WO2012160733A1 - 光情報記録再生装置および光情報記録再生方法 - Google Patents

光情報記録再生装置および光情報記録再生方法 Download PDF

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WO2012160733A1
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information recording
recording
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利樹 石井
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日立コンシューマエレクトロニクス株式会社
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    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
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    • G11B7/126—Circuits, methods or arrangements for laser control or stabilisation
    • G11B7/1263—Power control during transducing, e.g. by monitoring
    • G—PHYSICS
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    • G03H—HOLOGRAPHIC PROCESSES OR APPARATUS
    • G03H2222/00—Light sources or light beam properties
    • G03H2222/35—Transverse intensity distribution of the light beam

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for recording or reproducing information from a recording medium.
  • the Blu-ray Disc (TM) standard using a blue-violet semiconductor laser has made it possible to commercialize an optical disc having a recording density of about 50 GB even for consumer use.
  • HDD Hard Disc Drive
  • Hologram recording technology is a method in which signal light having page data information two-dimensionally modulated by a spatial light modulator is superimposed on reference light inside the recording medium, and the interference fringe pattern generated at that time is placed in the recording medium. This is a technique for recording information on a recording medium by causing refractive index modulation.
  • the hologram recorded in the recording medium acts like a diffraction grating to generate diffracted light. This diffracted light is reproduced as the same light including the recorded signal light and phase information.
  • Regenerated signal light is detected two-dimensionally at high speed using a photodetector such as a CMOS or CCD.
  • a photodetector such as a CMOS or CCD.
  • the hologram recording technique enables two-dimensional information to be recorded on the optical recording medium at once by one hologram and further reproduces this information. Since the page data can be overwritten, large-capacity and high-speed information recording / reproduction can be achieved.
  • Patent Document 1 JP-A-2004-272268
  • a signal beam is condensed on an optical information recording medium by a lens, and simultaneously, a hologram is recorded by irradiating and collimating a reference beam of a parallel beam, and further determining the incident angle of the reference beam on the optical recording medium.
  • a so-called angle multiplex recording method is described in which multiplex recording is performed by displaying different page data on a spatial light modulator while changing.
  • the distance between adjacent holograms can be shortened by condensing the signal light with a lens and providing an aperture (spatial filter) in the beam waist, which is compared with the conventional angle multiplex recording system.
  • a technique for increasing the recording density / capacity is described.
  • Patent Document 2 JP-A-2007-234111
  • a value representing the amount of information carried by the pixel is obtained based on the intensity distribution of the signal light detected by the image sensor.
  • holographic memory In holographic memory, recording and reproduction are performed in units called pages in which a large number of pixels are arranged.
  • recording is performed using a light beam whose light intensity distribution is not uniform, the light quantity of each pixel is not uniform. For this reason, the intensity of the hologram formed corresponding to each pixel is not uniform.
  • the light quantity is biased in each pixel of the reproduced page, so that the quality is not uniform.
  • the reproduced page has a better quality as the light quantity is larger, and the quality is worse as the light quantity is smaller. If the quality is not uniform within the page, it is necessary to ensure the quality of the portion with a small amount of light in the page.
  • Patent Document 1 is a technique for correcting the intensity distribution of signal light, and the reference light cannot be corrected. Therefore, there is a possibility that the quality becomes uneven in the page.
  • an object of the present invention is to provide an optical information recording / reproducing apparatus capable of correcting the intensity distribution of the light amount of the light beam and performing high-density recording / reproduction.
  • an optical information recording / reproducing apparatus capable of correcting the intensity distribution of the light amount of the light beam and capable of recording / reproducing with high density can be realized.
  • Schematic showing the light amount correction method of the optical information recording / reproducing apparatus Schematic diagram showing a block diagram of an optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing an embodiment of a pickup in an optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing an embodiment of a pickup in an optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing an embodiment of the operation flow of the optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing recording data and reproduction data of optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing an embodiment of a pickup in an optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing an example of an intensity distribution correction element in an optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing an example of the operation flow of the optical information recording / reproducing apparatus Schematic showing an example of the operation flow of the optical information recording / reproducing apparatus
  • FIG. 2 is a block diagram showing a recording / reproducing apparatus of an optical information recording medium for recording and / or reproducing digital information using holography.
  • the optical information recording / reproducing apparatus 10 includes a pickup 11, a phase conjugate optical system 12, a disk cure optical system 13, a disk rotation angle detection optical system 14, and a rotation motor 50, and the optical information recording medium 1 is a rotation motor 50. It is the structure which can be rotated by.
  • the pickup 11 plays a role of emitting reference light and signal light to the optical information recording medium 1 and recording digital information on the recording medium using holography.
  • the information signal to be recorded is sent by the controller 89 to the spatial light modulator in the pickup 11 via the signal generation circuit 86, and the signal light is modulated by the spatial light modulator.
  • the phase conjugate light of the reference light emitted from the pickup 11 is generated by the phase conjugate optical system 12.
  • the phase conjugate light is a light wave that travels in the opposite direction while maintaining the same wavefront as the input light.
  • Reproduction light reproduced by the phase conjugate light is detected by a photodetector described later in the pickup 11, and a signal is reproduced by the signal processing circuit 85.
  • the irradiation time of the reference light and the signal light applied to the optical information recording medium 1 can be adjusted by controlling the opening / closing time of the shutter in the pickup 11 via the shutter control circuit 87 by the controller 89.
  • the disk cure optical system 13 plays a role of generating a light beam used for pre-cure and post-cure of the optical information recording medium 1.
  • Precure is a pre-process for irradiating a predetermined light beam in advance before irradiating the desired position with reference light and signal light when recording information at a desired position in the optical information recording medium 1.
  • Post-cure is a post-process for irradiating a predetermined light beam after recording information at a desired position in the optical information recording medium 1 so that additional recording cannot be performed at the desired position.
  • the disk rotation angle detection optical system 14 is used to detect the rotation angle of the optical information recording medium 1.
  • a signal corresponding to the rotation angle is detected by the disk rotation angle detection optical system 14, and a disk rotation motor control circuit is detected by the controller 89 using the detected signal.
  • the rotation angle of the optical information recording medium 1 can be controlled via 88.
  • a predetermined light source driving current is supplied from the light source driving circuit 82 to the light sources in the pickup 11, the disk cure optical system 13, and the disk rotation angle detection optical system 14, and each light source emits a light beam with a predetermined light quantity. be able to.
  • the pickup 11 and the disc Cure optical system 13 are provided with a mechanism capable of sliding the position in the radial direction of the optical information recording medium 1, and the position is controlled via the access control circuit 81.
  • the recording technology using the principle of angle multiplexing of holography tends to have a very small tolerance for the deviation of the reference beam angle. Therefore, a mechanism for detecting the deviation amount of the reference beam angle is provided in the pickup 11, a servo control signal is generated by the servo signal generation circuit 83, and the deviation amount is corrected via the servo control circuit 84. It is necessary to provide a servo mechanism for this purpose in the optical information recording / reproducing apparatus 10.
  • the pickup 11, the disk cure optical system 13, and the disk rotation angle detection optical system 14 may be simplified by combining several optical system configurations or all optical system configurations into one.
  • FIG. 3 shows a recording principle in an example of an optical system configuration of the pickup 11 in the optical information recording / reproducing apparatus 10.
  • the light beam emitted from the light source 201 passes through the collimator lens 202 and enters the shutter 203.
  • the shutter 203 When the shutter 203 is open, the light beam passes through the shutter 203, passes through the intensity distribution correction element 227 that can correct the intensity distribution of the light amount of the light beam, and is configured by, for example, a half-wave plate.
  • the polarization direction is controlled by the optical element 204 so that the light quantity ratio between the P-polarized light and the S-polarized light becomes a desired ratio, the light enters the PBS (Polarization Beam Splitter) prism 205.
  • PBS Polarization Beam Splitter
  • the P-polarized component of the light beam passes through the PBS prism 205, acts as signal light 206, passes through the half-wave plate 226, and after the light beam diameter is expanded by the beam expander 208, the phase mask 209, relay The light passes through the lens 210 and the PBS prism 211 and enters the spatial light modulator 212. At the time of recording, the half-wave plate 226 is controlled so that the P-polarized light is transmitted as the P-polarized light.
  • the signal light to which information is added by the spatial light modulator 212 reflects the PBS prism 211 and propagates through the relay lens 213 and the spatial filter 214. Thereafter, the light is condensed on the optical information recording medium 1 by the objective lens 215.
  • the light beam reflected from the PBS prism 205 works as reference light 207, and is set to a predetermined polarization direction according to recording or reproduction by the polarization direction conversion element 216, and then passes through the mirror 217 and the mirror 218.
  • the galvano mirror 219 includes a mirror 219-a and an actuator 219-b, and the angle of the mirror 219-a can be adjusted by the actuator 219-b.
  • the reference light reflected by the galvanometer mirror 219 enters the optical information recording medium 1 after passing through the lens 221 and the lens 222.
  • the signal light and the reference light are incident on the optical information recording medium 1 so as to overlap each other, whereby an interference fringe pattern is formed in the recording medium, and information is recorded by writing this pattern on the recording medium.
  • the incident angle of the reference light incident on the optical information recording medium 1 can be changed by the galvanometer mirror 219, recording by angle multiplexing is possible.
  • holograms corresponding to each reference beam angle are called pages, and a set of pages angle-multiplexed in the same area is called a book. .
  • FIG. 4 shows a reproduction principle in an example of an optical system configuration of the pickup 11 in the optical information recording / reproducing apparatus 10.
  • the reference light is incident on the optical information recording medium 1 as described above, and the light beam transmitted through the optical information recording medium 1 is reflected by the galvanometer mirror 223.
  • the galvano mirror 223 includes a mirror 223-a and an actuator 223-b, and the angle of the mirror 223-a can be adjusted by the actuator 223-b.
  • the reproduction light reproduced by the light reflected by the galvanometer mirror 223 propagates through the objective lens 215, the relay lens 213, and the spatial filter 214. Thereafter, the reproduction light passes through the PBS prism 211 and enters the photodetector 225, and the recorded signal can be reproduced.
  • the photodetector 225 can be configured using an image sensor represented by a CCD or a CMOS.
  • FIG. 5 shows an operation flow of recording and reproduction in the optical information recording / reproducing apparatus 10.
  • a flow relating to recording / reproduction using holography in particular will be described.
  • FIG. 5A shows an operation flow from when the optical information recording medium 1 is inserted into the optical information recording / reproducing apparatus 10 until preparation for recording or reproduction is completed
  • FIG. FIG. 5C shows an operation flow until information is recorded on the information recording medium 1
  • FIG. 5C shows an operation flow until the information recorded on the optical information recording medium 1 is reproduced from the ready state.
  • the optical information recording / reproducing apparatus 10 discriminates whether or not the inserted medium is a medium for recording or reproducing digital information using holography, for example. (502).
  • the optical information recording / reproducing apparatus 10 reads control data provided on the optical information recording medium (503). ), For example, information relating to the optical information recording medium and information relating to various setting conditions during recording and reproduction, for example.
  • the operation flow from the ready state to recording information is as follows. First, data to be recorded is received (511), and information corresponding to the data is received from the spatial light modulator in the pickup 11. To send.
  • a predetermined area is pre-cured using a light beam emitted from the disk cure optical system 13 (514), and data is recorded using reference light and signal light emitted from the pickup 11 (515).
  • the data is verified as necessary (516), and post-cure is performed using the light beam emitted from the disk Cure optical system 13 (517).
  • the operation flow from the ready state to the reproduction of the recorded information is performed in advance with various learning processes as necessary so that high-quality information can be reproduced from the optical information recording medium. (521). Thereafter, the seek operation (522) places the pickup 11 and the phase conjugate optical system 12 at predetermined positions on the optical information recording medium.
  • the present invention is applied to learning processing at the time of recording 512, data recording at 515, learning processing at the time of reproduction 521, or data reproduction at 523.
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing recorded data and reproduced data.
  • the recording data 601 is composed of a number of On pixels and Off pixels, and each pixel represents information.
  • the On pixel even if data of uniform gradation within the page is transmitted to the spatial light modulator 212, if the light beam has a Gaussian intensity distribution as an example, as shown in the reproduction data 602, The amount of light decreases toward the periphery of the page data.
  • a light beam has a Gaussian intensity distribution, and this intensity distribution changes due to factors such as deviation during assembly of the optical system, temperature change, and aging.
  • the holographic memory in order to efficiently use the recording medium and increase the recording density, it is necessary to make the intensity distribution of the light quantity uniform.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a configuration for correcting the intensity distribution of the light beam in the pickup 11 in the optical information recording / reproducing apparatus 10.
  • the light beam emitted from the light source 201 passes through the collimator lens 202 and enters the shutter 203.
  • the shutter 203 By opening the shutter 203, the light beam passes through the shutter 203, passes through the intensity distribution correction element 227, and the polarization direction is controlled by the optical element 204 to become P-polarized light, and then enters the PBS prism 205. To do.
  • the polarization direction of the light beam transmitted through the PBS prism 205 is controlled by the half-wave plate 226 so that the light quantity ratio of P-polarized light and S-polarized light becomes a desired ratio, and then the light beam diameter is obtained by the beam expander 208. Is then incident on the phase mask 209 and the relay lens 210.
  • the S-polarized component is reflected by the PBS prism 211 and enters the photodetector 225.
  • the intensity distribution correction element 227 is controlled based on the intensity distribution of the light beam detected by the photodetector 225. Note that the amount of light of the S-polarized component may be, for example, about 1% or less of the amount of signal light during recording.
  • the amount of light detected by the photodetector 225 during normal reproduction is about 0.1% of the reference light, and the reference light is about five times the signal light. This is because sufficient detection is possible even with light of about% intensity.
  • the present invention is not limited to this.
  • FIG. 8 shows an example of the intensity distribution correction element 227 as seen from the traveling direction of the light beam.
  • 227-a has a configuration similar to that of a spatial light modulator capable of changing the transmittance for each pixel, and can finely control two-dimensionally an arbitrary intensity distribution.
  • 227-b has a configuration in which regions where the transmittance can be changed concentrically are divided, and the intensity distribution of the Gaussian distribution can be corrected with a simple configuration as compared with 227-a.
  • both 227-a and 227-b are composed of liquid crystal elements and the transmittance can be controlled by changing the applied voltage, other materials such as electrochromic elements can be used as long as the same effect can be obtained. You may comprise using.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing the intensity distribution of the light beam detected by the photodetector 225 and the transmittance set in the intensity distribution correction element.
  • the amount of light detected in the x direction in FIG. 8 and the transmittance to be set are shown.
  • the position on the photodetector is x, and the amount of light detected at the position x is I (x).
  • the minimum light amount detected in the range of signal light used for recording is defined as Imin.
  • the transmittance at the position x on the intensity distribution correction element is L (x), and the maximum value of the transmittance is Lmax.
  • the beam diameter does not change between the photodetector and the intensity distribution correction element, but when a beam expander is arranged between the photodetector and the intensity distribution correction element and the beam diameter changes. May be used by converting the position so that the position on the detector can correspond to the position on the intensity distribution correction element.
  • the intensity distribution can be made uniform by similarly controlling the y direction.
  • the light amount and the transmittance are described as continuous values.
  • the detection resolution of the photodetector, the size of the pixel to be detected, the transmittance setting resolution of the intensity distribution correction element, and the region for setting the transmittance are actually discrete values, but L (x) may be controlled to be a value closest to Imin ⁇ Lmax / I (x).
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the operation of the intensity distribution correction process.
  • the polarization direction is controlled by the half-wave plate 226 so that the light quantity ratio of P-polarized light and S-polarized light becomes a desired ratio (901).
  • the transmittance of the intensity distribution correction element 227 is controlled to be constant (902).
  • the component that is S-polarized light is detected by the photodetector 225 (903).
  • the transmittance to be set in the intensity distribution correcting element 227 is calculated (904).
  • the intensity distribution correction element 227 is controlled so as to obtain the calculated transmittance (905).
  • the signal light is controlled to be P-polarized light by the half-wave plate 226 so that the signal light is transmitted through the PBS 211 so that all the signal light can be used for recording (906). ).
  • the above process may be executed as a learning process before recording or playback, or when a large temperature change occurs during recording or playback, recording or playback may be interrupted and executed again.
  • the half-wave plate 226 is always controlled so that a part of the signal light becomes S-polarized light, and it is monitored whether the intensity distribution is uniform. It is also possible to control again so as to be uniform. In this case, there is no need to change the beam ratio between 901 and 906.
  • FIG. 10 is a flowchart showing another example of the intensity distribution correction process.
  • the polarization direction is controlled by the half-wave plate 226 so that the light quantity ratio of P-polarized light and S-polarized light becomes a desired ratio (1001).
  • the transmittance of the intensity distribution correction element 227 is controlled to be constant (1002).
  • the S-polarized component is detected by the photodetector 225 (1003).
  • the transmittance to be set in the intensity distribution correcting element 227 is calculated (1004).
  • the intensity distribution correction element 227 is controlled so as to obtain the calculated transmittance (1005).
  • the intensity distribution of the signal light is detected again by the photodetector 225 (1006).
  • the signal light can be controlled to be P-polarized light by the half-wave plate 226, and the signal light can be transmitted through the PBS 211, so that all the signal light can be used for recording. Then, the process is terminated (1008). If the intensity distribution cannot be considered uniform, an error amount from the intensity distribution level to be set uniformly is calculated based on information detected by the photodetector, and set in the intensity distribution correction element 227 according to the error amount. The transmittance correction amount to be calculated is calculated (1009), and the transmittance setting process of the intensity distribution correction element 227 of 1005 is performed again. Compared with the method shown in FIG. 9, although the processing time is increased, it is possible to absorb a transmission setting error and obtain a more uniform intensity distribution.
  • the steps 1002 to 1004 may be omitted, and the transmittance of the intensity distribution correction element 227 may be set at 1005 based on the light quantity distribution predicted in advance.
  • the previous processing result may be stored and the information stored therein. Based on 1005, the transmittance of the intensity distribution correction element 227 may be set.
  • the configuration in which the intensity distribution is corrected by the intensity distribution correction element arranged separately from the spatial light modulator has been described.
  • the intensity distribution of the light beam is calculated by the spatial light modulator 212.
  • a configuration for correction is also possible.
  • the intensity distribution correction element 227 becomes unnecessary, but the intensity distribution correction of only the signal light is possible, and the reference light cannot be corrected.
  • a high-cost spatial light modulator that can change the transmittance at high speed is necessary. The cost of the optical modulator increases. Since the change in the intensity distribution of the light beam is slow, the intensity distribution correction element 227 can be composed of a slow modulator.
  • the costly spatial light modulator 212 for data modulation is low in cost as an element capable of modulating only a level corresponding to a binary value for binary recording and a multivalued value for multivalue recording.
  • the addition of the intensity distribution correction element 227 can reduce the total cost compared to the case where the spatial light modulator 212 for data modulation, which has a high cost, is provided with gradation.
  • the angle multiplexing method in the holographic memory has been described as an example.
  • the present invention can be similarly applied to a collinear method in which recording is performed with the signal light and the reference light being coaxial.
  • the light amount of the reference light at the time of reproduction may be made larger than the light amount of the reference light at the time of information recording. This is because no signal light is required at the time of reproduction, and the amount of light as signal light at the time of information recording can be added to the reference light. By increasing the amount of reference light during reproduction, it is possible to shorten the exposure time of reproduction and improve the transfer speed.
  • the present invention is not limited to this.
  • SYMBOLS 1 Optical information recording medium, 10 ... Optical information recording / reproducing apparatus, 11 ... Pickup, 12 ... Phase conjugate optical system, 13 ... Disc Cure optical system, 14 ... Optical system for detecting the disk rotation angle, 50 ... Rotation motor, 81 ... Access control circuit, 82 ... Light source driving circuit, 83 ... Servo signal generation circuit, 84 ... Servo control circuit, 85 ... Signal processing circuit, 86 ... Signal generation circuit, 87 ... Shutter control circuit, 88 ... Disc rotation motor control circuit, 89 ... Controller, 201 ... light source, 202 ... collimating lens, 203 ... shutter, 204 ...

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Abstract

　ホログラム記録媒体に情報を記録する、またはホログラム記録媒体から情報を再生する光情報記録再生装置において、光量の強度分布が均一でない光ビームを用いて記録再生を行った場合に、記録密度が低下するという課題があった。　光検出器により信号光の強度分布を検出し、検出した情報を基に強度分布補正素子によりレーザ光の強度分布を制御し、強度分布を制御したレーザ光をホログラム記録媒体に照射することにより情報を記録または再生する。

Description

光情報記録再生装置および光情報記録再生方法
　本発明は、記録媒体から情報を記録または再生する、装置及び方法に関する。
　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　Ｄｉｓｃ　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。さらに本公報には、信号光をレンズで集光してそのビームウエストに開口（空間フィルタ）を配することにより、隣接するホログラムの間隔を短くすることができ、従来の角度多重記録方式に比べて記録密度／容量を増大させる技術が記載されている。
　また、信号光の強度分布を補正する技術として、例えば特開２００７－２３４１１１号公報（特許文献２）がある。本公報には、空間光変調器が有する複数の画素の少なくとも一部の画素について、撮像素子によって検出された信号光の強度分布に基づいて当該画素に担持する情報の量を表す値を求め、空間光変調器を制御する技術が記載されている。
特開２００４－２７２２６８号公報 特開２００７－２３４１１１号公報
　ホログラフィックメモリにおいては多数のピクセルを並べたページと呼ばれる単位で記録再生が行われる。光量の強度分布が均一ではない光ビームを用いて記録した場合、各ピクセルの光量が均一ではなくなる。このため、各ピクセルに対応して形成されるホログラムの強度が均一ではなくなる。このように記録されたホログラムを再生した場合、再生されたページの各ピクセルに光量の偏りが発生するため、品質が均一とならない。一般的に再生されたページでは光量が大きいほど品質は良く、光量が小さいほど品質は悪い。ページ内で品質が均一ではない場合、ページ内の光量が小さい箇所の品質が確保できるようにする必要がある。例えば記録時の光照射時間を長くして品質を確保した場合、ページ内の光量が大きい箇所では必要以上に光が照射される。一般的な記録媒体であるフォトポリマーでは、モノマーが光量に応じてポリマー化することで記録が行われるが、必要以上に光が照射された場合、記録媒体のモノマーを浪費することとなる。記録媒体内のモノマー量には限りがあるため、結果的に、重ね書きできるページ数が低下することとなり、記録密度が低下する。すなわち、光量の強度分布が均一でない光ビームを用いて記録再生を行った場合に記録密度が低下するという課題があった。
　しかし、特許文献１は、信号光の強度分布を補正する技術であり、参照光については補正できないため、ページ内で品質が不均一となってしまう可能性がある。
　また、高速で記録を行うためには、高速に透過率を変化させることが可能なコストの高い空間光変調器が必要であり、さらに強度分布補正のための階調を持たせた場合、空間光変調器のコストが増加してしまう。
　そこで、本発明の目的は、光ビームの光量の強度分布を補正し、高密度の記録再生が可能な光情報記録再生装置を提供することである。
　上記課題は、例えば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、光ビームの光量の強度分布を補正し、高密度の記録再生が可能な光情報記録再生装置を実現できる。
光情報記録再生装置の光量の補正方法を表す概略図 光情報記録再生装置のブロック図を表す概略図 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の記録データと再生データを表す概略図 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強度分布補正素子の例を表す概略図 光情報記録再生装置の動作フローの例を表す概略図 光情報記録再生装置の動作フローの例を表す概略図
　以下、本発明の実施例について説明する。
　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、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、ディスクＣｕｒｅ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の位相共役光を位相共役光学系１２にて生成する。ここで位相共役光とは、入力光と同一の波面を保ちながら逆方向に進む光波のことである。位相共役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。
　ディスクＣｕｒｅ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、ディスクＣｕｒｅ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Ｃｕｒｅ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、ディスクＣｕｒｅ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、光ビームの光量の強度分布を補正可能な強度分布補正素子２２７を透過し、例えば２分の１波長板などで構成される光学素子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が制御された後、ＰＢＳ（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　Ｂｅａｍ　Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）プリズム２０５に入射する。
　光ビームのＰ偏光成分はＰＢＳプリズム２０５を透過し、信号光２０６として働き、２分の１波長板２２６を透過し、ビームエキスパンダ２０８によって光ビーム径が拡大された後、位相マスク２０９、リレーレンズ２１０、ＰＢＳプリズム２１１を透過して空間光変調器２１２に入射する。記録時には２分の１波長板２２６はＰ偏光をＰ偏光のまま透過させるように制御しておく。
　空間光変調器２１２によって情報が付加された信号光は、ＰＢＳプリズム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、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、ＰＢＳプリズム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、ミラー２１８を経由して、ガルバノミラー２１９に入射する。ガルバノミラー２１９はミラー２１９－ａとアクチュエータ２１９－ｂで構成され、アクチュエータ２１９－ｂによってミラー２１９－ａの角度を調整可能である。ガルバノミラー２１９で反射した参照光は、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。
　このように信号光と参照光とを光情報記録媒体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、ガルバノミラー２１９によって光情報記録媒体１に入射する参照光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。記録した情報を再生する場合は、前述したように参照光を光情報記録媒体１に入射し、光情報記録媒体１を透過した光ビームを、ガルバノミラー２２３にて反射させる。ガルバノミラー２２３はミラー２２３－ａとアクチュエータ２２３－ｂで構成され、アクチュエータ２２３－ｂによってミラー２２３－ａの角度を調整可能である。
　ガルバノミラー２２３にて反射された光によって再生された再生光は、対物レンズ２１５、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、再生光はＰＢＳプリズム２１１を透過して光検出器２２５に入射し、記録した信号を再生することができる。光検出器２２５としては、ＣＣＤもしくはＣＭＯＳに代表されるような撮像素子を用いて構成することができる。
　図５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５（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５（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５（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５（ａ）に示すように媒体を挿入すると（５０１）、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（５０２）。
　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（５０３）、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（５０４）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（５０５）。
　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５（ｂ）に示すように、まず記録するデータを受信して（５１１）、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、必要に応じて各種学習処理を事前に行い（５１２）、シーク動作（５１３）によりピックアップ１１ならびにディスクＣｕｒｅ光学系１３の位置を光情報記録媒体の所定の位置に配置する。
　その後、ディスクＣｕｒｅ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（５１４）、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（５１５）。
　データを記録した後は、必要に応じてデータをベリファイし（５１６）、ディスクＣｕｒｅ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（５１７）。
　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５（ｃ）に示すように、光情報記録媒体から高品質の情報を再生できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行う（５２１）。その後、シーク動作（５２２）によりピックアップ１１ならびに位相共役光学系１２の位置を光情報記録媒体の所定の位置に配置する。
　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す（５２３）。
　本発明は５１２の記録時の学習処理、５１５のデータ記録、５２１の再生時の学習処理、もしくは５２３のデータ再生において適用される。
　図６は記録データと再生データを表す概略図である。記録データ６０１は多数のＯｎピクセルとＯｆｆピクセルから構成されており、各ピクセルが情報をあらわしている。Ｏｎピクセルについてはページ内で均一な階調のデータを空間光変調器２１２に送信したとしても、光ビームが一例としてガウス分布の強度分布を持っていた場合には、再生データ６０２に示すように、ページデータの周辺に向かって光量が低下してしまう。一般的に光ビームはガウス分布の強度分布を持ち、また光学系の組み立て時のずれや温度変化、経年変化等の要因によりこの強度分布は変化する。ホログラフィックメモリにおいて、記録媒体を効率良く利用し、記録密度を高めるためには光量の強度分布を均一にする必要がある。
　図７は光情報記録再生装置１０におけるピックアップ１１において光ビームの強度分布を補正するための構成を示す概略図である。
　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を開いておくことで、光ビームはシャッタ２０３を通過し、強度分布補正素子２２７を透過し、光学素子２０４によってＰ偏光となるように偏光方向が制御された後、ＰＢＳプリズム２０５に入射する。
　ＰＢＳプリズム２０５を透過した光ビームは、２分の１波長板２２６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が制御された後、ビームエキスパンダ２０８によって光ビーム径が拡大された後、位相マスク２０９、リレーレンズ２１０に入射する。Ｓ偏光成分はＰＢＳプリズム２１１で反射して光検出器２２５に入射する。光検出器２２５により検出した光ビームの強度分布に基づき強度分布補正素子２２７を制御する。なお、Ｓ偏光成分の光量は、例えば、記録時の信号光の光量の１％程度以下でよい。通常の再生時に光検出器２２５で検出される光量は参照光の０．１％程度であり，参照光は信号光の５倍程度であることから，光検出器２２５は信号光の０．５％程度の強度の光でも十分に検出可能なためである。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
　図８は強度分布補正素子２２７の例を光ビームの進行方向から見て示したものである。２２７－ａは画素毎に透過率を変化させることが可能な空間光変調器と同様の構成であり、任意の強度分布に対して２次元的に細かな制御が可能となる。２２７－ｂは同心円状に透過率を変化させられる領域を区切った構成であり、２２７－ａと比較して簡素な構成でガウス分布の強度分布を補正することが可能となる。２２７－ａ、２２７－ｂともに液晶素子により構成し、印加する電圧を変化させることで透過率を制御することが可能であるが、同様の効果を奏することができれば、他の材料例えばエレクトロクロミック素子を用いて構成しても構わない。
　図１は光検出器２２５において検出した光ビームの強度分布と強度分布補正素子において設定する透過率とを表す概略図である。いずれも図８のx方向において検出した光量と、設定する透過率とを示すものとする。光検出器上の位置をx、位置xにおいて検出した光量をＩ（ｘ）とする。記録に利用する信号光の範囲で検出された最小の光量をＩｍｉｎとする。一方、強度分布補正素子上の位置ｘにおける透過率をＬ（ｘ）、透過率の最大値をＬｍａｘとする。強度分布を均一にするためにはＩ（ｘ）・Ｌ（ｘ）＝Ｉｍｉｎ・Ｌｍａｘで一定になるように、Ｌ（ｘ）を制御すれば良い。すなわちＬ（ｘ）＝Ｉｍｉｎ・Ｌｍａｘ／Ｉ（ｘ）と制御すれば良い。なお、ここではビーム径が光検出器と強度分布補正素子とで変わらないものとして考えたが、光検出器と強度分布補正素子との間にビームエキスパンダが配置され、ビーム径が変わる場合には、検出器上の位置と強度分布補正素子上の位置との対応が取れるように位置を変換して用いれば良い。
　また、図１ではｘ方向についてのみ考えたが、ｙ方向についても同様に制御することで、強度分布を均一にすることができる。また、図１では光量や透過率を連続的な値として記載したが、光検出器の検出分解能や検出するピクセルの大きさ、強度分布補正素子の透過率設定分解能や透過率を設定する領域の大きさにより、実際には光量や透過率は離散的な値となるが、Ｌ（ｘ）はＩｍｉｎ・Ｌｍａｘ／Ｉ（ｘ）に最も近い値となるように制御すれば良い。
　図９は強度分布補正処理の動作の一例を示すフロー図である。まず、２分の１波長板２２６により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する（９０１）。ここで全てをＳ偏光とすると、全ての光量が光検出器に入射することとなるが、光検出器のダイナミックレンジを超えてしまうため、一部がＳ偏光となるようにしている。強度分布補正素子２２７の透過率を一定になるように制御する（９０２）。信号光の強度分布の内、Ｓ偏光とした成分を光検出器２２５により検出する（９０３）。検出された強度分布に基づいて、強度分布補正素子２２７に設定すべき透過率を算出する（９０４）。算出された透過率となるように、強度分布補正素子２２７を制御する（９０５）。最後に２分の１波長板２２６により信号光がＰ偏光となるように制御することによって、信号光がＰＢＳ２１１を透過するようにして、信号光を全て記録に用いることができるようにする（９０６）。
　上記処理は記録前もしくは再生前の学習処理で実行しても良いし、記録や再生の途中に例えば温度変化が大きく発生した場合に記録や再生を中断して再度実行しても良い。
　また、記録動作中に、２分の１波長板２２６を常に信号光の一部がＳ偏光となるように制御しておき、強度分布が均一になっているかをモニタし、均一でない場合には均一となるように再度制御することも可能である。この場合には９０１と９０６のビーム比率を変更する処理は不要である。
　図１０は強度分布補正処理の別の一例を示すフロー図である。まず、２分の１波長板２２６により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する（１００１）。強度分布補正素子２２７の透過率を一定になるように制御する（１００２）。信号光の強度分布の内、Ｓ偏光とした成分を光検出器２２５により検出する（１００３）。検出された強度分布に基づいて、強度分布補正素子２２７に設定すべき透過率を算出する（１００４）。算出された透過率となるように、強度分布補正素子２２７を制御する（１００５）。光検出器２２５により再び信号光の強度分布を検出する（１００６）。検出した強度分布が均一であるか判断を行う（１００７）。強度分布が均一とみなせる場合は、２分の１波長板２２６により信号光がＰ偏光となるように制御し、信号光がＰＢＳ２１１を透過するようにして、信号光を全て記録に用いることができるようにし、処理を終了する（１００８）。強度分布が均一とみなせない場合は、光検出器で検出された情報を基に、均一に設定したい強度分布のレベルからの誤差量を算出し、誤差量に応じて強度分布補正素子２２７に設定する透過率の補正量を算出し（１００９）、再び１００５の強度分布補正素子２２７の透過率設定処理を行う。図９に示した方式と比較して、処理時間は増加するものの、透過率の設定誤差を吸収しより均一な強度分布にすることができる。
　なお、１００２～１００４の工程を省略し、予め予測した光量分布を基に１００５で強度分布補正素子２２７の透過率を設定しても構わないし、以前の処理結果を記憶しておき、その情報を基に１００５で強度分布補正素子２２７の透過率を設定しても構わない。
　以上では空間光変調器とは別途配置した強度分布補正素子によって強度分布を補正する構成について示したが、光検出器２２５で検出した情報を基に空間光変調器２１２で光ビームの強度分布を補正する構成も可能である。この場合、強度分布補正素子２２７が不要となる利点があるが、信号光のみの強度分布補正が可能であり、参照光については補正できない。また、高速で記録を行うためには、高速に透過率を変化させることが可能なコストの高い空間光変調器が必要であり、さらに強度分布補正のための階調を持たせた場合、空間光変調器のコストが増加する。光ビームの強度分布の変化は低速であるため、強度分布補正素子２２７は低速な変調器で構成可能である。このため、コストの高いデータ変調用の空間光変調器２１２は２値記録であれば２値、多値記録であれば多値に対応したレベルのみ変調可能な素子としてコストを抑え、コストの低い強度分布補正素子２２７を追加する方が、コストの高いデータ変調用の空間光変調器２１２で階調を持たせるよりもトータルコストを低減することができる。
　なお、以上ではホログラフィックメモリにおける角度多重方式を例として説明を行ったが、信号光と参照光を同軸にして記録を行うコリニア方式においても、同様に適用することが可能である。
　また、情報記録の際の参照光の光量よりも、再生の際の参照光の光量を大きくしてもよい。再生の際には信号光は不要であり、情報記録の際に信号光としていた分の光量を参照光に追加できるためである。再生の際の参照光の光量を大きくすることで、再生の露光時間を短くし、転送速度を向上させることが可能である。但し、本発明はこれに限定されるものではない。
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・・・位相共役光学系、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、
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・・フェーズ（位相）マスク、
２１０・・・リレーレンズ、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・・・ガルバノミラー、
２２１・・・レンズ、２２２・・・レンズ、２２３・・・ガルバノミラー、
２２５・・・光検出器、２２６・・・１／２波長板、
２２７・・・強度分布補正素子

Claims (6)

  1. 　ホログラム記録媒体に干渉パターンのページデータとして情報を記録する、または干渉パターンがページデータとして記録されているホログラム記録媒体から情報を再生する光情報記録再生装置であって、
    　レーザ光を出射するレーザ光源と、
    　前記レーザ光の強度分布を補正可能な強度分布補正素子と、
    　前記レーザ光を参照光と信号光に分離する光学素子と、
    　前記参照光により再生されたページデータと前記信号光の光量とを検出する光検出器と、を備え、
    　前記光検出器により前記信号光の強度分布を検出し、検出した情報を基に前記強度分布補正素子により前記レーザ光の強度分布を制御し、
    　前記制御したレーザ光をホログラム記録媒体に照射することにより情報を記録または再生することを特徴とする光情報記録再生装置。
  2. 　前記強度分布補正素子による前記レーザ光の強度分布の制御は、強度分布が略均一となるように制御することを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
  3. 　前記強度分布補正素子は透過率を可変な画素が２次元アレイ状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
  4. 　前記強度分布補正素子は透過率を可変な領域が同心円状に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
  5. 　前記強度分布補正素子は、液晶素子、またはエレクトロクロミック素子であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
  6. 　信号光と参照光とを用いたホログラフィを利用して、光情報記録媒体に情報を記録および再生する光情報記録再生方法において、
    　レーザ光の強度分布を検出する工程と、
    　検出した強度分布に基づいて前記レーザ光の強度分布を補正する工程と、
    　強度分布を補正したレーザ光を前記光情報記録媒体に照射することにより情報を記録再生する工程を含むことを特徴とする光情報記録再生方法。
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