JP2008027490A

JP2008027490A - 情報記録再生装置及び情報再生方法

Info

Publication number: JP2008027490A
Application number: JP2006196766A
Authority: JP
Inventors: Toshihisa Sasaki; 俊央佐々木
Original assignee: Fujifilm Corp
Current assignee: Fujifilm Corp
Priority date: 2006-07-19
Filing date: 2006-07-19
Publication date: 2008-02-07
Also published as: EP1881493A1; US20080019253A1; CN101110229A

Abstract

【課題】参照光の照射位置のズレにより、干渉縞から再生される情報光のパターン像の質が低下することを防止する。
【解決手段】情報記録再生装置１０は、情報光のパターン像と参照光のパターン像がマイクロミラーデバイス２７により形成され、同軸の情報光と参照光とが生成される。情報光と参照光は対物レンズ３４により集光され、記録媒体１１に干渉縞として記録される。予め干渉縞が記録された記録媒体から情報光を再生し、再生された情報光のパターン像の濃度を算出する。パターン像形成位置調整部４６は、マイクロミラーデバイス２７に形成される参照光のパターン像の位置を画素単位で変化させ、最良の再生パターン像が得られる位置を決定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次元のパターン像から生成された情報光と参照光とを干渉させた干渉縞を記録し、記録された干渉縞から情報光を再生する情報記録再生装置及び情報再生方法に関する。

大容量の記録媒体としてホログラフィックデータメモリを使用した情報記録再生装置が注目されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。ホログラフィックデータメモリは、デジタル情報が二値画像としてパターン化され、二値画像のパターン像から生成された情報光を参照光と干渉させた干渉縞を記録する記録媒体である。干渉縞に参照光を作用させると情報光を再生することができ、再生された情報光のパターン像をイメージセンサにより検出し、検出されたパターン像からデジタル情報が復元される。

コリニア・ホログラフィ方式の記録再生装置は、干渉光学系の大幅な小型化が可能であり、実用的なシステムとして注目されている。この方式は、マイクロミラーデバイスを使用してリング状の参照光パターン像とその中心部の情報光パターン像とを形成し、同軸上の光路を進行する参照光と情報光とを生成する。参照光と情報光は、記録媒体に対面した対物レンズによりスポット状に集光される。参照光と情報光は対物レンズによって集光されると互いに干渉し、記録媒体の記録層に立体的な干渉縞を記録する。

干渉縞が記録される記録媒体には、干渉縞の記録位置を定める基準となるピットが形成されている。ピットを読取るためのピット読取り光には情報光及び参照光とは波長の異なる光が使用され、干渉縞の記録層はピット読取り光に感光しない材料によって構成される。記録媒体のピットを読取ることで干渉縞の記録位置が検出され、記録位置に応じて情報光のパターン像の切り替えをタイミングよく行うことで干渉縞を順次に記録することができる。

記録媒体のピット情報は情報光の再生時にも読取られ、干渉縞の記録位置に参照光が正確に照射される。再生される情報光の強度は、参照光の照射位置の小さなズレによって大きく低下する。例えば、図６に示すように、再生される情報光（再生光）のＳＮ比は参照光の０．５μｍのズレで約半分となり、それ以上のズレではＳＮ比がさらに低下する。この性質を利用すれば、複数の干渉縞をその一部が重なるように多重記録しても情報光の再生が可能となり、記録密度を向上させることができる。
特開２００６−９９８８０号公報特開２００６−２２８８７５号公報

しかしながら、干渉縞の記録と情報光の再生とを別々の装置で行う場合、互いの装置間に存在するピット読取り光の微小な位置ズレは、参照光の照射位置にズレを与え、情報光の再生強度を大幅に低下させる問題がある。つまり、参照光とピット読取り光の位置関係を上述した０．５μｍ以内の精度で統一しなければ、複数の装置間における再生互換性を確保することができなくなる。このような高い精度を光源の位置調整や光学部材の位置調整によって実現することは大変な労力を要する困難な作業である。

本発明は、上記問題点を考慮してなされたもので、参照光とピット読取り光の位置調整を容易に行い、情報光を円滑に再生する情報記録再生装置及び情報再生方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の情報記録再生装置は、画像形成面に二次元のパターン像を形成し、形成されたパターン像に基づいて光源から得られた光を画素ごとに変調する空間光変調手段と、前記パターン像から同軸の情報光と参照光とを生成し、生成された情報光と参照光とを集光して互いに干渉させた干渉縞を記録媒体に記録する記録手段と、記録された干渉縞に参照光を照射して情報光を再生する再生手段と、再生された情報光を再生パターン像として検出する再生像検出手段とを備え、前記再生手段は、前記再生パターン像の濃度に基づいて前記画像形成面に形成される参照光のパターン像の位置を変化させ、参照光の照射位置を調整する調整手段を備えたことを特徴とする

また、参照光のパターン像の位置の変化に応じて情報光のパターン像の位置を変化させ、情報光の再生時に行った調整を記録時に反映させるものである。

本発明の情報再生方法は、画像形成面に形成された二次元のパターン像に基づいて光源から得られた光が画素ごとに変調され、前記パターン像から生成された同軸の情報光と参照光を集光して互いに干渉させた干渉縞が記録媒体に記録されており、前記記録媒体に参照光を照射して前記干渉縞から情報光を再生する際に、再生された情報光を再生パターン像として検出し、前記再生パターン像の濃度に基づいて前記画像形成面に形成される前記参照光のパターン像の位置を変化させ、参照光の照射位置を調整することを特徴とする。

本発明によれば、参照光のパターン像を形成する位置を画素単位で変化させることにより、参照光の照射位置に対するピット読取り光の照射位置を調整することが可能となる。例えば、情報光及び参照光の光束が、レンズにより１／２０の直径のスポットに集光されると仮定すれば、記録媒体の表面上における参照光の照射位置のズレの許容範囲は、レンズの手前側で２０倍の広さになる。すなわち、記録媒体の表面上における０．５μｍのズレは、レンズの手前側で１０μｍのズレまで許容されることになるので、参照光のパターン像の１画素の一辺を１０μｍの長さにすれば、参照光のパターン像の位置を１画素分シフトさせた時に、記録媒体表面上では参照光の照射位置を０．５μｍ単位で調整することができる。パターン像の形成位置は画像信号の電気的処理により容易に変更でき、再生互換性を容易に確保できる。

図１において、情報記録再生装置１０は、デジタル情報を二値画像としてイメージ化したパターン像の情報を与えた情報光と、所定パターン像の情報を与えた参照光とを干渉させ、感光性の記録媒体１１に干渉縞を記録する。また、記録媒体１１に記録された干渉縞に記録時と同じ所定パターン像の情報を与えた参照光を照射し、情報光を再生する。

図２において、記録媒体１１はディスク状媒体であり、トラッキングサーボ制御やフォーカスサーボ制御に用いるサーボ情報や、干渉縞の記録位置を決めるための位置決め情報がディスク基板１５にエンボスピット１６として予め記録されている。記録媒体１１には、ディスク基板１５から順に、反射層１７と、ギャップ層１８と、波長選択反射層１９と、記録層２０と、保護層２１とが設けられている。反射層１７はエンボスピット１６を読み取るピット読取り光の反射率を高める。波長選択反射層１９は、緑色光Ｇ１を反射し、赤色光Ｒ１を透過する。緑色光Ｇ１は、記録層２０に干渉縞を記録し、記録された干渉縞から情報光を再生するための記録再生光として用いられる。赤色光Ｒ１は、エンボスピット１６を読取るためのピット読取り光として用いられる。記録層２０は、緑色光Ｇ１に感光し、赤色光Ｒ１に感光しない性質を有する。記録層２０は、例えば、感光する波長の光の強度に応じて屈折率、誘電率、反射率等の光学的特性を変化させるフォトポリマーからなる。

図１において、情報記録再生装置１０は、第１光源装置２５と、反射ミラー２６と、空間光変調器としてのマイクロミラーデバイス２７とを備えている。第１光源装置２５には、例えば５３２ｎｍの単一波長の緑色レーザー光を発振するレーザー光源と、発振された緑色レーザー光をＰ偏光の直線偏光に変換する偏光変換素子と、偏光変換素子により偏光面が揃えられたレーザー光をマイクロミラーデバイス２７の画面サイズに合わせて所定径の平行光束に変換するコリメータが設けられている。反射ミラー２６は、第１光源装置２５から出射した緑色光を反射し、この光をマイクロミラーデバイス２７に斜め方向から入射させる。

マイクロミラーデバイス２７は、二次元パターン像を形成するための画素を構成する多数のミラー素子がマトリクス状に配列された画像形成面２７ａを備えている。画像信号入力部２８は、デジタル情報を二値画像としてパターン化したパターン像の画像信号をマイクロミラーデバイス２７に入力する。マイクロミラーデバイス２７は、入力された画像信号に基づいて各ミラー素子の傾きが電気的に制御される。各ミラー素子の傾きは、入射光を画像形成面２７ａの法線方向に反射して白を表示するオン位置と、入射光を他の方向に反射して黒を表示するオフ位置とに変位する。これにより、第１光源装置２５から出射された光には白の画素と黒の画素の輝度情報が与えられる。

図３において、画像形成面２７ａには、リング状の参照光パターン像Ｐ１と、参照光パターン像Ｐ１の中心部に位置する情報光パターン像Ｐ２が形成される。参照光パターン像Ｐ１は、予め決められた一定のパターン像であり、情報光パターン像Ｐ２は、記録されるデジタル情報の本体を表すパターン像である。マイクロミラーデバイス２７は、参照光パターン像Ｐ１と情報光パターン像Ｐ２とによって第１光源装置２５からの光を画素ごとに変調し、参照光と情報光を生成する。生成された参照光と情報光は同軸の光路を進行する光束となる。マイクロミラーデバイス２７の画像形成面２７ａは長方形状であり、参照光パターン像Ｐ１は、その直径が画像形成面２７ａの短辺の長さより小さく、画像形成面２７ａの端縁まで上下左右方向にそれぞれ余裕がある大きさの像である。

図１において、マイクロミラーデバイス２７から出射される参照光と情報光の光路上には、第１偏光ビームスプリッタ３０と、反射ミラー３１と、ダイクロイックミラー３２と、四分の一波長板３３と、対物レンズ３４とが設けられている。第１偏光ビームスプリッタ３０は、Ｐ偏光の入射光を透過し、Ｓ偏光の入射光を反射する。マイクロミラーデバイス２７から出射された参照光と情報光はＰ偏光の光であり、第１偏光ビームスプリッタ３０を透過する。ダイクロイックミラー３２は、緑色光Ｇ１を透過し、赤色光Ｒ１を反射する。緑色光Ｇ１である参照光と情報光はダイクロイックミラー３２を透過する。

四分の一波長板３３は、直線偏光の入射光を円偏光の光に変換する。マイクロミラーデバイス２７から記録媒体１１に向かって進行する直線偏光の光は、四分の一波長板３３を一回通過した後に記録媒体１１において反射され、再び四分の一波長板３３に入射する。同一光路上で反対方向から四分の一波長板３３を二回通過した直線偏光の光は、その偏光面が９０度回転する。対物レンズ３４は、情報光と参照光を集光して互いの光を干渉させ、記録媒体１１の記録層２０に干渉縞を生成する。対物レンズ３４は、エンボスピット１６を読取って得られるサーボ情報に基づいてトラッキング制御及びフォーカスサーボ制御がなされ、アクチュエータ等の駆動力を受けて光軸方向及びこれと垂直な面内の方向に駆動制御される。

ＣＭＯＳイメージセンサ３８は、記録層２０に記録された干渉縞に再生用の参照光が照射され、干渉縞から情報光が再生された時に、再生された情報光を二次元の再生パターン像として検出する。なお、再生された情報光は、四分の一波長板３３によりＳ偏光の光に変換されているため、第１偏光ビームスプリッタ３０を反射し、ＣＭＯＳイメージセンサ３８に入射する。再生パターン像解析部３９は、検出された再生パターン像を解読してデジタル情報を復元する。また、再生パターン像解析部３９は、再生パターン像の輝度情報に基づき、再生パターン像のコントラストを算出する。再生パターン像のコントラストは、情報光が適正に再生されているか否かを判断するためのパラメータとなる。

第２光源装置４１は、ピット読取り光として、第１光源装置２５とは異なる波長の赤色光Ｒ１を発する。第２光源装置４１には、例えば６５５ｎｍの赤色レーザー光を発振するレーザー光源と、赤色レーザー光をＳ偏光光に変換する偏光変換素子とが設けられている。第２光源装置４１から出射したピット読取り光は、第２偏光ビームスプリッタ４２で反射される。第２偏光ビームスプリッタ４２で反射されたピット読取り光は、反射ミラー４３を介してダイクロイックミラー３２に入射する。ダイクロイックミラー３２は赤色光であるピット読取り光を反射するので、ピット読取り光は情報光及び参照光と合成される。ピット読取り光は、記録媒体１１に向けて情報光及び参照光と同一の光路を進行する。

ピット読取り光は、対物レンズ３４によって集光され、記録媒体１１に入射する。ピット読取り光は、エンボスピット１６が形成された反射層１７で反射されると、記録媒体１１に入射する時と同じ光路を戻る。ピット読取り光は、四分の一波長板３３を二回通過することによって偏光面が９０度回転されており、第２偏光ビームスプリッタ４２を透過し、光検出器４４に達する。光検出器４４は、記録媒体１１からのピット読取り光を検出し、電気信号を生成する。この電気信号には、対物レンズ３４のサーボ制御を行うためのサーボ情報と、干渉縞の記録位置を検出するための位置決め情報とが含まれている。

パターン像形成位置調整部４６は、再生パターン像解析部３９により算出される再生パターン像のコントラストに基づいて、再生用の参照光が正確に干渉縞に照射されているか否かを判断する。参照光が正確な位置に照射されていない場合には、画像信号入力部２８に指示を与え、図４に示すように、マイクロミラーデバイス２７の画像形成面２７ａに形成される参照光パターン像Ｐ１の位置を変化させる。マイクロミラーデバイス２７に入力される画像信号は、画像形成面２７ａ上で参照光パターン像Ｐ１が１画素ずつシフトした画像信号である。参照光パターン像Ｐ１の位置が変化すると参照光の照射位置が変化し、参照光とピット読取り光の相対的な位置関係が変化することになる。

次に、情報光及び参照光とピット読取り光との位置調整の流れを説明する。情報記録再生装置１０の製造時において、干渉縞を予め記録した基準となる記録媒体１１を用いた再生テストが行われる。調整される情報記録再生装置１０は、マイクロミラーデバイス２７の画像形成面２７ａに参照光パターン像Ｐ１が形成される。参照光パターン像Ｐ１は、初期位置として画像形成面２７ａの中心に形成される。記録媒体１１に参照光が照射され、干渉縞から情報光が再生されると、ＣＭＯＳイメージセンサ３８が再生パターン像を検出し、再生パターン像解析部３９が再生パターン像のコントラストを算出する。

パターン像形成位置調整部４６は、算出された再生パターン像のコントラストが規定のレベルを満たしているか否かを判定する。この時に再生パターン像が規定のレベルを満たしていれば調整が不要であると判断される。一方、再生パターン像が規定のレベルを満たしていない場合、パターン像形成位置調整部４６は、画像信号入力部２８に指示を送り、参照光パターン像Ｐ１の位置を変更した画像信号がマイクロミラーデバイス２７に入力される。画像形成面２７ａには、例えば、上下左右方向に１画素シフトした位置に参照光パターン像Ｐ１がそれぞれ形成される。ＣＭＯＳイメージセンサ３８は参照光パターン像Ｐ１を各方向にシフトさせた４通りの再生パターン像を検出し、再生パターン像解析部３９は４通りの再生パターン像のコントラストをそれぞれ算出する。

パターン像形成位置調整部４６は、参照光パターン像Ｐ１の位置を４通りに変化させた各再生パターン像から、最良のコントラストが得られた再生パターン像を特定し、特定された再生パターン像のコントラストが規定レベルを満たしているか否かを判定する。再生パターン像のコントラストが規定レベルを満足していれば、その時の参照光パターン像Ｐ１の位置が適正な位置と判断され、調整が終了する。なお、規定レベルを満足するコントラストの再生パターン像が得られなかった場合には、参照光パターン像Ｐ１の位置をさらに変化させ、例えば上下左右方向に２画素及び斜め方向に参照光パターン像Ｐ１の位置を変化させる。前述と同様に、最良のコントラストが得られた再生パターン像が特定され、規定レベルを満足するコントラストが得られているか否かが判定される。

調整が行われた情報記録再生装置１０は、画像形成面２７ａの中心の初期位置から所定画素数分だけシフトした位置に参照光パターン像Ｐ１が形成される。規定レベルのコントラストを満足する再生パターン像が得られたことは、ピット読取り光と参照光との位置関係が再生テスト用の記録媒体１１を作成した情報記録再生装置との間で統一されたことを意味する。なお、情報光パターン像Ｐ２は参照光パターン像Ｐ１と中心が同一であるため、情報光パターン像Ｐ２の位置も参照光パターン像Ｐ１と同じ量だけシフトさせる。これにより、干渉縞を記録する位置と情報光を再生する位置が統一され、情報記録再生装置１０の再生互換性が確保される。

上記実施形態は、二次元パターン像を形成する空間光変調器としてマイクロミラーデバイスを用いているが、この他に液晶表示パネルや磁気光学変調器等を用いることもできる。また、上記実施形態は、ピット読取り光が参照光及び情報光と合成されて記録媒体に照射されるものであるが、例えば、参照光及び情報光が照射される面とは反対側の面からピット読取り光を照射される記録媒体を用いた情報再生記録装置に本発明を適用してもよい。また、本発明は、情報光の再生のみが行える情報再生装置に適用することもできる。上述の説明では、情報記録再生装置の製造時に参照光の照射位置を調整しているが、これに限られず、情報光の再生を行うごとに参照光の照射位置を調整し、再生互換性が元々確保されていない情報記録再生装置で干渉縞を記録した記録媒体１１から情報光を再生できるようにしてもよい。

情報記録再生装置の概略構成図である。情報光と参照光を生成するパターン像を示す図である。記録媒体の構成を示す断面図である。参照光パターン像をシフトさせる様子を示す概念図である調整の流れを示すフローチャートである。参照光の照射位置のシフト量に応じた情報光の強度の変化を示すグラフである。

符号の説明

１０情報記録再生装置
１１記録媒体
１５ディスク基板
１６エンボスピット
１７反射層
１８ギャップ層
１９波長選択反射層
２０記録層
２１保護層
２５第１光源装置
２６反射ミラー
２７マイクロミラーデバイス
２８画像信号入力部
３０第１偏光ビームスプリッタ
３１反射ミラー
３２ダイクロイックミラー
３３四分の一波長板
３４対物レンズ
３８ＣＭＯＳイメージセンサ
３９再生パターン像解析部
４１第２光源装置
４２第２偏光ビームスプリッタ
４３反射ミラー
４４光検出器
４６パターン像形成位置調整部
Ｐ１参照光パターン像
Ｐ２情報光パターン像

Claims

画像形成面に二次元のパターン像を形成し、形成されたパターン像に基づいて光源から得られた光を画素ごとに変調する空間光変調手段と、前記パターン像から同軸の情報光と参照光とを生成し、生成された情報光と参照光とを集光して互いに干渉させた干渉縞を記録媒体に記録する記録手段と、記録された干渉縞に参照光を照射して情報光を再生する再生手段と、再生された情報光を再生パターン像として検出する再生像検出手段とを備え、
前記再生手段は、前記再生パターン像検出手段により検出された再生パターン像の濃度に基づいて前記画像形成面に形成される参照光のパターン像の位置を変化させ、参照光の照射位置を調整する調整手段を備えたことを特徴とする情報記録再生装置。
前記記録手段は、前記調整手段により変化した参照光のパターン像の位置に応じて情報光のパターン像の位置を変化させることを特徴とする請求項１記載の情報記録再生装置。
画像形成面に形成された二次元のパターン像に基づいて光源から得られた光が画素ごとに変調され、前記パターン像から生成された同軸の情報光と参照光を集光して互いに干渉させた干渉縞が記録媒体に記録されており、前記記録媒体に参照光を照射して前記干渉縞から情報光を再生する情報再生方法において、
再生された情報光を再生パターン像として検出し、前記再生パターン像の濃度に基づいて前記画像形成面に形成される前記参照光のパターン像の位置を変化させ、参照光の照射位置を調整することを特徴とする情報再生方法。