JP6078634B2 - 光情報再生装置および光情報記録再生装置 - Google Patents
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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、光情報記録媒体から情報を再生する、光情報再生装置、光情報記録再生装置、光情報再生方法および光情報記録再生方法に関する。
現在、青紫色半導体レーザを用いた、Blu−ray Disc(TM)規格により、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(Hard Disk Drive)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、短波長化と対物レンズ高NA化による高密度化技術とは異なる新しい方式による高密度化技術が必要である。
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を、記録媒体の内部で参照光と重ね合わせ、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媒体に記録する技術である。
情報の再生時には、記録時に用いた参照光を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技術は、1つのホログラムによって2次元的な情報を一気に光記録媒体に記録し、さらにこの情報を再生することを可能とするものであり、そして、記録媒体のある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を果たすことができる。
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。本公報にはホログラムを多重して記録する技術について記載されている。
ところで、角度多重方式のホログラフィを利用した記録再生装置においては、記録された目的のホログラムにアクセスするためには目的のホログラム周辺に位置付けを行った後、ホログラムの信号品質を確認しながら位置の微調整を行うため、アクセスに時間がかかるといった課題があった。
上記課題は、その一例として、位置ずれを検出するための検出光を、記録時の信号光の光路から記録媒体に入射し、回折光を検出することで達成できる。
本発明によれば、記録された目的のホログラムに高速にアクセスすることが可能となり、使い勝手のよい光情報記録再生装置を提供することができる。
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
本発明の実施形態を添付図面にしたがって説明する。図2はホログラフィを利用してデジタル情報を記録および/または再生する光情報記録媒体の記録再生装置を示すブロック図である。
光情報記録再生装置10は、入出力制御回路90を介して外部制御装置91と接続されている。記録する場合には、光情報記録再生装置10は外部制御装置91から記録する情報信号を入出力制御回路90により受信する。再生する場合には、光情報記録再生装置10は再生した情報信号を入出力制御回路90により外部制御装置91に送信する。
光情報記録再生装置10は、ピックアップ11、再生用参照光光学系12、キュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14、位置検出光学系15、及び回転モータ50を備えており、光情報記録媒体1は回転モータ50によって回転可能な構成となっている。
ピックアップ11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媒体に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を介してピックアップ11内の空間光変調器に送り込まれ、信号光は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、ピックアップ11から出射された参照光を記録時とは逆の向きに光情報記録媒体に入射させる光波を再生用参照光光学系12にて生成する。再生用参照光によって再生される再生光をピックアップ11内の後述する光検出器によって検出し、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、ピックアップ11内のシャッタ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。
キュア光学系13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。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、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である。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である。
ディスク回転角度検出用光学系14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14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ピックアップ11、キュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14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、ピックアップ11、そして、ディスクキュア光学系13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、ホログラフィの角度多重の原理を利用した記録技術は、参照光角度のずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。
従って、ピックアップ11内に、参照光角度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光情報記録再生装置10内に備えることが必要となる。
また、ピックアップ11、キュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14、位置検出光学系15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。
図3は、光情報記録再生装置10におけるピックアップ11の基本的な光学系構成の一例における記録原理を示したものである。光源301を出射した光ビームはコリメートレンズ302を透過し、シャッタ303に入射する。シャッタ303が開いている時は、光ビームはシャッタ303を通過した後、例えば2分の1波長板などで構成される光学素子304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など偏光方向が制御された後、PBS(Polarization Beam Splitter)プリズム305に入射する。
PBSプリズム305を透過した光ビームは、信号光306として働き、ビームエキスパンダ308によって光ビーム径が拡大された後、位相マスク309、リレーレンズ310、PBSプリズム311を透過して空間光変調器312に入射する。
空間光変調器312によって情報が付加された信号光は、PBSプリズム311を反射し、リレーレンズ313ならびに空間フィルタ314を伝播する。その後、信号光は対物レンズ315によって光情報記録媒体1に集光する。
一方、PBSプリズム305を反射した光ビームは参照光307として働き、偏光方向変換素子316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317ならびにミラー318を経由してガルバノミラー319に入射する。ガルバノミラー319はアクチュエータ320によって角度を調整可能のため、レンズ321とレンズ322を通過した後に光情報記録媒体1に入射する参照光の入射角度を、所望の角度に設定することができる。なお、参照光の入射角度を設定するために、ガルバノミラーに代えて、参照光の波面を変換する素子を用いても構わない。
このように信号光と参照光とを光情報記録媒体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、ガルバノミラー319によって光情報記録媒体1に入射する参照光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。
以降、同じ領域に参照光角度を変えて記録されたホログラムにおいて、1つ1つの参照光角度に対応したホログラムをページと呼び、同領域に角度多重されたページの集合をブックと呼ぶことにする。
図4は、光情報記録再生装置10におけるピックアップ11の基本的な光学系構成の一例における再生原理を示したものである。記録した情報を再生する場合は、前述したように参照光を光情報記録媒体1に入射し、光情報記録媒体1を透過した光ビームを、アクチュエータ323によって角度調整可能なガルバノミラー324にて反射させることで、その再生用参照光を生成する。
この再生用参照光によって再生された再生光は、対物レンズ315、リレーレンズ313ならびに空間フィルタ314を伝播する。その後、再生光はPBSプリズム311を透過して光検出器325に入射し、記録した信号を再生することができる。光検出器325としては例えばCMOSイメージセンサーやCCDイメージセンサーなどの撮像素子を用いることができるが、ページデータを再生可能であれば、どのような素子であっても構わない。
図5はピックアップ11の別の構成を示した図である。図5において、光源501を出射した光ビームはコリメートレンズ502を透過し、シャッタ503に入射する。シャッタ503が開いている時は、光ビームはシャッタ503を通過した後、例えば1/2波長板などで構成される光学素子504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505に入射する。
偏光ビームスプリッタ505を透過した光ビームは、偏光ビームスプリッタ507を経由して空間光変調器508に入射する。空間光変調器508によって情報を付加された信号光506は偏光ビームスプリッタ507を反射し、所定の入射角度の光ビームのみを通過させるアングルフィルタ509を伝播する。その後、信号光ビームは対物レンズ510によってホログラム記録媒体1に集光する。
一方、偏光ビームスプリッタ505を反射した光ビームは参照光512として働き、偏光方向変換素子519によって記録時又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513ならびにミラー514を経由してレンズ515に入射する。レンズ515は参照光512を対物レンズ510のバックフォーカス面に集光させる役割を果たしており、対物レンズ510のバックフォーカス面にて一度集光した参照光は、対物レンズ510によって再度、平行光となってホログラム記録媒体1に入射する。
ここで、対物レンズ510又は光学ブロック521は、例えば符号520に示す方向に駆動可能であり、対物レンズ510又は光学ブロック521の位置を駆動方向520に沿ってずらすことにより、対物レンズ510と対物レンズ510のバックフォーカス面における集光点の相対位置関係が変化するため、ホログラム記録媒体1に入射する参照光の入射角度を所望の角度に設定することができる。なお、対物レンズ510又は光学ブロック521を駆動する代わりに、ミラー514をアクチュエータにより駆動することで参照光の入射角度を所望の角度に設定しても構わない。
このように、信号光と参照光をホログラム記録媒体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、対物レンズ510又は光学ブロック521の位置を駆動方向520に沿ってずらすことによって、ホログラム記録媒体1に入射する参照光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。
記録した情報を再生する場合は、前述したように参照光をホログラム記録媒体1に入射し、ホログラム記録媒体1を透過した光ビームをガルバノミラー516にて反射させることで、その再生用参照光を生成する。この再生用参照光によって再生された再生光は、対物レンズ510、アングルフィルタ509を伝播する。その後、再生光は偏光ビームスプリッタ507を透過して光検出器518に入射し、記録した信号を再生することができる。
図5で示した光学系は、信号光と参照光を同一の対物レンズに入射させる構成とすることで、図3で示した光学系構成に比して、大幅に小型化できる利点を有する。
図6は、光情報記録再生装置10における記録、再生の動作フローを示したものである。ここでは、特にホログラフィを利用した記録再生に関するフローを説明する。
図6(a)は、光情報記録再生装置10に光情報記録媒体1を挿入した後、記録または再生の準備が完了するまでの動作フローを示し、図6(b)は準備完了状態から光情報記録媒体1に情報を記録するまでの動作フロー、図6(c)は準備完了状態から光情報記録媒体1に記録した情報を再生するまでの動作フローを示したものである。
図6(a)に示すように媒体を挿入すると(601)、光情報記録再生装置10は、例えば挿入された媒体がホログラフィを利用してデジタル情報を記録または再生する媒体であるかどうかディスク判別を行う(602)。
ディスク判別の結果、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録または再生する光情報記録媒体であると判断されると、光情報記録再生装置10は光情報記録媒体に設けられたコントロールデータを読み出し(603)、例えば光情報記録媒体に関する情報や、例えば記録や再生時における各種設定条件に関する情報を取得する。
コントロールデータの読み出し後は、コントロールデータに応じた各種調整やピックアップ11に関わる学習処理(604)を行い、光情報記録再生装置10は、記録または再生の準備が完了する(605)。
準備完了状態から情報を記録するまでの動作フローは図6(b)に示すように、まず記録するデータを受信して(611)、該データに応じた情報をピックアップ11内の空間光変調器に送り込む。
その後、光情報記録媒体に高品質の情報を記録できるように、必要に応じて例えば光源301のパワー最適化やシャッタ303による露光時間の最適化等の各種記録用学習処理を事前に行う(612)。
その後、シーク動作(613)ではアクセス制御回路81を制御して、ピックアップ11ならびにキュア光学系13の位置を光情報記録媒体の所定の位置に位置づけする。光情報記録媒体1がアドレス情報を持つ場合には、アドレス情報を再生し、目的の位置に位置づけされているか確認し、目的の位置に配置されていなければ、所定の位置とのずれ量を算出し、再度位置づけする動作を繰り返す。
その後、キュア光学系13から出射する光ビームを用いて所定の領域をプリキュアし(614)、ピックアップ11から出射する参照光と信号光を用いてデータを記録する(615)。
データを記録した後は、キュア光学系13から出射する光ビームを用いてポストキュアを行う(616)。必要に応じてデータをベリファイしても構わない。
準備完了状態から記録された情報を再生するまでの動作フローは図6(c)に示すように、まずシーク動作(621)で、アクセス制御回路81を制御して、ピックアップ11ならびに再生用参照光光学系12の位置を光情報記録媒体の所定の位置に位置づけする。光情報記録媒体1がアドレス情報を持つ場合には、アドレス情報を再生し、目的の位置に位置づけされているか確認し、目的の位置に配置されていなければ、所定の位置とのずれ量を算出し、再度位置づけする動作を繰り返す。
その後、ピックアップ11から参照光を出射し、光情報記録媒体に記録された情報を読み出し(622)、再生データを送信する(613)。
図9は、記録、再生時のデータ処理フローを示したものであり、図9(a)は、入出力制御回路90において記録データ受信611後、空間光変調器312上の2次元データに変換するまでの信号生成回路86での記録データ処理フローを示しており、図9(b)は光検出器325で2次元データを検出後、入出力制御回路90における再生データ送信624までの信号処理回路85での再生データ処理フローを示している。
図9(a)を用いて記録時のデータ処理について説明する。ユーザデータを受信(901)すると、複数のデータ列に分割、再生時エラー検出が行えるように各データ列をCRC化(902)し、オンピクセル数とオフピクセル数をほぼ等しくし、同一パターンの繰り返しを防ぐことを目的にデータ列に擬似乱数データ列を加えるスクランブル(903)を施した後、再生時エラー訂正が行えるようにリード・ソロモン符号等の誤り訂正符号化(904)を行う。次にこのデータ列をM×Nの2次元データに変換し、それを1ページデータ分繰返すことで1ページ分の2次元データ(905)を構成する。このように構成した2次元データに対して再生時の画像位置検出や画像歪補正での基準となるマーカーを付加(906)し、空間光変調器312にデータを転送(907)する。
次に図9(b)を用いて再生時のデータ処理フローについて説明する。光検出器325で検出された画像データが信号処理回路85に転送(911)される。この画像データに含まれるマーカーを基準に画像位置を検出(912)し、画像の傾き・倍率・ディストーションなどの歪みを補正(913)した後、2値化処理(914)を行い、マーカーを除去(915)することで1ページ分の2次元データを取得(916)する。このようにして得られた2次元データを複数のデータ列に変換した後、誤り訂正処理(917)を行い、パリティデータ列を取り除く。次にスクランブル解除処理(918)を施し、CRCによる誤り検出処理(919)を行ってCRCパリティを削除した後にユーザデータを入出力制御回路90経由で送信(920)する。
図7は、光情報記録再生装置10の信号生成回路86のブロック図である。
出力制御回路90にユーザデータの入力が開始されると、入出力制御回路90はコントローラ89にユーザデータの入力が開始されたことを通知する。コントローラ89は本通知を受け、信号生成回路86に入出力制御回路90から入力される1ページ分のデータを記録処理するよう命ずる。コントローラ89からの処理命令は制御用ライン708を経由し、信号生成回路86内サブコントローラ701に通知される。本通知を受け、サブコントローラ701は各信号処理回路を並列に動作させるよう制御用ライン708を介して各信号処理回路の制御を行う。先ずメモリ制御回路703に、データライン709を介して入出力制御回路90から入力されるユーザデータをメモリ702に格納するよう制御する。メモリ702に格納したユーザデータが、ある一定量に達すると、CRC演算回路704でユーザデータをCRC化する制御を行う。次にCRC化したデータに、スクランブル回路705で擬似乱数データ列を加えるスクランブル化を施し、誤り訂正符号化回路706でパリティデータ列を加える誤り訂正符号化する制御を行う。最後にピックアップインターフェース回路707にメモリ702から誤り訂正符号化したデータを空間光変調器312上の2次元データの並び順で読み出させ、再生時に基準となるマーカーを付加した後、ピックアップ11内の空間光変調器312に2次元データを転送する。
図8は、光情報記録再生装置10の信号処理回路85のブロック図である。
コントローラ89はピックアップ11内の光検出器325が画像データを検出すると、信号処理回路85にピックアップ11から入力される1ページ分のデータを再生処理するよう命ずる。コントローラ89からの処理命令は制御用ライン811を経由し、信号処理回路85内サブコントローラ801に通知される。本通知を受け、サブコントローラ801は各信号処理回路を並列に動作させるよう制御用ライン811を介して各信号処理回路の制御を行う。先ず、メモリ制御回路803に、データライン812を介して、ピックアップ11からピックアップインターフェース回路810を経由して入力される画像データをメモリ802に格納するよう制御する。メモリ802に格納されたデータがある一定量に達すると、画像位置検出回路809でメモリ802に格納された画像データ内からマーカーを検出して有効データ範囲を抽出する制御を行う。次に検出されたマーカーを用いて画像歪み補正回路808で、画像の傾き・倍率・ディストーションなどの歪み補正を行い、画像データを期待される2次元データのサイズに変換する制御する。サイズ変換された2次元データを構成する複数ビットの各ビットデータを、2値化回路807において“0”、“1”判定する2値化し、メモリ802上に再生データの出力の並びでデータを格納する制御を行う。次に誤り訂正回路806で各データ列に含まれる誤りを訂正し、スクランブル解除回路805で擬似乱数データ列を加えるスクランブルを解除した後、CRC演算回路804でメモリ802上のユーザデータ内に誤りが含まれない確認を行う。その後、入出力制御回路90にメモリ802からユーザデータを転送する。
ここで、以上で説明した本実施例の光情報記録再生装置において、記録された目的のホログラム(ブック)に正確に位置付けする方法について説明する。
まず、本方式の原理について図35乃至図38を用いて説明する。図35乃至図38は図3の光学系のうち本質的な部分について抜き出して示したものである。図3の光学系で記録されたホログラムには信号光と参照光の干渉縞が記録されているが、それ以外にも図35に示すように空間光変調器312の各画素からの信号光3501、3502が光情報記録媒体1中で交差することにより干渉縞が形成されホログラム3503として記録されている。よって図36で示すように、記録した信号光の一部である検出光3601を記録されたホログラム3503に照射すれば、記録した信号光3502を回折光3603として得ることが可能である。また、同時に透過光3602も生じる。
以上は2つの画素の例を示したが、実際には無数の画素同士が互いに干渉している。この場合について図37、図38で説明する。図37に示すように、空間光変調器312からの信号光3701が光情報記録媒体1中で集光することにより干渉縞が形成されホログラム3702として記録されている。よって図38で示すように、記録した信号光の一部である検出光3801を記録されたホログラム3702に照射すれば、記録した信号光3701を回折光3803として得ることが可能である。この回折光は記録されたホログラムから発生するため、この回折光に基づいて光情報記録媒体1および/もしくはピックアップ11の位置調整を行うことで高精度の位置づけが可能となる。なお、同時に透過光3802も生じるが、透過光3802は回折光3803と比較して光量が大きいので、遮断する方が回折光のみの信号を生成でき、位置検出精度を向上することができる。また、記録されたホログラムは角度多重されているため、得られる回折光は全ページからの回折光の重ね合わせであり、回折光の光量が大きくなることも特徴である。
次に、この原理を実際の記録再生装置に適用する場合について説明する。図1は、図2の記録再生装置に位置検出光学系15を付加し、再生時に目的のホログラム(ブック)への位置制御を可能にする例である。光源301を出射し、PBSプリズム305を透過した光ビームは、ビームエキスパンダ308によって光ビーム径が拡大された後、位相マスク309、リレーレンズ310、PBSプリズム311を透過して空間光変調器312に入射する。なお、位相マスク309があることで記録時と検出時で位相がずれ、回折光がうまく得られない場合があるので、位置検出時には位相マスク309は透過させなくてもよい。空間光変調器312には、記録時に図10のような記録データを表示しているが、位置検出時には図11や図12のような画像を空間光変調器312に表示する。図11、図12において、白は光を透過し、黒は光を非透過とすることを表している。なお、この透過領域(白色で示す領域)が信号光領域(点線で示す領域)の一部を含んでいればよく、図13のようなパターンでもよい。この場合は、例えば別の光源から検出光を生成する場合、信号光領域内に収める必要がないので設計が容易になる効果がある。また、透過領域の形状は円形だけでなく、矩形などの形状でもよい。この場合は、例えば後述するマスク101の設計が容易になる効果がある。空間光変調器312によって生成された位置検出用の検出光は、PBSプリズム311を反射し、リレーレンズ313ならびに空間フィルタ314を伝播する。その後、検出光は対物レンズ315によって光情報記録媒体1に集光する。この検出光により回折された回折光は、リレーレンズ103、104ならびにマスク101を伝播し、光検出器102に入射する。上述したように、回折光には光情報記録媒体1を透過した検出光(0次回折光)も含まれるため、マスク101によって遮断している。このマスク101は、図11を使用した検出光の場合には図14のパターン、図12の検出光の場合には図15のパターンを使用する。図14、図15において、白は光を透過し、黒は光を非透過とすることを表している。この非透過の領域は、透明な板の上に金属、塗料などの光を透過しない物質を配置することで作成できる。なお、光情報記録媒体1とリレーレンズ103の距離、およびリレーレンズ103とマスク101の距離は、リレーレンズ103の焦点距離となるように配置すると、空間光変調器312の像がマスク101に現れるためマスクし易いが、これに限定するものではない。また、マスク101のパターンは、光情報記録媒体1やマスクの位置ずれ、収差などを考慮し、空間光変調器312に表示したパターンを包含するように少し大きめにしておくことが望ましい。また、液晶素子と偏光板を組み合わせ、液晶素子に表示するパターンを変更するなどして、マスクのパターンを可変にすることも可能である。
ここで、空間光変調器312のパターンと位置検出感度について説明する。図16、図17に、光情報記録媒体の移動量に対する回折効率を表すグラフを示す。横軸が光情報記録媒体1の移動量(記録時と位置検出時のずれ)、縦軸が回折光強度であり、空間光変調器312のパターンが図12の時に透過領域の半径Rを変えた結果である。この結果から、透過領域が小さい方(R=0.5mm)が低感度、領域が大きい方(R=1.0mm)が高感度であることが解る。このように空間光変調器312のパターンは必要とする検出レンジ、感度を考慮して決定することができる。なお、本実施例では位置ずれを検出する検出光として参照光も生成するレーザ光源からのレーザ光の一部を記録時の信号光の光路から入射するということで検出光を生成したが、必ずしもこれに限られることはなく、例えば検出光を生成するレーザ光源を参照光生成のためのレーザ光源とは別光源としても良い。すなわち、記録時の信号光の記録媒体への入射方向(一部の入射方向でもよい)から光を光情報記録媒体に入射すれば良く、本実施例では、かかる機能を達成する光を生成する構成として検出光生成部と呼ぶ。また、かかる検出光を光情報記録媒体に導く構成を検出光入射部と呼ぶ。
次に、位置検出信号の生成方法について説明する。図18に光情報記録媒体1、位置検出光学系15の詳細を示す。なお、説明のし易さのため光情報記録媒体1の角度を図1と変えているが、傾いていても傾きを考慮すれば同様に適用可能である。記録されたホログラム1801からの回折光1803が光検出器102に入射する(図18(a))。光検出器102の上面図が図18(b)であり、光検出器102は4分割されており、回折光の光スポット1804、1805の位置によって位置検出信号を生成する。例えば、図18のX方向(光情報記録媒体1の回転方向θ)の位置検出信号Exは光検出器102の分割された領域A、B、C、Dの輝度を、Ex=(A+C)‐(B+D)と演算して生成する。図19にX方向に対する位置検出信号Exの変化を示す。例えばホログラムが1801の位置の時は光スポット1804なのでEx=0、ホログラムが1802の位置の時は光スポット1805なのでEx>0となる。この位置検出信号Exが0となるように光情報記録媒体1および/もしくはピックアップ11を制御すればよい。同様に図18のY方向(光情報記録媒体1の半径方向r)の位置検出信号EyはEy=(C+D)‐(A+B)と演算して生成する。図20にY方向に対する位置検出信号Eyの変化を示す。この位置検出信号Eyが0となるように光情報記録媒体1および/もしくはピックアップ11を制御すればよい。なお、位置検出信号Ex、Eyが小さい場合は、(A+B+C+D)の輝度で規格化するのも有効である。また、位置検出信号を(A+B+C+D)とし、位置検出信号が最大となるように制御してもよい。また、ピックアップ11の制御対象は、ピックアップ11の全てもしくは空間フィルタ314、対物レンズ315のように一部の構成要素としても構わない。また、ここで説明したX,Y、θ、rの定義は限定するものではなく、円盤状のディスクのみならず方形などディスクの形状に依らず同様に適用できる。
次に、以上で説明した構成を用いた位置制御手順について説明する。図21に再生時の処理フローを示す。目標ブックを再生する場合、図12のパターンを空間光変調器312に表示し(2101)、検出光を生成するように光学素子304により偏光方向を制御する(2102)。次に目標ブック位置近傍に位置付け(2103)、検出光を光情報記録媒体1に照射し、位置検出信号Exが0となるよう回転角度を制御(2104)、続いて位置検出信号Eyが0となるよう半径位置を制御する(2105)。次にデータを読み出すための参照光を生成するように光学素子304により偏光方向を制御する(2106)。生成した参照光を光情報記録媒体1に照射し、ブックの情報を読み出す(2107)。これら2102から2107までの動作を再生が完了するまで繰り返す(2108)。なお、以上の例では毎ブック位置調整をしているが、ステップ2102、2104、2105は数ブック毎に実施することで高速化を図ることができる。また、空間光変調器312に表示するパターンを図12で説明したがこれに限定するものではなく、検出光は記録時の信号光の一部を含む光であれば何を使用してもよい。また、ステップ2104とステップ2105の順序は逆であってもよい。
以上の第1の実施例によれば、一般的に応答速度の速い光検出器の信号を使用でき、さらに検出信号が0となる位置を目標に制御することで、高速高精度な位置制御が可能となる。
なお、以上の構成において、記録した信号光の一部を含む検出光を生成するために空間光変調器312を使用しているがこれに限定するものではなく、別途検出用の光学系を設けてもよい。例えばビームエキスパンダ308によって光ビーム径を小さくすることで、空間光変調器312で遮断される光が少なくなり効率が向上できる。これは以降の実施例についても同様である。
本実施例が実施例1と異なるのは位置制御手順および空間光変調器312の表示パターンである。前述したように空間光変調器312のパターンを変更することで位置検出レンジ、感度を任意に設定することが可能となるが、位置検出レンジを大きく取ると調整目標近傍での感度が低くなってしまう。これを鑑みて、本実施例は位置検出レンジが大きくなるように図12の透過領域の半径が小さい第1位置検出用画像と、目標近傍での感度が高くなるように図12の透過領域の半径が第1位置検出用画像と比較して大きい第2位置検出用画像とを切り替えて制御することで位置検出レンジ、感度を両立させるものである。
図22の処理フローを用いて本実施例の位置制御手順について説明する。目標ブックを再生する場合、図12の半径が小さい第1位置検出用画像を空間光変調器312に表示し(2201)、検出光を生成するように光学素子304により偏光方向を制御する(2102)。次に目標ブック位置近傍に位置付け(2103)、検出光を光情報記録媒体1に照射し、位置検出信号Exが0となるよう回転角度を制御(2104)、続いて位置検出信号Eyが0となるよう半径位置を制御する(2105)。次に図12の半径が大きい第2位置検出用画像を空間光変調器312に表示し(2202)、位置検出信号Exが0となるよう回転角度を制御(2203)、続いて位置検出信号Eyが0となるよう半径位置を制御する(2304)。以降は第1の実施例と同様であり、これら2201から2107までの動作を再生が完了するまで繰り返す(2108)。なお、以上の例では毎ブック位置調整をしているが、ステップ2201、2104、2105は数ブック毎に実施してもよい。また、空間光変調器312に表示するパターンを図12で説明したがこれに限定するものではなく、第1位置検出用画像と第2位置検出用画像の形状を変えていれば何を使用してもよい。また、ステップ2104とステップ2105、ステップ2203とステップ2204の順序は逆であってもよい。
図22の処理フローを用いて本実施例の位置制御手順について説明する。目標ブックを再生する場合、図12の半径が小さい第1位置検出用画像を空間光変調器312に表示し(2201)、検出光を生成するように光学素子304により偏光方向を制御する(2102)。次に目標ブック位置近傍に位置付け(2103)、検出光を光情報記録媒体1に照射し、位置検出信号Exが0となるよう回転角度を制御(2104)、続いて位置検出信号Eyが0となるよう半径位置を制御する(2105)。次に図12の半径が大きい第2位置検出用画像を空間光変調器312に表示し(2202)、位置検出信号Exが0となるよう回転角度を制御(2203)、続いて位置検出信号Eyが0となるよう半径位置を制御する(2304)。以降は第1の実施例と同様であり、これら2201から2107までの動作を再生が完了するまで繰り返す(2108)。なお、以上の例では毎ブック位置調整をしているが、ステップ2201、2104、2105は数ブック毎に実施してもよい。また、空間光変調器312に表示するパターンを図12で説明したがこれに限定するものではなく、第1位置検出用画像と第2位置検出用画像の形状を変えていれば何を使用してもよい。また、ステップ2104とステップ2105、ステップ2203とステップ2204の順序は逆であってもよい。
以上の第2の実施例によれば、検出光のサイズを変えることで、位置検出レンジ、感度を両立する高速高精度な位置制御が可能となる。
次に検出光生成部および検出光入射部の他の実施例を紹介する。本実施例が実施例1と異なるのは位置制御手順である。第1の実施例の図21の処理フローのように光学素子304の偏光方向を変更するのは、一般的に時間を要してしまう。そこで、図23のように常に検出光と参照光の両方を生成するように光学素子304の偏光方向を制御すればこの問題は生じない。図23が再生時の構成図である図4と異なるのは、位置検出光学系15、シャッタ2301を配置されているのと、再生時に信号光側にも光を透過させていることである。
図24の処理フローを用いて本実施例の位置制御手順について説明する。目標ブックを再生する場合、図12のパターンを空間光変調器312に表示し(2101)、検出光と参照光と生成するように光学素子304により偏光方向を制御する(2401)。以降は第1の実施例と同様であり、2103から2107までの動作を再生が完了するまで繰り返す(2108)。なお、ステップ2401における検出光と参照光の光量比は、参照光の光量を下げると再生画像の品質が劣化することから、検出光:参照光=1:9程度とするのが好ましいが、これに限定するものではない。また、位置検出時において参照光が照射されているとノイズが発生することがある。これを抑圧するために、参照光の経路中にシャッタ2301を配置し、位置検出時には参照光を遮断するのが効果的である。このシャッタは参照光が光情報記録媒体1に照射されるまでの経路であればどこでもよい。また、ステップ2104とステップ2105の順序は逆であってもよい。
以上の第3の実施例によれば、光学素子304を制御する時間が必要でないため、高速高精度な位置制御が可能となる。
本実施例が実施例1と異なるのは位置検出光学系15およびホログラム位置検出方法である。第1の実施例において、図21のステップ2103のように目標ブック位置近傍に制御するのが困難な場合、隣接ブックに誤ってしまう危険性がある。そこで、目標となるブックを探索可能なページを記録しておけばこの問題は生じない。
図25に本実施例のブック探索用ページを示す。中央にブック固有もしくは隣接ブックと異なるアドレスパターン2501を配置し、その周りに円環状の参照パターン2502を配置する。このアドレスパターン2501はブックのアドレスと関連付けるのが簡単な方法であるが、誤検出を避けるために隣接ブックやその近くのブックとは相関が低いパターンにしておくのが望ましい。なお、参照パターンは参照パターン2502に限定されるものではなく、検出レンジを広げるためにも信号光の領域に対して小さい領域であるほうがよい。
位置検出時には、目標となるブックのアドレスパターン2501を空間光変調器312に表示することで検出光を生成する。これにより、目標ブックのホログラムに検出光が照射された時のみ強い回折光が得られることになる。なお、この際のマスク101は、図27のようにアドレスパターン2501を包含する領域を遮断する。
ブック探索用の位置検出信号Eallは、光検出器102の分割された領域A、B、C、Dの輝度を、Eall=(A+B+C+D)と演算して生成する。図28にX方向に対する位置検出信号Eallの変化を示す。目標ブック位置中央でEallが最大となることから、この位置検出信号Eallが最大となるように光情報記録媒体1および/もしくはピックアップ11を制御すればよい。
次に、以上で説明した構成を用いたブック探索ページ記録手順について説明する。図29に処理フローを示す。まず信号光と参照光と生成するように光学素子304により偏光方向を制御する(2901)。次に目標ブック位置に位置付け(2902)、目標ブックのアドレスパターンを有するブック探索用ページを空間光変調器312に表示し、信号光を光情報記録媒体1に照射し記録する(2903)。続いて参照光角度を変えながら、通常のページを角度多重記録する(2904)。これら2902から2904までの動作を記録が完了するまで繰り返す(2905)。なお、以上の例ではブック探索用ページを毎ブック記録しているが、ステップ2903は数ブック毎に実施することで高速化を図ることができる。
次に、以上で説明した構成を用いた位置制御手順について説明する。図30に処理フローを示す。目標ブックを再生する場合、検出光を生成するように光学素子304により偏光方向を制御し(3001)、目標ブックのアドレスパターンを空間光変調器312に表示する(3002)。次に目標ブック位置近傍に位置付け(3003)、検出光を光情報記録媒体1に照射し、光情報記録媒体1を移動させながら位置検出信号Eallを検出する(3004)。ここで、例えば図31のようにX方向に光情報記録媒体1を移動させていると、目標ブック位置で位置検出信号Eallが大きくなる。他のブック位置ではアドレスパターンの一部がマッチするため位置検出信号Eallは0ではないが、目標ブック位置での位置検出信号Eallよりも小さいはずである。よって、事前に閾値を決めておき、該閾値よりも大きかった場合に目標ブック位置と判定し、光情報記録媒体1の移動を停止させる(3005)。その後、実施例1などの方法によりブックを再生する(3006)。これら3002から3006までの動作を再生が完了するまで繰り返す(3007)。なお、以上の例では毎ブック探索をしているが、ステップ3002から3005は読み出し初めのブックのみ、もしくは数ブック毎に実施することで高速化を図ることができる。また、ステップ3004、3005を光情報記録媒体1の移動で説明したが、ピックアップ11を移動してもよい。
以上の第4の実施例によれば、目標となるブックを高速に探索することができ、隣接ブックに誤って制御することなく高速高精度な位置制御が可能となる。
なお、以上の説明では図25のようなブック探索用ページを記録する例で説明したが、図32のようにアドレスパターン2501を通常のページに組み込めば、ブック探索用ページを記録する必要は無い。また、単一のブック探索用ページを記録しただけでは十分な回折光が得られないため、ブック探索用ページを長い露光時間で記録した探索用ブックを数ブック毎に作成しておくのも効果的である。また、アドレスパターンの位置、サイズはアドレスパターン2501に限定されるものではなく、ページのどこに配置してもよい。但し、サイズは小さい方が検出レンジを広く取れるのでブック探索には好ましい。また、位相マスク309があることで記録時と検出時で位相がずれ、回折光がうまく得られない場合があるので、ブック探索用ページを記録する際、および/または再生する際には位相マスク309は透過させなくてもよい。
本実施例が実施例1と異なるのは位置検出光学系15である。第1の実施例では、X、Y方向の位置制御に関してであったが、本実施例はZ方向(フォーカス方向)の位置制御を可能とするものである。
図33に光情報記録媒体1、位置検出光学系15の詳細を示す。図18と異なるのはシリンドリカルレンズ3301である。シリンドリカルレンズとは円柱状の屈折面を待ったレンズである。このシリンドリカルレンズ3301は、円柱軸の傾きを光検出器102の対角線の傾きと一致するようにX軸から45°傾けて配置している。こうすることで、分割する方向をX、Y方向の位置検出と共通化することができるので効率がよい。なお、説明のし易さのため光情報記録媒体1の角度を図1と変えているが、傾いていても傾きを考慮することで同様に適用可能である。また、光検出器102の上面図が図33(b)であり、回折光の光スポット1804が正円となるようにシリンドリカルレンズ3301およびリレーレンズ104の焦点距離、位置が決めている。この状況において、光情報記録媒体1がZ方向に移動すると、記録されたホログラム3302からの回折光の光スポット3303は楕円状となる。よって、Z方向(光情報記録媒体1の厚さ方向)の位置検出信号Ezは光検出器102の分割された領域A、B、C、Dの輝度を、Ez=(B+C)‐(A+D)と演算して生成する。図34にZ方向に対する位置検出信号Ezの変化を示す。例えばホログラムが1801の位置の時は光スポット1804なのでEz=0、ホログラムが3302の位置の時は光スポット3303なのでEz>0となる。この位置検出信号Ezが0となるように光情報記録媒体1および/もしくはピックアップ11を制御すればよい。
以上の第5の実施例によれば、Z方向(フォーカス方向)に対しても高速高精度な位置制御が可能となる。
なお、以上の構成において、シリンドリカルレンズを用いて説明しているが、シリンドリカルレンズ3301の位置に光軸を中心に半分の領域を非透過とするマスクを代わりに配置するなどすればコスト低減も可能であり、Z方向にホログラムが移動した際に光検出器102の光スポットの輝度分布に変化を生じさえすれば何を使用してもよい。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
1・・・光情報記録媒体、10・・・光情報記録再生装置、11・・・ピックアップ、12・・・再生用参照光光学系、13・・・ディスクCure光学系、14・・・ディスク回転角度検出用光学系、15・・・位置検出光学系、50・・・回転モータ、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・・・入出力制御回路、91・・・外部制御装置、101・・・マスク、102・・・光検出器、103・・・リレーレンズ、104・・・リレーレンズ、301・・・光源、302・・・コリメートレンズ、303・・・シャッタ、304・・・1/2波長板、305・・・偏光ビームスプリッタ、306・・・信号光、307・・・参照光、308・・・ビームエキスパンダ、309・・フェーズ(位相)マスク、310・・・リレーレンズ、311・・・偏光ビームスプリッタ、312・・・空間光変調器、313・・・リレーレンズ、314・・・空間フィルタ、315・・・対物レンズ、316・・・偏光方向変換素子、317・・・ミラー、318・・・ミラー、319・・・ミラー、320・・・アクチュエータ、321・・・レンズ、322・・・レンズ、323・・・アクチュエータ、324・・・ミラー、325・・・光検出器、501・・・光源、502・・・コリメートレンズ、503・・・シャッタ、504・・・光学素子、505・・・偏光ビームスプリッタ、506・・・信号光、507・・・偏光ビームスプリッタ、508・・・空間光変調器、509・・・ビームエキスパンダ、510・・・リレーレンズ、511・・・フェーズ(位相)マスク、512・・・リレーレンズ、513・・・空間フィルタ、514・・・ミラー、515・・・ミラー、516・・・ミラー、517・・・アクチュエータ、518・・・光検出器、519・・・レンズ、520・・・レンズ、521・・・ミラー、522・・・アクチュエータ、523・・・参照光、524・・・偏光方向変換素子、525・・・対物レンズ、1801・・・ホログラム、1802・・・ホログラム、1803・・・回折光、1804・・・光スポット、1805・・・光スポット、2301・・・シャッタ、2501・・・アドレスパターン、2502・・・参照パターン、3301・・・シリンドリカルレンズ、3302・・・ホログラム、3303・・・光スポット、3501・・・信号光、3502・・・信号光、3503・・・ホログラム、3601・・・検出光、3602・・・透過光、3603・・・回折光、3701・・・信号光、3702・・・ホログラム、3801・・・検出光、3802・・・透過光、3803・・・回折光
Claims (15)
- 参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をホログラムとして光情報記録媒体に記録し、前記光情報記録媒体に記録されたホログラムから参照光を用いて情報を再生する光情報記録再生装置において、
前記信号光の一部を含む光を検出光として生成する検出光生成部と、
前記光情報記録媒体より情報を再生する際、前記検出光を記録されたホログラムに入射する検出光入射部と、
前記ホログラムに入射した前記検出光による回折光を検出する光検出部と、を有し、
前記回折光は記録した前記信号光を含み、
前記光検出部の出力に基づいて前記記録されたホログラムの位置を検出する、
ことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 請求項1に記載の光情報記録再生装置において、
前記回折光のうち、前記ホログラムを透過した前記検出光を遮断するマスク部を有する、ことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 請求項1に記載の光情報記録再生装置において、
前記光検出部は複数領域に分割され、各々の領域で検出される光量に基づいて前記記録されたホログラムの位置を検出する、
ことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 請求項1に記載の光情報記録再生装置において、
第1の検出光で前記ホログラムの位置を検出した後に、第1の検出光と異なる光束径を有する第2の検出光で前記ホログラムの位置を検出する、
ことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 請求項1に記載の光情報記録再生装置において、
前記ホログラムの記録時にホログラム毎の固有パターンを記録し、
位置検出時には、検出するホログラムの前記固有パターンを前記検出光とする、
ことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 請求項1に記載の光情報記録再生装置において、
前記検出光生成部は、
レーザ光を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光源が生成するレーザ光の偏光を変える光学素子と、
前記光学素子を通過したレーザ光を信号光と参照光とに分離するスプリッタと、
を有し、
前記スプリッタが分割した参照光により光情報記録媒体のデータを再生する場合は、該スプリッタが分割した信号光の一部を含む光を検出光として生成し続ける、
ことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 請求項1に記載の光情報記録再生装置において、
前記ホログラムを透過した前記検出光を遮断するマスク部と、
シリンドリカルレンズと、
を有することを特徴とする光情報記録再生装置。 - 参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をホログラムとして記録された光情報記録媒体から参照光を用いて情報を再生する光情報再生装置において、
前記信号光の一部を含む光を検出光として生成する検出光生成部と、
前記光情報記録媒体より情報を再生する際、前記検出光を記録されたホログラムに入射する検出光入射部と、
前記ホログラムに入射した前記検出光による回折光を検出する光検出部と、を有し、
前記回折光は記録した前記信号光を含み、
前記光検出部の出力に基づいて前記記録されたホログラムの位置を検出する、
ことを特徴とする光情報再生装置。 - 請求項8に記載の光情報再生装置において、
前記回折光のうち、前記ホログラムを透過した前記検出光を遮断するマスク部を有する、ことを特徴とする光情報再生装置。 - 請求項8に記載の光情報再生装置において、
前記光検出部は複数領域に分割され、各々の領域で検出される光量に基づいて前記記録されたホログラムの位置を検出する、
ことを特徴とする光情報再生装置。 - 請求項8に記載の光情報再生装置において、
第1の検出光で前記ホログラムの位置を検出した後に、第1の検出光と異なる光束径を有する第2の検出光で前記ホログラムの位置を検出する、
ことを特徴とする光情報再生装置。 - 請求項8に記載の光情報再生装置において、
前記ホログラムには、ホログラム毎の固有パターンが記録されており、
位置検出時には、検出するホログラムの前記固有パターンを前記検出光とする、
ことを特徴とする光情報再生装置。 - 請求項8に記載の光情報再生装置において、
前記検出光生成部は、
レーザ光を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光源が生成するレーザ光の偏光を変える光学素子と、
前記光学素子を通過したレーザ光を信号光と参照光とにスプリッタと、
を有し、
前記スプリッタが分割した参照光により光情報記録媒体のデータを再生する場合は、該スプリッタが分割した信号光の一部を含む光を検出光として生成し続ける、
ことを特徴とする光情報再生装置。 - 請求項8に記載の光情報再生装置において、
前記ホログラムを透過した前記検出光を遮断するマスク部と、
シリンドリカルレンズと、
を有することを特徴とする光情報再生装置。 - 参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞をホログラムとして記録された光情報記録媒体から参照光を用いて情報を再生する光情報再生装置において、
レーザ光を生成するレーザ光源と、
前記レーザ光源が生成するレーザ光を参照光と検出光に分離するスプリッタと、
前記スプリッタにより分離された参照光を光情報記録媒体に導く参照光光学系と、
前記光情報記録媒体より情報を再生する際、前記スプリッタにより分離された検出光を、ホログラム記録時の前記信号光が光情報記録媒体に入射した方向から、照射する検出光入射部と、
前記検出光入射部を通過し光情報記録媒体に入射する検出光による回折光を受光するディテクタと、
前記ディテクタの出力に応じて、前記参照光の光情報記録媒体への入射位置を調整する機構と、
を有し、
前記回折光は記録した信号光を含むことを特徴とする光情報再生装置。
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