JP2011238311A

JP2011238311A - 光情報再生装置、光情報記録装置および光情報記録再生装置

Info

Publication number: JP2011238311A
Application number: JP2010107854A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Shimada; 堅一嶋田; Toshiki Ishii; 利樹石井
Original assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Current assignee: Hitachi Consumer Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-05-10
Filing date: 2010-05-10
Publication date: 2011-11-24
Also published as: US9170562B2; US20110273754A1; CN102280115B; CN102280115A

Abstract

【課題】
ホログラフィックメモリにおいて、再生時と記録時の参照光の波面が大きく異なると、再生される信号光の品質は低下または再生できなくなる。ゆえに再生時と記録時の参照光の波面収差量の差をできる限り小さくする事が求められる。
【解決手段】
再生前に、記録時に用いた信号光と同じ振幅分布および位相分布を有する光ビームを信号光の光学系を通してホログラム記録媒体に照射することで、記録時に用いた参照光の振幅、位相を有する光ビームを回折によって生じさせる。この回折光の波面形状を検出することで、再生するのに最適な参照光の波面を事前に検出する。また装置に波面制御素子を搭載することで、参照光の波面を事前に最適な波面に補正する。
【選択図】図１

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する、および／または光情報記録媒体から情報を再生する装置に関する。

現在、青紫色半導体レーザを用いた、Ｂｌｕ−ｒａｙＤｉｓｃ（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の商品化が可能となってきた。今後は、光ディスクでも１００ＧＢ〜１ＴＢというＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｃＤｒｉｖｅ）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するホログラム記録技術が注目を集めている。

ホログラム記録技術とは、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技術である。

ま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すると、ホログラムが回折格子のように作用して記録媒体中に記録されている干渉縞パターンに応じた回折光を生じる。この回折光が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される。

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ム記録では、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。

ホログラム記録技術として、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。

また、例えば特開２００９−８６２４８号公報（特許文献２）や、“Optical Compensation of Distorted Interference Fringes Depending on Temperature in Holographic Data Storage,” ISOM2009 Technical Digest, TH-J-05（非特許文献1）では、ホログラム再生像の品質向上に関する技術が記載されている。

特開２００４−２７２２６８号公報特開２００９−８６２４８号公報

T. Muroi, et. al., "Optical Compensation of Distorted Interference Fringes Depending on Temperature in Holographic Data Storage," ISOM2009 Technical Digest, TH-J-05 .

特許文献２ならびに非特許文献１に記述されているように、参照光の波面収差の補正は、高品質のホログラム再生像を得る上で、非常に重要であるが、参照光の波面を補正するにあたり、例えば波面補正の入力信号に対してホログラム再生像の強度分布の応答を考えた場合、この応答は特許文献２に記述されているように、一般には非線形の応答となる。つまり伝達関数を用いたフィードバック制御が困難なため、特許文献２では参照光の波面収差の補正のために、遺伝的アルゴリズムを用いた制御を行っている。遺伝的アルゴリズムは、解の候補である「個体」を複数個用意し、適応度の高い個体を優先的に選択して交叉、組み換え、突然変異などの操作を繰り返しながら解を探索する方法である。つまり、最適解となる波面の形状を導き出す探索に、前述した複数回の繰り返し処理が原理的に必要であり、複数回、異なる波面を持つ参照光を照射して、その中から最適解をみつけるため、ある程度時間を要することになる。装置のデータ転送速度を高速なものとするためには、最適な波面収差の形状を短時間で検出する必要がある。

本発明の目的は、比較的短時間で参照光波面を補正することを目的とする。

本発明の目的は、その一例として、所定の複素振幅分布を有する光をホログラムに照射することにより得られる回折光の波面を検出することで達成できる。

本発明によれば、比較的短時間で参照光波面を補正することができる。

ホログラフィックメモリ装置の実施例を示した図参照光の波面を補正するホログラフィックメモリ装置の実施例を示した図波面センサの実施例を示した図波面の形状を算出する実施例を示した図記録時における信号光の振幅パターンの実施例を示した図ホログラフィックメモリ装置の実施例を示した図参照光の波面を補正するホログラフィックメモリ装置の実施例を示した図調整用パターンの記録位置を示した図調整用パターンの記録位置を示した図

以下、本発明の実施例について説明する。

図１は本発明におけるホログラフィックメモリ装置の実施例を示したものである。

情報が記録されたホログラム記録媒体１００から情報を再生する前に、レーザ光源１を出射した光ビームは、コリメートレンズ２、シャッタ３、偏光方向変換素子４、ＰＢＳプリズム5、ビームエキスパンダ9、位相マスク１１、リレーレンズ１０、ＰＢＳプリズム７を経由して空間光変調器８に入射する。この際、本実施例では、空間光変調器8および位相マスク１１によって変調された光ビームの振幅分布および位相分布は、ホログラム記録媒体１００に情報を記録する際に用いた参照光と信号光のうち、信号光の振幅分布および位相分布と同じ分布となるように変調されることを特徴としている。変調された光ビームはその後、リレーレンズ１２、空間フィルタ１３、対物レンズ２０を経由してホログラム記録媒体１００に入射する。

前述のように光ビームの位相分布および振幅分布を、情報記録時の信号光と一部または全てが同じとなるように変調し、情報が記録されたホログラム記録媒体１００に信号光の光学系から光ビーム６を照射することで、ホログラム記録媒体１００内のホログラムによって光ビームが回折される。なお、その回折光はホログラフィの原理から、ホログラム記録媒体１００に情報を記録する際に用いた参照光と同じ振幅分布および位相分布を有することになる。通常、ホログラフィックメモリにおいて情報を再生する際は、参照光をホログラム記録媒体１００に照射することで、記録時に用いた信号光と同じ振幅、位相を有する光ビームを回折によって生じさせる。本実施例の特徴とするところは、記録時に用いた信号光をホログラム記録媒体１００に照射することで、記録時に用いた参照光の振幅、位相を有する光ビームを回折によって生じさせる点である。ホログラフィックメモリにおいて、情報を再生する際は、理想状態の下では基本的に記録時と同じ参照光を照射することで信号光を検出するものであり、もし再生時と記録時の参照光の波面が大きく異なると、再生される信号光の品質は低下または再生できなくなる。本実施例を用いることで、記録時に用いた参照光の振幅、位相を有する光ビームを回折によって生成できるので、再生前に、再生するのに最適な参照光の波面を事前に検出することができる。

本実施例では、ガルバノミラー２１を経由して、その回折光２５を波面センサ３０で受光し、波面形状を検出する。

波面センサ３０で検出された波面形状データは、参照光波面制御回路４０に送られ、ホログラム記録媒体１００から情報を再生する際は、該波面形状データを元に波面制御素子６０によって参照光の波面が制御される。

波面制御素子６０は、例えば電圧を印加することで所定の位相パターンを光ビームに付加する液晶素子によって実現できる。

図２は、ホログラム記録媒体１００から情報を再生する際の様子を示した概略図である。レーザ光源１を出射した光ビームは、コリメートレンズ２、シャッタ３、偏光方向変換素子４、ＰＢＳプリズム5、偏光方向変換素子１９、ミラー１４、波面制御素子６０、ミラー１５、ガルバノミラー１６、レンズ１７、レンズ１８を通してホログラム記録媒体１００に入射する。この光ビームは参照光としてホログラム記録媒体１００に入射する。

図１を用いて前述したように、再生するのに最適な参照光の波面（位相）の情報は既に検出されているため、再生時は参照光波面収差制御回路を通して波面制御素子６０によって参照光の波面が補正される。この際、参照光の波面収差は、補正前の初期波面形状を考慮して補正される。つまり波面センサ３０で検出された波面形状を、そのまま再生時の参照光に付加するのではなく、補正前の初期波面形状の分を考慮して付加される。さらに本実施例のように、再生時はガルバノミラー２１を反射した光ビームを参照光として再生する場合は、反射による波面の反転等を考慮し、該光ビームが位相共役光となるように、波面（位相）を付加する。

図３は本発明におけるホログラフィックメモリ装置の波面センサ３０の実施例を示したものである。なおホログラフィックメモリ装置の構成は図１と同じである。

波面センサは図３に示すように、主にレンズアレイ３１と受光面３２によって構成されており、回折光２５をレンズアレイ３１によって集光し、その集光パターンを受光面３２によって検出する。例えば図４に示すように、波面センサ３０に入射する波面が歪んでいると、レンズアレイ内の各レンズによって集光される集光点は、各々、波面の歪みにならって集光する。具体的には、各レンズに入射する波面の法線の略延長線上に集光することになる。例えば、平面波が入射した際の集光点を基準点とすると、波面が歪んだ場合の受光面３２上の集光点は、図に示すように基準点から異なった位置に集光することになる。

このずれ量は、レンズアレイを構成する各レンズの焦点距離と、各レンズに入射する波面の傾き方向および傾き量によって一意的に決まるのは明らかである。よって、このずれベクトルを検出することで、光ビーム２５の波面形状を算出することができる。本実施例では、この様にして検出された波面形状データが参照光波面制御回路４０に送られ、ホログラム記録媒体１００から情報を再生する際は、該波面形状データを元に波面制御素子６０によって参照光の波面が補正される。

なお、上述では波面センサとしてレンズアレイの構成によるものを示したが、波面センサとしては、波面の形状の情報が得られれば他の構成を用いても良い。

図５は本発明におけるホログラフィックメモリ装置において、記録時における信号光の強度分布パターンの実施例を示したものである。なおホログラフィックメモリ装置の構成は図１と同じである。本実施例では、（ａ）に示すようにＯＮピクセルとＯＦＦピクセルが適度に配置された２次元データを少なくとも一回は記録する場合、（ｂ）に示すように全画素がＯＮピクセルとなったホワイトパターンを少なくとも一回は記録する場合を例にして説明する。なお、（ａ）における適度に配置された２次元データとは、波面収差の影響を受けにくい２次元パターンを示すが、本実施例ではこれに限らず、実際に信号光に変調して記録するデータのデータパターンやランダムな２次元データのデータパターンであっても良い。

実施例１において説明したように、本発明の特徴とするところは、記録時に用いた信号光をホログラム記録媒体１００に照射することで、記録時に用いた参照光の振幅、位相を有する光ビームを回折によって生じさせる点である。つまり記録時における信号光の振幅分布、ならびに位相分布を予め知っておく必要がある。

ゆえに本実施例では、記録時においては例えば（ａ）に示すように、予め規定された２次元パターンを含む信号光を用いて、少なくとも一回は記録を行う。または例えば（ｂ）に示すように、ホワイトパターンの信号光を用いて、少なくとも一回は記録を行うことを特徴としている。このように既知のパターンを信号光に埋め込むことで、特に記録時と異なる装置を用いて再生する場合などにも、記録時と同じパターンの信号光を照射するのに役に立つ。

次に、この（ａ）に示すような２次元パターンおよび（ｂ）に示すようなホワイトパターン（ここでは、参照光を調整するための調整用パターンと呼ぶ）を記録するタイミングや記録位置について説明する。

図８は記録媒体１００に多重数Nで角度多重記録を行う様子を示したものである。記録時は、同一箇所に複数のページデータ（Page １〜Page N）をホログラムとして角度多重記録し、該箇所の記録が終わると次の箇所に記録を行うことになる。ここで、同一箇所に角度多重されたホログラムの集合体をBookと呼ぶことにする。各BookにはＮ個のページデータの情報が格納されており、1つのBookの記録が終わると、記録媒体１００の異なる位置に次のBookの記録が行われる。本発明では、例えば前述の調整パターンは、図８に示すようにBook内の所定のページデータ（Page ｍ）に付加される。もちろん１ページだけでなく、１つのBook内において複数ページに付加しても良い。なお、前述の調整パターンは、記録媒体１００に記録するBookのうち、一部のBook（図８におけるBook５）に保持させても良いし、全てのBookに保持させても良い。

また別の方法として、図９に示すように例えば記録媒体１００に調整用パターンを格納する所定の領域を少なくとも１箇所以上設け、この領域に格納しておいても構わない。

図６は、情報が記録されたホログラム記録媒体１００に信号光の光学系からホワイトパターンの光ビームを照射する様子を示したものである。ホログラム記録媒体１００に予めホワイトパターンの信号光を用いて記録しておけば、その記録時の参照光と同じ振幅、位相を有する光ビームが、ホログラム記録媒体１００内のホログラムによって回折により生成される。

また、どのような２次元パターンの信号光であっても、それはホワイトパターンの信号光の一部とみなすことができるので、仮に記録時は所定の２次元パターンの信号光を用いて記録していても、その領域にホワイトパターンを照射すれば、ホログラフィの原理から、記録時に用いた参照光と同じ振幅分布、ならびに位相分布を持つ光ビームが少なくとも回折される。よってホワイトパターンを照射して、その回折光を検出し、再生するのに最適な参照光の波面を導き出しても良い。

図７は本発明におけるホログラフィックメモリ装置において、記録前および／または再生前において参照光の波面収差を補正する実施例の様子を示したものである。

前述したように、ホログラフィクメモリにおいて、理想状態の下では、再生時と記録時の参照光の波面が大きく異なると、再生される信号光の品質は低下または再生できなくなる。ゆえに本実施例では、記録前および／または再生前に波面収差を波面センサ３０にて測定し、必要に応じて参照光の波面収差を補正することを特徴としている。記録前および／または再生前に、参照光の波面収差を測定し、例えば所定の値を超える波面収差を波面センサで検出した場合は、適宜、参照光の波面を補正し、再生時と記録時における参照光の波面の差分を小さくする。

ホログラフィックメモリにおいては、再生時に記録時と出来る限り同様の参照光を再現することが重要であるのは当然のことながら、上述のように記録または再生時にいかに波面収差の小さい参照光を生成するかも重要になる。従って、本実施例では、情報の記録または再生時に出来るだけ参照光の波面収差を小さくするために、記録前または再生前に参照光の波面収差を補正し、波面収差が小さい参照光を用いて記録または再生する点が特徴点となっている。本実施例では、記録または再生前に参照光を波面センサ３０に入力し、この結果から参照光波面制御回路４０、波面制御素子６０を用いて波面収差の小さい参照光を生成する。なお、この参照光の波面の補正は記録または再生前に限られず、記録中に波面センサ３０による検出を適時行い、必要に応じて記録動作と並行しながら行うことも可能である。

また、本実施例は以下のように記載することもできる。すなわち、参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録するホログラフィックメモリ装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分離するビームスプリッタと、このビームスプリッタにより分離された参照光の波面を検出する波面センサと、この波面センサの出力に応じて参照光の波面を調整する波面制御素子とを有しており、ホログラム記録媒体に情報を記録するときには、ビームスプリッタで分離された信号光と、波面制御素子を通過した参照光とで生じる干渉縞パターンを該ホログラム記録媒体に記録する。更には、上述の波面センサの出力を制御する制御回路を有し、この制御回路は、波面センサの結果、参照光の波面収差が所定値以上のときは、波面制御素子により波面を調整した参照光と、ビームスプリッタで分離された信号光とで生じる干渉縞パターンをホログラム記録媒体に記録する。また、上述の波面センサは、集光光学系としてレンズアレイを備える構成としても良い。

また、参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置であって、レーザ光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源から出射された光ビームに所定の調整用情報を付加するための空間光変調器と、この空間光変調器にて調整用の情報が付加された光ビームをホログラム記録媒体に導く対物レンズと、ホログラム記録媒体から得られる該光ビームの回折光を検出する波面センサと、この波面センサの出力に応じて参照光の波面を補正する波面制御素子とを有し、ホログラム記録媒体から情報を再生するときには、前記波面制御素子によって波面が補正された参照光を用いて再生する。更には、上述の所定の調整用情報とは、ホログラム記録媒体に記録されている情報と相間をもった情報であっても良い。更には、上述の波面センサは、集光光学系としてレンズアレイを備える構成にしても良い。更には上述の所定の調整用情報とは、再生に先立って予めホログラム記録媒体に記録した情報であっても構わない。

１・・・光源、２・・・コリメートレンズ、３・・・シャッタ、４・・・偏光変換素子、
５・・・ＰＢＳプリズム、６・・・光ビーム、７・・・ＰＢＳプリズム、
８・・・空間光変調器、９・・・ビームエキスパンダ、１０・・・リレーレンズ、
１１・・・位相マスク、１２・・・リレーレンズ、１３・・・空間フィルタ、
１４・・・ミラー、１５・・・ミラー、１６・・・ガルバノミラー、１７・・・レンズ、
１８・・・レンズ、１９・・・偏光変換素子、２０・・・対物レンズ、２１・・・ガルバノミラー、
２５・・・回折光、３０・・・波面センサ、３１・・・レンズアレイ、３２・・・受光面、
４０・・・参照光波面制御回路、６０・・・波面制御素子、１００・・・ホログラム記録媒体

Claims

参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録するホログラフィックメモリ装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分離するビームスプリッタと、
前記ビームスプリッタにより分離された参照光の波面を検出する波面センサと、
前記波面センサの出力に応じて参照光の波面を補正する波面制御素子と、
を有し、
ホログラム記録媒体に情報を記録するときには、前記ビームスプリッタで分離された信号光と、前記波面制御素子を通過した参照光とで生じる干渉縞パターンを該ホログラム記録媒体に記録する、
ホログラフィックメモリ装置。
請求項１に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記波面センサの出力を制御する制御回路を有し、
前記制御回路は、前記波面センサが出力した参照光の波面収差が所定値以上のときは、前記波面制御素子により波面を補正した参照光を用いて記録または再生するホログラフィックメモリ装置。
請求項１に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記波面センサは、集光光学系としてレンズアレイを備える、
ホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置であって、
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射された光ビームに所定の調整用情報を付加するための空間光変調器と、
前記空間光変調器にて調整用の情報が付加された前記光ビームをホログラム記録媒体に導く対物レンズと、
前記ホログラム記録媒体から得られる前記光ビームの回折光を検出する波面センサと、
前記波面センサの出力に応じて参照光の波面を補正する波面制御素子と、
を有し、
ホログラム記録媒体から情報を再生するときには、前記波面制御素子によって波面が補正された参照光を用いて再生する、
ホログラフィックメモリ装置。
請求項４に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記所定の調整用情報とは、ホログラム記録媒体に記録されている情報と相間をもった情報である、
ホログラフィックメモリ装置。
請求項４に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記波面センサは、集光光学系としてレンズアレイを備える、
ホログラフィックメモリ装置。
請求項４に記載のホログラフィックメモリ装置であって、
前記所定の調整用情報とは、再生に先立って予めホログラム記録媒体に記録した情報である、
ホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置において、
該ホログラフィックメモリ装置は該ページデータを記録する際に用いた信号光の振幅分布および位相分布の一部または全ての情報を持つ光ビームを信号光の光学系を通して該ホログラム記録媒体の記録済の領域に照射することを特徴としており、該ホログラフィックメモリ装置は該光ビームが該記録済みの領域によって回折された光の位相分布を算出し、該位相分布を元に再生時の参照光の位相分布を補正するホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置において、
該ホログラフィックメモリ装置は該ページデータを記録する際に用いた信号光の振幅分布および位相分布の一部または全ての情報を持つ光ビームを信号光の光学系を通して該ホログラム記録媒体の記録済の領域に照射することを特徴としており、該ホログラフィックメモリ装置は該光ビームが該記録済みの領域によって回折された光を集光光学系によって集光し、その集光パターンを演算処理することで該回折された光の位相分布を算出し、該位相分布を元に再生時の参照光の位相分布を補正するホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置において、
該ホログラフィックメモリ装置は、少なくとも一回は、全画素がＯＮピクセルとなったホワイトパターンの信号光を用いて記録することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置において、
該ホログラフィックメモリ装置は、少なくとも一回は、予め規定された２次元パターンを含む信号光を用いて記録することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置において、
該ホログラフィックメモリ装置は全画素がＯＮピクセルとなったホワイトパターンの光ビームを信号光の光学系を通して該ホログラム記録媒体の記録済の領域に照射することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
請求項１２記載のホログラフィックメモリ装置において、該ホログラフィックメモリ装置は前記ホワイトパターンの光ビームが該記録済みの領域によって回折された光の位相分布を算出し、該位相分布を元に再生時の参照光の位相分布を補正するホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置において、記録または再生前に参照光の波面収差を補正するホログラフィックメモリ装置。
参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をページデータとしてホログラム記録媒体に記録した該ホログラム記録媒体から記録情報を再生するホログラフィックメモリ装置において、記録または再生前に参照光の波面収差を測定し、所定の値より大きい場合は該波面収差を補正するホログラフィックメモリ装置。