KR20080034786A - 홀로그램 재생장치 - Google Patents

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KR20080034786A
KR20080034786A KR1020070103548A KR20070103548A KR20080034786A KR 20080034786 A KR20080034786 A KR 20080034786A KR 1020070103548 A KR1020070103548 A KR 1020070103548A KR 20070103548 A KR20070103548 A KR 20070103548A KR 20080034786 A KR20080034786 A KR 20080034786A
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미쯔루 도이시
카주타쯔 도쿠야마
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소니 가부시끼가이샤
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Abstract

참조광을 발생시키기 위한 참조광 패턴을 디스플레이하는 참조과 공간광 변조부와, 참조광을 홀로그램 기록 매체에 조사(照射)해서 발생하는 회절광을 수광(受光)하는 2차원으로 배열된 픽셀을 가지는 이미지 센서와, 이미지 센서로부터의 전기 신호를 처리해서 기록 데이터를 재생하는 제어부를 포함하는 홀로그램 재생 장치가 개시된다. 소정 영역 전기 신호(電氣信號)를 검출하고, 홀로그램 전기 신호를 검출하고, 홀로그램 전기 신호로부터 소정 영역 전기 신호를 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 기록 데이터를 재생한다.
광학계, 레이저, 콜리메이트, 렌즈, 포토디텍터, 센서.

Description

홀로그램 재생장치{HOLOGRAM REPRODUCING APPARATUS}
본 발명은, 그 전체 내용이 본원 명세서에 참고용으로 병합되어 있는, 2006년 10월 17일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2006-282699호에 관련된 주제를 포함한다.
본 발명은, 홀로그램 재생 장치에 관한 것이다.
근래에(최근에), 고기록 밀도를 달성함과 동시에, 고전송 속도로 기록 데이터를 기록 재생하는 것이 가능한 기록 재생 장치인 홀로그램 기록 재생 장치가 주목을 모으고 있다. 홀로그램 기록 재생 장치에서는, 기록 매체의 두께 방향과 함께 추가로 기록매체의 폭방향도 활용하고, 데이터의 기록시에는, 2차원 정보를 1페이지 단위로 해서 기록 데이터에 따른 페이지 데이터에 의거해서 참조광과 신호광과의 간섭줄 무늬(干涉縞; inter ference fringe)를 홀로그램 기록 매체안에 홀로그램(회절 격자)의 형태로 형성해서 3차원적으로 페이지 데이터를 기록하는 것이다. 또, 기록 데이터의 재생시에는, 이와 같이 해서 형성된 홀로그램에 참조광을 조사해서 발생하는 회절광을 얻어 기록 데이터를 재생한다(일본 공개 특허(特開; JP-A) 제2004-226821호 공보, 닛케이 일렉트로닉스 2005년 1월 17일호 106페이지∼ 114페이지 참조).
홀로그램 기록 재생 장치에서는, 데이터의 기록시에는 2차원 정보를 페이지마다 공간광 변조기(SLM)에 표시해서 신호광과 참조광을 발생시켜서 홀로그램을 형성한다. 기록 데이터의 재생시에는 참조광을 홀로그램에 조사해서 회절광을 발생시키고, CCD나 CMOS 이미지 센서로 대표되는 2차원 촬상 소자에 의해서 이 회절광에 의해서 형성되는 재생상(再生像)에 따른 전기 신호(電氣信號)를 취입(取入; capture)하기 때문에, 지금까지의 광디스크 기록 재생 장치에서는 없었던 노이즈의 발생원(發生源)이 많이 존재한다. 이와 같은 노이즈의 발생원으로부터의 노이즈를 삭감하기 위한 기술이 필요하다.
지금까지, 알려져 있는 관련하는 기술 분야에서의 노이즈 삭감 기술로서는, 고체 촬상 장치의 분야에서의 노이즈 삭감 기술이 알려져 있다(일본 공개 특허 제2003-18475호 공보 참조). 이 기술은, 고체 촬상 장치의 제조시에, 차광 지그(jig)를 이용해서 고체 촬상 소자로부터 암시(暗時; dark state) 데이터를 출력하고, 이 암시 데이터를 고체 촬상 장치내의 CPU에 출력하고, CPU에 의해서 암시 데이터로부터 고체 촬상 소자의 고정 패턴 노이즈를 검출하고, 검출된 고정 패턴 노이즈를 압축해서 불휘발성 메모리에 저장하고, 고체 촬상 장치의 실제 사용시에, 불휘발성 메모리로부터 화상 처리 회로내의 메모리에 고정 패턴 노이즈의 정보를 이동해서 이 정보를 저장하고, 고체 촬상 소자로부터 출력되는 촬상 신호와 메모리로부터 판독출력(讀出; read out)된 고정 패턴 노이즈를 가감산(加減算)하고, 촬상 신호로부터 고정 패턴 노이즈를 제거하는 것이다.
그렇지만, 홀로그램 기록 재생 장치에서의 노이즈의 발생 과정은, 상술한 고체 촬상 장치에서의 노이즈의 발생 과정과는 다른 것이다. 예를 들면, 광학계로부터의 미광(迷光; stray light)이 노이즈로서 큰 영향을 미친다. 또 하나의 기록 영역을 공유해서 복수(複數; plural)의 홀로그램을 형성하는 다중화를 행하는 경우에 있어서는, 홀로그램 상호간의 크로스토크(crosstalk) 등도 동일 개소에 복수의 홀로그램을 기록하고 있는 체적(體積) 기록에서는 노이즈로서 매우 큰 영향을 부여한다. 또, 신호광과 참조광을 동축형상(同軸狀; coaxial)으로 배치하는 코액셜(coaxial) 방식에서는, 참조광의 광강도(光强度)는 회절광의 광강도에 비해서 2∼3자릿수 정도나 커지기 때문에, SLM의 콘트라스트에 기인하는 노이즈(후술하는 SLM 콘트라스트 노이즈)가 발생하고, 나아가서는 참조광이 신호광이 배치되는 영역으로 새어들어가는(漏入; leak) 것에 의한 노이즈(후술하는 참조광 누입 노이즈) 등이 매우 큰 문제로 된다.
이와 같은 광학계에 기인하는 노이즈는, 홀로그램 기록 매체의 특성에 따라서 광빔의 산란 정도가 다르기 때문에, 홀로그램 기록 매체마다 그 미치는 영향의 크기는 다르며, 또 SLM의 특성에 따라서도 다르기 때문에, 이들 광학 부재를 사용하는 홀로그램 기록 재생 장치의 각각에 있어서도 영향은 한결같지 않은 것이다. 이 점에서, 일본 공개 특허 제2003-18475호 공보에서의 고정 패턴 노이즈와는 노이즈 발생 과정이 다른 것이며, 일본 공개 특허 제2003-18475호 공보에 개시된 기술 에서는 노이즈 삭감 효과를 얻을 수 없었다. 또, 회절광으로부터 재생 신호를 검출하는 검출계의 전기 노이즈에 주목(着目)하는 경우에는 일반적으로, 시간에 수반해서(따라서) 출력이 변동하는(fluctuate) 랜덤성 노이즈와 정상적인 출력 오프셋으로서 나타나는 고정 패턴 노이즈가 신호 재생시의 노이즈원으로 되어 에러율(error rate) 악화의 요인으로 된다. 이들을 원인으로 해서 재생상의 신호대(信號對) 잡음비(SNR)가 열화(劣化; deterioration)해서, 특히 다중 기록을 채용하는 경우에는 다중도(多重度)가 제한된다고 하는 현저한 영향이 있다. 그렇지만, 이상과 같은 원인에 의해서 발생하는 홀로그램 특유의 노이즈를 제거하는 기술은, 알려져 있지 않고, 홀로그램 기록 재생 장치와 홀로그램 기록 매체와의 조합(組合; combination)이 적당히 행해지는 경우에 호환성을 확보하는 관점에서, 또 다중화 등을 이용해서 고기록 밀도를 달성하는 관점에서, 홀로그램의 재생시에 있어서, 홀로그램 기록 재생에서 발생하는 노이즈를 제거하는 기술이 필요하게 된다.
그래서, 본 발명은 홀로그램 기록 재생에서의 노이즈 제거 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따라, 기록 데이터에 따라서 변조된 신호광과 상기 신호광과 광원을 동일하게 하는 참조광을 간섭시켜서 홀로그램 기록 매체의 기록층에 형성된 홀로그램으로부터 상기 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 재생 장치가 제공된다. 이 홀로그램 재생 장치는 상기 참조광을 발생시키기 위한 참조광 패턴을 표시하는 참조광 공간광 변조부와, 상기 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 조사해 서 발생하는 회절광을 수광하는 2차원으로 배열된 픽셀을 가지는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서로부터의 전기 신호를 처리해서 기록 데이터를 재생하는 제어부를 구비한다. 이때, 상기 제어부는, 상기 홀로그램 기록 매체의 소정 영역에 상기 참조광을 조사해서 얻어지는 상기 이미지 센서로부터의 전기 신호인 소정 영역 전기 신호를 검출하고, 상기 홀로그램 기록 매체의 홀로그램이 형성되어 있는 영역에 상기 참조광을 조사해서 얻어지는 상기 이미지 센서로부터의 전기 신호인 홀로그램 전기 신호를 검출하고, 상기 홀로그램 전기 신호로부터 상기 소정 영역 전기 신호를 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 상기 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 상기 기록 데이터를 재생한다.
이 홀로그램 재생 장치에서는, 제어부는, 홀로그램 기록 매체의 소정 영역에 참조광을 조사해서 얻어지는 이미지 센서로부터의 전기 신호인 소정 영역 전기 신호를 검출하고, 홀로그램 기록 매체의 홀로그램이 형성되어 있는 영역에 참조광을 조사해서 얻어지는 이미지 센서로부터의 홀로그램 전기 신호를 검출하고, 홀로그램 전기 신호로부터 소정 영역 전기 신호를 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 이 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 기록 데이터를 재생하므로, 광학계, 홀로그램 기록 매체에 기인하는 노이즈를 삭감해서 양호한 재생 특성이 얻어진다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 기록 데이터에 따라서 변조된 신호광과 상기 신호광과 광원을 동일하게 하는 참조광을 간섭시켜서 홀로그램 기록 매체의 기록층에 형성된 홀로그램으로부터 상기 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 재생 장치가 제공된다. 이 홀로그램 재생 장치는 상기 참조광을 발생시키기 위한 참조광 패턴을 표시하는 참조광 공간광 변조부와, 상기 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 조사해서 발생하는 회절광을 수광하는 2차원으로 배열된 픽셀을 가지는 이미지 센서와, 상기 이미지 센서로부터의 전기 신호를 처리해서 기록 데이터를 재생하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 광원으로부터의 광빔의 조사를 정지해서 상기 이미지 센서로부터 얻어지는 전기 신호인 광빔 정지 전기 신호를 검출하고, 상기 홀로그램 기록 매체의 홀로그램이 형성되어 있는 영역에 상기 참조광을 조사해서 상기 이미지 센서로부터 얻어지는 전기 신호인 광빔 정지 전기 신호를 검출하고, 상기 광빔 정지 전기 신호로부터 상기 전기 신호를 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 상기 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 상기 기록 데이터를 재생한다.
이 홀로그램 기록 장치에서는, 제어부는, 광원으로부터의 광빔의 조사를 정지해서 이미지 센서로부터의 전기 신호를 검출하고, 홀로그램 기록 매체의 홀로그램이 형성되어 있는 영역에 참조광을 조사해서 얻어지는 이미지 센서로부터의 재생 신호를 검출하고, 재생 신호로부터 전기 신호를 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 이 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 기록 데이터를 재생하므로, 회로부에 기인하는 노이즈를 삭감해서 양호한 재생 특성이 얻어진다.
본 발명의 실시예에 따르면, 홀로그램 기록 재생에서의 노이즈의 제거를 할 수 있다. 그 결과, 홀로그램 기록 재생 장치와 홀로그램 기록 매체와의 호환성을 확보하고, 고밀도의 홀로그램 기록을 가능하게 하는 기술을 제공할 수가 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 실시형태를 설명할 때에는, 우선, 홀로그램 기록 재생의 원리를 홀로그램 기록 재생을 위한 광학계의 1실시형태로서의 코액셜 광학계에 대해서 설명한다. 그 다음, 홀로그램 기록 매체에 대해서 설명하고, 이와 같은 코액셜 광학계를 가지고(포함해서) 이루어지는 홀로그램 기록 재생 장치에 대해서 설명한다. 그 후, 실시형태의 특징부의 설명을 행한다. 여기서, 코액셜 광학계라 함은, 후술하는 신호광과 참조광의 각각이, 광빔의 광로(光路)의 일부를 공유하는 것을 특징으로 하는 광학계의 일반적인 명칭이다.
(코액셜 방식(coaxial system)의 광학계)
도 1을 참조해서, 코액셜 광학계(10)의 개요를 설명하고, 도 2를 참조해서, 코액셜 광학계(11)의 개요를 설명한다.
도 1에 도시하는 코액셜 광학계(10)는, 레이저 광원(20), 콜리메이트(collimate) 렌즈(21), 투과형 액정 등으로 구성된 공간광 변조기(22), 빔 스플리터(23), 대물 렌즈(24)를 주요 광학 부품으로서 구비한다.
레이저 광원(20)으로부터 나온(출사된) 광빔은, 콜리메이트 렌즈(21)에서 평행광으로 되고, 공간광 변조기(22)를 투과한다. 그리고, 공간광 변조기(22)는, 기록 데이터에 의거하는 신호광 패턴을 표시하는 신호광 공간광 변조부(46)(도 2를 참조)와 참조광 패턴을 표시하는 참조광 공간광 변조부(47)(도 2를 참조)와의 2개의 광빔의 투과 영역을 가지고 있다. 이들 2개로 영역이 나뉜 공간광 변조기(22)의 각각의 영역을 통과하는 광빔은, 같은 중심선을 가지고 동축형상으로 배치되는 신호광(40) 및 참조광(41)으로서, 빔 스플리터(23) 및 대물 렌즈(24)의 공통의 광 학 부품을 통과하고, 즉 광로를 신호광(40) 및 참조광(41)이 공통으로 해서, 홀로그램 기록 매체(50)의 기록층(50a)(도 4를 참조)에 입사(入射)된다. 그리고, 신호광 공간광 변조부(46)에 의해서 생기는 신호광(40)과 참조광 공간광 변조부(47)에 의해서 생기는 참조광(41)은 기록층(50a)에서 서로 간섭한다. 그리고, 이 간섭의 형태(態樣; form)에 따라서 기록층(50a)의 미소 영역에서의 굴절률이 변화를 해서, 굴절률 패턴에 따른 회절 격자(홀로그램)로서 기록 데이터가 기록된다.
도 2에 공간광 변조기(22)에 표시되는 신호광 패턴 및 참조광 패턴의 일예를 도시한다. 이 패턴에서는, 보다 중심에 가까운 부분인 신호광 공간광 변조부(46)에는 신호광 패턴(지면(紙面)의 컬러(色) 부분(흰색 부분)과 검은색 부분과의 조합에 의해서 신호광 공간광 변조부(46)에 생기는 모양(模樣; pattern))이 표시되고, 그 둘레(주위)의 참조광 공간광 변조부(47)에는 참조광 패턴(흰색 부분과 검은색 부분과의 조합에 의해서 참조광 공간광 변조부(47)에 생기는 모양)이 표시된다고 하는 형태로 되어 있다. 도 2에서, 검은색 부분은 광빔을 차단하는 부분이며, 흰색 부분은 광빔이 투과하는 부분이며, 검은색 부분과 흰색 부분의 배치에 따라서 신호광 및 참조광의 형태가 변화하는 것이다. 여기서, 흰색 부분, 검은색 부분은 2차원으로 미세하게 분해된 미소 영역(이하, 픽셀이라고 칭한다)마다 제어가 가능하게 되어 있다.
여기서, 기록 데이터용 참조광 패턴의 일예로서는, 스포크(spoke) 형상(동심원 형상으로 신장하는 선으로, 흰색 부분과 검은색 부분이 구분되는 형태)의 패턴뿐만 아니라, 예를 들면 미리, 난수(亂數; random number)를 발생시켜서 랜덤하게 흰색 부분과 검은색 부분이 공간적으로 배치되는 패턴인 랜덤 패턴일 수 있다.
도 3에, 코액셜 방식의 홀로그램 재생 장치에 이용하는 코액셜 광학계(11)의 개념도를 도시한다. 코액셜 방식의 홀로그램 재생 장치에서는, 상술한, 레이저 광원(20), 콜리메이트 렌즈(21), 공간광 변조기(22), 빔 스플리터(23) 및 대물 렌즈(24)에 부가해서, CCD(Charge Cupled Device) 또는 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 센서 등으로 구성된 이미지 센서(25)를 구비한다.
재생에 있어서는, 공간광 변조기(22)의 참조광 공간광 변조부(47)에 참조광 패턴만을 표시시키고, 신호광 공간광 변조부(46)는 모두 검은색 부분의 패턴(광빔의 투과를 저지하는 검은색 부분만의 패턴)으로 표시한다. 이 참조광 공간광 변조부(47)로부터의 참조광(41)을 빔 스플리터(23) 및 대물 렌즈(24)를 통과시키고, 홀로그램 기록 매체(50)의 기록층(50a)에 형성된 홀로그램에 입사시키는 것에 의해서 기록 데이터를 재생한다. 여기서, 이 참조광에 의해서 홀로그램에 따른 회절광(42)이 생기고, 이 회절광(42)은, 빔 스플리터(23)에 의해서 광빔으로서의 회절광(42)의 진행 방향을 변화시켜서, 회절광(43)으로서 이미지 센서(25)를 조사한다. 그리고, 2차원으로 배열된 픽셀을 가지는 이미지 센서(25)로부터의 전기 신호는 홀로그램의 형상, 즉 기록 데이터에 따른 신호이므로, 도시하지 않은 재생 신호 처리부에서, 이 전기 신호로부터 기록 데이터를 재생할 수 있다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 신호광, 재생광, 회절광이 동축형상(코액셜)으로 배치되는 것이 코액셜 광학계의 특징이다.
(홀로그램 기록 매체의 구조)
도 4는, 상술한, 홀로그램 기록 매체(50)의 단면적(斷面績) 방향으로 절단한 구조를 모식적으로 도시하고, 또 신호광(40)(파선의 내측을 통과하고, 공간광 변조기(22)(도 1을 참조)로부터 기록층(50a)에 도달하는 광빔) 및 회절광(42)(신호광(40)과 마찬가지로 파선의 내측을 통과하고, 기록층(50a)으로부터 빔 스플리터(23)(도 3을 참조)에 도달하는 광빔), 참조광(41)(실선과 파선 사이를 통과하고, 공간광 변조기(22)(도 1을 참조)로부터 기록층(50a)에 도달하는 광빔) 및 서보용 광빔(일점쇄선의 내측을 통과하는 광빔)이 어떻게 대물 렌즈(24)에 입사하는지를 모식적으로 도시하는 도면이다. 홀로그램 기록 매체(50)는, 보호막(50d), 기록층(50a), 기록 재생용 광빔의 반사막(50b), 어드레스 그루브(address groove)(50c)를 가지는 것이다.
기록시에 있어서는, 기록층(50a)에는, 신호광(40)과 참조광(41)의 간섭에 의해서 생기는 간섭 무늬의 형상에 따라서 홀로그램이 형성된다. 재생시에 있어서는, 이 홀로그램에 참조광(41)만이 조사된다. 그 결과로서, 기록시에 있어서의 신호광(40)과 대략 동일한 영역에, 홀로그램에 따른 회절광(42)이 반사막(50b)에서 반사되고, 대물 렌즈(24)를 통과해서 이미지 센서(25)에 상(像)(재생상)을 일으킨다(발생시킨다). 한편, 서보용 광빔은, 파장 선택 특성을 가지는 반사막(50b)을 투과해서, 어드레스 그루브(50c)가 형성된 알루미늄 반사막에서 반사해서, CD, DVD에서와 마찬가지 원리에 의해서, 서보용 광학계의 광 검출기(photo-detector)로부터 검출한 전기 신호에 의거해서, 제어부에서, 상술한, 포커스 서보, 레이디얼 서보(radial servo), 스핀들 서보(spindle servo)의 처리를 위해서 필요로 되는 각각 의 서보를 위한 에러 신호, 나아가서는, 홀로그램 기록 매체(50)에서의 광빔이 조사되는 홀로그램 기록 매체(50)의 기록층(50a)의 위치의 특정을 위한 어드레스 신호가 얻어진다.
기록 재생용 광빔은, 예를 들면 청색의 레이저 다이오드로부터의 광빔(청색광 빔)이고, 서보용 광빔은, 예를 들면 적색의 레이저 다이오드로부터의 광빔(적색 광빔)이며, 양쪽의 광빔이 통과하는 광로의 상호 위치 관계는, 광학 부품의 배치를 특정하는 것에 의해서, 미리 특정되어 있다. 그 결과, 적색광 빔을 이용해서 서보를 행하는 것에 의해서, 청색 빔(신호광(40) 및 참조광(41))에 의해서 홀로그램을 형성하는 위치가 이 서보의 작용에 의해서 특정되고, 청색광 빔(참조광(41), 회절광(42) 및 회절광(43))에 의해서, 홀로그램으로부터 기록 데이터를 재생하는 위치가 이 서보의 작용에 의해서 특정되어, 홀로그램 기록 재생을 홀로그램 기록 매체(50)의 기록층(50a)의 소정의 위치로 할 수가 있다.
(코액셜 방식의 광학계를 이용하는 홀로그램 기록 재생 장치)
코액셜 광학계를 이용하는 홀로그램 기록 재생 장치(이하, 코액셜 방식의 홀로그램 기록 장치라고 칭한다)에서는, 신호광과 참조광과 회절광의 각각에 대해서, 광빔의 광로의 일부를 공유하는 것에 의해서, 동일한 대물 렌즈를 이용해서, 기록 재생을 행할 수 있기 때문에, 광학계를 간략화할 수 있다. 또, 종래의 CD, DVD 등의 광디스크와 호환성이 비교적 용이하기 때문에, 장래의 기록 재생 장치로서 주목을 모으고 있다.
도 5는, 홀로그램 기록 장치의 1실시형태로서의 광학부를 중심으로 해서 도 시하는 홀로그램 기록 재생 장치(100)의 모식도이다. 지금까지의 설명에서 인용한 부분과 마찬가지 부분에는 동일한 부호를 붙여서 설명을 생략한다.
홀로그램 기록 재생 장치(100)에는, 서보용 광학계(30)가 배치되어 있다. 서보용 광학계(30)를 구성하는 주요한 광학 부품에만 부호를 붙여서 간단하게 설명한다. 서보용 광원(28)은 서보용 광빔을 사출(射出)한다. 서보용 광빔은, 기록 재생을 위한 레이저 광원(20)으로부터의 광빔의 파장과는 달리, 보다 장파장의 광빔(예를 들면, 적색 레이저로부터의 광빔)으로서, 서보용 광빔과 기록 재생용 광빔을 분리가능하게 할 수 있도록 되어 있다. 또, 포토폴리머는 적색 광빔에 반응하는 일이 없으므로, 적색 광빔으로 기록층(50a)(도 4를 참조)이 영향을 받는 일은 없다.
빔 스플리터(27)는, 홀로그램 기록 매체(50)로부터의 리턴광(戾光; return light; 되돌아오는 광)을 포토디텍터(29)에 인도(guide)하기 위한 것이며, 포토디텍터(29)는, 예를 들면 포커스 서보(도 5의 부호 F로 나타내는 방향의 위치 제어)에 대해서는, 아스티그마법(astigmatic method), 레이디얼(트랙킹) 서보(도 5의 부호 T로 나타내는 방향의 위치 제어)에 대해서는, 푸시풀법에 대응하도록 디텍터를 복수로 분할한 구성을 가지고 있다. 또, 다이클로익 미러(34)는, 서보용 광학계(30)와 기록 재생용 광학계에 공통되는 광학 부품이며, 서보용 광빔과 기록 재생용 광빔을 분리하는 파장 분리 소자이다. 또, 반사 미러(56)는, 서보용 광빔 및 기록 재생용 광빔의 진행 방향을 변화시켜서, 대물 렌즈(24)에 인도하고, 홀로그램 기록 매체(50)의 어드레스 그루브(50c)(도 5를 참조) 및 홀로그램으로부터 각각의 회절광의 진행 방향을 변화시켜서, 서보용 광학계(30) 및 기록재생용 광학계에 인도하는 것이다. 이 반사 미러(56)는, 각도 다중(角度多重; angle multiplication)을 행하기 위한 기구부로서도 기능한다.
또, 스핀들 모터(51)는, 종래의 CD, DVD 등의 광디스크와 마찬가지 외형(外形) 형상을 가지는 홀로그램 기록 매체(50)의 원반(圓盤; disc) 형상의 기하학적 중심을 중심으로 해서 회전시키는 것이며, 제어부(60)로부터의 제어 신호에 의해서 홀로그램 기록 매체(50)의 회전 위치가 제어되고 있다. 또, 온도 검출기(70)가 홀로그램 기록 매체(50)에 열적(熱的) 전도도가 낮아지도록 접(contact)해서, 또는 홀로그램 기록 매체(50) 근방에, 배치되어 있다.
제어부(60)는, 홀로그램 기록 재생 장치(100)의 동작 제어를 행하는, 예를 들면 레이저 광원(20)의 제어, 공간광 변조기(22)에 표시되는 참조광 패턴 및 신호광 패턴의 제어, 반사 미러(56)의 제어, 서보용 광원(28)의 제어, 광 검출기(29)로부터의 서보 신호를 처리해서, 서보용 액추에이터(54)를 이용한 포커스 서보와 레이디얼 서보의 제어, 스핀들 모터(51)의 제어, 온도 검출기(70)에 의해서 검출된 홀로그램 기록 매체(50)의 온도 검출을 통한 기록 재생의 제어 등을 행한다. 또, 제어부(60)는, 본 실시형태의 주요부로서의 노이즈 삭감 처리를 행한다.
상술한 홀로그램 기록 재생 장치(100)는, 홀로그램의 기록 및 재생이 가능한 홀로그램 기록 재생 장치로서의 기능을 모두 구비하는 것이지만, 홀로그램 기록에 관계된 구성부만을 구비하는 홀로그램 기록 장치로서 구성하고, 홀로그램 재생에 관계된 구성부만을 구비하는 홀로그램 재생 장치로서 구성하는 경우에 있어서도, 아무런 문제없이, 그 각각의 기능을 실현할 수가 있는 것이다.
(실시형태에서의 노이즈 제거에 대해서)
상술한 홀로그램 기록 재생 장치(100) 및 상술한 홀로그램 기록 매체(50)를 이용하는 경우의 노이즈 삭감 기술에 대해서 기술한다. 어느 실시형태에서도, 이미지 센서(25)에 형성되는 상에 포함되는 여러 가지 원인에 기인하는 노이즈(총칭해서 기인 노이즈(caused noise)라고 칭한다)를, 미리 원인마다 분리해서 이미 알고 있는(旣知; known) 기인 노이즈로서 분리해 두고, 이미지 센서(25)에 형성되는 상(재생상)에 이 기인 노이즈를 중첩(重疊; superimposing)(가감산)하는 것에 의해서, 기인 노이즈를 분리하는 것이다. 기인 노이즈를 어떻게 해서 분리하는지에 따라서, 삭감이 가능한 노이즈의 종류는 다른 것이다.
실제 기인 노이즈의 가감산은, 광학적인 처리 단계가 아니라, 이미지 센서(25)의 수광면에 회절광(43)이 형성하는 재생상을 전기 신호로 변환한 후의 전기적인 처리 단계에, 제어부(60)에서 행해지는 것이다. 즉, 어느 실시형태에서도, 이미지 센서(25)로부터의 전기 신호에 포함되는 여러 가지 원인에 기인하는 전기 노이즈 신호(총칭해서 기인 전기(起因電氣) 노이즈 신호라고 칭한다)를, 미리 기인 노이즈의 발생 원인마다 이미 알고 있는 기인 전기 노이즈 신호로서 분리해 두고, 이 기인 전기 노이즈 신호를 홀로그램으로부터의 회절광(43)에 의해서 생기는 재생상에 따른 이미지 센서(25)로부터의 전기 신호와 가감산을 하는 것에 의해서, 이미지 센서(25)의 전기 신호로부터 기인 전기 노이즈 신호를 삭감하는 것이다. 기인 전기 노이즈 신호를 어떻게 해서 분리하는지에 따라서, 노이즈 삭감 효과가 생기는 범위는 다른 것으로 된다.
(제1 실시형태의 기인 전기 노이즈 신호의 검출 방법인, 미디어 기인 전기 노이즈 신호 및 광학계 기인 전기 노이즈 신호의 검출 방법)
홀로그램 기록 매체(50)의 기록층(50a)의 홀로그램이 형성되어 있지 않은 영역에 참조광(41)을 조사해서, 회절광(42), 나아가서는 회절광(43)을 얻고, 이 회절광(43)에 의해서 이미지 센서(25)에 실상(實像; actual image)을 형성하는 경우에는, 이미지 센서(25)의 수광면에 형성되는 재생상에 따라서 검출되는 전기 신호에는, 미디어 기인 전기 노이즈 신호, 광학계 기인 전기 노이즈 신호가 포함되고, 미디어 기인 전기 노이즈 신호 및 광학계 기인 전기 노이즈 신호를 이미 알고 있는 양(量)으로서 알 수 있게 된다.
미디어 기인 전기 노이즈 신호라 함은, 홀로그램 기록 매체 자체의 광학적인 특성에 기인하는 노이즈이다. 이 미디어 기인 전기 노이즈 신호의 내용으로서는, 보호막(50d)의 상처나 먼지 등이 기인으로 되는 전기 노이즈 신호, 기록층(50a)에서의 산란 등이 기인으로 되는 전기 노이즈 신호가 포함된다. 또한, "미디어 기인 전기 노이즈 신호"의 용어는 전기 신호로서의 노이즈 형태를 나타내는 것이며, 광학적인 노이즈를 포함하는 보다 넓은 노이즈의 개념을 나타내는 것으로서는, "미디어 기인 노이즈"의 용어를 이용한다.
또, 광학계 기인 전기 노이즈 신호라 함은, 광학계에서 생기는 노이즈이며, 주된 것은 미광 전기 노이즈 신호이다. 미광은, 공간광 변조기(22), 위상(位相) 마스크를 구비하는 경우에 있어서는 위상 마스크로부터의 고차(高次) 회절광이나 홀로그램 기록 매체(50)로부터의 산란광, 각종 광학 부품으로부터의 미광 등에 의해서 생기는 것이며, 이 미광이 최종적으로 이미지 센서(25)의 수광면에서 수광되는 것에 의해서 미광 전기 노이즈 신호로 되는 것이다. 또, 상술한 코액셜 광학계를 채용하는 경우에는, SLM 콘트라스트 전기 노이즈 신호, 참조광 누입 전기 노이즈 신호가 광학계 기인 전기 노이즈 신호로서 더 포함된다. 또한, "광학계 기인 전기 노이즈 신호"의 용어는 전기 신호로서의 노이즈 형태를 나타내는 것이며, 광학적인 노이즈를 포함하는 보다 넓은 노이즈의 개념을 나타내는 것으로서는, "광학계 기인 노이즈"의 용어를 이용한다. 마찬가지로, SLM 콘트라스트 전기 노이즈 신호, 참조광 누입 전기 노이즈 신호에 대해서, SLM 콘트라스트 노이즈, 참조광 누입 노이즈의 용어를 이용한다.
SLM 콘트라스트 전기 노이즈 신호라 함은, 공간광 변조기(22)에서의 상술한 검은색 부분과 흰색 부분의 명암의 휘도의 비가 무한대가 아닌 것에 의해서 생기는(발생하는) 노이즈이다. 코액셜 광학계에서는, 재생 동작에 있어서는, 신호광 공간광 변조부(46)는 모든 픽셀에 대해서 검은색 부분으로 하고, 신호광의 강도를 이상적(理想的)으로는 제로로 한다. 여기서, 재생시에 있어서의 참조광의 강도를 기록시에 있어서의 신호광의 강도보다도 2∼3자릿수 정도 크게 설정해서 양호한 재생 특성을 얻는 것이 통상의 수법이다. 공간광 변조기(22)의 흰색 부분의 휘도와 검은색 부분의 휘도의 콘트라스트가 불량한(poor) 경우(본래, 검은색 부분은 광빔을 투과하지 않는 것이지만, 검은색 부분이 광빔을 투과하는 경우)에는, 재생시에 있어서, 신호광 공간광 변조부(46)가 완전한 검은색(전혀 광빔을 투과시키지 않는 상태)이 아닌 것으로 되며, 그 결과, 이미지 센서(25)에서 검출하는 상에 따른 전기 신호의 신호대 잡음비(SNR)가 열화한다. 즉, 재생시에 있어서의 참조광의 광강도의 크기는, 참조광에 의해서 발생하는 회절광의 강도에 비해서 훨씬 큰 것으로 하지 않으면 안되지만, 코액셜 광학계에서는 하나의 광빔을 공간광 변조기(22)에 조사해서, 참조광과 신호광을 얻는 구성을 채용하기 때문에, 상술한 검은색 부분의 콘트라스트의 나쁨은, 재생시에 있어서 본래는 완전한 검은색 부분(광빔을 전혀 투과하지 않는 부분)으로 되어야 할 신호광 공간광 변조부(46)(도 2를 참조)에서 광빔을 발생해서, 신호대 잡음비를 열화시킨다.
구체예로서는, 공간광 변조기(22)의 콘트라스트가 예를 들면 1000：1(흰색 부분으로부터 얻어지는 광강도가 1000에 대해서 검은색 부분으로부터 얻어지는 광강도가 1)이더라도, 회절광의 회절 효율이 0.1%이면, 회절광은 참조광의 파워에 대해서 1/1000의 파워밖에 없고, 공간광 변조기(22)의 신호광공간광 변조부(46)에 검은색 부분을 표시시킨 경우의 광강도와 회절광의 강도가 동일하게 된다. 예를 들면, 강유전체(强誘電體) 액정(FLC)을 이용할 때 등에는 콘트라스트가 그다지 높지 않기 때문에, SLM 콘트라스트 전기 노이즈 신호의 크기는 큰 것으로 된다.
참조광 누입 전기 노이즈 신호라 함은, 코액셜 광학계의 경우에, 참조광과 신호광이 매우 가까운 위치에 배치되어 있기 때문에 발생하는 노이즈이다. 참조광의 강도는, 회절광의 강도보다도 2∼3자릿수 정도 크기 때문에, 이미지 센서(25)에서, 참조광이 회절광의 검출 영역으로 새어들어가서 신호대 잡음비(SNR)가 열화하는 것이다. 이미지 센서(25)의 회절광의 검출 영역의 단부(端部) 쪽이 중심부보다 도 참조광의 누입량(새어들어가는 양)이 더 크기 때문에, 회절광의 검출 영역의 단부에서 참조광 누입 전기 노이즈 신호에 의해서 보다 큰 신호대 잡음비(SNR)의 열화가 생긴다. 상술한 제1 실시형태에서, 홀로그램 기록 매체(50)의 소정 영역에 광빔을 조사해서, 이미지 센서(25)로부터 얻어지는 전기 신호(이 경우는 노이즈 신호)를 소정 영역 전기 신호라고 총칭한다.
(제2 실시형태의 기인 전기 노이즈 신호의 검출 방법인, 회로부 기인 전기 노이즈 신호의 검출 방법)
홀로그램 기록 재생 장치(100)의 회로부에 기인하는 회로부 기인 전기 노이즈 신호의 검출은, 홀로그램 기록 재생 장치(100)의 회로부에 통전(通電)을 해서, 광빔을 이미지 센서(25)에서 수광하는 일이 없도록 차광하고, 이미지 센서(25)로부터 전기 신호를 얻도록 해서 행할 수 있다. 여기서, 회로부 기인 전기 노이즈 신호는, 홀로그램 재생 장치에 전력을 통전할 때마다 검출하는 것이므로, 포토 다이오드의 암전류(暗電流; dark current)의 경시적(經時的)인 변화나 홀로그램 재생 장치의 전압의 경시 변화, 환경 온도의 변화에 따른 회로부 기인 전기 노이즈 신호를 검출할 수 있다. 제2 실시형태에서, 이미지 센서(25)로부터 검출되는 전기 신호(이 경우는 노이즈 신호)를 광빔 정지 전기 신호라고 총칭한다.
(홀로그램 기록 재생 장치에서의 노이즈 삭감에 대해서)
홀로그램 기록 재생 장치(100)에서, 어떻게 해서 노이즈 삭감을 행할지에 대해서 설명한다. 제어부(60)는 아날로그 디지털 변환기(A/D 변환기)(도시하지 않음)를 구비한다. 이 A/D 변환기에 의해서 이미지 센서(25)의 각각의 픽셀로부터의 전기 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환한다. 변환후의 디지털 신호는 8비트 또는 10비트의 정밀도(精度)를 가지는 것이다. 또, 제어부(60)는 이미지 센서(25)의 각각의 픽셀로부터 얻어지는 각각의 디지털 신호의 값을 기억하기 위한 픽셀의 수에 대응한 기억 용량의 랜덤 액세스 메모리(RAM)를 가지고 있다.
(노이즈 삭감의 기본적인 수순(手順; procedure))
상술한 제1 실시형태의 기인 전기 노이즈 신호(미디어 기인 전기 노이즈 신호 및 광학계 기인 전기 노이즈 신호)의 검출 방법, 제2 실시형태의 기인 전기 노이즈 신호(회로부 기인 전기 노이즈 신호)의 검출 방법의 각각을 이용하는 것에 의해서 검출된 각각의 기인 전기 노이즈 신호의 삭감은 이하의 수순에 따라서 행한다. 이하의 설명에서는, 제1 실시형태의 검출 방법으로 검출한 기인 전기 노이즈 신호를 제1 기인 전기 노이즈 신호, 제2 실시형태의 검출 방법으로 검출한 기인 전기 노이즈 신호를 제2 기인 전기 노이즈 신호라고 칭해서 이용하는 것으로 한다.
우선, 상술한 제1 기인 전기 노이즈 신호 및 제2 기인 전기 노이즈 신호의 어느 하나를 검출해서, 이미지 센서(25)의 각각의 픽셀에 대응하는 소정 어드레스로 지정되는 RAM의 영역(이하, 노이즈 보존(保存; storage) RAM 영역이라고 칭한다)에, 해당하는 기인 전기 노이즈 신호(이하, 기인 전기 노이즈 디지털 신호라고 칭한다)를 보존한다.
다음에, 기록 데이터를 재생해야 할 홀로그램으로부터의 회절광을 이미지 센서(25)에서 수광해서 얻어지는 픽셀마다의 재생 신호를 A/D 변환기로 디지털화한 신호(이하, 재생 디지털 신호라고 칭한다)를 얻고, 이 재생 디지털 신호를 각각의 픽셀에 대응하는 소정 어드레스로 지정되는 RAM의 영역(이하, 재생 신호 보존 RAM 영역이라고 칭한다)에 보존한다.
다음에, 재생 신호 보존 RAM 영역의 특정의 하나의 픽셀에 대응한 재생 디지털 신호로부터 기인 전기 노이즈 디지털 신호를 감산(subtraction; 뺄셈)하고, 이 감산의 결과로서 얻어지는 디지털 신호(이하, 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호라고 칭한다)를, 재생 신호 보존 RAM 영역에서의 상술한 특정된 하나의 픽셀에 대응하는 메모리에 보존한다. 이와 같은 조작을 모든 픽셀에 대해서 행하는 것에 의해서, 노이즈 삭감의 연산은 종료한다. 이 감산은 디지털 처리로서 행해지고, 제어부(60)에 배치된 중앙 연산 유닛(CPU)에 의해 실행되는 것이다.
상술한 실시형태에서는, 기인 전기 노이즈 디지털 신호, 재생 디지털 신호 및 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호의 각각은 디지털화된 전기 신호로서 처리했지만, 아날로그 메모리(예를 들면, 콘덴서 등)를 이용해서, 각각의 전기 신호를 아날로그인 채(아날로그 상태 그대로) 기억하고, 연산에 있어서도, CPU를 이용하는 일 없이, 연산 증폭기를 이용해서 감산의 연산을 행하도록 할 수도 있다. 이와 같은 경우에 있어서는, 기인 전기 노이즈 디지털 신호는 기인 전기 노이즈 아날로그 신호, 재생 디지털 신호는 재생 아날로그 신호, 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호는 노이즈 삭감후 아날로그 재생 신호라고 칭해지는 것이다. 또, 기인 전기 노이즈 디지털 신호와 기인 전기 노이즈 아날로그 신호를 총칭해서 기인 전기 노이즈 신호라고 칭해지고, 재생 디지털 신호와 재생 아날로그 신호를 총칭해서 재생 신호라고 칭해지며, 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호와 노이즈 삭감후 아날로그 재생 신호를 총칭해서 노이즈 삭감후 재생 신호라고 칭해지는 것이다.
또, 상술한 제1 실시형태 및 제2 실시형태에 따른 검출 방법으로 검출된 기인 전기 노이즈 신호는, 특정 픽셀의 불량 등을 원인으로 해서 발생하는 확정적인 노이즈도 있지만, 노이즈 성분의 대부분은 시간의 추이(推移; change)에 수반해서 랜덤하게 변동하는 성질을 가지고 있으므로, 시간을 달리해서 참조광을 복수회(여러번) 조사하고, 기록층의 동일 홀로그램으로부터의 회절광을 이미지 센서(25)에서 각각의 참조광의 조사에 대응해서 복수회 얻고, 이 기인 전기 노이즈 디지털 신호를 평균화 처리함으로써 정밀도좋게 기인 전기 노이즈 디지털 신호를 얻는 것이 가능하게 된다.
(실험 결과에 대해서)
홀로그램 기록 재생 장치(100)에서의 상술한 노이즈 삭감 처리는, 홀로그램 기록 재생 장치(100)에서의 제어부(60) 내부에서의 처리로서 행해지기 때문에, 노이즈 삭감 작용의 과정을 정량적(定量的; quantitative)으로 파악하는 것이 곤란하다. 그래서, 노이즈 삭감 작용의 효과를 정량적으로 파악하기 위해서 이하의 실험을 행해서 노이즈 삭감 효과를 확인(체크)했다.
실험은 이하의 순서(順序; order)로 진행했다. 홀로그램 기록 재생 장치(100)에서, 상술한 노이즈 삭감 처리를 행하고, 그 처리 과정을 보면서 인지(視認; visually recognize)할 수 있도록 하기 위해서, 처리 과정의 내용에 대해서 모니터를 이용해서 시각적으로 관측할 수 있도록 했다. 구체적으로는, 제어부(60)에서의 처리 과정을 나타내는 디지털 정보를 CPU의 버스 라인을 거쳐서 외부로 취출 (取出; extract)하고, 그 디지털 정보를 모니터로 보면서 인지할 수 있게 했다. 이하의 도 6 내지 도 10, 도 12, 도 14, 도 16 및 도 18은 이와 같이 해서 모니터에 표시된 화면을 사진 촬영한 것이다.
도 6의 (a) 내지 (c)는, 제1 기인 전기 노이즈 신호를 삭감하는 동작에 대해서 확인하기 위한 실험 결과를 도시하는 것이다. 도 6의 (a)는, 홀로그램 기록 매체(50)의 홀로그램이 기록되어 있지 않은 기록층(50a)의 영역에, 참조광(41)만을 입사시키고, 그 때에 발생하는 회절광(43)이 이미지 센서(25)에 형성하는 상에 따른 전기 신호를 A/D 변환해서, 기인 전기 노이즈 디지털 신호를 얻고, 이 기인 전기 노이즈 디지털 신호를 모니터에 표시하는 것이다. 그 때의 기인 전기 노이즈 디지털 신호는, 상술한 제1 기인 전기 노이즈 디지털 신호이다. 도 6의 (a)를 보면 알 수 있는 바와 같이, 공간광 변조기(22)의 신호광 공간광 변조부(46)(도 2를 참조)의 픽셀 모두를 설정시에는 검은색 부분으로 하고 있음에도 불구하고, 공간광 변조기(22)에서의 SLM의 콘트라스트가 좋지 않기 때문에, 얻어진 모니터상에서는 완전히 검은색으로는 되어 있지 않다. 또, 렌즈 등의 광학계에 기인하는 간섭 무늬도 보인다(관측된다).
도 6의 (b)는, 홀로그램 기록 매체(50)의 홀로그램이 기록되어 있는 기록층(50a)의 영역에, 참조광(41)만을 입사시키고, 그 때에 발생하는 회절광(43)이 이미지 센서(25)에 형성하는 상에 따른 전기 신호를 A/D 변환해서, 재생 디지털 신호를 얻고, 이 재생 디지털 신호를 모니터에 표시하는 것이다. 도 6의 (b)를 보면 알 수 있는 바와 같이, 상술한 SLM 콘트라스트 전기 노이즈 신호의 영향으로, 이미 지 센서(25)의 회절광의 수광부(도 6의 (b))에서의 중심부분)가 빛나고 있는 것을 알 수 있다. 이 회절광의 수광부는, 공간광 변조기(22)의 신호광 공간광 변조부(46)(도 2를 참조)에 대응하는 위치에 있는 수광 부분이다.
도 6의 (b)에 모니터에 시각적으로 표시된 화면의 기초(元; basis)로 되는 재생 디지털 신호의 신호대 잡음비(SNR)는, 2.84이며, 잘못된(誤; wrong) 기록 데이터의 심볼 수는 92개였다.
도 6의 (c)는, 홀로그램 기록 재생 장치(100)에서, 상술한 노이즈 삭감 처리를 행한 후의 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호를 모니터에 화상으로서 도시하는 것이다. 도 6의 (c)를 보면 알 수 있는 바와 같이, SLM 콘트라스트 전기 노이즈 신호를 감산한 것에 의해서, 회절광의 수광부(도 6의 (c)에서의 중심부분)의 SLM의 콘트라스트에 기인하는 노이즈의 영향이 완화되어, 본래, 이미지 센서(25)에 발생하고 있는 재생상보다도 보다 양호한 품질의 상이 모니터의 화상으로서는 형성되고 있는 것을 알 수 있다. 이때의 재생 디지털 신호의 신호대 잡음비는, 3.37이며, 잘못된 기록 데이터의 심볼의 수는 18개였다. 이와 같이, 신호대 잡음비는 실질적으로 개선되었고, 잘못된 기록 데이터의 심볼 수는 실질적으로 감소된 것을 알 수 있다. 즉, 제어부(60)에서의 노이즈 삭감 처리에 의해서, 이미지 센서(25)에서 도 6의 (c)에 도시하는 재생상이 발생한 경우의 전기 신호가 이미지 센서(25)로부터 얻어지고 있는 것과 등가(等價)인 재생 특성을 노이즈 삭감 처리에 의해서 얻을 수가 있다.
도 7의 (a)와 (b), 도 8의 (a)와 (c), 도 9의 (a)와 (c)에서, 참조광의 광강 도를 변화시키는 경우에서의, 재생 디지털 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상과 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상을 비교하는 것이다. 각각의 참조광의 광강도에 대응해서, 각각의 제1 기인 전기 노이즈 신호를 검출하고, 노이즈 삭감 처리를 행한 결과를 도시하는 것이다. 도 7의 (a)와 (c)는, 레이저 광원(20)에 흐르게 하는 전류의 값을 50㎃(밀리암페어)로 한 경우의 결과를 도시하는 것이며, 도 7의 (a)는, 재생 디지털 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상을 도시하고, 도 7의 (c)는, 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상을 도시하는 것이다. 또, 도 8의 (a)와 (c)는, 레이저 광원(20)에 흐르게 하는 전류의 값을 60㎃(밀리암페어)로 한 경우의 결과를 도시하는 것이며, 도 8의 (a)는, 재생 디지털 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상을 도시하고, 도 8의 (c)는, 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상을 도시하는 것이다. 또, 도 9의 (a)와 (c)는, 레이저 광원(20)에 흐르게 하는 전류의 값을 70㎃(밀리암페어)로 한 경우의 결과를 도시하는 것이며, 도 9의 (a)는, 재생 디지털 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상을 도시하고, 도 9의 (c)는, 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호로부터 얻어지는 모니터의 화상을 도시하는 것이다.
레이저 광원(20)에 흐르게 하는 전류의 값을 증가시키면, 즉 참조광의 광강도를 증가시키면, SLM의 콘트라스트에 기인하는 노이즈의 양도 상승해 가지만, 어느 경우에 있어서도, 상술한 노이즈 삭감의 처리에 의해서 신호대 잡음비는 개선되고, 발생하는 심볼 에러수는 감소하고 있다. 구체적으로는, 레이저 광원(20)에 흐르게 하는 전류의 값이 50㎃인 경우는, 신호대 잡음비의 값 2.84에서 신호대 잡음 비의 값 3.37로 향상하고, 잘못된 심볼의 수는 92에서 18로 저감했다. 또, 레이저 광원(20)에 흐르게 하는 전류의 값이 60㎃인 경우는, 신호대 잡음비의 값 2.28에서 신호대 잡음비의 값 2.42로 향상하고, 잘못된 심볼의 수는 228에서 111로 저감했다. 또, 레이저 광원(20)에 흐르게 하는 전류의 값이 70㎃인 경우는, 신호대 잡음비의 값 1.65에서 신호대 잡음비의 값 1.8로 향상하고, 잘못된 심볼의 수는 679에서 595로 저감했다.
(다른 실험 결과에 대해서)
상술한 실험 결과는, 제1 기인 전기 노이즈 신호를 삭감하는 동작에 대해서 확인하기 위한 실험 결과를 나타내는 것이었지만, 다음에, 다른 실험 결과로서, 고정 패턴 노이즈(FPN：Fixed　Patter　Noise)가 지배적인 제2 기인 전기 노이즈 신호를 삭감하는 동작에 대해서 확인하기 위한 실험 결과를 나타내는 것이다.
도 10의 (a)는, 레이저 광원(20)으로부터의 광빔의 출사(出射)를 정지한 상태에서의, 재생 디지털 신호를 모니터의 화상으로서 도시하는 것이며, 홀로그램 기록 재생 장치(100)의 이미지 센서(25)의 수광면에 출현하는(나타나는) 상과 동일한 것이다. 도 10의 (b)는, 레이저 광원(20)으로부터의 광빔의 출사를 정지한 상태에서의 재생 디지털 신호를 해석해서 얻어지는 A/D 변환후의 출력 빈도 분포를 도시하는 그래프(히스토그램)이다. 히스토그램의 횡축은 A/D 변환후의 출력의 진폭이며, 종축은 발생 회수를 나타내는 것이다.
도 11의 (a)는, 레이저 광원(20)으로부터의 광빔을 홀로그램에 조사해서 얻어지는 재생 디지털 신호를 모니터의 화상으로서 도시하는 것이며, 홀로그램 기록 재생 장치(100)의 이미지 센서(25)의 수광면에 출현하는 재생상과 대략 동일한 것이다. 도 10의 (b)는, 레이저 광원(20)으로부터의 광빔을 홀로그램에 조사해서 얻어지는 재생 디지털 신호를 해석해서 얻어지는 히스토그램이다.
도 12의 (a)는, 레이저 광원(20)으로부터의 광빔을 홀로그램에 조사해서 얻어지는 재생 디지털 신호로부터 제2 기인 전기 노이즈 신호를 감산한 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호를 모니터의 화상으로서 도시하는 것이며, 홀로그램 기록 재생 장치(100)의 제어부(60)에서 행해지는 연산의 결과를 화상으로서 도시하는 것이다. 도 12의 (b)는, 제어부(60)에서 행해지는 연산의 결과(노이즈 삭감후 디지털 재생 신호)를 해석해서 얻어지는 히스토그램이다.
도 11의 (a)와 도 12의 (a)를 비교하고, 도 11의 (b)와 도 12의 (b)를 비교하면, 노이즈 삭감의 처리후에 있어서는, 암시의 배경 노이즈, 전기 신호로서의 제2 기인 전기 노이즈 신호가 제거되어 양호한 재생 특성이 얻어지는 것을 알 수 있다.
도 13의 (a)는, 노이즈 삭감 처리를 행하기 전의 전기 신호인 재생 디지털 신호를 모니터에 화상으로서 표시하는 것이며, 도 13의 (b)는, 재생 디지털 신호를 해석해서 얻어지는 히스토그램이며, 부호 0을 붙인 그래프는, 재생 디지털 신호를 2값화한 경우에 본래, 0으로 되어야 할 것의 분포를 도시하고, 부호 1을 붙인 그래프는, 재생 디지털 신호를 2값화한 경우에 본래, 1로 되어야 할 것의 분포를 도시하는 것이다. 또, 도 14의 (a)는, 홀로그램 기록 재생 장치(100)에서 노이즈 삭감 처리를 행한 후의 전기 신호인 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호를 모니터에 화상으 로서 표시하는 것이며, 도 14의 (b)는, 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호를 해석해서 얻어지는 히스토그램이며, 부호 0과 부호 1의 의미는 도 13(b)에서와 마찬가지이다.
이 도 13의 (a)와 도 13의 (b), 및 도 14의 (a)와 도 14의 (b)를 대비해서, 구체적으로 노이즈 삭감의 효과를 나타낸다. 암시 배경 노이즈(FPN), 즉 전기 신호로서의 제2 기인 전기 노이즈 신호를 감산에 의해서 제거하는 것에 의해, 신호대 잡음비는 개선되고, 잘못된 심볼의 수는 감소된다. 암시 배경 노이즈의 제거전에는, 신호대 잡음비의 값으로서 1.80을 얻었지만, 암시 배경 노이즈의 제거후에는, 신호대 잡음비의 값으로서 1.92를 얻었다. 또, 암시 배경 노이즈의 제거전에는, 신호대 잡음비의 값으로서 1.80을 얻었지만, 암시 배경 노이즈의 제거후에는, 신호대 잡음비의 값으로서 1.92를 얻었다. 암시 배경 노이즈의 제거후에는, 잘못된 심볼의 수는 95에서 72로 개선되고 있다. 여기서, 신호대 잡음비는, 부호 0과 부호 1을 붙인 각각의 그래프가 가우스 분포라고 간주해서, 각각의 분산(σ0, σ1) 및 각각의 평균값(μ0, μ1)을 구하고, 다음식으로부터 구했다.
신호대 잡음비(SNR)=(μ1-μ0)/(σ1+σ0)1/2 …(1)
또, 다른 홀로그램의 6개의 샘플에 대해서 마찬가지 처리를 하고, 에러 저감의 효과를 나타낸 결과를 도 15와 도 16에 도시한다. 도 15는, 6개의 샘플에 대한 노이즈 삭감의 처리전과 노이즈 삭감의 처리를 행한 후에서의, 잘못된 심볼의 수를 비교해서 표로 나타내는 것이며, 도 16은, 6개의 샘플에 대한 노이즈 삭감의 처리전과 노이즈 삭감의 처리를 행한 후에서의, 잘못된 심볼의 수를 비교해서 그래프로 나타내는 것이다. 이 결과로부터, 본 실시형태의 노이즈 삭감 기술에 의해서, 대략 20∼30%의 심볼 에러의 저감을 실현할 수 있는 것을 알 수 있다.
(노이즈 삭감 처리의 플로우)
도 17을 참조해서, 제어부(60)에서의 CPU가 행하는 처리에 대해서 설명한다. 이 플로차트는, 상술한 제1 기인 전기 노이즈 신호를 삭감하는 경우의 플로차트이다.
CPU는 기록층의 홀로그램이 형성되어 있지 않은 영역(예를 들면, 헤더 영역)에 참조광을 조사한다(스텝 ST100).
CPU는 기록층의 홀로그램이 형성되어 있지 않은 영역으로부터의 광빔이 생기는 이미지 센서의 상에 따른 각각의 픽셀로부터의 신호(무(無)기록부 재생 디지털 신호)를 검출해서 노이즈 보존 RAM 영역에 기억한다(스텝 ST101).
CPU는 기록층의 홀로그램이 형성되어 있는 영역에 참조광을 조사한다(스텝 ST102).
CPU는 기록층의 홀로그램이 형성되어 있는 영역으로부터의 회절광이 생기는 이미지 센서의 상에 따른 각각의 픽셀로부터의 신호(재생 디지털 신호)를 검출해서 재생 신호 보존 RAM 영역에 기억한다(스텝 ST103).
CPU는 각각의 픽셀에 대해서, 재생 신호 보존 RAM 영역에 기억된 재생 디지털 신호로부터 노이즈 보존 RAM 영역에 기억된 무기록부 재생 디지털 신호를 감산 해서 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호를 얻는다(스텝 ST104).
CPU는 노이즈 삭감후 디지털 재생 신호를 처리해서 기록 데이터를 얻는다(스텝 ST105).
본 실시형태에 따르면, 미광 노이즈(stray light noise) 등의 광학계로부터 발생하는 광학계 기인 전기 노이즈를 제거하는 것이 가능하게 된다. 또, 홀로그램 기록 매체로부터 발생하는 미디어 기인 전기 노이즈를 제거하는 것이 가능하게 된다.
특히, 코액셜 광학계를 채용하는 경우에는, 참조광과 신호광은 매우 가까운 위치에 있으며, 또 참조광은 회절광보다도 2∼3자릿수 정도 광강도가 크므로 참조광 누입 노이즈가 발생하지만, 이 참조광 누입 노이즈를 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.
또, 코액셜 광학계를 채용하는 경우에는, 참조광과 신호광을 동일한 광빔, 즉 동일 광강도의 광빔으로부터 얻도록 되어 있으며, 참조광은 회절광보다도 2∼3자릿수 큰 광강도이기 때문에, 콘트라스트가 나쁜 SLM을 채용하는 경우에는, 신호광 공간광 변조부의 픽셀이 완전히 검은색 부분으로는 되지 않고, 이 결과 발생하는 SLM 콘트라스트 노이즈가 발생하지만, 이 SLM 콘트라스트 노이즈를 효과적으로 제거하는 것이 가능하게 된다.
또, 복수회에 걸쳐서 정보를 가지지 않는 동일한 홀로그램 또는 홀로그램이 기록되어 있지 않은 영역에 참조광을 조사해서 회절광으로부터의 복수회마다의 전기 신호를 얻는 것에 의해서, 그것을 평균화하는 처리를 홀로그램 기록 재생 장치 의 기동시(起動時)에 수시로 행함으로써, 확정적으로 상시 소정의 픽셀로부터 검출되는 노이즈는 가산되고, 더욱 정밀도 좋은 확정적인 기인 전기 노이즈 신호의 제거를 할 수 있다.
또, 광학계, 홀로그램 기록 매체에 의존하지 않는 노이즈로서의 회로부 기인 전기 노이즈 신호를 제거하는 것이 가능하게 된다.
또, 복수회에 걸쳐서 광학계, 홀로그램 기록 매체에 의존하지 않는 노이즈로서의 회로부 기인 전기 노이즈 신호를 얻고, 그것을 평균화하는 처리를 홀로그램 기록 재생 장치의 기동시에 수시로 행함으로써, 확정적인 회로부 기인 전기 노이즈 신호의 제거를 할 수 있다.
또, 홀로그램 기록 매체는 호환성을 가지는 기록 매체이므로, 홀로그램 기록 재생 장치와 홀로그램 기록 매체의 조합이 적당히 행해지는 경우에는, 이미지 센서에서 검출되는 노이즈의 크기는 다양한(여러 가지) 것으로 된다. 실시형태에 나타낸 노이즈 삭감 기술을 이용하면, 홀로그램 기록 매체의 호환성의 확보를 용이하게 행할 수 있게 된다.
또, 상술한 제1 기인 전기 노이즈 신호 및 제2 기인 전기 노이즈 신호의 각각에 계수(係數)를 곱하고 가중(重付; weighting)을 해서 이미지 센서로부터의 전기 신호로부터 감산하도록 하면, 복수의 원인에 의거하는 노이즈의 영향을 효과적으로 삭감할 수가 있다.
상술한 실시형태는, 모두(어느것이나), 본 발명의 1실시형태에 불과하고, 상술한 실시형태에 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상술한 설명에서 는, 신호광과 참조광을 동축형상으로 배치하는 코액셜 방식에 대해서 설명했지만, 신호광과 참조광을 다른 광학 부품을 거쳐서 홀로그램 기록 매체에 입사시키는 2광속 방식에서도 동일한 기술 사상에 의거해서 실시가 가능한 것이다. 또, 예를 들면 공간광 변조기에 관해서도, 투과형, 반사형을 불문하고, 어느것을 이용해도 실시가 가능한 것이다.
본 발명은 첨부하는 특허 청구 범위 또는 그 균등물의 범위내에서, 설계 요구 조건 및 그 밖의 요인에 의거하여 각종 변형, 조합, 수정 및 변경 등을 행할 수 있다는 것은 당업자라면 당연히 이해할 수 있을 것이다.
도 1은 홀로그램 기록 장치에서의 코액셜 광학계의 개념을 도시하는 도면,
도 2는 공간광 변조기에 표시되는 신호광 패턴 및 참조광 패턴의 일예를 도시하는 도면,
도 3은 홀로그램 재생 장치에서의 코액셜 광학계의 개념을 도시하는 도면,
도 4는 홀로그램 기록 매체의 단면적(斷面績) 방향으로 절단한 구조를 모식적으로 도시하는 도면,
도 5는 광학부를 중심으로 해서 나타내는 실시형태의 홀로그램 기록 재생 장치의 모식도,
도 6의 (a) 내지 (c)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상을 도시하는 도면,
도 7의 (a)와 (c)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상을 도시하는 도면,
도 8의 (a)와 (c)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상을 도시하는 도면,
도 9의 (a)와 (c)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상을 도시하는 도면,
도 10의 (a)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상의 사진을 도시하는 도면,
도 10의 (b)는 A/D 변환후의 출력 빈도 분포를 보여주는 그래프,
도 11의 (a)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상의 사진을 도시하는 도면,
도 11의 (b)는 A/D 변환후의 출력 빈도 분포를 보여주는 그래프,
도 12의 (a)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상의 사진을 도시하는 도면,
도 12의 (b)는 A/D 변환후의 출력 빈도 분포를 보여주는 그래프,
도 13의 (a)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상의 사진을 도시하는 도면,
도 13의 (b)는 A/D 변환후의 출력 빈도 분포를 보여주는 그래프,
도 14의 (a)는 실험 결과로서 얻어진 모니터 화상의 사진을 도시하는 도면,
도 14의 (b)는 A/D 변환후의 출력 빈도 분포를 보여주는 그래프,
도 15는 복수의 샘플에 대한 노이즈 삭감의 효과를 나타내는 실험 결과를 표로 한 것,
도 16은 복수의 샘플에 대한 노이즈 삭감의 효과를 나타내는 실험 결과를 그래프로 한 것,
도 17은 노이즈 삭감 처리의 플로차트를 도시하는 도면.
****** 주요 도면 부호의 설명 ******
10, 11: 코액셜 광학계, 20: 레이저 광원, 21: 콜리메이트 렌즈
22: 공간광 변조기, 23: 빔 스플리터, 24: 대물 렌즈
25: 이미지 센서, 27: 빔 스플리터, 28: 서보용 광원
29: 포토디텍터, 30: 서보용 광학계, 34: 다이클로익 미러
40: 신호광, 41: 참조광, 42, 43: 회절광
46: 신호광 공간광 변조부, 47: 참조광 공간광 변조부
50: 홀로그램 기록 매체, 50a: 기록층, 50b: 반사막,
50c: 어드레스 그루브, 50d: 보호막, 51: 스핀들 모터
56: 반사 미러, 60: 제어부, 70: 온도 검출기
100: 홀로그램 기록 재생 장치

Claims (6)

  1. 기록 데이터에 따라서 변조된 신호광과 상기 신호광과 광원을 동일하게 하는 참조광을 간섭시켜서 홀로그램 기록 매체의 기록층에 형성된 홀로그램으로부터 상기 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 재생 장치로서,
    상기 참조광을 발생시키기 위한 참조광 패턴을 표시하는 참조광 공간광 변조부와,
    상기 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 조사(照射)해서 발생하는 회절광을 수광(受光)하는 2차원으로 배열된 픽셀을 가지는 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서로부터의 전기 신호를 처리해서 기록 데이터를 재생하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는,
    상기 홀로그램 기록 매체의 소정 영역에 상기 참조광을 조사해서 얻어지는 상기 이미지 센서로부터의 전기 신호인 소정 영역 전기 신호를 검출하고, 상기 홀로그램 기록 매체의 홀로그램이 형성되어 있는 영역에 상기 참조광을 조사해서 얻어지는 상기 이미지 센서로부터의 전기 신호인 홀로그램 전기 신호를 검출하고, 상기 홀로그램 전기 신호로부터 상기 소정 영역 전기신호를 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 상기 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 상기 기록 데이터를 재생하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소정 영역 전기 신호는, 홀로그램이 형성되어 있지 않은 영역으로부터 검출된 전기 신호인 것을 특징으로 하는 홀로그램 재생 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 참조광과 상기 신호광이 동축형상(同軸狀; coaxial)으로 광로(光路)에서 배치되는 코액셜(coaxial) 광학계를 더 포함하는 홀로그램 재생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 소정 영역은, 홀로그램 기록 매체의 헤더 정보를 기록하는 영역으로 되는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재생 장치.
  5. 기록 데이터에 따라서 변조된 신호광과 상기 신호광과 광원을 동일하게 하는 참조광을 간섭시켜서 홀로그램 기록 매체의 기록층에 형성된 홀로그램으로부터 상기 기록 데이터를 재생하는 홀로그램 재생 장치로서,
    상기 참조광을 발생시키기 위한 참조광 패턴을 표시하는 참조광 공간광 변조부와,
    상기 참조광을 상기 홀로그램 기록 매체에 조사해서 발생하는 회절광을 수광하는 2차원으로 배열된 픽셀을 가지는 이미지 센서와,
    상기 이미지 센서로부터의 전기 신호를 처리해서 기록 데이터를 재생하는 제 어부를 구비하고, 상기 제어부는,
    상기 광원으로부터의 광빔의 조사를 정지해서 상기 이미지 센서로부터 얻어지는 전기 신호인 광빔 정지 전기 신호를 검출하고, 상기 홀로그램 기록 매체의 홀로그램이 형성되어 있는 영역에 상기 참조광을 조사해서 상기 이미지 센서로부터 얻어지는 전기 신호인 홀로그램 전기 신호를 검출하고, 상기 홀로그램 전기 신호로부터 상기 광빔 정지 전기 신호를 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 상기 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 상기 기록 데이터를 재생하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재생 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 광빔 정지 전기 신호를 복수회(複數回) 검출해서 얻어지는 전기 신호의 평균값을 얻고, 상기 홀로그램 전기 신호로부터 상기 평균값을 감산해서 노이즈 삭감후 재생 신호를 얻고, 상기 노이즈 삭감후 재생 신호로부터 상기 기록 데이터를 재생하는 것을 특징으로 하는 홀로그램 재생 장치.
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