WO2011033555A1

WO2011033555A1 - 検出方法

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Publication number: WO2011033555A1
Application number: PCT/JP2009/004614
Authority: WO
Inventors: 松本一紀; 金丸将宏; 早瀬留美子; 笹尾典克; 寺井勝哉; 川門前善洋
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2011-03-24

Abstract

　ホログラムの記録領域と、前記ホログラムの記録領域の使用状況に対応して屈折率が異なる部分を記録した管理領域とを有する、フォトポリマーを含む記録媒体１４０に対して、前記記録媒体の前記管理領域１４１に波長が５５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を照射する工程と、前記記録媒体の屈折率が異なる部分にしたがって偏光された前記光を受光素子１３０で検出する工程と、を備え、前記偏光された光を用いて、記録媒体１４０の使用状況を検出することを特徴とする検出方法。

Description

検出方法

　本発明は、ホログラム記録再生装置における情報の検出方法に関する。

　特開２００３－１４１７３４号公報には、ホログラムを記録した後に直線偏光を照射して未記録と記録部分のコントラストを明確にする信号強度の向上方法が開示されている。

　しかしながら、特開２００３－１４１７３４号公報に開示された発明では、記録媒体にホログラムとして記録された情報量を短時間で検出することができない。

特開２００３－１４１７３４号公報

　そこで、本発明は記録媒体にホログラムとして記録された情報量を短時間で検出することができる検出方法を提供する。

　本発明の検出方法は、ホログラムの記録領域と、前記ホログラムの記録領域の使用状況に対応して屈折率が異なる部分を記録した管理領域とを有する、フォトポリマーを含む記録媒体に対して、前記記録媒体の前記管理領域に波長が５５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を照射する工程と、前記記録媒体の屈折率が異なる部分にしたがって偏光された前記光を受光素子で検出工程と、を備え、前記偏光された光を用いて、前記記録媒体の使用状況を検出することを特徴とする。

　本発明によれば、短時間でホログラムとして記録された情報量を検出することができる。

本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録再生装置の図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態の動作を表すフローチャートを示す図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。第１の実施形態を説明するための図。

　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、同様のものを示しており、重複した説明は省略する。

（第１の実施形態）
　本発明の第１の実施形態に係るホログラム記録再生装置１０について説明する。

　図１は、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１０を示す図である。

　ホログラム記録再生装置１０は、光源２０の光を偏光ビームスプリッタ９０によって得た参照光Ｒをミラー３０、レンズ８４、８６を介してホログラム記録媒体１４０（光情報記録媒体とも呼ぶ。以下、記録媒体と呼ぶ）に照射するとともに、偏光ビームスプリッタ９０を透過した光をミラー３１で反射させて、空間光変調器１００で光に情報が担持された情報光Ｉに変調し、レンズ８２、８３、８６を介して同様にホログラム記録媒体１４０に照射することによって、情報の記録を行う。

　ホログラム記録再生装置１０において、ホログラム記録媒体１４０に記録された情報の再生を行う場合には、ホログラム記録媒体１４０に記録された参照光Ｒと情報光Ｉの干渉縞（以下、ホログラムと呼ぶ）に参照光Ｒを照射して再生光Ｓを得て、ホログラムに対応した再生信号を得ることができる。

　ホログラム記録再生装置１０は、さらに、ホログラム記録媒体１４０に記録された情報量を検知するため、シーク光源１２０と、シーク光受光素子（以下、受光素子と呼ぶ）１３０とを備えている。

　光源２０は、ホログラム記録再生装置１０の記録に用いられる。光源２０は、一般的には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、半導体レーザー励起固体レーザー、又は気体レーザー等のレーザー光を用いてもよい。

　１／２波長板４０～４２は、レーザー光の偏光面を回転する。

　偏光ビームスプリッタ９０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９０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。ダイクロイックプリズム９１、９２は、光源２０から出射した光の波長は透過し、シーク光源１２０から出射した光の波長は反射する。

　空間光変調器１００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１００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１００は、その画素値に応じて光の透過と遮光、若しくは反射光の偏光方向を切り替えることができる。

　撮像器１１０は、２次元のアレイ状に画素が配置されており、ホログラム再生時の再生光Ｓを検出することができる。また、撮像器１１０は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどの２次元イメージセンサを用いることができ、撮像管を用いるように構成することもできる。

　シーク光源１２０は、記録媒体１４０を構成するフォトポリマーと呼ばれるラジカル重合性の材質が感度を持たない波長の光を用いることを特徴としている。一般的に記録媒体１４０に用いられるフォトポリマーが感度を持つ波長はそれに含まれる光重合開始剤により異なるが、最も長波長でも５５０ｎｍ未満であるため、本実施形態に用いるシーク光源１２０から出射する波長としては、５５０ｎｍよりも長波長が好ましい。またホログラム記録再生装置１０内の熱による影響を抑えるためには、受光素子１３０に熱線を遮断するフィルターやコーティングを用いることが好ましく、汎用的な熱線遮断フィルターは８００ｎｍ以上の光を遮断してしまうため、シーク光源１２０から出射する波長としては、８００ｎｍよりも短波長が好ましい。以上の理由から、本実施形態に用いるシーク光としては５５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。具体的には、その偏光特性からＤＶＤの読み取りに用いられる６５０ｎｍの半導体レーザーや、ＣＤの読み取りに用いられる７８０ｎｍの半導体レーザーを用いることができる。

　受光素子１３０は、シーク光源１２０から出射する上記した光強度を測定できるものであればどのようなものでも構わないが、波長に対する感度の観点からシリコンフォトダイオードを用いることが好ましい。

　図２に示した記録媒体１４０の形状は、中心に円形状の孔の空いたディスク形状であるが、記録媒体の形状はこれに限られず矩形状のクーポン形状を用いることもできる。また、図２に示した記録媒体１４０には記録再生装置１０に固定するための貫通孔を設けているが、必ずしも貫通孔を設ける必要は無く、記録媒体１４０の基板１４３、１４４のどちらか一方に固定用の部材を接着することにより、記録再生装置１０と記録媒体１４０の固定手段とすることができる。

　記録媒体１４０には、図２に示すように記録媒体１４０の使用状況を管理する管理領域１４１と、管理領域１４１以外の記録領域１４８を有する。なお、管理領域１４１とは、記録媒体１４０の使用状況を把握するための領域である。この管理領域１４１は、記録媒体１４０に形成された孔の縁に沿ってドーナツ形状に形成されており、その幅は記録されるホログラム１４６のサイズと同程度、具体的には０．５ｍｍ～１．５ｍｍ程度形成されていることが好ましい。また、管理領域１４１は、図２Bに示すように、記録媒体１４０の内側でなくとも、記録媒体１４０の縁（外側）に沿って形成してもよい。なお、ホログラム１４６は、記録媒体１４０に参照光Ｒ及び情報光Ｉを照射して形成され、記録領域１４８に形成される。

　記録媒体１４０のどれだけの領域にホログラムを書き込まれて、使用されているかを把握するために、管理領域１４１に参照光Ｒ又は情報光Ｉを照射して屈折率の異なる部分（以下、マークと呼ぶ。図２の点１４５）を形成する。

　屈折率の異なる部分が形成されるのは以下のメカニズムによるものである。参照光Ｒ又は情報光Ｉが照射された部分（露光部）ではフォトポリマー中の光重合開始剤が光子を吸収してラジカル（活性種）が発生し、ラジカルを起点としたモノマー（ラジカル重合性化合物）の重合反応が進行しその場に固定される。さらに、参照光Ｒ又は情報光Ｉが照射されていない（未露光部）からモノマーが拡散供給され重合反応が進行することにより、結果として参照光Ｒ又は情報光Ｉが照射された部分（露光部）ではモノマーの濃度が高くなる。フォトポリマーの基材（マトリクス）とモノマーの屈折率が異なる場合、露光部の屈折率と未露光部の屈折率は異なることになる。

　マーク１４５が形成されている場合、記録媒体１４０にホログラム１４６として情報が記録されていることを示す。つまり、管理領域１４１に形成されたマーク１４５を検出するだけで、記録状態を容易に把握することができる（検出方法については後述）。

　その一例として、記録媒体１４０に記録量が１Ｍビットごとに１マーク１４５を記録する。この場合、管理領域１４１内にあるマークの個数Ｘ（Ｘは正の整数）を検出すればＸＭビットになるということがわかる。

　記録媒体１４０上でのホログラム１４６の配置としてはどのような配置であっても構わないが、連鎖的な化学反応を用いるフォトポリマーの記録メカニズムや情報管理の観点から、ホログラム１４６は記録媒体上で連続していることが望ましい。例えば、図２に示すように管理領域１４１から記録媒体１４０の外周に向けて、同心円状又はらせん状にホログラム１４６を記録する形態が挙げられる。

　また、管理領域１４１に偏光を乱す性質を有するプリピットを設けることもできる。プリピットとしては、例えば、金属膜や、凹凸を用いることができる。プリピットを設けることにより、記録媒体１４０が未使用、既使用どちらの状態においてもプリピットからの明確な信号がえられるため管理領域１４１の位置を正確に把握することができ、マーク１４５を検出する動作時間を短縮することができる。

　記録媒体１４０は、図３に示すように、ホログラム記録材料（以下、記録材料と呼ぶ）１４２が、２つの基板１４３、１４４に挟まれた構造を有する。

　基板１４３、１４４は、使用する光源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。

　記録材料１４２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。記録材料１４２としては、一般にはフォトポリマーで形成され、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。

　駆動機構１５０は、図４に示すように、記録媒体１４０面に対して垂直な方向をｚ軸として、ｚ軸周りに回転駆動（ディスク回転）させる。

　次に記録動作について説明する。

　図１に示すように、一般的に、記録媒体１４０に記録する際は、参照光Ｒと情報光Ｉを記録媒体１４０の同一箇所に照射することによって、記録媒体１４０中でホログラムを形成して情報を記録する。参照光Ｒは、光源２０から出射した光が偏光ビームスプリッタ９０で分離され、ミラー３１で反射されて、記録媒体１４０に照射される光である。情報光Ｉは、光源２０から出射した光が偏光ビームスプリッタ９０で分離され、ミラー３０で反射されて、空間光変調器１００で変調されることにより記録すべき情報が情報光Ｉに担持され、記録媒体１４０に照射される光である。通常この参照光Ｒと情報光Ｉを用いて記録を行う。１／２波長板４０～４２、レンズ８０～８９などの光を調整する機器についての説明は省略する。なお、本実施形態では、記録媒体１４０中の使用状況を把握するために、シーク光源１２０から光を記録媒体１４０中の管理領域１４１に照射して、管理領域１４１中に形成されたマーク１４５を受光素子１３０で読取とる。

　なお、記録媒体１４０の再生時には、記録媒体１４０中に形成したホログラムに参照光Ｒのみを照射することにより、再生光Ｓを取り出して、再生光Ｓを撮像素子１１０で検出することで記録媒体１４０に記録された情報を再生することができる。なお、参照光Ｒ照射時には、シャッター（図示せず）を入れて情報光Ｉを遮断している。シャッターは、例えば、レンズ８１とレンズ８２の間に挿入することができる。なお、再生時にはシーク光源１２０から光は照射しない。

　本実施形態では、記録は記録媒体１４１の内周から外周に向けて、同心円状又はらせん状に行われ、参照光Ｒの入射角度を変化させて記録する２光束角度多重記録を用いる。

　図５は、本実施形態に係るホログラム記録再生装置１０の記録動作を表すフローチャート図である。初めに、記録媒体１４０をホログラム記録再生装置１０内にセットする。本実施形態では、記録媒体１４０の管理領域１４１にプリピットが設けられているものとして説明する。もちろん、プリピットを設けなくても、管理領域１４１の記録状態を把握できるので、本実施形態の効果は得られる。

　図６は、記録媒体１４０にプリピット１４７が設けられている図を示す。本実施形態では、記録動作を行う際に、記録媒体１４０のどれだけの領域にホログラムが書き込まれているかを把握する場合、図６に示すように、プリピット１４７が設けられている位置（図６の破線）から周方向に記録媒体１４０を一回転させる。

　ステップＳ１０では、シーク光源１２０から出射される光を記録媒体１４０に形成された管理領域１４１に照射するための基準位置を検出する。基準位置とは、管理領域１４１を把握するための位置をいい、管理領域１４１の一部を示す。例えば、基準位置の検出は、記録媒体１４０に形成された孔の縁などにシーク光源１２０から光を照射することにより検出することができる。

　ステップＳ２０では、基準位置、すなわち基準位置を含む管理領域１４１にシーク光源２０から出射する光が当たるように移動する。

　ステップＳ３０では、記録媒体１４０を駆動機構１５０によりｚ軸回転させながら、シーク光源１２０から光を管理領域１４１全体に照射する。記録媒体１４０中の管理領域１４１を透過したシーク光の偏光状態を偏光子４２で特定の位相の光だけを透過させ、その透過した光を受光素子１３０で検出することにより、記録媒体１４０の使用状況（追記可能状態、追記中、追記不可能状態）を把握する。シーク光は、図７に示すように、プリピット１４７の境界による散乱や、マーク１４５が形成された場所と形成されていない境界領域で屈折率の乱れ（異方性）により偏光状態が変化するため、このような検出をすることができる。図７は、図６で示す破線の断面図を示す。

　ステップＳ４０では、管理領域１４１のマーク１４５から追記不可能と判断した場合（ステップＳ４０で「ＮＯ」）は、ステップＳ５０へ進む。一方で、追記可能と判断した場合（ステップＳ４０で「ＹＥＳ」））は、ステップＳ６０へ進む。なお、追記が可能か不可能かは、管理領域１４１にマーク１４５がどれくらい形成されているかで判別することができる。以下、具体的に、追記可能状態、追記中、追記不可能状態の３つについて順に図を用いて説明する。

　図８は、図６に示す破線から周方向に記録媒体１４０を一回転した場合の受光素子１３０で偏光状態がどのように検出されるかを示す図である。図８は、記録媒体１４０の管理領域１４１にマーク１４５が形成されていない状態、つまり記録媒体１４０が未使用であることを示す。

　この場合、プリピット１４７の境界でシーク光源１２０から出射した光の偏光が乱れるために検出される光強度は２つのピークを持つ。また、マーク１４５にシーク光源１２０から光を照射した場合も同様の現象により、マーク１４５、１つにつき２つのピークが検出される。なお、図８には４つのピークが見られるが、これは０°と３６０°を示しているからである。

　図９は、追記中の記録媒体１４０において図６に示す破線から周方向に記録媒体１４０を一回転した場合の受光素子１３０で偏光状態がどのように検出されるかの一例を示す図である。図９は、記録媒体１４０の管理領域１４１にマーク１４５が1つか形成されている状態、つまり記録媒体１４０が追記中であることを示し、受光素子１３０で検出される信号には１周につき４つのピークが検出されている。

　また、管理領域１４１に形成されるマーク１４５の個数で、記録媒体１４０の使用状況を把握することが可能である。例えば、図１０に示すように、管理領域１４１に記録媒体１４０の使用領域を定義して、その領域に並ぶマーク１４５の個数、形成されるマーク１４５間の長さによって、記録媒体１４０の使用量を把握することができる。

　図１０は管理領域１４１の一部である媒体使用量記録領域に４つのマーク１４５を記録した例を示しており、前述した媒体が追記中であることを示す４つのピークの他に、媒体の使用量を示す８つのピークを検出することができる。このようにすることで、記録媒体１４０がどれくらい記録されているかということを把握することができる。

　なお、図１１に示すように、ユーザーの任意で、プリピット１４７を挟むようにマーク１４５を記録することで追記不可状態を表現することもできる。

　ステップＳ６０では、記録媒体１４０に記録するために、記録媒体１４０とホログラム記録再生装置１０の位置関係を精密に制御する。

　ステップＳ７０では、情報記録開始位置に参照光Ｒと情報光Ｉが照射されるように記録媒体１４０を制御する。情報記録開始位置は、記録媒体１４０上でホログラム記録可能な領域であれば任意に設定することができるが、前述したようにフォトポリマーの記録メカニズムや情報管理の観点から、図２に示すような連続した管理領域１４１の隣接位置に設定することが望ましい。

　ステップＳ８０では、参照光Ｒと情報光Ｉを照射して記録媒体１４０中に所望の数のホログラムを形成して記録する。このとき、ミラー３０を回転させて参照光Ｒの入射角度を変えて多重記録をする。

　ステップＳ９０では、記録を終了しない場合（ステップＳ９０で「ＮＯ」）は、ステップＳ７０に進み、記録を終了する場合（ステップＳ９０で「ＹＥＳ」）は、ステップＳ１００に進む。ステップＳ９０で「ＮＯ」に進む場合、記録されていない隣接領域に参照光Ｒと情報光Ｉが照射されるように記録媒体１４０を制御する。

　ステップＳ１００では、ステップ２０と同様にして管理領域１４１にシーク光源１２０から出射する光がくるように記録媒体１４０を制御する。

　ステップＳ１１０では、記録媒体１４０の管理領域１４１に、所望の量記録したことを示すマーク１４５を、管理領域１４１に参照光Ｒ又は情報光Ｉのうち少なくとも１つを照射して形成し、記録媒体１４０の使用状況を追記する。

　これらの参照光Ｒ又は情報光Ｉのうち少なくとも１つの光を用いることができるのは、これらの光が１つの光源２０から出射した同じ波長を有する光であるからである。つまり、これらの光は記録媒体１４０を構成するフォトポリマーに反応し、屈折率が異なる部分を有するマークを形成する。

　このように、記録媒体１４０に管理領域１４１を設けることで、管理領域１４１に形成されたマーク１４５を検出するだけで、記録媒体１４０の記録状態を容易に把握することができるので、ホログラム記録再生装置１０の記録を短時間で行うことができる。

　なお、マーク１４５、１つにつき、ホログラム１４６として記録された情報量を定義することや、記録領域１４８に対してどれくらいの割合でホログラム１４６が形成されているかということを定義することで、記録状態を把握してもよい。また、マーク１４５は、通常のホログラム記録と同様に参照光Ｒ及び情報光Ｉを照射して、ホログラムとして形成することにより、情報を記録した日時や、温度などの記録条件、その他詳細な情報を記録することもできる。

　１０　…　ホログラム記録再生装置、２０　…　光源、３０、３１　…　ミラー、４０～４２　…　１／４波長板、８０～８９　…　レンズ、９０～９２　…　偏光ビームスプリッタ、１００　…　空間光変調器、１１０　…　撮像器、１２０　…　シーク光源、１３０　…　シーク光受光素子（受光素子）、１４０　…　ホログラム記録媒体（光情報記録媒体、記録媒体）、１５０　…　駆動機構

Claims

　ホログラムの記録領域と、前記ホログラムの記録領域の使用状況に対応して屈折率が異なる部分を記録した管理領域とを有する、フォトポリマーを含む記録媒体に対して、前記記録媒体の前記管理領域に波長が５５０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の光を照射する工程と、
　前記記録媒体の屈折率が異なる部分にしたがって偏光された前記光を受光素子で検出する工程と、
を備え、
　前記偏光された光を用いて、前記記録媒体の使用状況を検出することを特徴とする検出方法。
　前記屈折率が異なる部分は、前記参照光又は前記情報光の少なくとも１つを前記管理領域に照射して形成されることを特徴とする請求項１に記載の検出方法。
　前記受光素子が屈折率の異なる部分を検出した場合、
　前記参照光及び前記情報光を用いて、前記記録媒体に記録する工程と、
　を更に備えることを特徴とする請求項２に記載の検出方法。
　前記記録媒体に前記参照光及び前記情報光を用いて記録した後に、前記参照光又は前記情報光の少なくとも１つを前記記録媒体の前記管理領域の一部に照射して前記屈折率が異なる部分を形成する工程と、
　を更に備えることを特徴とする請求項３に記載の検出方法。
　前記記録媒体の管理領域の一部にプリピットが設けられていることを特徴とする請求項４に記載の検出方法。