WO2011013172A1 - 角度制御方法 - Google Patents

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WO2011013172A1
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angle
axis
recording medium
photodetector
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English (en)
French (fr)
Inventor
碓井隆
岡野英明
Original Assignee
株式会社 東芝
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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms
    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H1/00—Holographic processes or apparatus using light, infrared or ultraviolet waves for obtaining holograms or for obtaining an image from them; Details peculiar thereto
    • G03H1/22—Processes or apparatus for obtaining an optical image from holograms
    • G03H1/2202—Reconstruction geometries or arrangements
    • G03H2001/2223—Particular relationship between light source, hologram and observer

Definitions

  • the present invention relates to an angle control method for hologram recording / reproduction.
  • Optical information recording media represented by CD Compact Disc
  • DVD Digital Versatile Disc
  • BD Blu-ray Disc
  • Increasing the recording density has responded to the increase in recording density.
  • all of them are said to be approaching the limit due to technical reasons and the like, and there is a demand for an increase in recording density by other means and methods.
  • Holographic memory volume recording type high-density optical recording (hereinafter referred to as “holographic memory”) using holography and development of a recording / reproducing apparatus for holographic memory have been developed for practical use.
  • Holographic memory recording methods generally use information light generated by spatially modulating laser light with a spatial modulator such as a liquid crystal element or digital micromirror device, and information at the same wavelength as the information light.
  • Reference light generated from the same light source as the light is irradiated to the same location in the recording medium, and at that time, light interference fringes generated by the information light and the reference light are recorded in the recording medium.
  • the holographic optical disk When reproducing the holographic memory, the information light at the time of recording is reproduced by irradiating only the reference light, and the information modulated at the time of recording can be acquired.
  • the holographic optical disk In contrast to the so-called surface recording method, in which recording marks are recorded on the recording surface, such as a DVD, the holographic optical disk is a volume recording method capable of recording in the thickness direction of the information recording layer. Larger recording density can be obtained.
  • the recording mark In the case of a DVD or the like, the recording mark generally represents ON / OFF bit data.
  • information light is collectively modulated by a relatively large amount of information and recorded as interference fringes.
  • This set of information is a modulation pattern of information light held in a recording medium, which is a minimum unit of recording / reproduction in the form of a two-dimensional barcode composed of black and white dots, and is called page data.
  • This multiplex recording method is a method of recording a plurality of page data while shifting the irradiation angle of the laser beam at the same place in the holographic memory.
  • the desired page data can be read only by reproducing the relative angle between the laser beam during recording and the holographic memory recording medium during reproduction. is doing.
  • Patent Document 1 proposes a method of generating an angle error signal based on reproduction light from adjacent page data reproduced simultaneously.
  • Non-Patent Document 1 describes that a good signal can be obtained by controlling the relative angle between the reference light and the medium so that the reproduction light intensity received by a CMOS sensor or the like is maximized. .
  • the present invention provides a recording / reproducing angle control method of a holographic memory that can be quickly controlled to an optimum reading angle.
  • either the angle at which the optical information recording medium on which the hologram generated by the interference between the information light and the reference light is formed or the angle at which the reference light is incident is rotated.
  • a step of irradiating the hologram formed on the optical information recording medium while rotating around the Y-axis and irradiating the reference light to extract the reproduction light, and being equally divided symmetrically with respect to the optical axis center Detecting the reproduction light with a photodetector provided with two light receiving areas, extracting an error signal from the two light receiving areas detected with the photodetector, and rotating the Y axis so that the error signal becomes zero And controlling the angle.
  • the holographic memory can be controlled to an optimum reading angle in a short time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a holographic memory according to a first embodiment of the present invention.
  • the figure explaining the 1st Embodiment of this invention. The figure explaining the 1st Embodiment of this invention.
  • the figure explaining the 1st Embodiment of this invention. The figure explaining the 1st Embodiment of this invention.
  • the figure explaining the 1st Embodiment of this invention. The figure explaining the 1st Embodiment of this invention.
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  • the figure explaining the 1st Embodiment of this invention. The figure explaining the 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a holographic memory according to the present embodiment.
  • the collimator lens for shaping the laser beam is omitted.
  • the holographic memory 10 includes a laser light source 20, quarter-wave plates 30 and 40, polarizing beam splitters 50, 60, 70 and 75, and lenses 80, 90, 110, 120, 130 and 140. 145, condenser lens 100, mirror 150, spatial light modulator 160, shutter 170, imager 180, photodetector 185, conjugate mirror 190, holographic recording medium (optical information recording medium, hereinafter referred to as recording) 200).
  • recording holographic recording medium
  • the laser light source 20 is used for recording and reproduction of the holographic memory.
  • the laser light source 20 generally uses a combination of a green or blue-violet semiconductor laser and an external resonator (not shown) for stabilizing the wavelength.
  • other wavelengths and laser light such as so-called DFB laser, SHG laser, solid laser, or gas laser may be used.
  • 1 ⁇ 4 wavelength plates 30 and 40 convert linearly polarized light into circularly polarized light.
  • the polarization beam splitters 50, 60, 70, and 75 separate the polarization components of light, partially transmit, and partially reflect.
  • the polarization beam splitter 50 separates the light emitted from the light source 20 into the reference light R and the information light I.
  • the reference light R is also used as reproduction light S when reproducing the holographic memory.
  • the spatial light modulator 160 generates information light I by intensity-modulating the incident light into a binary pattern of light-dark grids.
  • a liquid crystal element a digital micromirror device, a reflective FLCOS (Ferroelectric Crystal On Silicon), or the like can be used.
  • the spatial light modulator 160 can switch between light transmission and light shielding according to the pixel value.
  • the shutter 170 opens during recording in the holographic memory and closes during playback.
  • the conjugate mirror 190 inverts and reflects the phase component of the light.
  • the imager 180 can be a two-dimensional image sensor such as a CCD or CMOS, or a one-dimensional linear image sensor. Moreover, it can also comprise so that an imaging tube may be used.
  • the photodetector 185 can be a two-divided or four-divided photodetector.
  • a CCD sensor or a CMOS sensor can also be used.
  • the light incident on the photo detector 185 is adjusted so as to enter the center of the photo detector 120.
  • the recording medium 200 is a transmission type recording medium, and has a structure in which a hologram recording material 210 is sandwiched between two substrates 220 and 230 as shown in FIG.
  • the substrates 220 and 230 are formed of a light-transmitting material such as glass, polycarbonate, or acrylic resin that is transparent to the wavelength of the laser light source 20 to be used.
  • the hologram recording material 210 is a material on which a hologram is formed by causing the information light I and the reference light R to interfere with each other.
  • the hologram recording material 210 is generally formed of a radical polymerization type material called a photopolymer, and includes a radical polymerizable compound, a photo radical polymerization initiator, a matrix material, and the like.
  • a dichroic mirror (not shown) may be provided between the recording medium 200 and the image pickup device 180.
  • FIG. 3 shows a block diagram when processing is performed after the reproduction light S is detected by the image pickup device 180 and the photodetector 185. Information light I is omitted.
  • reproduction light emitted from the light source 20 is extracted as reference light R by the polarization beam splitter 50 and guided to the recording medium 200 via the mirror 150.
  • the reproduction light S obtained from the recording medium 200 is guided to the image pickup device 180 and the photodetector 185 via the polarization beam splitter 70.
  • the reproduction light S detected by the imager 180 reads information in the form of a two-dimensional barcode, it takes time for data processing.
  • the photodetector 185 can perform processing quickly in order to detect only the intensity of the reproduction light S, the photodetector 185 is controlled to ⁇ y that maximizes the intensity of the reproduction light S. Data processing is performed by the imager 180.
  • the angle error signal generation unit 240 generates an angle error signal from the signal detected by the photodetector 185.
  • the angle control unit 250 controls the angle to an appropriate angle using the angle error signal.
  • the angle control unit 250 controls the angle of the recording medium 200 or the mirror 150 for changing the angle of the reference light R so as to make the angle error signal zero based on a command from the host CPU 260.
  • the angle error signal will be described later.
  • the photodetector 185 is divided into two parts in the vertical direction. From the photodetector 185, a current signal Ia corresponding to the light intensity of the reproduction light S in the upper half divided into two and a current signal Ib corresponding to the light intensity of the reproduction light S in the lower half are output.
  • the current signals Ia and Ib are input to the angle error signal generation unit 240, converted into voltage signals by the current amplifier, and the angle error signal Ve is generated by the difference calculation circuit.
  • the X ′, Y ′, and Z ′ coordinate axes are taken with respect to the photodetector 185.
  • the Z ′ axis is the optical axis direction of the reproduction light.
  • the Y ′ axis is an axis parallel to the Y axis of the recording medium 200.
  • the X ′ axis is an axis orthogonal to the Y ′ axis in the light receiving surface of the photodetector 185 and is parallel to the direction of rotation of the recording medium 200 around the Y axis.
  • the intersection of the X ′ axis and the Y ′ axis indicates the optical center of the photodetector 185.
  • the X ′ axis corresponds to a dividing line in which two light receiving regions of the upper half and the lower half of the photodetector 185 are provided.
  • a two-beam optical system is used, which is a system in which the information light I and the reference light R are incident on the holographic memory recording medium 200 so as to overlap the recording well medium 200 through separate lenses or the like.
  • the xyz coordinate axis is taken as shown in FIG.
  • the thickness direction of the recording medium 200 is the z-axis direction.
  • the X-axis direction and the Y-axis direction exist in the recording medium 200 plane.
  • the recording medium 200 may have a rectangular shape as shown in FIG. 5 or a disk shape. When a rectangular shape is used, a lithium niobate crystal can be used. In the case of a disk shape, a photopolymer described later can be used.
  • the recording medium 200 records by angle multiplexing by rotation around the Y axis ( ⁇ y rotation). Further, not only the rotation of the y axis but also a rotation driving mechanism (normal disk rotation) around the z axis and a rotation driving mechanism around the x axis ( ⁇ x rotation) for fine adjustment can be used.
  • a rotation driving mechanism of the recording medium 200 for example, a small spherical ultrasonic motor or the like can be used.
  • the light emitted from the laser light source 20 passes through the quarter-wave plate 30 and enters the polarizing beam splitter 50.
  • a part of the light incident on the polarization beam splitter 50 is transmitted and a part of the light is reflected.
  • the light diameter of the reflected light is adjusted by the lenses 80 and 90, a part of the light is reflected by the polarization beam splitter 60, and enters the spatial light modulator 160.
  • the light incident on the spatial light modulation 160 is reflected as information light I toward the polarization beam splitter 70.
  • the light reflected toward the polarization beam splitter 70 passes through the polarization beam splitter 70 and is condensed on the recording medium 200 by the condenser lens 100.
  • the shutter 170 is open.
  • the light transmitted through the polarization beam splitter 50 is reflected by the mirror 150 and the diameter of the light is adjusted by the lenses 110 and 120, and the reference light R is irradiated to the position where the information light I is condensed on the recording medium 200.
  • interference fringes are formed on the hologram recording material 210 in the recording medium 200. This is because the photopolymerization initiator in the photopolymer constituting the hologram recording material 210 is activated by absorbing photons.
  • the monomer is consumed by initiating and promoting the polymerization of the monomer in the bright part of the interference fringes.
  • the monomer is moved and supplied from the dark part of the interference fringe to the bright part, resulting in a density difference between the bright part and the dark part of the interference fringe pattern.
  • refractive index modulation according to the intensity distribution of the interference fringe pattern is formed, and recording is performed on the recording medium 200.
  • FIG. 6 shows a flowchart for performing reproduction by the angle control of ⁇ y according to the present embodiment.
  • step S10 the holographic recording medium 200 or the reference light R is moved to an area where the page data is angle-multiplexed recorded (hereinafter referred to as a book).
  • a book an area where the page data is angle-multiplexed recorded
  • a servo mark is recorded in advance on the recording medium 200, and the servo mark is detected (using a mark detector (not shown)) to move to a predetermined book. it can.
  • information light I at the time of hologram recording and interference fringes (holograms) of the reference light R are held as a refractive index distribution.
  • step S20 initial adjustment of the angles ⁇ x and ⁇ y is performed.
  • the angle between the reference light R and the holographic recording medium 200, ⁇ x, and ⁇ y are finely adjusted so that any one of the page data that is angle-multiplexed recorded can be reproduced.
  • ⁇ x and ⁇ y are adjusted using the hill climbing method or the like so that the intensity of the reproduction light S is maximized.
  • Reference angles ⁇ x and ⁇ y after adjustment are ⁇ x 0 and ⁇ y 0 , respectively.
  • step S30 is offset [theta] x ofs the [theta] x from the reference angle [theta] x 0.
  • the offset indicates a difference from the reference position.
  • the recording medium 200 may be tilted using a drive mechanism (not shown) to change ⁇ x. Further, ⁇ x may be changed by changing the incident angle of the reference light R with respect to the recording medium 200.
  • 7 and 8 are schematic views showing the relationship between the medium and the reference light when viewed from the X-axis direction.
  • 7 shows the positional relationship when the recording medium 200 at the time of reproduction is tilted by ⁇ x from the position of the recording medium 200 at the time of recording.
  • FIG. 8 shows the position when the reference light at the time of reproduction is tilted by ⁇ x from the reference light at the time of recording. It is a relationship. In either case, ⁇ x is defined by the angle between the reference beam and the medium when projected onto the YZ plane.
  • the optimum offset amount at this time depends on the numerical aperture NA of the lens, the thickness of the hologram recording material 210 constituting the recording medium 200 shown in FIG.
  • the optimum offset amount is the minimum amount that the amplitude of the angle error signal obtained when the offset amount is gradually increased exceeds a certain threshold, and the bit error rate of the reproduced data is below a predetermined value. Any value may be used as long as the maximum ⁇ x offset amount is within the range.
  • the bit error rate is a ratio of error data in reproduced data.
  • the angle error signal may be determined so that the amplitude is maximized.
  • the angle error signal Ve detected by the photodetector 185 is expressed by the following Expression 2 using a voltage signal Va corresponding to the upper half light intensity and a voltage signal Vb corresponding to the lower half light intensity.
  • Expressions 2 and 3 can be changed as appropriate depending on the number and arrangement of the photodetectors 185.
  • FIG. 9 shows a simulation result of the luminance distribution when the light of the reproduction light S is detected by the photodetector 185.
  • the numbers (1) to (7) correspond to the angle ⁇ y shown on the horizontal axis.
  • the luminance distribution when ⁇ y is changed from 0 ° to ⁇ 0.03 ° shows that the upper part is bright and the lower part is dark.
  • the luminance distribution when ⁇ y is changed from 0 ° to 0.03 ° shows that the upper part is dark and the lower part is bright.
  • step S40 it is determined whether the sum signal of the light intensity of the reproduction light S has reached a certain detection value.
  • step S50 if the detection value determined in step S40 has not been reached, ⁇ y is driven in any direction by open control to search for page data.
  • the open control is a control that mechanically moves to ⁇ y during recording without using a servo signal. At this time, an in-plane intensity distribution is generated in the reproduction light S.
  • the reproduction light S is received by the photodetector 185, and an angle error signal is obtained by calculating the difference.
  • step S60 when the detection value determined in step S40 has been reached, it is determined whether ⁇ y is an angle error signal or not.
  • FIG. 10 shows the sum signal of the angle error signal and the light intensity detected using this embodiment.
  • the horizontal axis represents the angle ⁇ y
  • the left vertical axis represents the angle error signal
  • the right vertical axis represents the total light intensity signal detected by the photodetector 185.
  • the broken line shown in FIG. 10 indicates the difference (angle error signal) between the upper half current signal Ia and the lower half current signal Ib detected by the photodetector 185
  • the solid line indicates the total light intensity signal detected by the photodetector 185. Indicates.
  • the value (the point indicated by the arrow 270) at which the sum signal of the light intensity is maximum is the value of ⁇ y at which the image pickup device 180 can reproduce the reproduction light most clearly.
  • the offset of ⁇ x was set to 0.01 °, the NA was set to 0.65, and the thickness (z-axis direction) of the hologram recording material 210 was set to 1.5 mm.
  • ⁇ y at which the angle error signal becomes zero is shifted in the positive direction. This is because the Bragg condition is changed by adding a slight offset to ⁇ x.
  • the angle at which the angle error signal (broken line in FIG. 10) is zero is the angle at which the image pickup device 180 can reproduce the reproduction light most clearly. That is, when the angle error signal becomes zero, the sum signal of the light intensity is maximum.
  • the optimal reproduction angle can be controlled by setting ⁇ y in a negative direction.
  • setting ⁇ y in a negative direction indicates that the recording medium 200 is rotated in the Y axis.
  • FIG. 11 shows a sum signal of the angle error signal and the light intensity detected using the present embodiment by angle multiplex recording in which recording is performed while rotating ⁇ y.
  • FIG. 11 shows the sum signal of the angle error signal and the light intensity of the three page data.
  • the horizontal axis indicates the angle of ⁇ y.
  • the vertical axis is the same as in FIG.
  • the angle control of ⁇ y can be performed by detecting the plus or minus of the angle error signal.
  • the angle error signal is changed by changing ⁇ y until the intensity of the sum signal of the light intensity falls below a predetermined threshold and again exceeds the threshold. And the angle of ⁇ y is controlled.
  • the signal of the region having the largest intensity change with respect to the angle among the signals of the photodetector 185 in which the region receiving the reproduction light S is divided is used as the sum signal. Even when the data are adjacent and the sum signal is not separated, a sum signal separated for each page data can be obtained.
  • the angle of ⁇ y is controlled by detecting a reproduction signal using a photodetector divided into four parts and using the signal obtained from the lower left area as a sum signal. It can be carried out.
  • the position information by the encoder of the drive mechanism, the position information recorded on the recording medium 200, etc. are used to move to the angle of the adjacent page data, and the angle The angle ⁇ y can also be controlled by detecting an error signal.
  • step S61 if the value determined in step S60 has not been reached, the recording medium 200 is rotated in the Y axis and ⁇ y is rotated. Then, Step S60 is repeated again.
  • the angle of ⁇ y can be controlled by performing a closed servo loop, that is, detecting how the angle error signal or the light intensity summation signal periodically increases or decreases, Furthermore, the desired page data can be reproduced accurately and quickly.
  • step S70 the page data is imaged by the imager 180 and reproduced.
  • the information light I is blocked by closing the shutter 170, and only the reference light R is incident on the recording medium 200.
  • the reference light R is transmitted through the recording medium 200 and the quarter-wave plate and reflected by the conjugate mirror 190 to be incident on the recording medium 200 again.
  • the wavefront of the information light I is reproduced, and the information light I passes through the condenser lens 100 as the reproduction light S and enters the polarization beam splitter 70.
  • the reproduction light S incident on the polarization beam splitter 70 is partially transmitted and partially reflected.
  • the reproduction light S reflected by the polarization beam splitter 70 is adjusted in light diameter by the lenses 130 and 140, enters the imager 180, and can read data.
  • the reproduction light S reflected by the polarization beam splitter 70 passes through the lens 145 and is detected by the photodetector 185.
  • ⁇ y is changed by a small angle by open control as appropriate, and the operations in steps S40 to S70 are repeated.
  • the page data moves to the next book.

Landscapes

  • Holo Graphy (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)
  • Optical Head (AREA)

Abstract

　情報光Iと参照光Rとの干渉によって生じるホログラムが形成された光情報記録媒体２００をＸ軸周りに回転する角度、又は、参照光Rの入射する角度の何れか一方を変化させて、Ｙ軸周りに回転させながら光情報記録媒体２００に形成されたホログラムに参照光Rを照射して、再生光Sを取り出す工程と、光軸中心に対して対称に等分割された２つの受光領域が設けられたフォトディテクタ１８５で再生光Ｓを検出し、フォトディテクタ１８５で検出した２つの受光領域から誤差信号を取り出す工程と、誤差信号をゼロになるようにＹ軸を回転させて、角度を制御する工程と、を有することを特徴とする角度制御方法。

Description

角度制御方法
　本発明は、ホログラム記録再生の角度制御方法に関する。
　ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ　Ｄｉｓｃ）やＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ　Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕ－ｒａｙ　Ｄｉｓｃ）等に代表される光情報記録媒体は、これまで主としてレーザー光の短波長化および対物レンズの開口数（ＮＡ）の増大により記録密度の増加に対応してきた。しかしながらそのいずれもが技術的な理由などにより限界に近づいているといわれており、その他の手段・方式による記録密度の増大が要望されている。
　種々の提案の中で、近年、ホログラフィを用いた体積記録型の高密度光記録（以下、「ホログラフィックメモリ」という。）およびホログラフィックメモリの記録再生装置の開発が実用化に向けて行われている。ホログラフィックメモリの記録方式は、液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイス等の空間変調器によってレーザー光を空間的に変調して生成される情報光と、情報光と同一波長で一般的には情報光と同一光源から生成される参照光を、記録媒体中の同一個所に照射し、その際に情報光と参照光とによってできる光の干渉縞を記録媒体中に記録するものである。
　そして、ホログラフィックメモリの再生の際には、参照光のみを照射することにより、記録時の情報光が再現され、記録時に変調した情報を取得することができる。ＤＶＤなどのように記録面上に記録マークを記録する、いわゆる面記録方式に対して、ホログラフィック光ディスクは、情報記録層の厚み方向への記録が可能な体積記録方式であるため、ＤＶＤなどに比べて大きな記録密度を獲得できる。
　また、ＤＶＤなどの場合、記録マークは一般にＯＮ／ＯＦＦのビットデータを表すが、ホログラフィックメモリの場合、情報光は、比較的大量の情報により一括して変調されて干渉縞として記録される。この一組の情報は、記録媒体に保持する情報光の変調パターンで、白黒のドットで構成された２次元バーコード状の記録再生の最小単位であり、ページデータという。
　ホログラフィックメモリの記録密度を増大させる方法の一つに、角度多重記録方式がある。この多重記録方式は、ホログラフィックメモリの同一場所にレーザー光の照射角度をずらしながら複数のページデータを記録する方式である。
　角度多重記録されたページデータを読み出すためには、記録時のレーザー光とホログラフィックメモリ記録媒体との相対角度を、再生時に再現することで初めて所望のページデータを読み出すことができるという特徴を有している。
　しかしながら、記憶容量の増大に伴い記録角度ステップが微小化し、再生時に厳しい角度精度が要求されるという課題がある。一般に考えられるように、駆動機構自身の持つエンコーダからの位置情報のみを用いた制御では、媒体取り付け位置の誤差や記録装置と再生装置間の誤差などの影響を考慮すると要求精度を満たすことは非常に困難である。
　上記の問題を解決するために、従来各種手法が発明されている。
　例えば特許文献１には、同時に再生される隣接ページデータからの再生光をもとに角度誤差信号を生成する方式が提案されている。
　例えば非特許文献１では、ＣＭＯＳセンサ等で受光された再生光強度が最大になるように、参照光と媒体との相対角度を制御することで良好な信号を得ることができると記載されている。
　しかしながら、非特許文献１の方法では、再生光強度の最適化に時間かかってしまう。
特開２００８－１６１７０号公報
2006 Optical Data Storage Topical Meeting Conference Proceedings MP4 "The Angle Align method of Reference Beam for Holographic Data Storage"
　そこで、本発明は、最適な読み出し角度にすばやく制御することができるホログラフィックメモリの記録再生の角度制御方法を提供する。
　本発明の角度制御方法は、情報光と参照光との干渉によって生じるホログラムが形成された光情報記録媒体をＸ軸周りに回転する角度、又は、前記参照光の入射する角度の何れか一方を変化させて、Ｙ軸周りに回転させながら前記光情報記録媒体に形成された前記ホログラムに前記参照光を照射して、再生光を取り出す工程と、光軸中心に対して対称に等分割された２つの受光領域が設けられたフォトディテクタで前記再生光を検出し、前記フォトディテクタで検出した前記２つの受光領域から誤差信号を取り出す工程と、前記誤差信号をゼロになるように前記Ｙ軸を回転させて、角度を制御する工程と、を有することを特徴とする。
　本発明によれば、ホログラフィックメモリを短時間で最適な読み出し角度に制御することができる。
本発明の第１の実施形態に係るホログラフィックメモリの概略図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。 本発明の第１の実施形態を説明する図。
　以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。また、以下説明する図面において、符号が一致するものは、同じものを示しており、重複した説明は省略する。
（第１の実施形態）
　図１は、本実施形態に係るホログラフィックメモリを示す概略図である。
　レーザー光を整形するためのコリメータレンズ等は省略している。
　本実施形態に係るホログラフィックメモリ１０は、レーザー光源２０と、１／４波長板３０、４０と、偏光ビームスプリッタ５０、６０、７０、７５と、レンズ８０、９０、１１０、１２０、１３０、１４０、１４５と、集光レンズ１００と、ミラー１５０と、空間光変調器１６０と、シャッター１７０と、撮像器１８０と、フォトディテクタ１８５と、共役ミラー１９０、ホログラフィック記録媒体（光情報記録媒体、以下記録媒体と呼ぶ）２００とを有する。
　レーザー光源２０は、ホログラフィックメモリの記録再生に用いられる。レーザー光源２０は、一般的には緑色や青紫色の半導体レーザーと、波長を安定させるための外部共振器（図示せず）とを組み合わせて用いる。他にも、その他の波長や、いわゆるＤＦＢレーザー、ＳＨＧレーザー、固体レーザー、又は気体レーザー等のレーザー光を用いてもよい。
　１／４波長板３０、４０は、直線偏光を円偏光にする。
　偏光ビームスプリッタ５０、６０、７０、７５は、光の偏光成分を分離して、一部を透過し、一部を反射する。なお、偏光ビームスプリッタ５０は、光源２０から出射した光を参照光Ｒと情報光Ｉに分離する。また、参照光Ｒはホログラフィックメモリを再生するときに再生光Ｓとしても用いられる。
　空間光変調器１６０は、入射した光を明点暗転の格子状２値パターン化に強度変調することで、情報光Ｉを生成する。空間光変調器１６０は、液晶素子やデジタル・マイクロミラー・デバイス、反射型のＦＬＣＯＳ（Ferroelectric Liquid Crystal On Silicon）等を用いることができる。空間光変調器１６０は、その画素値に応じて光の透過と遮光を切り替えることができる。
　シャッター１７０は、ホログラフィックメモリの記録時に開き、再生時に閉じる。
　共役ミラー１９０は、光の位相成分を反転させて反射させる。
　撮像器１８０は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元イメージセンサ、もしくは、１次元のリニアイメージセンサを用いることができる。また、撮像管を用いるように構成することもできる。
　フォトディテクタ１８５は、２分割若しくは４分割フォトディテクタを用いることができる。また、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサを用いることもできる。フォトディテクタ１８５に入射する光はフォトディタクタ１２０の中心に入射するように調整されている。
　記録媒体２００は、透過型の記録媒体であり、図２に示すように、ホログラム記録材料２１０が、２つの基板２２０、２３０に挟まれた構造を有する。
　基板２２０、２３０は、使用するレーザー光源２０の波長に対して透過性を有する、ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂等の光透過性を有する材質で形成される。
　ホログラム記録材料２１０は、情報光Ｉと参照光Ｒとを干渉させてホログラムが形成される材料である。ホログラム記録材料２１０としては、一般にはフォトポリマーと呼ばれるラジカル重合形の材質で形成され、ラジカル重合性化合物、光ラジカル重合開始剤、マトリックス材料等が含まれる。
　記録媒体２００と撮像器１８０との間にダイクロイックミラー（図示せず）を設けてもよい。
　図３は、再生光Ｓを撮像器１８０とフォトディテクタ１８５で検出してから処理するときのブロック図を示す。情報光Ｉについては省略している。
　再生時においては、光源２０から出射した光が、偏光ビームスプリッタ５０により参照光Ｒとして取り出され、ミラー１５０を介して記録媒体２００に導かれる。記録媒体２００から得られる再生光Ｓは、偏光ビームスプリッタ７０を介して撮像器１８０及びフォトディテクタ１８５に導かれる。
　撮像器１８０で検出された再生光Ｓは、２次元バーコード状の情報を読みとるために、データ処理に時間が掛かってしまう。一方で、フォトディテクタ１８５は、再生光Ｓの光の強度のみを検知するために、すばやく処理をすることができるので、フォトディテクタ１８５で再生光Ｓの光の強度が最大になるθｙに制御してから、撮像器１８０でデータ処理を行う。
　このとき、角度誤差信号生成部２４０は、フォトディテクタ１８５で検出した信号から角度誤差信号を生成する。角度制御部２５０は、角度誤差信号を用いて適切な角度に制御する。角度制御部２５０はホストＣＰＵ２６０からの指令に基づいて、角度誤差信号をゼロにするように記録媒体２００もしくは、参照光Ｒの角度を変えるためのミラー１５０の角度を制御する。角度誤差信号については、後述する。
　フォトディテクタ１８５は、図４に示すように、上下に２分割されたものを用いる。フォトディテクタ１８５からは、２分割の上半分の再生光Ｓの光強度に応じた電流信号Ｉａ、下半分の再生光Ｓの光強度に応じた電流信号Ｉｂが出力される。
　電流信号Ｉａ、Ｉｂは、角度誤差信号生成部２４０に入力され、電流アンプにより電圧信号に変換され、差分演算回路によって、角度誤差信号Ｖｅが生成される。
　また、Ｘ´、Ｙ´、Ｚ´座標軸をフォトディテクタ１８５に対してとる。Ｚ´軸は再生光の光軸方向である。Ｘ´Ｚ´平面と記録媒体２００のＸＺ平面が同一平面内にある場合、Ｙ´軸は記録媒体２００のＹ軸と平行な軸となる。Ｘ´軸はフォトディテクタ１８５の受光面内においてＹ´軸と直交する軸であり、記録媒体２００のＹ軸回りの回転の方向と平行な方向となる。
　Ｘ´軸とＹ´軸の交点はフォトディテクタ１８５の光学中心を示す。すなわち、Ｘ´軸はフォトディテクタ１８５の上半分と下半分の２つの受光領域を設ける分割線に相当する。
　次に、動作原理について説明する。
（ホログラフィックメモリへの記録）
　本実施形態では、情報光Ｉと参照光Ｒを、別々のレンズ等を経て記録井媒体２００において重なるようにホログラフィックメモリ記録媒体２００に入射させる方式である２光束方式の光学系を用いる。
　本実施形態では、図５に示すように、ｘｙｚ座標軸をとる。記録媒体２００の厚み方向をｚ軸方向とする。ここで、Ｘ軸方向とＹ軸方向は記録媒体２００面内に存在する。なお、記録媒体２００は、図５に示すような矩形状であってもよいし、ディスク形状であってもよい。矩形状を用いた場合、ニオブ酸リチウムの結晶を用いることができる。また、ディスク形状の場合は、後述するフォトポリマーを用いることができる。
　記録媒体２００は、Ｙ軸まわりの回転（θｙ回転）による角度多重によって記録する。また、ｙ軸の回転だけでなく、ｚ軸まわりの回転駆動機構（通常のディスク回転）と、微調整のためのｘ軸まわりの回転（θｘ回転）駆動機構等により任意の回転ができる。記録媒体２００の回転駆動機構については、例えば、小型球面超音波モータ等を用いることができる。
　記録時には、図１に示すとおり、レーザー光源２０から出射した光は、１／４波長板３０を透過して、偏光ビームスプリッタ５０に入射する。
　偏光ビームスプリッタ５０に入射した光のうち、一部は透過し、一部は反射する。反射した光は、レンズ８０、９０で光径が調整され、偏光ビームスプリッタ６０で一部が反射し、空間光変調器１６０に入射する。空間光変調１６０に入射した光は情報光Ｉとして、偏光ビームスプリッタ７０に向かって反射される。
　偏光ビームスプリッタ７０に向かって反射された光は偏光ビームスプリッタ７０を透過し、集光レンズ１００によって記録媒体２００に集光される。
　このとき、シャッター１７０は開状態である。
　一方で、偏光ビームスプリッタ５０を透過した光はミラー１５０で反射してレンズ１１０、１２０で光の径が調整され、参照光Ｒとして記録媒体２００に情報光Ｉが集光された位置に照射される。
　このとき、記録媒体２００中のホログラム記録材料２１０に干渉縞（ホログラム）が形成される。これは、ホログラム記録材料２１０を構成するフォトポリマー中の光重合開始剤がフォトンを吸収して活性化したためである。
　つまり、干渉縞明部のモノマーの重合を発動・促進させることによってモノマーを消費する。モノマーが消費されると、干渉縞暗部から明部にモノマーが移動供給され、結果、干渉縞パターンの明部と暗部に密度差が生じる。これにより、干渉縞パターンの強度分布に応じた屈折率変調が形成され記録媒体２００に記録が行われる。
（ホログラフィックメモリの再生）
　次に、θｙを角度制御により再生を行う動作について説明する。
　図６は、本実施形態に係るθｙの角度制御により再生を行うフローチャートを示す。
　ステップＳ１０では、ページデータが角度多重記録された領域（以下、ブックと称する）にホログラフィック記録媒体２００、もしくは参照光Ｒを移動させる。例えば、このときの移動には、記録媒体２００上にサーボマークを予め記録しておき、当該サーボマークを（図示しないマーク検出器を用いて）検出することにより、所定のブックへ移動することができる。
　ホログラフィック記録媒体２００には、ホログラム記録時の情報光Ｉと、参照光Ｒの干渉縞（ホログラム）が屈折率分布となって保持されている。
　ステップＳ２０では、θｘ、θｙの角度の初期調整を行う。角度多重記録されているページデータのうち、何れか１つのページデータが再生可能となるように、参照光Ｒとホログラフィック記録媒体２００間の角度、θｘ、θｙの微調整を行う。ここでは、初期位置を求めることが目的であるので、山登り法等を用いて、再生光Ｓの強度が最大になるように、θｘ、θｙを調整する。調整後のθｘ、θｙを基準角度をθｘ０、θｙ０とする。
　ステップＳ３０では、以下の式１に示すように、θｘを基準角度θｘ０からθｘｏｆｓだけオフセットさせる。オフセットとは、基準の位置からの差を示す。このとき、記録媒体２００を図示しない駆動機構を用いて傾けてθｘを変化させてもよい。また、参照光Ｒの記録媒体２００に対する入射角を変化させることでθｘを変化させてもよい。
　図７、図８はＸ軸方向からみたときの媒体と参照光の関係を表す模式図である。図７は再生時の記録媒体２００を記録時の記録媒体２００の位置よりΔθｘ傾けた場合の位置関係を表し、図８は再生時の参照光を記録時の参照光よりΔθｘ傾けた場合の位置関係である。いずれの場合もθｘはＹＺ平面に射影した時の参照光と媒体の間の角度で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
とする。このときの最適なオフセット量はレンズの開口数ＮＡ、図２に示す記録媒体２００を構成するホログラム記録材料２１０の厚さ等に依存する。最適なオフセット量は、オフセット量を徐々に増加させていったときに得られる角度誤差信号の振幅が一定の閾値を超える最小量を下限値とし、再生データのビット誤り率が所定の値を下回る最大のθｘオフセット量を上限値とした範囲内であればいずれでもよい。ビット誤り率とは再生データの中での誤りデータの比率のことである。また、角度誤差信号の振幅が最大となるように求めてもよい。
　フォトディテクタ１８５で検出した角度誤差信号Ｖｅは、再生光Ｓの上半分の光強度に応じた電圧信号Ｖａ、下半分の光強度に応じた電圧信号Ｖｂを用いて以下の式２のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
また、以下の式３のように再生光Ｓの光強度の総和信号で除算することで、光量の変化に伴って生じるオフセットを打ち消すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
なお、式２及び式３はフォトディテクタ１８５の分割の数や配置によって適宜変更することができる。
　図９は、フォトディテクタ１８５で再生光Ｓの光を検出したときの輝度分布のシミュレーション結果を示す。（1）～（7）の番号は、横軸に示すΔθｙの角度に対応している。ここで、Δθｙは記録時のθｙからのズレを示す。よって、再生時の適切な角度はθｙ＝０°であり、Δθｙ＝０°である。
　図９（ａ）は、θｘ＝０°にした状態で、Δθｙを－０．０３°～０．０３°まで変化させたときの結果を示す。
　Δθｙを０°から－０．０３°に変化させたときの輝度分布と、０°から０．０３°に変化させたときの輝度分布とがほぼ同一であることがわかる。
　この状態だと、Δθｙがマイナス方向なのか、プラス方向なのかを輝度分布に基づいて区別をすることが難しい。
　図９（ｂ）は、θｘ＝０．０１°にした状態で、Δθｙを－０．０３°～０．０３°まで変化させたときの結果を示す。
　Δθｙを０°から－０．０３°に変化させたときの輝度分布は、上部分が明るく、下部分が暗くなっていることがわかる。
　一方で、Δθｙを０°から０．０３°に変化させたときの輝度分布は、上部分が暗く、下部分が明るくなっていることがわかる。
　このように、記録媒体２００のＸ軸周りの回転角、又は参照光Ｒの入射角を変化させてθｘを変化させることで、Δθｙがプラスマイナスのどちらの方向に傾いているかを容易に把握することができる。つまり、θｘを変化させることで、フォトディテクタ１８５の上下に明部と暗部の差が現れるため、容易に角度誤差信号を検出するこができる。
　ステップＳ４０では、再生光Ｓの光強度の総和信号が一定の検出値に達しているかどうかを判定する。
　ステップＳ５０では、ステップＳ４０で判定した検出値に達していない場合、θｙを何れかの方向にオープン制御で駆動して、ページデータを探す。オープン制御とは、サーボ信号を用いず、記録時のθｙに機械的に移動する制御のことである。このとき、再生光Ｓには面内強度分布が生じており、この再生光Ｓをフォトディテクタ１８５で受光し、差分を演算することで角度誤差信号が得られる。
　ステップＳ６０では、ステップＳ４０で判定した検出値に達している場合、θｙを角度誤差信号がゼロかどうかを判定する。
　図１０は、本実施形態を用いて検出した角度誤差信号と光強度の総和信号を示す。
　横軸がΔθｙの角度、左側の縦軸が角度誤差信号、右側の縦軸がフォトディテクタ１８５によって検出した光強度の総和信号を示す。図１０に示す破線はフォトディテクタ１８５で検出したフォトディテクタ１８５の上半分の電流信号Ｉａと下半分の電流信号Ｉｂの差（角度誤差信号）を示し、実線は、フォトディテクタ１８５が検出した光強度の総和信号を示す。
　光強度の総和信号が最大である値（矢印２７０で示す点）がもっとも鮮明に撮像器１８０で再生光を再生することが可能なθｙの値である。
　θｘのオフセットを０．０１°、ＮＡを０．６５、ホログラム記録材料２１０の厚さ（ｚ軸方向）を１．５ｍｍに設定した。
　図１０では、角度誤差信号がゼロとなるΔθｙが正の方向にずれている。これは、θｘにわずかにオフセットを加えたことによりブラッグ条件が変化したためである。
　また、角度誤差信号（図１０の破線）がゼロ（矢印２８０で示す点）となる角度がもっとも鮮明に撮像器１８０で再生光を再生することが可能な角度である。つまり、角度誤差信号がゼロとなるとき、光強度の総和信号は最大である。
　このことから、角度誤差信号のみをモニタして、角度誤差信号がゼロとなるようにすれば、最適な再生角度に制御することができる。
　例えば、矢印２９０の点で角度誤差信号が検出されたとすると、Δθｙを負の方向に設定すれば、最適な再生角度に制御することができる。ここで、Δθｙを負の方向に設定するとは、記録媒体２００をＹ軸回転させることを示す。
　図１１は、θｙを回転させながら記録を行う角度多重記録により、本実施形態を用いて検出した角度誤差信号と光強度の総和信号を示す。図１１は３つのページデータの角度誤差信号と光強度の総和信号を示す。
　横軸は、θｙの角度を示す。縦軸は図７と同様であるので説明は省略する。
　角度多重記録の場合も角度誤差信号のプラスマイナスを検出することによって、θｙの角度制御を行うことができる。
　ページデータの存在する角度において、角度誤差信号がゼロになるように制御する。
　例えば、１ページ目のページデータから隣接する２ページ目のページデータを検出する場合は、光強度の総和信号の強度が所定の閾値を下回り、再び閾値を超えるまでθｙを変化させ、角度誤差信号を検出して、θｙの角度を制御する。
　このとき、光強度の総和信号の代わりに、再生光Ｓを受光する領域が分割されたフォトディテクタ１８５の信号のうち、角度に対する強度の変化が最も大きい領域の信号を和信号として用いることで、ページデータが隣接していて総和信号が分離されない場合においてもページデータ毎に分離した和信号を得ることができる。
　例えば、図９（ｂ）のような結果が得られた場合、再生信号を４分割したフォトディテクタを用いて検出し、そのうち左下の領域から得られる信号を和信号として用いることでθｙの角度制御を行うことができる。
　もちろん、光強度の総和信号の強度を検出しなくとも、駆動機構のエンコーダによる位置情報や、記録媒体２００に記録された位置情報等を用いておおよそ隣接のページデータの角度まで移動した上で角度誤差信号を検出することによってもθｙの角度を制御することもできる。
　ステップＳ６１では、ステップＳ６０で判定した値に達していない場合、記録媒体２００をＹ軸回転させてθｙを回転させる。そして、再度ステップＳ６０を繰り返す。
　このように、クローズドサーボループを行うこと、つまり、角度誤差信号又は、光強度の総和信号が周期的に増加したり減少したりする様子を検出することによってθｙの角度を制御することができ、さらに、所望のページデータを正確にすばやく再生することができる。
　ステップＳ７０では、ページデータを撮像器１８０によって撮像し、再生する。
　記録媒体２００の再生時は、シャッター１７０を閉状態にして情報光Ｉは遮断し、参照光Ｒのみを記録媒体２００に入射させる。
　このとき、参照光Ｒを記録媒体２００と１／４波長板に透過させ、共役ミラー１９０で反射させることによって、記録媒体２００に再び入射させる。
　記録媒体２００に参照光Ｒが入射すると、情報光Ｉの波面が再生されて、情報光Ｉは再生光Ｓとして、集光レンズ１００を透過して偏光ビームスプリッタ７０に入射する。
　偏光ビームスプリッタ７０に入射した再生光Ｓは、一部は透過し、一部は反射する。偏光ビームスプリッタ７０で反射された再生光Ｓは、レンズ１３０、１４０で光径が調整されて、撮像器１８０に入射し、データを読み出すことができる。
　一方で、偏光ビームスプリッタ７０で反射した再生光Ｓは、レンズ１４５を透過してフォトディテクタ１８５で検出する。
　ブック内のページデータは、適宜オープン制御によりθｙを微小角変えて、ステップＳ４０～ステップＳ７０の動作を繰り返し、ブック内のページデータの再生が終了したら、次のブックへ移動する。
　このように、角度誤差信号を制御することにより、すばやくθｙの角度制御を行うことができ、さらに、輝度ムラのないデータを精度よく再生できる。
　１０　…　ホログラフィックメモリ、２０　…　レーザー光源、３０、４０　…　１／４波長板、５０、６０、７０　…　偏光ビームスプリッタ、８０、９０、１１０、１２０、１３０、１４０、１４５　…　レンズ、１００　…　集光レンズ、１５０　…　ミラー、１６０　…　空間光変調器、１７０　…　シャッター、１８０　…　撮像器、１８５　…　フォトディテクタ、１９０　…　共役ミラー、２００　…　ホログラフィック記録媒体（光情報記録媒体、記録媒体）、２１０　…　ホログラム記録材料、２２０、２３０　…　基板、２４０　…　角度誤差信号生成部、２５０　…　角度制御部、２６０　…　ホストＣＰＵ、２７０、２８０、２９０　…　矢印、Ｉａ、Ｉｂ　…　電流信号、Ｉ　…　情報光、Ｒ　…　参照光、Ｓ　…　再生光

Claims (4)

  1. 　情報光と参照光との干渉によって生じるホログラムが形成された光情報記録媒体をＸ軸周りに回転する角度、又は、前記参照光の入射する角度の何れか一方を変化させて、Ｙ軸周りに回転させながら前記光情報記録媒体に形成された前記ホログラムに前記参照光を照射して、再生光を取り出す工程と、
    　光軸中心に対して対称に等分割された２つの受光領域が設けられたフォトディテクタで前記再生光を検出し、前記フォトディテクタで検出した前記２つの受光領域から誤差信号を取り出す工程と、
    　前記誤差信号をゼロになるように前記Ｙ軸を回転させて、角度を制御する工程と、
    　を有することを特徴とする角度制御方法。
  2. 　前記フォトディテクタは２分割、又は４分割のフォトディテクタであることを特徴とする請求項1に記載の角度制御方法。
  3. 　前記ホログラムを形成するときに、前記参照光を照射した方向とは反対方向から前記光情報記録媒体に対して前記参照光を照射して前記再生光を取り出すことを特徴とする請求項１に記載の角度制御方法。
  4. 　前記第Ｙ軸を所定の角度間隔で回転させながら、角度多重記録することを特徴とする請求項１に記載の角度制御方法。
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