JP5802616B2 - 光情報記録再生装置および光情報記録再生方法 - Google Patents

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、光情報記録再生装置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、信号光束をレンズで光情報記録媒体に集光すると同時に、平行光束の参照光を照射して干渉させてホログラムの記録を行い、さらに参照光の光記録媒体への入射角度を変えながら異なるページデータを空間光変調器に表示して多重記録を行う、いわゆる角度多重記録方式が記載されている。

またホログラム記録技術の大容量化の手段として、例えば特開２０１２−２７９９６号公報（特許文献２）がある。本公報には、信号光の各画素に多値の位相情報を付加する方法が記載されている。

特開２００４−２７２２６８号公報 特開２０１２−２７９９６号公報

ところで特許文献２において、ホログラム記録媒体からの回折光と、位相情報を付加したオシレーター光とを重ね合わせて干渉させる際に、回折光とオシレーター光との波面がずれることにより正確に位相検出が出来ないという問題があった。

そこで本発明の目的は、回折光とオシレーター光の波面ずれを低減することで再生品質を向上可能な波面補償方法を提供することにある。

上記課題は、特許請求の範囲に記載の発明により解決される。

本発明によれば、ホログラムにおける記録再生処理において回折光とオシレーター光の波面ずれを低減させることができ、再生性能を向上することが可能となる。

波面ずれ検出および補償制御の実施例を表す概略図 光情報記録再生装置の実施例を表す概略図 光情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図 光情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図 光検出器の画素と回折光およびオシレーター光の位置関係を示す概略図 光情報記録再生装置の動作フローの実施例を表す概略図 光情報記録再生装置内の信号生成回路の実施例を表す概略図 光情報記録再生装置内の信号処理回路の実施例を表す概略図 信号生成回路及び信号処理回路の動作フローの実施例を表す概略図 波面ずれ検出回路の処理過程の実施例を表す概略図 補償量算出回路の処理過程の実施例を表す概略図 波面ずれ検出および補償制御の実施例を表す概略図 メモリの回路構成の実施例を表す概略図 記録動作時のピックアップの動作フローの実施例を表す概略図 再生動作時のピックアップの動作フローの実施例を表す概略図 光情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図 波面ずれ検出および補償制御の実施例を表す概略図 ページデータの位相分布を示す概略図

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、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２０１を出射した光ビームはコリメートレンズ２０２を透過し、シャッタ２０３に入射する。シャッタ２０３が開いている時は、光ビームはシャッタ２０３を通過した後、例えば１／２波長板などで構成される偏光方向変換素子２０４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２０５に入射する。

偏光ビームスプリッタ２０５を透過した光ビームは、ビームエキスパンダ２０８によって光ビーム径を拡大された後、偏光方向変換素子２０９、偏光ビームスプリッタ２１０、および偏光ビームスプリッタ２１１を経由して空間光変調器２１２に入射し、空間光変調器２１２によって例えば図１８に示すように画素毎に位相情報が付加されたページデータとなる。ここでページデータ内の位相分布は、例えば光情報記録媒体１のフーリエ面上の光強度分布においてＤＣ強度（いわゆるホットスポット）を除去するような位相分布にする。この様にすることで、従来、ＤＣ強度を低減するために用いられていた位相マスクを削除する事ができる。一例としては、各画素に付加した位相の平均値がπとなるような位相分布とする。別の例としては、各画素に付加した位相の平均値が０．５πまたは１．５πとなるような位相分布とする。また別の例としては、１つのページ内において位相＝０を基準に位相をランダマイズした画素数と位相πを基準に位相をランダマイズした画素数が等しくなるようにする。

なお空間光変調器２１２は位相変調の機能のみを有する空間光変調器に限定されるものではない。空間光変調器２１２に振幅変調の機能を持たせることで、空間的に振幅の変調も可能となる。

空間光変調器２１２によってページデータとなった信号光２０６は偏光ビームスプリッタ２１１を反射し、リレーレンズ２１３ならびに空間フィルタ２１４を伝播する。その後、信号光２０６は無偏光ビームスプリッタ２２９を透過後、対物レンズ２１５によって光情報記録媒体１に集光する。

一方、偏光ビームスプリッタ２０５を反射した光ビームは参照光２０７として働き、偏光方向変換素子２１６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２１７ならびにミラー２１８を経由して、ミラー２１９に入射する。なおミラー２１９はアクチュエータ２２０によって角度を調整可能であり、レンズ２２１とレンズ２２２を通過した後に光情報記録媒体１に入射する。

このように信号光２０６と参照光２０７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。またミラー２１９によって光情報記録媒体１に入射する参照光２０７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。記録時と同様の光路をたどって、参照光２０７が光情報記録媒体１に入射する。本実施例では位相共役光による再生の方法をとっており、アクチュエータ２２３によって駆動されるミラー２２４を反射して再度、光情報記録媒体１に入射する参照光２０７を用いて情報を再生する。光情報記録媒体１から回折された回折光２３１は対物レンズ２１５、無偏光ビームスプリッタ２２９、リレーレンズ２１３、空間フィルタ２１４、偏光ビームスプリッタ２１１を介して、光検出器２２５に入射する。

また、光検出器２２５において回折光２３１と干渉させるオシレーター光２３０を生成するため、偏光方向変換素子２０４によって偏光方向が制御され、所望の光量が偏光ビームスプリッタ２０５を透過する。偏光ビームスプリッタ２０５を透過したオシレーター光２３０は、ビームエキスパンダ２０８を透過した後、偏光方向変換素子２０９によって偏光方向が制御され、偏光ビームスプリッタ２１０を反射する。その後、オシレーター光２３０は、１／２波長板２２６によって偏光方向が９０度回転し、ミラー２２７を反射した後、空間光変調器２２８に入射する。空間光変調器２２８では、所定の基準位相に加えて、該基準位相に対して９０度、１８０度、２７０度異なる少なくとも４つの位相をオシレーター光２３０に付加する。無偏光ビームスプリッタ２２９を反射したオシレーター光２３０は、リレーレンズ２１３、空間フィルタ２１４、偏光ビームスプリッタ２１１を介して光検出器２２５に入射し、前述した回折光２３１と重ね合わさって干渉する。

図５は、光検出器２２５における画素の配置、回折光２３１およびオシレーター光２３０の位置関係を示した概略図である。なお図５は、位相変調に加えて振幅変調を行ったページデータを示しているが、振幅変調を行わないホワイトページデータであっても構わない。光検出器上の画素は、ページデータの各画素に対して少なくとも４つの画素でオーバーサンプリングする様に画素が配置されており、前述した４つの位相（基準位相（本実施例では便宜上、０°とする）、基準位相＋９０°、基準位相＋１８０°、基準位相＋２７０°）を付加された前記オシレーター光２３０が、オーバーサンプリングを行う前記４つの画素の各々の画素に入射する構成となっている。ここで図中において用いたI₁とI₂は、基準位相を付加したオシレーター光２３０が入射する画素からの出力値から基準位相＋１８０°を付加したオシレーター光２３０が入射する画素からの出力値を引いた値をI₁、基準位相＋２７０°を付加したオシレーター光２３０が入射する画素からの出力値から基準位相＋９０°を付加したオシレーター光２３０が入射する画素からの出力値を引いた値をI₂としている。
なお便宜上、図５は光検出器２２５の一部の画素に対する回折光２３１およびオシレーター光２３０の位置関係を描写しているが、基本的に本発明ではオーバーサンプリングに用いる４つの画素の全ての組み合わせに対して、同様の位置関係が成り立つものとする。

この様な構成とすることで、干渉計などで一般的に用いられているフリンジスキャン法の原理を用いて、各画素に入射する回折光２３１とオシレーター光２３０に付加した基準位相との位相差Δφを図５で定義したI₁とI₂を用いて（数１）によって算出することが出来るので、ページデータの各画素に付加された位相情報を検出する事ができる。

なお、位相多値記録を行わずに振幅変調を行ったページデータを再生互換する場合は、例えばオシレーター光２３０の生成手段の動作を停止して、オシレーター光の生成を止めて再生を行うことで、装置の再生互換を実現できる。また、光検出器２２５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２０１のパワー最適化やシャッタ２０３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２１２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２２５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、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２１２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２２５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、復号処理（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２１２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２１２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２２５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、復号回路８０７において多値データを判定して復号し、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、本実施例の特徴であるオシレーター光の波面補償制御について詳細に説明する。本実施例の位相多値再生方法では、図４のオシレーター光２３０と回折光２３１が光検出器２２５上で重ね合わさって干渉することで位相情報を得ることができる。しかし、オシレーター光２３０の波面と回折光２３１の波面が一致していなければ、正しく位相情報を求めることができない。もし、オシレーター光２３０と回折光２３１が振幅変調も位相変調もかけられていないとすると、この波面の不一致は干渉縞として現れることになる。よって、この干渉縞から波面ずれを検出可能であり、オシレーター光２３０の波面を補償すればよい。

図１、図１０、図１１を用いて本実施例の波面ずれ検出および補償手順を説明する。

図１にこの波面補償回路の構成図を示す。まず、光検出器２２５出力から計算された位相情報をフィルタ回路１０１に入力する。記録時に空間光変調器２１２によって画素毎に位相情報が付加されていることから、この位相情報は画素毎に位相が連続しておらずそのままでは波面ずれから生じる干渉縞を得ることができない。そこでフィルタ回路１０１では位相情報を低域通過フィルタなどによって平均化することで波面ずれから生じる干渉縞（図１０（ａ））を算出し波面ずれ検出回路１０２に入力する。なお、低域通過フィルタはこの干渉縞の周波数を通過させるように設計するのが好ましい。波面ずれ検出回路１０２では、この干渉縞（図１０（ａ））から位相差を計算し（図１０（ｂ））、非連続点を接続する（図１０（ｃ））ことで波面ずれ量を算出し補償量算出回路１０３に入力する。補償量算出回路１０３では、この算出した波面ずれを打ち消すような補償量を算出する（図１１（ａ））。空間光変調器２２８では、所定の基準位相に加えて、該基準位相に対して少なくとも４つの位相をオシレーター光２３０に付加していたが、該基準位相をこの補償量とするように空間光変調器２２８を制御する（図１１（ｂ））。よって、空間光変調器２２８は液晶素子などのように電気的に変調する位相量を変えられる方が好ましい。

以上の構成によれば、ホログラムにおける記録再生光学系においてオシレーター光と回折光の波面ずれ補償が可能になり、再生性能を改善することが可能となる。

なお、本実施例では制御対象を空間光変調器２２８としたが、空間光変調器２２８に限定するものではなく、デフォーマブルミラーや液晶素子といった波面制御素子をオシレーター光２３０の光路中に挿入してもよく、ピックアップ１１を構成する素子の位置や特性を制御することで波面補償を行ってもよい。さらに、本実施例では波面ずれから直接的に補償量を算出しているが、収差が最小となるようにフィードバック制御を用いて空間光変調器２２８を制御してもよい。

また、本実施例では位相多値による記録再生を例に説明したが、例えばホモダイン検出などのようにオシレーター光と再生対象となる光（本実施例では回折光）を干渉させる光学系においても適用可能である。さらに、位相多値による記録再生においても本実施例に限定するものではなく、フリンジスキャン法のようにオシレーター光の位相を変えながら再生対象となる光と複数回干渉する方法による位相情報検出などにおいても適用可能である。

本実施例が実施例１と異なるのは、波面ずれ検出および補償手順である。

実施例１では低域通過フィルタによって、オシレーター光２３０と回折光２３１の波面ずれから生じる干渉縞を得ていた。しかし、波面ずれはページ間でほとんど変化しないのに対して位相情報はページ間に依存性はないのが一般的であるため、ページ間で位相情報を平均することによっても干渉縞を得られる。

図１２、図１３を用いて本実施例の波面ずれ検出および補償手順を説明する。

図１２にこの波面補償回路の構成図を示す。まず、光検出器２２５出力から計算された位相情報をページ間フィルタ回路１２０１に入力する。ページ間フィルタ回路１２０１は、入力された位相情報をメモリ１２０２のメモリ制御部１３０１に入力する。メモリ制御部１３０１は処理するページ順に第１メモリ１３０２から第Ｎメモリ１３０４まで順に位相情報を格納する。格納される位相情報は、古いページのものから順に新しいページのものに置き換える。また、メモリ制御部１３０１は第１メモリ１３０２から第Ｎメモリ１３０４までの位相情報全てもしくはその一部をページ間フィルタ回路１２０１に渡す。次にページ間フィルタ回路１２０１はメモリ制御部１３０１から入力された複数ページの同じ位置のピクセルの位相情報を平均し、波面ずれから生じる干渉縞（図１０（ａ））を算出し波面ずれ検出回路１０２に入力する。以降の動作は実施例１と同様である。

第１メモリ１３０２から第Ｎメモリ１３０４に格納される位相情報はブック毎に初期化するのが良いが、異なるブックにおいてもオシレーター光２３０と回折光２３１の波面ずれの状態が変わらないようであれば初期化せずに処理してもよい。

なお、本実施例では平均化の手法として複数ページの位相情報を別々のメモリに格納していたがこれに限定するものではなく、前のページの位相情報に新しいページの位相情報を加算し続けるような方法など、複数ページの位相情報を平均できれば他の方法を使用してもよい。また、あるブックで算出した補償量を他のブックに使用してもよい。

以上の構成によれば、ホログラムにおける記録再生光学系においてオシレーター光と回折光の波面ずれ補償が可能になり、再生性能を改善することが可能となる。さらに、実施例１の低域通過フィルタで遮断されるような波面ずれに対しても、高精度の補償が可能となる。

本実施例が実施例１と異なるのは、波面ずれ検出および補償手順である。

波面ずれを正確に検出するため、ページ全面が同一の輝度および／もしくは位相を有するホワイトページによる調整を行うことを目的とする。

図１４、図１５を用いて本実施例の波面ずれ検出および補償手順を説明する。

図１４のフローは記録時における動作フローを示したものである。記録対象となる位置に光情報記録媒体１を移動し（１４０１）、ガルバノミラーを基準となる角度に動かし（１４０２）、ホワイトページを記録（１４０３）、その後は通常通りのページを順に記録する（１４０４）。これら１４０１から１４０４までの動作を記録が完了するまで繰り返す（１４０５）。以上の手順で各ブックにホワイトページを記録する。

図１５のフローは再生時における動作フローを示したものである。再生対象となる位置に光情報記録媒体１を移動し（１５０１）、ガルバノミラーを基準となる角度に動かし（１５０２）、ホワイトページを再生（１５０３）する。ここで、実施例１と同様の手順により、波面ずれ検出回路１０２、補償量算出回路１０３で波面ずれを打ち消す補償量を算出する（１５０４）。この補償量に基づいて空間光変調器２２８もしくは波面制御素子を制御することでオシレーター光と回折光の波面ずれを補償する（１５０５）。その後は記録ページを順に再生する（１５０６）。これら１５０１から１５０６までの動作を再生が完了するまで繰り返す（１５０７）。

以上の例では、各ブックにホワイトページを記録したが、必ずしも各ブックに必要なわけではなく、複数ブックおきにホワイトページを記録してもよい。また参照光の角度変化によってオシレーター光と回折光の波面ずれ量が変化する場合などには、各ブック中に複数のホワイトページを記録してもよい。なお、再生時も全てのホワイトページで調整を実施する必要はなく、複数ブックおき、もしくはディスク挿入時のみで調整するなどの方法を採ってもよい。

さらに、ホワイトページとしてページ全面が同一の輝度のページを例に説明したが、全面でなく一部の領域としてもよい。

以上の手順によれば、ホログラムにおける記録再生光学系においてオシレーター光と回折光の波面ずれ補償が可能になり、再生性能を改善することが可能となる。さらに、実施例１の低域通過フィルタで遮断されるような波面ずれに対しても、高精度の補償が可能となる。

本実施例が実施例１と異なるのは、オシレーター光の生成方法である。

図１６、図１７を用いて本実施例の波面ずれ検出および補償手順を説明する。

図１６はピックアップ１１の構成であり、実施例１と図１６が相違するのは、オシレーター光用の空間光変調器２２８を空間光変調器２１２と兼用している点である。また図１７は図１６における光ビームの経路を図示したものであるが、図中の矢印はビームの光軸などを示しているわけではなく、単に要素の通過順序を示しているにすぎない。

光検出器２２５において回折光２３１と干渉させるオシレーター光２３０を生成するため、偏光方向変換素子２０４によって偏光方向が制御され、所望の光量が偏光ビームスプリッタ２０５を透過する。偏光ビームスプリッタ２０５を透過したオシレーター光２３０は、ビームエキスパンダ２０８によって光ビーム径を拡大された後、偏光ビームスプリッタ２１１を透過して空間光変調器２１２に入射される。空間光変調器２１２では、所定の基準位相に加えて、該基準位相に対して９０度、１８０度、２７０度異なる少なくとも４つの位相をオシレーター光２３０に付加する。このためには空間光変調器２１２は記録時のページデータの各画素に対して少なくとも４つの画素でオーバーサンプリングする様に画素が配置される必要があるので、本実施例の場合においては記録時に４つの画素で１つの画素を表示しておくと都合がよい。位相が付加されたオシレーター光２３０は、偏光ビームスプリッタ２１１を反射し、リレーレンズ２１３を伝播、１／４波長板１６０１により円偏光になり、ハーフミラー１６０２に入射する。ハーフミラー１６０２を反射したオシレーター光２３０は、１／４波長板１６０１により直線偏光になり偏光ビームスプリッタ２１１を透過し、光検出器２２５に入射する。

一方、参照光２０７の光路中に置かれた１／４波長板１６０３により円偏光で再生された回折光２３１は、対物レンズ２１５、ハーフミラー１６０２を透過し、１／４波長板１６０１により直線偏光になり偏光ビームスプリッタ２１１を透過し光検出器２２５に入射する。

次に、図１７に示すように光検出器２２５出力から計算された位相情報をフィルタ回路１０１に入力し、波面ずれ検出回路１０２、補償量算出回路１０３を経て補償量を算出する。切替器１７０１出力は、再生時には補償量算出回路１０３出力を選択し、記録時には信号生成回路８６出力を選択するように動作する。再生時に空間光変調器２１２では、所定の基準位相に加えて、該基準位相に対して少なくとも４つの位相をオシレーター光２３０に付加していたが、該基準位相を切替器１７０１出力である補償量とするように空間光変調器２１２を制御する。

以上の例では、１／４波長板１６０１およびハーフミラー１６０２を、対物レンズ２１５とリレーレンズ２１３の間に配置していたが、リレーレンズ２１３と偏光ビームスプリッタ２１１の間に配置するなど、オシレーター光２３０が空間光変調器２１２を経由して光検出器２２５に入射できるのであればどこに配置してもよい。さらに、ハーフミラー１６０２を使用して説明したが、フォトニック結晶素子など偏光に応じて透過、反射を制御可能な素子のように、オシレーター光を反射、回折光を透過する素子であれば何を使用してもよい。

以上の構成によれば、ホログラムにおける記録再生光学系においてオシレーター光と回折光の波面ずれ補償が可能になり、再生性能を改善することが可能となる。さらに、信号光用の空間光変調器と、オシレーター光用の空間光変調器を共用できることからコストを抑えることが可能となる。

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、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・・・フィルタ回路、１０２・・・波面ずれ検出回路、１０３・・・補償量算出回路、２０１・・・光源、２０２・・・コリメートレンズ、２０３・・・シャッタ、２０４・・・１／２波長板、２０５・・・偏光ビームスプリッタ、２０６・・・信号光、２０７・・・参照光、２０８・・・ビームエキスパンダ、２０９・・・偏光方向変換素子、２１０・・・偏光ビームスプリッタ、２１１・・・偏光ビームスプリッタ、２１２・・・空間光変調器、２１３・・・リレーレンズ、２１４・・・空間フィルタ、２１５・・・対物レンズ、２１６・・・偏光方向変換素子、２１７・・・ミラー、２１８・・・ミラー、２１９・・・ミラー、２２０・・・アクチュエータ、２２１・・・レンズ、２２２・・・レンズ、２２３・・・アクチュエータ、２２４・・・ミラー、２２５・・・光検出器、２２６・・・１／２波長板、２２７・・・ミラー、２２８・・・空間光変調器、２２９・・・無偏光性ビームスプリッタ、２３０・・・オシレーター光、２３１・・・回折光、２５０・・・光学素子、２５１・・・光学素子、１２０１・・・ページ間フィルタ回路、１２０２・・・メモリ、１３０１・・・メモリ制御部、１３０１・・・第１メモリ、１３０２・・・第２メモリ、１３０３・・・第Ｎメモリ、１６０１・・・１／４波長板、１６０２・・・ハーフミラー、１６０３・・・１／４波長板、１７０１・・・切替器

Claims (13)

1. 光記録媒体に対して光を用いて情報を記録再生する光情報記録再生装置において、
   前記光記録媒体からの再生光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するオシレーター光生成部と、
   前記オシレーター光と前記再生光との間に所定の位相差を付加する位相変調部と、
   前記オシレーター光と前記再生光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出部と、
   前記光検出部出力から前記オシレーター光と前記再生光の波面ずれ量を検出する波面ずれ検出部と、
   前記波面ずれ量から波面補償量を算出する補償量算出部と、を具備し、
   前記波面補償量に基づいて前記位相変調部で付加する位相差を制御し、
   前記波面ずれ検出部では、前記光検出部出力に対して低域通過フィルタを通した信号に基づいて波面ずれ量を検出する、
   ことを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
   前記波面ずれ検出部では、複数ページ分の前記光検出部出力に対して平滑化した信号に基づいて波面ずれ量を検出する、
   ことを特徴とする光情報記録再生装置。
3. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
   信号光に情報を付加するための信号光変調部を具備し、
   前記信号光変調部出力の信号光と参照光とを干渉させ、得られた干渉縞をホログラムとして前記光記録媒体に記録することで情報の記録を行い、記録された前記光記録媒体を再生することで情報の再生を行うことを特徴とする光情報記録再生装置。
4. 請求項３に記載の光情報記録再生装置において、
   記録時にページの全面もしくは一部の輝度および／もしくは位相が一様な基準ページを記録し、
   再生時に前記基準ページに対して前記波面補償量を算出し、
   前記基準ページの波面補償量に基づいて前記位相変調部で付加する位相差を制御する、
   ことを特徴とする光情報記録再生装置。
5. 請求項３に記載の光情報記録再生装置において、
   前記信号光変調部と前記位相変調部を共用する、
   ことを特徴とする光情報記録再生装置。
6. 光記録媒体に対して光を用いて情報を記録再生する光情報記録再生方法において、
   前記光記録媒体からの再生光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するオシレーター光生成ステップと、
   前記オシレーター光と前記再生光との間に所定の位相差を付加する位相変調ステップと、
   前記オシレーター光と前記再生光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出ステップと、
   前記光検出ステップ結果から前記オシレーター光と前記再生光の波面ずれ量を検出する波面ずれ検出ステップと、
   前記波面ずれ量から波面補償量を算出する補償量算出ステップと、
   前記波面補償量に基づいて前記位相変調ステップで付加する位相差を制御するステップと、
   前記波面ずれ検出ステップでは、前記光検出ステップ結果に対して低域通過フィルタを通した信号に基づいて波面ずれ量を検出する、
   ことを特徴とする光情報記録再生方法。
7. 請求項６に記載の光情報記録再生方法において、
   前記波面ずれ検出ステップでは、複数ページ分の前記光検出ステップ結果に対して平滑化した信号に基づいて波面ずれ量を検出する、
   ことを特徴とする光情報記録再生方法。
8. 請求項６に記載の光情報記録再生方法において、
   信号光に情報を付加するための信号光変調ステップを具備し、
   前記信号光変調ステップ結果の信号光と参照光とを干渉させ、得られた干渉縞をホログラムとして前記光記録媒体に記録することで情報の記録を行い、記録された前記光記録媒体を再生することで情報の再生を行うことを特徴とする光情報記録再生方法。
9. 請求項８に記載の光情報記録再生方法において、
   記録時にページの全面もしくは一部の輝度および／もしくは位相が一様な基準ページを記録し、
   再生時に前記基準ページに対して前記波面補償量を算出し、
   前記基準ページの波面補償量に基づいて前記位相変調ステップで付加する位相差を制御する、
   ことを特徴とする光情報記録再生方法。
10. 光記録媒体に対して光を用いて情報を再生する光情報再生装置において、
    前記ホログラム記録媒体からの再生光と重ね合わせて干渉させるオシレーター光を生成するオシレーター光生成部と、
    前記オシレーター光と前記再生光との間に所定の位相差を付加する位相変調部と、
    前記オシレーター光と前記再生光とが重ね合わさった干渉光を検出する光検出部と、
    前記光検出部出力から前記オシレーター光と前記再生光の波面ずれ量を検出する波面ずれ検出部と、
    前記波面ずれ量から波面補償量を算出する補償量算出部と、を具備し、
    前記波面補償量に基づいて前記位相変調部で付加する位相差を制御し、
    前記波面ずれ検出部では、前記光検出部出力に対して低域通過フィルタを通した信号に基づいて波面ずれ量を検出する、
    ことを特徴とする光情報再生装置。
11. 請求項１０に記載の光情報再生装置において、
    前記波面ずれ検出部では、複数ページ分の前記光検出部出力に対して平滑化した信号に基づいて波面ずれ量を検出する、
    ことを特徴とする光情報再生装置。
12. 請求項１０に記載の光情報再生装置において、
    参照光と信号光とを干渉させ、得られた干渉縞がホログラムとして記録された前記光記録媒体を再生することで情報の再生を行うことを特徴とする光情報再生装置。
13. 請求項１２に記載の光情報再生装置において、
    前記ホログラムの一部には、ページの全面もしくは一部の輝度および／もしくは位相が一様な基準ページが記録されており、
    前記基準ページに対して前記波面補償量を算出し、
    前記基準ページの波面補償量に基づいて前記位相変調部で付加する位相差を制御する、
    ことを特徴とする光情報再生装置。

Images