JP4298000B2

JP4298000B2 - 光情報記録媒体および情報読み取り方法

Info

Publication number: JP4298000B2
Application number: JP10817298A
Authority: JP
Inventors: 敏貴戸田
Original assignee: Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1998-04-17
Filing date: 1998-04-17
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2018-04-17
Also published as: JPH11306593A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光線の照射による出射光（透過光または反射光）のパターンを受光することによって、記録情報を光学的に読み取ることを目的とする光情報記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記のような光情報記録媒体として、バーコード，カルラコード，ＣＤ−ＲＯＭ，近年ではＤＶＤが公知である。
ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤ（記録情報の構成要素がピット）に比較して、記録情報の容量の向上を図った提案として、本出願人による特開平６−７６３６５号公報が公知である。
【０００３】
上記提案は、ｎ個に領域分割された回折格子セルに、読み取り光（ビーム）を照射し、前記セルの各分割領域からの回折光を、領域分割数ｎに見合った個数で配置された受光素子により受光し、各分割領域からの再生情報和を、セル毎に記録されたコードとして認識するものである。（図１（ａ）参照）
図１（ｂ）に示す回折格子セルは、領域分割数ｎが（縦方向３×横方向３＝９個）の例である。
【０００４】
各分割領域が表すのは、ＯＮ／ＯＦＦの２値データであるが、それらの集まりからなる各セルは、ｎに応じて多彩な種類のコードを表し得る。
【０００５】
すなわち、ＣＤ−ＲＯＭやＤＶＤでは、読み取り光（ビーム）の照射により、ピットの有無によるＯＮ／ＯＦＦの２値データのみしか表現できないが、上記提案によれば、１箇所のみの照射で、ＯＮ／ＯＦＦ以上の多彩な表現を実現し、記録媒体の容量が飛躍的に向上することになる。
【０００６】
上記提案では、各分割領域からの回折光と受光素子とが１：１の関係であり、下記の問題が潜在する。
【０００７】
回折格子セル平面の任意の軸（方向）については、回折格子セルの直後では、出射する１次回折光の強度分布は、矩形関数で表せるように設計するのが一般的であり、記録情報の構成要素である回折格子セルからの１次回折光の分布は、セル直後では矩形関数で表される。
セル（回折格子に限らない）からの出射光の強度分布がセル内では一様な、従来の光情報記録媒体を図２に示す。
【０００８】
しかし、１次回折光を、セル直後から距離が離れた「フレネル領域」および「フラウンホーファー領域」で受光する場合には、受光素子上での分布は、不均一で拡がったものとなる。
矩形関数による振幅分布を図３（ａ）に、受光素子上での１次回折光の分布を図３（ｂ）に示す。
【０００９】
図３（ｂ）のような分布を持つ各分割領域からの１次回折光を受光すると、本来対応するべき受光素子以外の素子が１次回折光を検出してしまい、ノイズによる読み取りエラーが生じてしまう。
【００１０】
また、各受光素子が、各分割領域からの１次回折光の強度を、ＯＮ／ＯＦＦの２値データのみならず、多値データ（段階的な強度）の検出も可能な場合には、本来受光するべき分割領域からの１次回折光の中心部か、隣接する分割領域からの１次回折光の周辺部（ノイズ）かの判別が困難であり、正確な情報読み取りの上で一層影響が大きい。これらの不都合を、クロストークと呼ぶこととする。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、受光位置でのクロストークの惧れのない出射光を発生するようなセルから構成される光情報記録媒体とその情報読み取り方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１の光情報記録媒体は、
光線の照射による出射光のパターンを多値データを検出する受光素子群を複数備えた受光素子アレイから受光することによって、記録情報を光学的に読み取ることを目的とする光情報記録媒体において、記録情報の構成要素としてセルを備え、前記セルは隣合う２以上の分割領域を含むものであり、
前記セルが回折格子からなり、前記出射光が回折格子セルからの１次回折光であり、
記録情報の構成要素であるセルからの出射光の持つ振幅分布が、セルの直後で、セルの平面における１方向では、中心部から周辺部へ向かって小さくなっており、それと直交する方向では、中心部から周辺部へ向かって一定であることを特徴とする。
【００１３】
（削除）
【００１４】
請求項２の発明は、前記出射光が、球面波の位相を持つ回折格子セルからの１次回折光であることを特徴とする。
請求項３の発明は、上記の光情報記録媒体の情報記録部に光線を照射し、情報記録部からの出射光を、マトリクス状に配置された前記受光素子群を備えた前記受光素子アレイによって、フレネル領域で受光することを特徴とする光情報記録媒体の情報読み取り方法である。
【００１５】
＜作用＞
記録情報の構成要素であるセルからの出射光の持つ振幅分布が、セルの直後で、セルの平面における１方向については、中心部から周辺部へ向かって小さくなるように振幅変調が施されることにより、セルから離れて配置された受光素子上での出射光の分布の周辺の成分を減少することができるため、出射光と受光素子とを１：１の関係で維持する上で好適であり、クロストークが回避された正確な記録情報が検出できる。（請求項１）
【００１６】
上記１方向と直交する方向では、クロストークは回避されないが、セルと受光素子とを１：１の対応関係にする必要がない場合（例えば、特定の１方向について、複数のセルからの総合的な出射光の強度分布を検出する際、ライン状に受光素子を配列した検出手段を採用した場合）には、その方向では、出射光が受光される効率が高くなる。
【００１７】
また、前記セルを回折格子により構成することにより、記録情報の容量の向上が図れると共に、振幅分布の変調の厳密な制御も可能である。（請求項１）
【００１８】
上記の作用について、以下に詳述する。
回折格子により振幅変調を施す場合には、回折格子の周期に対する格子幅の比や、回折格子の位相変調量の変化など、多くの方法から選択できる。
尚、回折格子（位相型あるいは振幅型）においては、局所的な回折格子の周期に対する格子幅の比は１／２のときが最も回折効率が高く（すなわち１次回折光の振幅が大きく）、この値から増減することにより１次回折光の振幅は小さくなる。
【００１９】
薄い位相型回折格子では、局所的な位相変調量（光が格子部とそうでない部分を通過する際にできる位相の差）がπのときが、１次回折光について最大の回折効率となり、これから離れるにつれて回折効率が小さくなる。
厚い位相型回折格子の場合は、格子の断面形状や材質や入射光の偏光状態などにより、回折効率が変化する。
【００２０】
また、セルから出射した光は、中心からなだらかに減少させても良いが、中心付近では一定（最大値）であり、中心からある程度離れた位置から周辺部へ向かって減少させるようにした方が、入射光に対する利用効率が上がる。
【００２１】
セルから出射する１次回折光が、球面波状の位相分布を有するようにすることで、セルのサイズに依存せず、出射する１次回折光を任意の範囲に拡げることができる。（請求項２）
【００２２】
１次回折光に、球面波状の位相分布を持たせる手段としては、例えば以下の方法が挙げられる。
（１）回折格子を曲線で構成する。（例えば、ゾーンプレートの一部を回折格子として用いる）
（２）１次回折光を発生させるための照明光を、平行光ではなく球面波状の位相分布を持つ光（例えば、点光源からの発散光）とする。
【００２３】
情報読み取りにあたり、受光素子が回折格子セルに対してフレネル領域である場合、１次回折光の強度分布のピーク中心の幅を狭くすることも可能であり、読み取り精度が向上する。（請求項３）
【００２４】
【発明の実施の形態】
光情報記録媒体からの出射光の持つ振幅分布が、セル面における少なくとも１方向について、中心部から周辺部へ向かって小さくなるように振幅変調を施す上で、以下に挙げる数学的な表現（関数）が有効である。
【００２５】
【数１】

【００２６】
【数２】

【００２７】
【数３】

【００２８】
上式において、セルの外形が矩形の場合、ｘは矩形の任意の辺に垂直な軸をとり、素子中心を０とした座標である。
尚、Ｔは素子の大きさ（矩形形状の場合は１辺の長さ）であり、−Ｔ／２≦ｘ≦Ｔ／２の範囲の値をとる。
【００２９】
一般化Ｈａｍｍｉｎｇ関数においては、αにより関数の形を最適化できるが、α＝０．５や０．５４が一般的である。
【００３０】
中心部の振幅分布を一定にし、中心から離れた位置から周辺部へ向かって減少するようにした場合は、台形関数に相当する。
ただし、本発明においては、台形関数として斜辺部は直線とは限らないものとする。（すなわち、中心付近で一定値をとり、その両側でなだらかに減少するような関数を台形関数と呼ぶ）
【００３１】
振幅分布が台形関数で表されるようにすると、出射光の周辺部の強度の減少を伴ったまま、中心部の強度を上げることができ、入射光の利用効率を上げることになる。
ただし、台形の斜辺部を小さくし過ぎると、出射光の周辺部の強度が上がり、その効果が小さくなる。
例えば、素子の大きさが５０μｍのとき、台形の斜辺部が１０μｍ程度（上辺が３０μｍ程度の台形）なら十分な効果がある。
【００３２】
回折格子からなるセルに対して、上記の振幅分布関数による振幅変調を施した場合の、セルの直後での１次回折光の振幅分布波形と回折光の強度分布を図４に示す。
Ｈａｍｍｉｎｇ関数による振幅分布が図４（ａ）、三角波関数による振幅分布を図４（ｂ）、台形関数による振幅分布を図４（ｃ）（ｄ）であり、回折光の強度分布は図４（ｅ）のようになる。
尚、ここでは振幅分布関数として、代表的ないくつかの関数を挙げたが、これらに限るものではない。
【００３３】
図５は、回折格子セルにより記録情報を構成した光情報記録媒体に係る説明図である。同図で、各セルからの出射光の持つ振幅分布が、左右方向（ｘ軸）では、中心部から周辺部へ向かって小さくなっており、上下方向（ｙ軸）では、中心部から周辺部へ向かって一定であるように、各セルについて振幅変調が施されている。
【００３４】
図５の回折格子は、バイナリー回折格子に振幅変調フィルターが貼り合わされたものとして捉えても良いが、白の部分を回折効率が最大となる位相変調量、黒の部分が回折効率が最小となる位相変調量を表す位相型回折格子として捉えても良い。
もちろん、この図のような回折格子に限らず、回折格子の周期に対する格子幅の比を変調した振幅型あるいは位相型回折格子であっても良い。
【００３５】
図５の光情報記録媒体による情報読み取りの状態を、図６・図７に示す。
図６は「透過型」の読み取りを示す説明図であり、図７は「反射型」の読み取りを示す説明図である。
【００３６】
図６では、左側から読み取り光線が記録媒体に入射し、媒体上の各セルで前記光線が透過回折され、同図の右側に配置された受光素子アレイ（受光素子の集まり）によって受光されて、記録情報が検出される。
【００３７】
図７では、右側から読み取り光線が記録媒体に入射し、媒体上の各セルで前記光線が反射回折され、同図の右側に配置された受光素子アレイ（受光素子の集まり）によって受光されて、記録情報が検出される。
【００３８】
何れの場合でも、受光素子アレイは、回折格子セルに対してフレネル領域に配置することが、本発明の作用・効果を奏する上で一層望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
光情報記録媒体からの記録情報を検出する受光素子には、ノイズやクロストークの少ない情報光のみが達することになるため、高密度（容量）な光情報記録媒体について、正確な情報読み取りが実現される。
【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】領域分割された回折格子セルからの再生情報和により、記録情報を検出する従来技術に係る説明図であり、図１（ａ）は読み取る様子を示す概要図、図１（ｂ）は領域分割された回折格子セルの一例を示す説明図である。
【図２】従来の光情報記録媒体を示す説明図。
【図３】矩形関数による振幅分布図３（ａ）と、出射光の強度分布図３（ｂ）を示す説明図。
【図４】各種の振幅分布関数と、それらの振幅変調を施した場合の波長選択素子からの１次回折光の強度分布を示す説明図。図７（ａ）はＨａｍｍｉｎｇ関数による振幅分布、図７（ｂ）は三角波関数による振幅分布、図７（ｃ）（ｄ）は台形関数による振幅分布であり、図７（ｅ）は回折光の強度分布。
【図５】回折格子セルにより記録情報を構成した光情報記録媒体の説明図。
【図６】本発明の透過型での情報読み取りを示す説明図。
【図７】本発明の反射型での情報読み取りを示す説明図。

Claims

光線の照射による出射光のパターンを多値データを検出する受光素子群を複数備えた受光素子アレイから受光することによって、記録情報を光学的に読み取ることを目的とする光情報記録媒体において、記録情報の構成要素としてセルを備え、前記セルは隣合う２以上の分割領域を含むものであり、
前記セルが回折格子からなり、前記出射光が回折格子セルからの１次回折光であり、
記録情報の構成要素であるセルからの出射光の持つ振幅分布が、セルの直後で、セルの平面における１方向では、中心部から周辺部へ向かって小さくなっており、それと直交する方向では、中心部から周辺部へ向かって一定であることを特徴とする光情報記録媒体。
前記出射光が、球面波の位相を持つ回折格子セルからの１次回折光であることを特徴とする請求項１記載の光情報記録媒体。
請求項１〜２の何れかに記載の光情報記録媒体の情報記録部に光線を照射し、情報記録部からの出射光を、マトリクス状に配置された前記受光素子群を備えた前記受光素子アレイによって、フレネル領域で受光することを特徴とする光情報記録媒体の情報読み取り方法。