JP2012027996A - 光情報記録再生装置及び再生装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】位相多値記録/再生を可能とし、大容量化が図れるホログラフィックメモリ装置を実現する。
【解決手段】記録時において信号光の各画素に位相情報を付加してページデータを生成するための第1の位相変調手段と、再生時においてホログラム記録媒体からの回折光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光208を生成するためのオシレーター光生成手段と、前記オシレーター光208に位相情報を付加する第2の位相変調手段と、前記オシレーター光208とホログラム記録媒体からの回折光とが重ね合わさった干渉光231を検出する光検出手段225とを備えたホログラフィックメモリ装置を用いる。
【選択図】図3

Description

本発明は、光情報記録媒体を記録、光情報記録媒体から情報を再生するホログラフィックメモリ装置に関する。
現在、青紫色半導体レーザを用いたBlu−ray Disc(BD)規格などにより、50GB程度の記録容量を持つ光ディスクが商品化されている。光ストレージ分野では今後、HDD(Hard Disc Drive)と同程度の100GB〜1TB程度の記録容量を持つ大容量の光ディスクへの期待が高まっている。
しかしながら、このような大容量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。
次世代の光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、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。
またホログラム記録技術の大容量化の手段として、例えば信号光の各画素に多値の位相情報を付加する方法が提案されている(非特許文献1)。
特開2004−272268号公報
H.Noichi, H.Horimai, P.B.Lim, K.Watanabe and M.Inoue, "Collinear phase-lock holography for memories of the next generation" IWHM 2008 Digests, 42-43 (2008).
しかし、非特許文献1には、各画素に多値の位相情報を付加したページデータを記録、および該ページデータの各画素に付加された位相情報を検出する検出手段を有するホログラフィックメモリ装置の具体的な構成および位相情報の検出方法に関しては、開示されていない。
そこで、本発明の目的は、位相多値記録/再生を可能とし、大容量化が図れるホログラフィックメモリ装置を実現することである。
本発明は上記課題を鑑みたものであり、その一例として、特許請求の範囲記載の構成により解決される。
本発明によれば、例えば位相多値記録/再生を可能とし、大容量化が図れるホログラフィックメモリ装置を実現できる。
光ピックアップ装置の第1の実施例において記録時の状態を示す概略図 光ピックアップ装置の第1の実施例において再生時の状態を示す概略図 第1の実施例におけるカメラ上の画素と回折光およびオシレーター光の位置関係を示す概略図 光ピックアップ装置の第2の実施例において記録時の状態を示す概略図 光ピックアップ装置の第2の実施例において再生時の状態を示す概略図 第2の実施例における第2の位相変調手段部分の拡大図 第2の実施例における第2の位相変調手段の構成図 第3の実施例に関わるホログラフィックメモリ装置の概略図 オシレーター光の位相状態を示す概略図 ページデータの位相分布を示す概略図
本発明は、位相情報を付加したページデータを記録、および該ページデータの各画素に付加された位相情報を検出し情報を再生できる位相多値記録/再生対応のホログラフィックメモリ装置に関するものである。以下、本発明の実施例について説明する。
図1は本発明における光ピックアップ装置60の第1の実施例を示した概略図であり、記録時の様子を示したものである。光源201を出射した光ビームはコリメートレンズ202を透過し、シャッタ203に入射する。シャッタ203が開いている時は、光ビームはシャッタ203を通過した後、例えば2分の1波長板などで構成される偏光方向変換素子204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、偏光ビームスプリッタ205に入射する。
偏光ビームスプリッタ205を透過した光ビームは、ビームエキスパンダ230によって光ビーム径を拡大された後、偏光方向変換素子209、偏光ビームスプリッタ210、および偏光ビームスプリッタ211を経由して空間光変調器212に入射し、空間光変調器212によって例えば図10に示すように画素毎に位相情報が付加されたページデータとなる。ここでページデータ内の位相分布は、例えば光情報記録媒体1のフーリエ面上の光強度分布においてDC強度(いわゆるホットスポット)を除去するような位相分布にする。この様にすることで、従来、DC強度を低減するために用いられていた位相マスクを削除する事ができる。一例としては、各画素に付加した位相の平均値がπとなるような位相分布とする。別の例としては、各画素に付加した位相の平均値が0.5πまたは1.5πとなるような位相分布とする。また別の例としては、1つのページ内において位相=0を基準に位相をランダマイズした画素数と位相πを基準に位相をランダマイズした画素数が等しくなるようにする。
なお空間光変調器212は位相変調の機能のみを有する空間光変調器に限定されるものではない。空間光変調器212に振幅変調の機能を持たせることで、空間的に振幅の変調も可能となる。
空間光変調器212によってページデータとなった信号光206は偏光ビームスプリッタ211を反射し、リレーレンズ213ならびに空間フィルタ214を伝播する。その後、信号光206は無偏光ビームスプリッタ229を透過後、対物レンズ215によって光情報記録媒体1に集光する。
一方、偏光ビームスプリッタ205を反射した光ビームは参照光207として働き、偏光方向変換素子216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217ならびにミラー218を経由して、ミラー219に入射する。なおミラー219はアクチュエータ220によって角度を調整可能であり、レンズ221とレンズ222を通過した後に光情報記録媒体1に入射する。
このように信号光206と参照光207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。またミラー219によって光情報記録媒体1に入射する参照光207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。
図2は本実施例において再生時の様子を示したものである。記録時と同様の光路をたどって、参照光207が光情報記録媒体1に入射する。本実施例では位相共役光による再生の方法をとっており、アクチュエータ223によって駆動されるミラー224を反射して再度、光情報記録媒体1に入射する参照光207を用いて情報を再生する。光情報記録媒体1から回折された回折光231は対物レンズ215、無偏光ビームスプリッタ229、リレーレンズ213、空間フィルタ214、偏光ビームスプリッタ211を介して、カメラ225に入射する。
また、カメラ225において回折光231と干渉させるオシレーター光208を生成するため、偏光方向変換素子204によって偏光方向が制御され、所望の光量が偏光ビームスプリッタ205を透過する。偏光ビームスプリッタ205を透過したオシレーター光208は、ビームエキスパンダ230を透過した後、偏光方向変換素子209によって偏光方向が制御され、偏光ビームスプリッタ210を反射する。その後、オシレーター光208は、2分の1波長板226によって偏光方向が90度回転し、ミラー227を反射した後、空間光変調器228に入射する。空間光変調器228では、所定の基準位相に加えて、該基準位相に対して90度、180度、270度異なる少なくとも4つの位相をオシレーター光208に付加する。無偏光ビームスプリッタ229を反射したオシレーター光208は、リレーレンズ213、空間フィルタ214、偏光ビームスプリッタ211を介してカメラ225に入射し、前述した回折光231と重ね合わさって干渉する。
図3は、カメラ225における画素の配置、回折光231およびオシレーター光208
の位置関係を示した概略図である。なお図3は、位相変調に加えて振幅変調を行ったページデータを示しているが、振幅変調を行わないホワイトページデータであっても構わない。カメラ上の画素は、ページデータの各画素に対して少なくとも4つの画素でオーバーサンプリングする様に画素が配置されており、前述した4つの位相(基準位相(本実施例では便宜上、0°とする)、基準位相+90°、基準位相+180°、基準位相+270°)を付加された前記オシレーター光208が、オーバーサンプリングを行う前記4つの画素の各々の画素に入射する構成となっている。ここで図中において用いたI1とI2は、基準位相を付加したオシレーター光208が入射する画素からの出力値から基準位相+180°を付加したオシレーター光208が入射する画素からの出力値を引いた値をI1、基準位相+270°を付加したオシレーター光208が入射する画素からの出力値から基準位相+90°を付加したオシレーター光208が入射する画素からの出力値を引いた値をI2としている。
なお便宜上、図3はカメラ225の一部の画素に対する回折光231およびオシレーター光208の位置関係を描写しているが、基本的に本実施例ではオーバーサンプリングに用いる4つの画素の全ての組み合わせに対して、同様の位置関係が成り立つものとする。
なおオーバーサンプリングに用いる少なくとも4つの画素に入射するオシレーター光208の位相状態は、前述した4つの位相状態(便宜上、4つの位相状態をa,b,c,dと置く。)が図9(a)の様な位置関係でも良いし、または図9(b)の様な位置関係でも良い。図9(b)の構成とすることで、隣り合う4つの画素で同じ位相状態とする事ができ、合理化できる。
この様な構成とすることで、干渉計などで一般的に用いられているフリンジスキャン法の原理を用いて、各画素に入射する回折光231とオシレーター光208に付加した基準位相との位相差Δφを図3で定義したI1とI2を用いて(数1)によって算出することが出来るので、ページデータの各画素に付加された位相情報を検出する事ができる。
Figure 2012027996

以上本実施例によれば、位相多値記録/再生を可能とし、大容量化が図れるホログラフィックメモリ装置を実現できる。また、これにより一度に再生されるデータ量が増加するため高速化が図れる。
なお特許文献1に示す様な位相多値記録を行わずに振幅変調を行ったページデータを再生互換する場合は、例えばオシレーター光208の生成手段の動作を停止して、オシレーター光の生成を止めて再生を行うことで、装置の再生互換を実現できる。
また、本発明は、フリンジスキャン法の原理を用いる場合に限られず、位相差を検出する機構、原理等を用いればよい。
図4は本発明における光ピックアップ装置60の第2の実施例の概略図であり、第1の実施例に示した光学系の合理化を目的としたものである。なお図4は記録時の様子を示したものである。
光源201を出射した光ビームはコリメートレンズ202を透過し、シャッタ203に入射する。シャッタ203が開いている時は、光ビームはシャッタ203を通過した後、例えば2分の1波長板などで構成される偏光方向変換素子204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、偏光ビームスプリッタ205に入射する。
偏光ビームスプリッタ205を透過した光ビームは、ビームエキスパンダ230によって光ビーム径を拡大された後、偏光方向変換素子209、偏光ビームスプリッタ211を経由して空間光変調器212に入射する。空間光変調器212によって画素毎に位相情報を付加し、ページデータとなった信号光206は偏光ビームスプリッタ211を反射し、リレーレンズ213ならびに空間フィルタ214を伝播する。なお空間光変調器212は位相変調の機能のみを有する空間光変調器に限定されるものではない。空間光変調器212に振幅変調の機能を持たせることで、空間的に振幅の変調も可能となる。その後、信号光206は無偏光ビームスプリッタ229を透過後、対物レンズ215によって光情報記録媒体1に集光する。一方、偏光ビームスプリッタ205を反射した光ビームは参照光207として働き、前述した実施例1と同様にして光情報記録媒体1に入射する。
図5は本実施例において再生時の様子を示したものである。記録時と同様の光路をたどって、参照光207が光情報記録媒体1に入射する。本実施例では位相共役光による再生の方法をとっており、アクチュエータ223によって駆動されるミラー224を反射して再度、光情報記録媒体1に入射する参照光207を用いて情報を再生する。光情報記録媒体1から回折された回折光231は対物レンズ215、リレーレンズ213、空間フィルタ214、偏光ビームスプリッタ211、光学素子250、光学素子251を介して、カメラ225に入射する。
また、カメラ225において回折光231と干渉させるオシレーター光208を生成するため、偏光方向変換素子204によって偏光方向が制御され、所望の光量が偏光ビームスプリッタ205を透過する。偏光ビームスプリッタ205を透過したオシレーター光208は、ビームエキスパンダ230を透過した後、偏光方向変換素子209によって偏光方向が制御され、偏光ビームスプリッタ211を反射する。その後、光学素子250、光学素子251を介してオシレーター光208はカメラ225に入射し、前述した回折光231と重ね合わさって干渉する。
ここで、ページデータの各画素に付加された位相情報を実施例1で示した方法と同じ原理で検出するため、光学素子250および光学素子251は図6に示すようにカメラ225の前に配置され、例えば図7に示す様な構成の素子を用いる。
例えば光学素子250は一部が4分の1波長板で構成される素子であり、所定の光学軸に対して偏光を有する光の位相を4分の1波長進める働きをする。なお光学素子250の図においてハッチング部以外の領域は、位相を付加する作用が無い領域である。つまり位相を付加する領域と位相を付加しない領域が交互に配置されている。
光学素子251は、例えば特定の偏光方向の光を通す第1の偏光子と、該方向と90度異なる偏光方向の光を通す第2の偏光子によって構成される素子である。この様な素子を前述の図6に示したように配置する。ここで光学素子250、光学素子251における4分の1波長板および偏光子は、例えば波長以下の微細構造により入射光の偏光や透過・反射特性を制御可能なフォトニック結晶で構成することができる。フォトニック結晶を用いて位相を検出する方法については特開2008−286518に記載されているため、ここでは本実施例における回折光231およびオシレーター光208の位相関係についてのみ述べる。
カメラ225における画素の配置、回折光231およびオシレーター光208の位置関係は前述の図3と同様である。なお図3は、位相変調に加えて振幅変調を行ったページデータを示しているが、振幅変調を行わないホワイトページデータであっても構わない。回折光231およびオシレーター光208に対して4つの位相差(基準位相(本実施例では便宜上、0°とする)、基準位相+90°、基準位相+180°、基準位相+270°)が付加された状態でオーバーサンプリングを行う前記4つの画素の各々の画素に入射する構成となっている。なお便宜上、図3はカメラ225の一部の画素に対する回折光231およびオシレーター光208の位置関係を描写しているが、基本的に本発明ではオーバーサンプリングに用いる4つの画素の全ての組み合わせに対して、同様の位置関係が成り立つものとする。
この様な構成とすることで、干渉計などで一般的に用いられているフリンジスキャン法の原理を用いて、各画素に入射する回折光231とオシレーター光208に付加した基準位相からの位相差Δφを(数1)を用いて算出することが出来るので、ページデータの各画素に付加された位相情報を検出する事ができる。
実施例1ではオシレーター光208とカメラ225における各画素の位置関係をピクセルマッチさせる必要があるが、本実施例では、光学素子250と光学素子251をカメラ225に一体で組み合わせることが可能なため、再生時の位置調整が不要になるメリットがある。また、オシレーター光を生成する際の光利用効率が高いため、高品質な再生信号を得られるメリットがある。
なお特許文献1に示す様な位相多値記録を行わずに振幅変調を行ったページデータを再生互換する場合は、例えばオシレーター光208の生成手段の動作を停止して、オシレーター光の生成を止めて再生を行うことで、装置の再生互換を実現できる。
図8はホログラフィを利用してデジタル情報を記録および/または再生するホログラフィックメモリ装置の全体的な構成を示したものである。ホログラフィックメモリ装置は、例えば図1や図4に示すような構成の光ピックアップ装置60、ディスクCure光学系80、ディスク回転角度検出用光学系90ならびに回転モータ70を備えており、光情報記録媒体1は回転モータ70によって回転可能な構成となっている。
光ピックアップ装置60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を介して光ピックアップ装置60内の空間光変調器212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、参照光の位相共役光を用いて再生する。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光ピックアップ装置60内のカメラ225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、光ピックアップ装置60内のシャッタ203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。
ディスクCure光学系80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90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90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光ピックアップ装置60、ディスクCure光学系80、ディスク回転角度検出用光学系90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、光ピックアップ装置60、ディスクCure光学系80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。それゆえ光ピックアップ装置60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ホログラフィクメモリ装置内に備えても良い。また光ピックアップ装置60、ディスクCure光学系80、ディスク回転角度検出用光学系90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。
また、上記実施例は、記録再生装置について説明したが、各画素に位相情報が付加された信号光を用いて、データが予め記録された光情報記録媒体からデータを再生する再生装置または再生法方法であってもよい。
また、参照光と、位相情報が付加された信号光とを干渉させることにより位相多値記録された記録媒体から情報を再生する再生方法であって、参照光を記録媒体に照射することにより回折光を回折させ、光ビームを出射し、光ビームに位相情報を付加し、位相情報が付加された光ビームと記録媒体からの前記回折光とを干渉させ、干渉した光を検出し、検出により得られる情報に基づいて記録の際の信号光の画素に付加された位相情報を生成することにより記録媒体に記録された情報を再生することでも、位相多値記録/再生を可能とし、大容量化が図れるホログラフィックメモリ装置を実現することでができる。
1・・・光情報記録媒体、60・・・光ピックアップ装置、70・・・回転モータ、
80・・・ディスクキュア光学系、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、90・・・ディスク回転角度検出用光学系、
201・・・光源、202・・・コリメートレンズ、
203・・・シャッタ、204・・・偏光方向変換素子、205・・・偏光ビームスプリッタ、
206・・・信号光、207・・・参照光、208・・・オシレーター光、209・・・偏光方向変換素子、
210・・・偏光ビームスプリッタ、211・・・偏光ビームスプリッタ、212・・・空間光変調器、
213・・・リレーレンズ、214・・・空間フィルタ、215・・・対物レンズ、
216・・・偏光方向変換素子、217・・・ミラー、218・・・ミラー、219・・・ミラー、
220・・・アクチュエータ、221・・・レンズ、222・・・レンズ、223・・・アクチュエータ、
224・・・ミラー、225・・・光検出器、226・・・1/2波長板、227・・・ミラー
228・・・空間光変調器、229・・・無偏光性ビームスプリッタ、230・・・ビームエキスパンダ、
231・・・回折光、250・・・光学素子、251・・・光学素子

Claims (7)

  1. 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、および記録した該ページデータを再生するホログラフィックメモリ装置において、
    記録時において前記信号光の各画素に位相情報を付加してページデータを生成するための第1の位相変調手段と、
    再生時において前記ホログラム記録媒体からの回折光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するためのオシレーター光生成手段と、
    前記オシレーター光と前記ホログラム記録媒体からの回折光との間に所定の位相差を付加するための第2の位相変調手段と、
    前記オシレーター光と前記ホログラム記録媒体からの回折光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出手段と、を設け、
    前記第2の位相変調手段は所定の基準位相に加えて、該基準位相に対して少なくとも3つの異なる位相を前記オシレーター光に付加し、
    前記光検出手段は、前記ページデータの各画素に対して少なくとも4つの画素でオーバーサンプリングする様に画素が配置されており、
    該少なくとも4つの画素には前記基準位相、基準位相に対して少なくとも3つの異なる位相を付加された前記オシレーター光が各々の画素に入射して前記ホログラム記録媒体からの回折光と重ね合わさり、
    フリンジスキャン法の原理を用いて前記信号光の各画素に付加された位相情報を検出するホログラフィックメモリ装置。
  2. 請求項1記載のホログラフィックメモリ装置において、前記第2の位相変調手段は所定の基準位相に加えて、該基準位相に対して90度、180度、270度異なる位相を前記オシレーター光に付加し、前記光検出手段は、前記ページデータの各画素に対して4つの画素でオーバーサンプリングする様に画素を配置することを特徴とするホログラフィックメモリ装置。
  3. 請求項1記載のホログラフィックメモリ装置において、前記第1の位相変調手段は振幅変調の機能も兼ね備える事を特徴とするホログラフィックメモリ装置。
  4. 請求項1記載のホログラフィックメモリ装置は、各画素が各々、位相情報を有する位相多値のページデータを角度多重方式によって多重記録する事を特徴とするホログラフィックメモリ装置。
  5. 請求項1記載のホログラフィックメモリ装置において、前記第2の位相変調手段はフォトニック結晶を用いた素子によって構成されている事を特徴とするホログラフィックメモリ装置。
  6. 請求項1記載のホログラフィックメモリ装置は、振幅変調型のページデータを再生する場合は、前記オシレーター光生成手段の動作を停止してオシレーター光の生成を止める事を特徴とするホログラフィックメモリ装置。
  7. 参照光と、位相情報が付加された信号光とを干渉させることにより位相多値記録された記録媒体から情報を再生する再生方法であって、
    参照光を記録媒体に照射することにより回折光を回折させ、
    光ビームを出射し、
    前記光ビームに位相情報を付加し、
    前記位相情報が付加された光ビームと記録媒体からの前記回折光とを干渉させ、
    前記干渉した光を検出し、
    前記検出により得られる情報に基づいて記録の際の信号光の画素に付加された位相情報を生成することにより記録媒体に記録された情報を再生することを特徴とする再生方法。
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