いてマイクロ・ホログラムに反射させ、記録ビームを再構成することにより取り出される。従って、マイクロ・ホログラム・データ記憶はページ形式ホログラム記憶よりも現行技術に類似している。しかしながら、ＤＶＤ形式及びブルーレイ・ディスク（商標）形式に用いられ得る二層のデータ記憶とは対照的に、ホログラム・ディスクは５０層又は１００層のデータ記憶を有することができ、テラバイト（ＴＢ）単位で測られ得るデータ記憶容量を提供する。

ホログラム記憶システムは従来の光システムよりも遥かに大きい記憶容量を提供し得るが、利用され得る層が多数であるため、干渉に打ち勝って検出するのが困難であり得るような微弱なデータ信号を与える場合がある。例えば、隣り合う軌道及び層のビットからの反射又はホログラム記憶システム自体の表面からの反射が、読み出しデータと干渉し得る。

本発明の手法の思量される一実施形態は、光ディスクのデータを読み出す方法を提供する。この方法は、光ディスクの表面に電磁放射線のビームを放出するステップと、光ディスクからの反射電磁放射線を検出器によって検出するステップと、微小反射体からの反射の検出を強化するように検出器を調節するステップとを含んでいる。反射電磁放射線は、表面からの反射と、データ記憶媒体の内部の微小反射体からの反射とを含んでいる。

もう一つの思量される実施形態は、光記憶媒体の読み出し装置を提供する。読み出し装置は、光ディスクにレーザ・ビームを集束させるように構成されている光学的励起装置と、光学的検出器と、追跡ユニットとを含んでいる。光学的検出器は、光ディスクからの反射光ビームを検出するように構成されている。この反射光ビームは、光ディスクの内部に配設されている微小反射体から反射した光と、光ディスクの表面から反射した光とを含んでいる。光学的検出器はさらに、反射光ビームを電気信号に変換するように構成されている。光学的検出器の位置を、結合された光が強化されるように追跡ユニットによって調節することができる。

もう一つの思量される実施形態では、本発明の手法は、反射した読み出し用ビームからのデータ信号を強化する方法を提供する。この方法は、読み出し用ビームの反射を検出器において受光するステップと、１よりも多い検出点において反射を解析するステップと、検出器の位置を、データ又はマイクロ・ホログラムからの反射が強化されるような点まで調節するステップとを含んでいる。

さらにもう一つの実施形態では、本発明の手法は、光記憶ディスクを提供する。光記憶ディスクは、データを記憶するように構成されている複数の微小反射体を有するデータ記憶層を含んでいる。光記憶ディスクはまた、データ記憶層の上に配設された保護表面を含んでいる。保護表面は、微小反射体からの読み出しビームの反射を強化するように構成されている。

本発明のこれらの特徴、観点及び利点、並びに他の特徴、観点及び利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を精読するとさらに十分に理解されよう。尚、図面全体にわたり、類似の参照符号は類似の部材を表わす。
本発明の手法の各実施形態による光ディスク読み出し装置の模式図である。 本発明の手法の各実施形態に用いられ得る光ディスクの上面図である。 図２の光ディスクの区域の断面図である。 本発明の手法の各実施形態による微小反射体の検出時に生ずる反射の模式図である。 各実施形態による共線型検出ヘッドの模式図である。 一実施形態に従ってディスクの表面からの反射の百分率を変化させるときの検出器において受光される光の強度をシミュレートするのに用いられ得るプログラムを示すコード一覧である。 一実施形態に従って０．０１のピンホール反射低減ファクタを用いて図６のシミュレーション・プログラムから算出される相対的光強度を示す図である。 一実施形態に従って０．１のピンホール反射低減ファクタを用いて図６のシミュレーション・プログラムから算出される相対的光強度を示す図である。 一実施形態に従って光記憶ディスクからビットを読み出す一般的な手順を示すブロック図である。

以下、本発明の手法の１又は複数の実施形態について説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を掲げる試みにおいて、本明細書では実際の具現化形態の全ての特徴を記載する訳ではない。任意のかかる実際の具現化形態の開発時には、あらゆる工学プロジェクト又は設計プロジェクトと同様に、具現化形態毎に異なり得るシステム関連の制約及び業務関連の制約に対するコンプライアンスのような開発者の特定の目標を達成するために、多数の特定具現化形態向け決定を下さなければならないことを認められたい。また、かかる開発の試みは複雑であり時間も掛かるが、それでも本開示の利益を享受する当業者にとっては設計、製造及び製品化の通常業務的な作業であることを認められたい。

ホログラム記憶システムのデータは、光学材料の体積全体にわたってデータ・ビットが記憶されることを可能にするような光干渉パターンを用いて感光性光学材料の内部に記憶される。何百万ビットものホログラム・データが並行して読み書きされ得るので、ホログラム記憶システムのデータ転送速度を高めることができる。さらに、ホログラム・データは光ディスクの多数の層に記憶され得るので、ホログラム記憶システムの多層記録によって記憶容量を増大させることができる。前述のように、記録ビーム（例えばレーザ）を媒体の特定の深さに向けて、特定の情報の層にビームを集束させることにより、データを書き込むことができる。レーザはまた、選択された層の選択された点又は位置に集束され得る。レーザは、レーザが集束される層及び／又は位置において光化学変化を生じさせてデータを書き込む。

多層ホログラム記憶システムにおいてデータを読み出すために、読み出し用ビームが光ディスクの特定の層のデータ・ビット位置に向けられて、光ディスクの表面を通過してデータ・ビット位置の物質と相互作用し得る。特定の層での読み出し用ビームの相互作用によって、初期読み出し用ビームに対応する再構成されたデータ・ビームを生成することができる。例えば、読み出し用ビームはホログラム・データ・ビットから反射されることができ、この反射したデータ・ビームはホログラム・データ・ビットを書き込んだ初期記録ビームに比例し得る。多数の記録層は記憶され得るデータの量を増大させるが、ディスクの構成によって信号対雑音比（「ＳＮＲ」）の低下を招く場合がある。さらに明確に述べると、記録層が低い反射率を有して、反射したデータ・ビームの振幅が小さくなる場合がある。さらに、読み出し用ビームは関心のあるデータ・ビットを含む一定の層に向けられるが、読み出し用ビームはまた光ディスクの表面によって反射され得るので、反射したデータ・ビームは関心のあるデータ・ビットからの反射に加えて表面反射からの干渉も含むものとなる。従来の光データ記憶システムでは反射したデータ・ビームは表面反射よりも優位を占め得るが、現行のホログラム・データ・システムの構成では無視し得ない表面反射を生ずる場合が間々ある。

本発明の技術的効果は、検出器の位置を調節する又はディスク表面の反射率を調節することによりデータ反射を強化することを含んでいる。本発明の手法の一実施形態は、検出器を、データ反射が表面反射によって強化されるような位置まで調節することを含んでいる。もう一つの実施形態は、検出器を、表面反射干渉が最小となる位置まで調節することを含んでいる。さらに、本発明の手法の各実施形態は、データ反射を強化するようにディスク表面の反射率を調節することを含み得る。

一実施形態では、検出器が、光ディスクの表面反射からの望ましくない干渉を最小にし得るように、当該検出器によって読み出されている光ディスクに関して移動するように構成され得る。この手法は、検出器において受光される光の強度に比例する検出器の信号出力を表わす以下の式によって説明することができる。

｜Ｅ_ｄ｜^２＋｜Ｅ_ｈ｜^２＋２Ｒｅ（Ｅ_ｄＥ_ｈ ^＊）
Ｅ_ｄはディスク表面反射による検出器での電場を表わし、Ｅ_ｈはマイクロ・ホログラムからの反射又は屈折による検出器での電場を表わす。本書で用いられるマイクロ・ホログラムとの用語は、微小反射体（micro-reflector）又は他の任意のデータ符号記憶方法を指し得る。前述のように、読み出し用ビームがマイクロ・ホログラムに向けられると、読み出し用ビームの一部がディスクの表面でも反射され得る。従って、Ｅ_ｄ＋Ｅ_ｈすなわち両方の反射の電場が検出器において受光され得る。

ビームの強度はビームの電場の大きさの二乗に比例するので、式は表面反射及びマイクロ・ホログラム反射の電場の大きさの二乗、すなわち（｜Ｅ_ｄ＋Ｅ_ｈ｜）^２の結果である。項２Ｒｅ（Ｅ_ｄＥ_ｈ ^＊）は、検出器での光強度の交差項を指し得る。上式の各項に加えて、他の光源又は反射による光強度も検出され得る。

項｜Ｅ_ｄ｜^２は、Ｅ_ｄがＥ_ｈと同程度である場合又はＥ_ｈよりも大きい場合に重要となり得る。前述のように、マイクロ・ホログラムは相対的に低い回折効率を有する場合があり、又は現行のホログラム・システムの多層構成はＥ_ｈを弱める場合があるため、現行のホログラム・システムではディスク表面の反射が重要となり、表面反射によるマイクロ・ホログラム反射への望ましくない干渉を招き得る。ＤＣ項｜Ｅ_ｄ｜^２は実質的に一定であるか又はデータ項に関して緩やかに変化し得るので、差分検出を用いてＤＣ項｜Ｅ_ｄ｜^２に打ち勝つことができる。さらに明確に述べると、強度信号を解析するときに、マイクロ・ホログラムが存在する場合には｜Ｅ_ｈ｜^２項は相対的に強くなり得る。しかしながら、表面反射強度すなわち｜Ｅ_ｄ｜^２項が、信号と干渉するのに十分なだけ強くなる場合がある。差分検出は、実質的に一定の表面反射（ＤＣ項｜Ｅ_ｄ｜^２）を勘案して信号の変化を検出することができる。しかしながら、表面反射を除去したとしても、マイクロ・ホログラム反射は依然として微弱信号であり得る。

一実施形態では、検出器を、表面からの反射とマイクロ・ホログラムからの反射との位相差が小さい空間内位置まで移動させることができる。さらに明確に述べると、検出器において受光されるビームは検出点の位置に依存して異なる位相を有し、異なる位相のＥ_ｄ及びＥ_ｈのため検出器は異なる強度値を出力し得る。Ｅ_ｄとＥ_ｈとの間の位相差が小さいときには交差項が大きくなり、検出器がＥ_ｄ及びＥ_ｈを受光する空間内位置に依存して交差項は強くも弱くもなり得る。交差項が強くなる又は弱くなる位置を、マルチ・ピクセル検出器若しくは空間内を移動する単一の検出器（例えば回転ディスク・システムは特定のデータの多重サンプリングを読み出すことが可能であり得る）の何れかによってサンプリングすることができ、各々の位置からの交差項の強度を検出器によって出力することができる。例えば、検出器はこれらのサンプルから交差項信号の強度に関する情報を判定装置に供給することができ、検出器の位置を調節する判断を下すことができる。

検出器の位置を、読み出されているマイクロ・ホログラムの反射を強化するように交差項信号に基づいて調節することができる。幾つかの実施形態では、交差項を有利に利用することができる。例えば、Ｅ_ｄとＥ_ｈとの間の位相差が小さいときに、二つの反射はマイクロ・ホログラム反射の検出を増幅するような方法で建設的に干渉し得る。この効果は、Ｅ_ｈが微弱なときに有利である。というのは、交差項は検出器によって増幅されたデータ信号として出力され得るからである。従って、検出器はサンプリングの結果を判定装置に供給することができ、検出器の位置を交差項が最も強い点まで調節する判断を下すことができる。

幾つかの実施形態では、表面反射からの望ましくない干渉を最小にするように検出器の位置を調節することにより、データ反射を強化することができる。この実施形態では、検出器は、表面反射の強度が最も弱い位置まで調節され得る。

ここで図面を参照すると、図１は、光記憶ディスク１２からのデータを読み出すのに用いられ得る光学的読み出しシステム１０である。光データ・ディスク１２に記憶されているデータは、読み出しビーム１６を光データ・ディスク１２に投射する一連の光学要素１４によって読み出される。反射ビーム１８は、光学要素１４によって光データ・ディスク１２から捕捉される。光学要素１４は、励起ビームを発生し、これらのビームを光データ・ディスク１２に集束させて、光データ・ディスク１２から戻る反射１８を検出するように設計された任意の数の異なる要素を含んでいてよい。反射ビーム１８は、光記憶ディスク１２のマイクロ・ホログラムから反射された光、光記憶ディスク１２の表面から反射された光、及びマイクロ・ホログラムから反射された光と表面から反射された光との何らかの相互作用の幾つかの組み合わせを含み得る。光学要素１４は、光学ドライブ電子回路パッケージ２２への結合２０を介して制御される。光学ドライブ電子回路パッケージ２２は、１又は複数のレーザ系統への電源、検出器から電子信号を検出する検出電子回路、及び検出された信号をディジタル信号へ変換するアナログ−ディジタル（アナログからディジタルへの）変換器のような各ユニット、並びに検出器信号が光データ・ディスク１２に記憶されているビット値を実際に指示するのはいつであるかを予測するビット予測器のような他のユニットを含み得る。

光データ・ディスク１２の上での光学要素１４の位置は、光データ・ディスク１２の表面の上で光学要素を前後に移動させるように構成されている機械式作動装置（アクチュエータ）２６を有する追従サーボ２４によって制御される。光学ドライブ電子回路２２及び追従サーボ２４はプロセッサ２８によって制御される。本発明の手法による幾つかの実施形態では、光学要素１４によって受光されてプロセッサ２８へフィードバックされ得るサンプリング情報に基づいて、プロセッサ２８が光学要素１４の位置を決定することが可能であってもよい。光学要素１４の位置は、反射１８を強化する及び／若しくは増幅する、又は反射１８の干渉を低減するように決定され得る。幾つかの実施形態では、追従サーボ２４又は光学ドライブ電子回路２２が、光学要素１４によって受け取られるサンプリング情報に基づいて光学要素１４の位置を決定することが可能であってよい。

プロセッサ２８はまた、スピンドル・モータ３４へ電力３２を供給するモータ制御器３０を制御する。スピンドル・モータ３４は、光データ・ディスク１２の回転速度を制御するスピンドル３６に結合されている。光学要素１４が光データ・ディスク１２の外側エッジからスピンドル３６に近い側へ移動するにつれて、光データ・ディスクの回転速度をプロセッサ２８によって速めることができる。このことは、光学要素１４が外側エッジに位置するときも光学要素が内側エッジに位置するときと本質的に同じ光データ・ディスク１２からのデータのデータ速度を保つために実行され得る。ディスクの最高回転速度は約５００回転毎分（ｒｐｍ）、１０００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍ、３０００ｒｐｍ、５０００ｒｐｍ、１０、０００ｒｐｍ、又はこれよりも高くてもよい。

プロセッサ２８は、ランダム・アクセス・メモリすなわちＲＡＭ３８及び読み出し専用メモリすなわちＲＯＭ４０に接続されている。ＲＯＭ４０は、プロセッサ２８が追従サーボ２４、光学ドライブ電子回路２２、及びモータ制御器３０を制御することを可能にするプログラムを含む。さらに、ＲＯＭ４０はまた、プロセッサ２８が特にＲＡＭに記憶されている光学ドライブ電子回路２２からのデータを解析することを可能にするプログラムを含む。本書でさらに詳細に議論されるように、ＲＡＭ３８に記憶されているデータのかかる解析は、例えば復調、復号、又は光データ・ディスク１２からの情報を他のユニットによって用いられ得るデータ・ストリームへ変換するのに必要とされるその他作用を含み得る。

光学的読み出しシステム１０が消費者向け電子装置のような商用ユニットである場合には、システム１０は、プロセッサ２８が利用者によってアクセスされ制御されることを可能にする制御を有し得る。かかる制御は、キーボード及びプログラム選択スイッチ等のようなパネル制御４２の形態を取り得る。さらに、プロセッサ２８の制御は遠隔受信器４４によって行なわれてもよい。遠隔受信器４４は、遠隔制御４８からの制御信号４６を受け取るように構成され得る。制御信号４６は、特に赤外線ビーム、音声信号又は無線信号の形態を取り得る。

プロセッサ２８がＲＡＭ３８に記憶されているデータを解析してデータ・ストリームを生成した後に、このデータ・ストリームをプロセッサ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、データを、網インタフェイス５０を介してディジタル・データ・ストリームとして、外部網に位置する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。代替的には、プロセッサ２８はディジタル・データ・ストリームを、特に高精細度マルチメディア・インタフェイス（ＨＤＭＩ）のような消費者向け電子回路ディジタル・インタフェイス５２又はＵＳＢポートのような他の高速インタフェイス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（ディジタルからアナログへの）信号プロセッサ５４のような他の接続されているインタフェイス・ユニットを有し得る。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、テレビのアナログ入力信号又は増幅系への音声信号入力のような他の形式の装置への出力のためのアナログ信号を与えることを可能にし得る。

読み出し装置１０を用いて、図２に示すようなデータを含む光データ・ディスク１２を読み出すことができる。一般的には、光データ・ディスク１２は１又は複数のデータ記憶層を透明な保護皮膜に埋め込んだ平坦な円板である。保護皮膜はポリカーボネート及びポリアクリレート等のような透明プラスチックであってよい。データ層は、ビット形式ホログラム・データ記憶に用いられるマイクロ・ホログラム又はピット及びランドを備えた反射面のように光を反射し得る任意の数の表面を含み得る。スピンドル孔５６がスピンドル（例えば図１のスピンドル３６）に結合して、ディスク１２の回転速度を制御する。各々の層において、データは一般的には、ディスク１２の外側エッジから内側の限界まで逐次型渦巻状軌道５８に沿って書き込まれるが、円形軌道又は他の構成を用いてもよい。

本発明の手法に従って光データ・ディスク１２を読み出す一実施形態が図３に描かれており、読み出し用ビーム１６を光ディスク１２に向けたときの光ディスク１２の断面図を示す。光ディスク１２は、感光性光学材料の１よりも多い層を含み得る記憶媒体６２を含み得る。これらの層は、マイクロ・ホログラムのように光を反射し得る面を含み得る。光ディスク１２はさらに、反射性表面皮膜６４を含んでいてよく、この皮膜６４は、ポリカーボネート及びポリアクリレート等のような透明プラスチックであってよい。光ディスク１２を読み出すために、読み出し用ビーム１６を光ディスク１２の特定の層のデータ・ビット位置に向けることができ、読み出し用ビーム１６は光ディスク１２の表面６４を通過してデータ・ビット位置の物質と相互作用し得る。データ・ビット位置には、マイクロ・ホログラム６０は存在していてもいなくてもよい。マイクロ・ホログラム６０は読み出し用ビーム１６を反射することができ、反射ビーム１８は光ディスク１２から出ることができる。読み出し用ビーム１６はまた、反射性表面皮膜６４によって反射されて、表面反射もまた光ディスク１２から反射され得る。

一実施形態では、マイクロ・ホログラム６０が存在する場合には、反射ビーム１８及び表面反射６６の両方が検出器において受光される。表面反射６６は、マイクロ・ホログラム６０に対応する情報を含む反射ビーム１８との干渉を発生し得る。検出器は、表面反射が弱い位置まで光ディスク１２の上を移動し、このようにして表面反射からの干渉を減少させることによりＳＮＲを高めることができる。しかしながら、データ信号自体が弱い場合には干渉を減少させるのでは不十分な場合がある。もう一つの実施形態では、検出器は、反射ビーム１８又は反射ビーム１８の何らかの成分が増幅され又は強化され得るように、反射ビーム１８が表面反射６６と建設的に干渉する位置まで移動することができる。例えば、検出器は、反射ビーム１８の位相と表面反射６６の位相とが実質的にコヒーレントとなり、建設的干渉を生じて反射ビーム１８を増幅する位置まで移動することができる。反射ビーム１８の位相と表面反射６６の位相とが類似しているときには、交差項が強まって、増幅されたデータ信号として検出器によって出力され得る。

このように、本発明の幾つかの実施形態では、高い表面反射率は、反射ビーム１８を増幅して強化するのに有益であるとも言える。表面反射率は、表面反射６６を増大させてさらに強い交差項を生成するように調節され得る。例えば、従来のホログラム・システムでは、表面反射６６は所望のデータ信号における雑音として認知され得るため表面反射６６を減少させる場合があるが、本発明の手法の幾つかの実施形態は、光ディスクの表面を読み出しビームの約１０％〜５０％を反射するように構成することができる。

読み出し用ビームがマイクロ・ホログラムの存在しないデータ・ビット位置に向けられる場合には、読み出し用ビーム１６は関心のあるデータ・ビット位置を含む層から反射されず、中央の読み出し用ビーム１６に示すように光ディスク１２をそのまま通過し得る。表面反射６６は依然として検出器によって捕捉されることができ、表面反射６６のみから成る帰投信号は、読み出し用ビーム１６がマイクロ・ホログラムの存在しないデータ・ビット位置に向けられたことを示すことができる。

図３では、読み出し用ビーム１６、反射ビーム１８、及び表面反射６６が全て、角度を成して光ディスク１２に出入りする。この図では、各ビームの経路を分かり易く説明し易くするように、ビーム１６、１８及び６６に角度を付けている。幾つかの実施形態では、読み出し用ビーム１６は光ディスク１２に垂直に向けられて、反射ビーム１８及び表面反射６６は光ディスク１２に垂直に反射され得る。すると、ビーム１８及び６６は重なり合い、又は空間内で同じ経路を進行し得る。この構成は、反射ビーム１８及び表面反射６６が検出器において受光されるときに両者の間の建設的干渉を可能にし得る。

図４は、本発明の手法の一実施形態によるマイクロ・ホログラムの検出時に生じ得る反射の模式図を示す。放出器６８が、データ・ビット位置に向けられる読み出し用ビーム１６を放出することができる。データ・ビット位置にはマイクロ・ホログラム６０が存在する場合があり、読み出し用ビーム１６は反射ビーム１８として反射され得る。表面反射６６もまた、反射性表面皮膜６４から反射された読み出し用ビーム１６から生じ得る。反射ビーム１８及び表面反射６６はパターンを生じ、このパターンがマルチ・ピクセル検出器７０によって多数の個別のピクセル７２として読み出され得る。ピクセル７２に含まれるパターン又は情報に依存してマルチ・ピクセル検出器７０を調節することができる。

一実施形態では、マルチ・ピクセル検出器７０は、一定のデータ点位置を読み出す際に異なる位置をサンプリングすることができ、マルチ・ピクセル検出器７０の位置を、最大ＳＮＲで信号を受け取るように、又は表面反射６６からの干渉が最小であるような位置に調節することができる。他の実施形態では、マルチ・ピクセル検出器７０の位置を、最も強い信号を捕捉するように調節してもよい。最も強い信号とは、反射ビーム１８が表面反射６６と建設的に干渉して、反射ビーム１８又は反射ビーム１８の何らかの成分の強化である最大交差項を生ずるような信号を指し得る。この強化は、反射ビーム１８の一部又は全体の増幅を含み得る。幾つかの実施形態では、単一の検出器を用いて、検出器はディスクが回転するのに伴って一つの特定のデータについて複数の位置をサンプリングすることができる。

本発明の手法による共線型検出ヘッドの模式図を図５に示す。放出器６８が読み出し用ビーム１６を放出することができ、読み出し用ビーム１６の様々な反射をマルチ・ピクセル検出器７０において受光することができる。読み出し用ビーム１６は先ず、読み出し用ビーム１６の偏光を変化させる二分の一波長板７４を通過し得る。次いで、読み出し用ビーム１６は、当該読み出し用ビーム１６の実質的に全体が読み出し用ビーム１６の偏光を変化させる四分の一波長板７８に向けられるように、９０°だけ反射され得る偏光ビーム分割器７６に入る。次いで、ビーム１６は集束光学系８０に入り、ビーム１６を光ディスク１２のデータ点位置に集束させることができる。データ点位置はマイクロ・ホログラム６０を含み得る。前述のように、光ディスク１２の表面は読み出し用ビーム１６の一部を反射することができ、マイクロ・ホログラム６０が存在する場合にはマイクロ・ホログラム６０もまた読み出し用ビーム１６の一部を反射し得る。表面からのビームの反射及びマイクロ・ホログラム６０からのビームの反射は、光ディスク１２から上方へ反射され、前述のようにクロストークも生じ得る。反射したビーム８２は全て重なり合って、集束光学系８０を通過して四分の一波長板７８に戻ることができ、反射したビーム８２の偏光を偏移させて今度は偏光ビーム分割器７６を実質的に通過して検出器７０へ向かうようにする。

幾つかの実施形態では、ビーム８２は、マルチ・ピクセル検出器７０において受光される前に、集束光学系８６、ピンホール板８８、及び照合光学系９０を通過し得る。ビーム８２は、マルチ・ピクセル検出器７０によって個別のピクセル７２のアレイとして読み出すことのできるパターンを生成し得る。

一実施形態によるディスク表面反射の異なる分率に対応する光の強度をシミュレートするのに用いられ得るプログラムを示すコードの一例を図６に掲げる。前に議論された式｜Ｅ_ｄ｜^２＋｜Ｅ_ｈ｜^２＋２Ｒｅ（Ｅ_ｄＥ_ｈ ^＊）をコードとして表わすこともできる。コードを参照して述べると、項「ｄｅ」はマイクロ・ホログラムから反射する光の回折効率を表わす。項「ｐｉｎｈｏｌｅ」は、ビームが検出器によって受光される前に通過し得る微小孔を表わす。ピンホールはこのコードに設定されたピンホール・ファクタだけディスク反射を減少させることができる。例えば、図６では、ピンホール・ファクタは０．１に設定されている。項「ｄｒ」は、光ディスクの表面から反射される光の分率を表わす。表面から反射される光の分率を調節して、ビーム８２（図５に示す）の強度と表面から反射される光の分率との間の関係を決定するプロットを生成することができる。ここで、ｄｒを定義するときに、第一の値０．０００１はシミュレートされる表面反射の最小分率である。第二の値０．０００１は表面反射の増加の増分であり、第三の値０．１は、シミュレートされる表面反射の最大分率である。マイクロ・ホログラムから反射される光の強度は「ｈｏｌ」によって表わされており、ｄｅ＊（１−ｄｒ）（１−ｄｒ）として算出される。この理由は、ｄｒが表面によって反射される光の分率を表わし、従って（１−ｄｒ）は、表面によって反射されずにマイクロ・ホログラムによって反射されるように表面を通過した光の分率を表わし得るからである。マイクロ・ホログラムによって反射される光が全て検出器において受光され得る訳ではなく、第二の（１−ｄｒ）項は、光ディスク表面の底面からのマイクロ・ホログラム反射の反射を表わす。第二の（１−ｄｒ）項は、光ディスク表面の底面の反射率に依存して変化し得る。読み出し用ビームの反射は元の読み出し用ビームと同じ強度の反射ビームを生じ得ないため、項（１−ｄｒ）（１−ｄｒ）に回折効率ｄｅを乗ずることができる。交差項は、コードでは「ｃｒｏｓｓ＿ｔｅｒｍ」と命名されており、（ｐｉｎｈｏｌｅ＊ｄｅ＊ｄｒ＊（１−ｄｒ）（１−ｄｒ））の平方根の２倍として算出されている。この項は前に議論した式の項２Ｒｅ（Ｅ_ｄＥ_ｈ ^＊）に対応しており、このシミュレーションはまた、検出される前にピンホールを通過する光の分率を考慮しているため、これらの項はピンホール測定も含んでいる。さらに、表面から反射される光の強度のＤＣ項は「ｄｃ＿ｔｅｒｍ」によって表わされ、この光は検出器において受光される前にピンホールを当然通過しているので、ｐｉｎｈｏｌｅ＊ｄｒによって算出される。

このコードは、ＭＡＴＬＡＢ（商標）を用いて一実施形態に従って光の反射の強度をシミュレートするが、本発明の手法の各実施形態によれば他のプログラム又はプログラミング言語をシミュレーションに用いてもよい。さらに、本発明の手法の各実施形態によれば他の値又は式をシミュレーションにおいて具現化してもよい。

本発明の手法の一実施形態に従って０．０１のピンホール反射低減を用いて図６のシミュレーション・プログラムから算出される光の強度を示すグラフを図７に示す。このシミュレーションにおいて、ディスクの表面によって反射される読み出し用ビームの分率すなわちディスク反射９６は、０．０００１と０．１との間で０．０００１の増分で増加する。ディスク反射９６の範囲は、検出器において受光されるビームの１又は複数について異なる強度９８を生じ得る。０．０１ピンホール低減９４によるこのシミュレーションにおいてプロットされるビームは、マイクロ・ホログラムからの反射１００、光ディスク表面からの反射１０２、及び交差項１０４を含んでいる。議論したように、交差項１０４の強度はマイクロ・ホログラム反射及び表面反射の両方の成分を含むため、交差項１０４は読み出し工程に干渉し得る。

このプロットに見られるように、マイクロ・ホログラムによって反射される光の強度１００は、ディスクの表面によって反射される読み出しビームの分率が０．１に近付くにつれて次第に減少し得る。この理由は、ディスク表面によって反射される光はディスク表面の下方の感光層に位置するマイクロ・ホログラムによって反射されるように表面材料を通過することはないからである。表面によって反射される光の強度１０２は、表面によって反射される読み出し用ビームの分率が０．１に近付くにつれて増大し得る。このシミュレーションでは、交差項信号の強度１０４もまた、ディスク表面から反射される光の分率が増加するにつれて増大する。このプロットに見られるように、交差項１０４は、表面反射分率が０．０２と０．０３との間でマイクロ・ホログラムの反射強度を超える。他のシミュレーションでは異なる値が生ずる場合があるが、本シミュレーションは、交差項信号がマイクロ・ホログラムからの反射信号を如何に増幅し得るかという一例である。従って、交差項が強い位置まで検出器を調節すると、ＳＮＲを大幅に高めてマイクロ・ホログラム反射を強化することができる。

さらに、本発明の手法の一実施形態に従って０．１のピンホール反射低減を用いて図６のシミュレーション・プログラムから算出される光の強度を示すグラフを図８に示す。このシミュレーションでは、マイクロ・ホログラムは存在するが、マイクロ・ホログラムによって反射される光の強度１００は、表面によって反射される光の範囲全体にわたって低いままである。表面によって反射される光の強度１０２及び交差項の強度１０４は、表面によって反射される読み出し用ビームの分率が０．１に近付くにつれて増加し得る。このように、マイクロ・ホログラム反射１００、表面反射１０２、及び交差項１０４の異なる強度を、変化する様々なパラメータによって検出することができる。前述のように、検出器の位置を調節すると、光学的読み出しシステム（図１のような）がマイクロ・ホログラムとの建設的干渉についての最大（又は最小）交差項を見出すことを可能にすることができる。図７及び図８のグラフを比較することにより分かるように、ピンホールの寸法及び位置を変化させてさらに強い交差項１０４を達成することもできる。ピンホールは、幾つかの信号が検出器に達するように通過することを可能にするフィルタとして作用し得る。ピンホールの寸法によって通過する信号の強度が決まり、ピンホールの位置によって通過する信号の部分が決まる。このように、ピンホールの両方のパラメータを、信号検出能力を高める又は所望の交差項１０４を検出するときに用いることができる。さらに、前述のように、光ディスクの反射率を変化させて、交差項信号を増大させることもできる。所望の交差項信号１０４は最大同相交差項であってもよいし、表面反射とマイクロ・ホログラム反射とが同相であるときに検出器によって出力される交差項であってもよい。

図９は、本発明の手法の各実施形態に従って光学的読み出しシステム１０が光データ・ディスクのデータ点位置において読み出し得る方法１０８を全体的に説明するブロック図を示す。方法１０８はブロック１１８から開始し、このブロックではビームがディスクに放出される。例えば、放出器が光データ・ディスクに読み出し用ビームを放出し得る。反射ビームはブロック１２０において検出されて変換される。この反射ビームはブロック１１８において放出されるビームの任意の反射を参照していてよく、例えばディスクの表面からの反射、ディスクのマイクロ・ホログラムからの反射、又は他の反射を含み得る。ブロック１２０の変換工程は、前述のようにデータのアナログ・データ信号への任意の復号又は変換を指し得る。ブロック１２０での反射ビームの検出及び変換は、ビーム反射の１よりも多いサンプルを受ける検出器又はマルチ・ピクセル検出器を含み得る。検出器は、ブロック１２２においてマイクロ・ホログラムからの反射に対応する反射ビームの成分を強化するように調節され得る。検出器の調節は、ブロック１２０において検出される反射ビームのサンプルに従って行なわれ得る。

一実施形態では、ブロック１２２の調節は、マイクロ・ホログラム反射に対応する反射ビームの成分を、表面反射との建設的干渉を可能にすることにより強化するように行なわれ得る。表面反射を利用すること、及び表面反射とマイクロ・ホログラム反射とが建設的に干渉するように検出器を位置揃えすることにより、表面反射及びマイクロ・ホログラム反射の強い交差項が生じ、これによりマイクロ・ホログラム反射を強化することができる。例えば、検出器を、表面反射とマイクロ・ホログラム反射とが実質的に同じ位相を有するような一定の位置まで調節することができる。特定のデータ点位置を読み出すときに１よりも多い位置をサンプリングすると、光学的読み出しシステムは、表面反射とマイクロ・ホログラム反射とが同相であり、且つ交差項が強い位置を選択することが可能となり得る。

さらに、幾つかの実施形態では、光ディスクは、表面によって反射される読み出し用ビームを一定百分率で計画的に反射するように構成され得る。例えば、表面が典型的な光ディスクよりも反射性となり得るように光ディスクを被覆することができる。従来の光ディスクの表面は一定の百分率の読み出し用ビームを反射するように構成され得るが、本発明の手法による幾つかの実施形態は、読み出し用ビームの約１％〜５０％を反射し得る。幾つかの実施形態では、光学的読み出しシステム１０は、光ディスクをさらに高い反射率によって読み出すように構成され得る。また、光学的読み出しシステム１０は、マイクロ・ホログラム反射信号を建設的干渉によって強化する反射性光ディスク表面からの反射を受光するように構成され得る。

もう一つの実施形態では、ブロック１２２の検出器の調節は、表面干渉の望ましくない影響を減少させることによりマイクロ・ホログラムの反射に対応する反射ビームの成分を強化するように行なわれ得る。前述のように、表面反射は、どの程度の光がディスク表面から反射されるかに依存してマイクロ・ホログラム反射からの信号又は反射に対して優位を占める場合がある。ディスク表面反射を排除する（例えば差分検出による）と、読み出し工程においてＳＮＲを高めることができる。やはり議論されたように、ブロック１２２において干渉が最小となる位置で反射ビームを受光するように検出器を移動する又は調節することにより、干渉を減少させることができる。特定のデータ点位置を読み出すときの１よりも多い位置のサンプリングは、光学的読み出しシステムが表面反射の最も弱い位置を選択することを可能にし得る。

ブロック１２４では、反射ビームからビット状態を予測することができる。例えば、ビットを「０」状態又は「１」状態として、マイクロ・ホログラムが不在であるか存在するかを示すことができる。さらに、１よりも多いビット状態を予測することができ（ブロック１２６）、ブロック１２８ではビット状態をまとめて一つの符号を形成することができる。この符号は、光学的読み出しシステム１０からの出力ディジタル信号となり得る。

本発明の幾つかの特徴のみを本書で図示して説明したが、当業者には多くの改変及び変形が想到されよう。従って、特許請求の範囲は、本発明の真意に含まれるような全ての改変及び変形を網羅するものであることを理解されたい。

１０ 光学的読み出しシステム
１２ 光ディスク又はホログラム・ディスク
１４ 光学要素
１６ 読み出し用ビーム
１８ 反射ビーム
２０ 光学ドライブ／信号結合
２２ 光学ドライブ要素
２４ 追従サーボ
２６ 機械的作動装置
２８ プロセッサ
３０ モータ制御器
３２ モータ駆動接続
３４ スピンドル・モータ
３６ スピンドル
３８ ＲＡＭ
４０ ＲＯＭ
４２ パネル制御
４４ 遠隔受信器
４６ 遠隔信号
４８ 遠隔制御
５０ 網インタフェイス
５２ 消費者向けディジタル・インタフェイス
５４ Ｄ／Ａ信号プロセッサ
５６ スピンドル孔
５８ データ軌道
６０ 微小反射体（マイクロ・ホログラム）
６２ 記憶媒体
６４ 反射性表面皮膜
６６ 表面反射
６８ 放出器
７０ マルチ・ピクセル検出器
７２ 個別のピクセル
７４ 放出器からの二分の一波長板
７６ 偏光ビーム分割器
７８ 四分の一波長板
８０、８６ 集束光学系
８２ 重なり合う全３本のビーム
８８ ピンホール板
９０ 照合光学系
９４ ０．０１ピンホール低減での交差項シミュレーション
９６ ディスク反射
９８ 強度
１００ マイクロ・ホログラムからの反射
１０２ ディスク表面からの反射（ｄｃ項）
１０４ 建設的干渉からの交差項
１０８ 記憶装置から符号を読み出す
１１８ ディスクにビームを放出する
１２０ 反射ビームを検出／変換する
１２２ 建設的干渉を強化するように検出器を調節する
１２４ 反射ビームからビット状態を予測する
１２６ 予測を強化するように検出された強度をフィードバックする
１２８ ビットをまとめて符号を形成する

Claims (10)

1. 光ディスク（１２）からデータを読み出す方法であって、
   光ディスク（１２）の表面（６４）に電磁放射線のビーム（１６）を放出するステップと、
   前記光ディスク（１２）からの反射電磁放射線（８２）を検出器（７０）により検出するステップであって、前記反射電磁放射線（８２）は、
   前記表面（６４）からの反射（６６）と、
   前記光ディスク（１２）の内部の微小反射体（６０）からの反射（１８）とを含んでいる、検出するステップと、
   前記微小反射体（６０）からの前記反射（１８）の前記検出を強化するように前記検出器（７０）を調節するステップと
   を備えた方法。
2. 前記反射電磁放射線（８２）を、当該反射電磁放射線（８２）の強度（９８）を表わす電気信号に変換するステップ（１２８）を含んでいる請求項１に記載の方法。
3. 前記放出された電磁放射線（１６）の光学的経路を、前記反射電磁放射線（６６及び１８）の光学的経路と共線の態様で指向させるステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
4. 前記検出器（７０）を調節するステップは、前記検出器（７０）を、前記表面（６４）からの前記反射（６６）の位相と前記微小反射体（６０）からの前記反射（１８）の位相とが実質的に同じであるような位置まで調節するステップを含んでいる、請求項１に記載の方法。
5. 前記微小反射体（６０）からの前記反射（１８）の前記検出を強化するようにピンホール（８８）の寸法及び位置を調節するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
6. 前記反射電磁放射線（８２）を差分検出により解析するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
7. 前記差分検出は前記反射電磁放射線（８２）の変化を検出し、該反射電磁放射線（８２）の該変化は微小反射体（６０）の存在又は不在を表わす、請求項６に記載の方法。
8. マルチ・ピクセル検出器（７０）を用いて前記反射電磁放射線（８２）を検出するステップを含んでいる請求項１に記載の方法。
9. 前記検出器（７０）を調節するステップは、強化された強度（９８）を有する前記反射電磁放射線（８２）を検出する前記マルチ・ピクセル検出器（７０）のピクセル（７２）を選択するステップを含んでいる、請求項８に記載の方法。
10. 前記反射電磁放射線（８２）の強度（９８）を算出するステップと、
    前記反射電磁放射線（８２）の前記算出された強度及び／又は前記電気信号を含む入力をビット予測器に供給するステップ（１２４）と、
    現在検出されているビットについてビット値を予測するステップと
    を含んでいる請求項２に記載の方法。

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