JP2000081829A

JP2000081829A - 光記録方法、光記録装置、光再生方法、光再生装置および光記録媒体

Info

Publication number: JP2000081829A
Application number: JP10248958A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ishii; 努石井; Katsunori Kono; 克典河野
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1998-09-03
Filing date: 1998-09-03
Publication date: 2000-03-21

Abstract

(57)【要約】【課題】難しい制御を必要とすることなく、データ情報
を高密度かつ高速に、しかも高ＳＮ比で記録再生できる
とともに、装置の低コスト化を実現できるようにする。【解決手段】記録時、シャッタ２５を開けてビームス
プリッタ２４を透過した光を偏光回転素子２６に入射さ
せ、多値情報に応じて偏光回転素子２６を透過する光の
偏光角を変調して、偏光回転素子２６を透過した光を信
号光１として光記録媒体１０に照射する。同時に、ビー
ムスプリッタ２４で反射した光を参照光２として光記録
媒体１０の信号光１が照射される領域に照射する。これ
によって光記録媒体１０中に信号光１の偏光角をホログ
ラムとして記録する。再生時には、シャッタ２５を閉じ
て信号光１を遮断し、記録時の参照光２と同じ光を読み
出し光として光記録媒体１０に照射する。読み出し光２
は光記録媒体１０に記録されたホログラムによって回折
され、その回折光３は信号光１の偏光角を保存したもの
となる。その回折光３を偏光板５２に入射させ、偏光板
５２を透過した回折光４の強度を光検出器５３で検出す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、データ情報を光
記録媒体に記録し、光記録媒体から再生する方法および
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】相変化型や光磁気型など、書き換え可能
な光ディスクは、すでに広く普及している。これらの光
ディスクは、一般の磁気ディスクに比べれば、記録密度
が高いが、さらに記録密度を高めるためには、ビームス
ポット径を小さくして、隣接トラックまたは隣接ビット
との距離を短くするなどの必要がある。

【０００３】このような技術の開発によって実用化され
たものに、ＤＶＤがある。読み出し専用のＤＶＤ−ＲＯ
Ｍは、直径１２ｃｍのディスクに片面で４．７ＧＢｙｔ
ｅのデータを記録することができる。また、書き込み・
消去が可能なＤＶＤ−ＲＡＭは、相変化方式によって、
直径１２ｃｍのディスクに両面で５．２ＧＢｙｔｅの高
密度記録が可能である。

【０００４】このように光ディスクの高密度化は年々進
んでいるが、一方で、上記の光ディスクは面内にデータ
を記録するため、その記録密度は光の回折限界に制限さ
れ、高密度記録の物理的限界と言われる５Ｇｂｉｔ／ｉ
ｎｃｈ^２に近づいている。したがって、更なる大容量化
のためには、奥行き方向を含めた３次元（体積型）記録
が必要となる。

【０００５】そこで、次世代のコンピュータファイルメ
モリとして、３次元的記録領域に由来する大容量性と２
次元一括記録再生方式に由来する高速性とを兼ね備えた
ホログラムメモリが注目されている。ホログラムメモリ
では、同一体積内に多重させて複数のデータページを記
録することができ、かつ各ページごとにデータを一括し
て読み出すことができる。アナログ画像ではなく、二値
のデジタルデータ「０，１」を「明、暗」としてデジタ
ル画像化し、ホログラムとして記録再生することによっ
て、デジタルデータの記録再生も可能となる。最近で
は、このデジタルホログラムメモリシステムの具体的な
光学系や、体積多重記録方式に基づくＳＮ比やビット誤
り率の評価、または２次元符号化についての提案がなさ
れ、光学系の収差の影響など、より光学的な観点からの
研究も進展している。

【０００６】図５に、文献「Ｄ．Ｐｓａｌｔｉｓ，Ｍ．
Ｌｅｖｅｎｅ，Ａ．Ｐｕ，Ｇ．Ｂａｒｂａｓｔａｔｈｉ
ｓａｎｄＫ．Ｃｕｒｔｉｓ；ＯＰＴＩＣＳＬＥＴ
ＴＥＲＳＶｏｌ．２０，Ｎｏ．７（１９９５）ｐ７８
２」に示された、体積多重記録方式の一例であるシフト
多重記録方式を示す。

【０００７】シフト多重記録方式では、信号光３１と同
時にホログラム記録媒体３５に照射する参照光３２とし
て球面波を用いるとともに、ホログラム記録媒体３５を
ディスク形状とし、ディスク３５の回転によって同じ領
域に複数のホログラムを重ね書きする。例えば、ビーム
径を１．５ｍｍφとすると、ディスク３５を数十μｍ移
動させるだけで、ほぼ同じ領域に別のホログラムを、ク
ロストークを生じることなく記録することができる。こ
れは、参照光３２が球面波であるため、ディスク３５の
移動によって参照光３２の角度が変化したのと等価にな
ることを利用したものである。

【０００８】この球面参照波シフト多重記録の移動距
離、すなわち互いのホログラムを独立に分離できる距離
δは、上記文献にも示されているように、 δspherical ＝δBragg ＋δNA ≒（λｚｏ／Ｌｔａｎθｓ）＋λ／２（ＮＡ） …（１）で表される。ここで、λは信号光の波長、ｚｏは球面参
照波を形成する対物レンズと記録媒体との距離、Ｌは記
録媒体の膜厚、θｓは信号光と球面参照波の交差角、Ｎ
Ａは上記対物レンズの開口数である。

【０００９】この式（１）から、記録媒体の膜厚Ｌが大
きいほど、シフト量δが小さくなって、多重度を増すこ
とができ、記録容量を増大させることができる。さら
に、シフト多重記録方式で、より効果的に記録容量の増
大を図るには、記録領域を微小化すればよい。微小領域
に多重記録することによって、より高密度の体積多重記
録を実現することができる。

【００１０】上記の目的のために、ホログラムメモリシ
ステムでは、信号光をレンズによってフーリエ変換して
記録媒体に照射する。これによって、信号光の画像が細
かいピッチ（高い空間周波数）を有する場合、記録媒体
面で信号光はフランフォーファ回折し、その回折像の広
がりζは、 ζ＝ｋλｆωｘ …（２）で表される。ここで、ｋは比例定数、λは信号光の波
長、ｆはフーリエ変換用のレンズの焦点距離、ωｘは信
号光の空間周波数である。

【００１１】デジタルデータを高密度に記録するには、
データ画像の一画素の面積を小さくして、１ページ内
に、より多くのビットデータを詰め込むことが望まれ
る。これによって、高密度の記録に加えて、高速の記録
再生を実現することができる。

【００１２】しかし、一画素の面積を小さくすると、光
記録媒体上で、信号光のデータ画像のフーリエ変換像
が、式（２）に従って広がってしまう。これは、信号光
のデータ画像が細かくなると、空間周波数ωｘが大きく
なることによる。

【００１３】これを回避する方法としては、信号光の波
長λを小さくする方法、または焦点距離ｆの短いレンズ
を用いて信号光のフーリエ変換像を形成する方法などが
考えられる。しかしながら、光源の波長λを短くし、ま
たはレンズの焦点距離ｆを短くすることには、限界があ
る。また、原理的にはフーリエ変換像は、その焦点面で
無限の広がりを有するため、記録領域の微小化は難しい
のが現状である。

【００１４】そこで、記録媒体の前方にアパーチャーを
配することによって、記録領域を微小化することが考え
られている。例えば、特開昭５５−４１４８０号には、
図６に示すように、中心に向かうに従って光の透過率が
緩やかに増加する円形アパーチャー３８を有するアパー
チャーボード３９を、記録媒体の前方に配置することに
よって、信号光および参照光の無用な広がりを制限し、
記録領域を微小化することが示されている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この方法で
も、高密度化によりフーリエ変換像が大きくなれば、ア
パーチャー径を大きくせざるを得ず、実際上は十分な高
密度化を期待することはできない。

【００１６】さらに、デジタルホログラムメモリシステ
ムでは、記録時のデータ入力には２次元の空間光変調器
を用い、再生時のデータ検出には２次元の光検出器アレ
イを用いるので、装置のコストが高くなるという問題が
ある。

【００１７】この問題を解決する方法として、他のメモ
リ技術でも考えられている多値化の工夫がある。例え
ば、特開平２−１８０１１６号には、信号光の光路にシ
ャッタアレーを配置して、多値情報に応じて強度（濃
度）変調された信号光を形成し、これをホログラムとし
て記録する方法が示されている。

【００１８】しかし、ホログラムでは、記録光の強度が
変わると、記録のための露光条件が変化し、再生時の回
折効率が変化するので、上記の方法は、記録時の露光制
御が難しくなるという欠点がある。また、強度の変調に
よって記録強度を小さくすると、記録媒体でのノイズや
多重化による信号強度の変動などによって、強度の小さ
い信号を高ＳＮ比で再生するのが難しくなるという問題
もある。

【００１９】そこで、この発明は、データ情報を光記録
媒体に記録し、光記録媒体から再生する方法において、
難しい制御を必要とすることなく、データ情報を高密度
かつ高速に、しかも高ＳＮ比で記録再生することができ
るとともに、装置の低コスト化を実現することができる
ようにしたものである。

【００２０】

【課題を解決するための手段】この発明の光記録方法で
は、偏光回転素子によって、偏光角の違いにより多値情
報を保持する信号光を形成し、その信号光と参照光を同
時に光記録媒体に照射することによって、その光記録媒
体中に前記信号光の偏光角をホログラムとして記録す
る。

【００２１】この発明の光再生方法では、偏光角の違い
により多値情報を保持する信号光が、参照光によりホロ
グラムとして記録されている光記録媒体に、読み出し光
を照射して、前記ホログラムからの回折光の偏光角によ
って前記多値情報を読み出す。

【００２２】

【作用】光誘起複屈折性（光誘起異方性、光誘起２色
性）を示す材料は、これに入射する光の偏光状態に感応
し、入射光の偏光角（偏光方向）を記録することができ
る。例えば、側鎖に光異性化する基を有する高分子また
は高分子液晶、または光異性化する分子を分散させた高
分子は、直線偏光を照射すると、光異性化が誘起され
て、直線偏光の方向に応じて屈折率の異方性を生じ、偏
光方向を記録し、保存することができる。このとき、同
時に参照光を照射すれば、信号光の偏光角をホログラム
として記録することができる。

【００２３】この点に着目して、上述したように、この
発明の光記録方法では、偏光回転素子によって、偏光角
の違いにより多値情報を保持する信号光を形成し、その
信号光と参照光を同時に光記録媒体に照射することによ
って、光記録媒体中に信号光の偏光角をホログラムとし
て記録し、この発明の光再生方法では、このように偏光
角の違いにより多値情報を保持する信号光がホログラム
として記録されている光記録媒体に読み出し光を照射し
て、ホログラムからの回折光の偏光角によって多値情報
を読み出す。

【００２４】したがって、この発明によれば、多値情報
を光記録媒体に記録し、光記録媒体から再生することが
できる。

【００２５】しかも、信号光の強度を変調するのではな
く、多値情報に応じて信号光の偏光角を変調するので、
多値情報の階調（値）にかかわらず、信号光の強度を一
定の強いものとすることができ、多値情報を高ＳＮ比で
記録することができるとともに、強度を変調する場合の
ような難しい制御を必要としない。また、再生時のホロ
グラム回折光の強度も、多値情報の階調にかかわらず一
定となるので、多値情報の階調にかかわらず、多値情報
を高ＳＮ比で再生することができる。

【００２６】さらに、ＣＤプレーヤーなどに用いられる
集光光学系により信号光を集光することによって、記録
領域をμｍオーダーに微小化することができるととも
に、ホログラムの利点として、角度多重記録やシフト多
重記録などの多重記録方式と組み合わせることができる
ので、高密度の記録が可能となる。また、情報を多値化
するので、高速転送が可能となる。

【００２７】さらに、記録時には、透過光の偏光角を回
転させることができる偏光回転素子によって、多値情報
に応じて信号光の偏光角を変調するので、２次元素子で
ある空間光変調器を必要としない。再生時にも、ホログ
ラム回折光を偏光板などを透過させて、回折光の偏光角
の違いを強度の違いに変換し、その強度を光検出器で検
出することによって、多値情報を再生することができる
ので、２次元の光検出器アレイのような２次元素子を必
要としない。したがって、装置の低コスト化を実現する
ことができる。

【００２８】

【発明の実施の形態】図１は、この発明の光記録方法に
用いる光記録媒体の一例を示し、ガラス基板などの透明
基板１１の一面側に偏光感応層１２を形成したものであ
る。記録時の信号光および参照光、および再生時の読み
出し光は、偏光感応層１２側に照射する。

【００２９】偏光感応層１２は、光誘起複屈折性を示
し、偏光情報をホログラムとして記録できる材料であれ
ば、どのようなものでもよいが、好ましい例として、側
鎖に光異性化する基を有する高分子または高分子液晶、
または光異性化する分子を分散させた高分子を用いるこ
とができる。また、その光異性化する基または分子とし
ては、例えば、アゾベンゼン骨格を含むものが好適であ
る。

【００３０】偏光感応層１２の好ましい例の一つとし
て、図２に示す化学式で表される、側鎖にシアノアゾベ
ンゼンを有するポリエステルを用いることができる。こ
の材料は、特願平１０−３２８３４号に詳細に記載され
ているように、側鎖のシアノアゾベンゼンの光異性化に
よる光誘起異性性によって、偏光情報を有するホログラ
ムの記録、再生、消去が可能である。また、記録された
ホログラムは、室温自然光のもとで数年以上、緩和なく
記録が保持される。

【００３１】ホログラムを体積的（３次元）に記録する
には、偏光感応層１２の厚みは、少なくとも１０μｍ程
度必要であり、厚みを大きくするほど、記憶容量を大き
くすることができる。なお、光記録媒体１０全体を光誘
起複屈折性を示す偏光感応層として形成することもでき
る。

【００３２】図３は、この発明の光記録方法ないし装置
および光再生方法ないし装置の一実施形態を示す。

【００３３】記録再生ヘッド２０の光源２１としては、
光記録媒体１０の偏光感応層に感度のあるコヒーレント
光を発するものを用いる。例えば、偏光感応層として、
図２に示した側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエ
ステルを用いる場合には、これに感度のある波長５１５
ｎｍのアルゴンレーザを用いる。

【００３４】この光源２１からの光を、空間フィルタ２
２を通過させて波面の乱れを除去した後、レンズ２３に
よって平行光とし、さらにビームスプリッタ２４によっ
て２光束に分割する。

【００３５】そして、記録時には、シャッタ２５を開け
て、ビームスプリッタ２４を透過した光を偏光回転素子
２６に入射させ、図では省略した制御回路から転送する
多値情報に応じて偏光回転素子２６を制御して、偏光回
転素子２６を透過する光の偏光角を変調する。このよう
に透過光の偏光角を回転させることができる偏光回転素
子２６としては、液晶バルブ、ポッケルス素子、ファラ
デー素子などを用いることができる。

【００３６】このように偏光回転素子２６を透過するこ
とによって、多値情報に応じて偏光角が変調された光
を、信号光１として、レンズ２７によって集光して、光
記録媒体１０の偏光感応層に照射する。

【００３７】同時に、ビームスプリッタ２４で反射した
光を、参照光２として、ミラー２８ａで反射させ、レン
ズ２９によって集光し、ミラー２８ｂで反射させて、光
記録媒体１０の信号光１が照射される領域に照射する。
これによって、光記録媒体１０の偏光感応層中に、信号
光１の偏光角がホログラムとして記録される。

【００３８】再生時には、シャッタ２５を閉じて信号光
１を遮断し、記録時の参照光２と同じ光を読み出し光と
して、光記録媒体１０のホログラムが記録された領域に
照射する。照射された読み出し光２は、光記録媒体１０
に記録されたホログラムによって回折され、その回折光
３は、ホログラムとして記録された信号光１の偏光角を
保存したものとなる。

【００３９】その回折光３を、レンズ５１によって平行
光にして偏光板５２に入射させ、偏光板５２を透過した
回折光４の強度を、光検出器５３によって検出する。

【００４０】偏光板５２を透過する前の回折光３の偏光
角は、ホログラムとして記録された信号光１の偏光角に
応じたものとなるので、偏光板５２を透過した後の回折
光４の強度は、記録された信号光１の偏光角に応じて変
化する。したがって、偏光板５２を透過した回折光４の
強度を光検出器５３で検出することによって、記録され
た多値情報を再生することができる。

【００４１】上述した方法ないし装置で、実際に多値情
報の記録再生を試みた。光記録媒体１０としては、偏光
感応層として側鎖にシアノアゾベンゼンを有するポリエ
ステルを形成したものを用い、光源２１としては、上述
した波長５１５ｎｍのアルゴンレーザを用いた。

【００４２】その結果を図４に示す。これは、偏光回転
素子２６によって信号光１の偏光角を０度から９０度ま
で１０度間隔で変化させ、偏光板５２を９０度の偏光角
の光を透過させるように設定して、測定した結果であ
る。

【００４３】この設定での理論的な記録再生特性は、入
力角度（信号光１の偏光角）に対する光検出器５３の検
出強度の関係がコサイン関数になるが、実際の結果も、
ほぼその通りとなり、多値情報を偏光角の違いによって
記録再生できることを確認した。これは、上述したよう
に、多値情報の階調にかかわらず、信号光１を一定の強
い強度で記録再生できることによるものである。

【００４４】図４に示した特性は、直線性が悪い。そこ
で、線形の記録再生特性になるとともに、偏光回転素子
２６では透過光の偏光角を最小で約１度変化させ、光検
出器５３もＳＮ比が高くなる強度の強い側で約１％の強
度変化を検出するように、偏光回転素子２６および光検
出器５３に十分なノイズマージンを設定した状態で、記
録再生を行ったところ、６４階調の記録再生ができた。
これは、かなり大きいノイズマージンを設定した結果で
あり、最適化によって、より多数の階調の記録再生を実
現できると考えられる。

【００４５】図３の実施形態では、光記録媒体１０をデ
ィスク形状にして、モータ４０により光記録媒体１０を
回転させることによって、光記録媒体１０の周方向に場
所を変えて複数のホログラムを記録することができる。
この場合、参照光２として球面波を用いれば、シフト多
重記録を行うことができる。また、ヘッド移動機構６０
により記録再生ヘッド２０全体を光記録媒体１０の径方
向に移動させることによって、光記録媒体１０中に同心
円状の記録トラックを形成するようにホログラムを記録
することができる。

【００４６】図３の実施形態は、一つの装置で記録と再
生を行えるようにした場合であるが、記録専用または再
生専用の装置とすることもできる。記録専用の装置で
は、レンズ５１、偏光板５２および光検出器５３は不要
であり、これらを除外することによって、記録ヘッドの
小型軽量化および記録装置の低コスト化を実現すること
ができる。再生専用の装置では、シャッタ２５、偏光回
転素子２６およびレンズ２７、さらに構成によってはビ
ームスプリッタ２４は不要であり、これらを除外するこ
とによって、再生ヘッドの小型軽量化および再生装置の
低コスト化を実現することができる。

【００４７】

【発明の効果】上述したように、この発明によれば、難
しい制御を必要とすることなく、データ情報を高密度か
つ高速に、しかも高ＳＮ比で記録再生することができ
る。二値情報を記録再生する場合と比べると、この発明
によれば、少なくとも１桁程度高い高密度化および高速
化を実現することができる。さらに、シフト多重記録、
角度多重記録、波長多重記録などの多重記録方式と組み
合わせることによって、より大容量のメモリシステムを
実現することができる。

【００４８】また、この発明によれば、２次元の空間光
変調器や光検出器アレイなどの２次元素子を必要としな
いので、装置の低コスト化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の光記録方法に用いる光記録媒体の一
例を示す図である。

【図２】光記録媒体の偏光感応層の材料の一例の化学式
を示す図である。

【図３】この発明の光記録方法ないし装置および光再生
方法ないし装置の一実施形態を示す図である。

【図４】実際に多値情報を記録再生したときの結果を示
す図である。

【図５】シフト多重記録方式を説明するための図であ
る。

【図６】従来の光記録方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１…信号光２…参照光、読み出し光３，４…回折光１０…光記録媒体１２…偏光感応層２０…記録再生ヘッド２１…光源２４…ビームスプリッタ２５…シャッタ２６…偏光回転素子５２…偏光板５３…光検出器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】偏光回転素子によって、偏光角の違いによ
り多値情報を保持する信号光を形成し、その信号光と参
照光を同時に光記録媒体に照射することによって、その
光記録媒体中に前記信号光の偏光角をホログラムとして
記録する光記録方法。
【請求項２】請求項１の光記録方法において、前記光記録媒体をディスク形状とし、その光記録媒体を
回転させるとともに、前記偏光回転素子を含む記録ヘッ
ドを、その光記録媒体の径方向に移動させる光記録方
法。
【請求項３】コヒーレント光を発する光源と、多値情報に応じて前記光源からの光の偏光角を変調し
て、偏光角の違いにより多値情報を保持する信号光を形
成する偏光回転素子と、前記信号光を集光して光記録媒体に照射する結像光学系
と、前記光源からの光から、前記光記録媒体に照射する参照
光を形成する参照光光学系と、を備える光記録装置。
【請求項４】請求項３の光記録装置において、前記光記録媒体がディスク形状であり、当該光記録装置
が、その光記録媒体を回転させる媒体駆動機構と、前記
光源、偏光回転素子、結像光学系および参照光光学系を
含む記録ヘッドを前記光記録媒体の径方向に移動させる
ヘッド移動機構とを備える光記録装置。
【請求項５】偏光角の違いにより多値情報を保持する信
号光が、参照光によりホログラムとして記録されている
光記録媒体。
【請求項６】偏光角の違いにより多値情報を保持する信
号光が、参照光によりホログラムとして記録されている
光記録媒体に、読み出し光を照射して、前記ホログラム
からの回折光の偏光角によって前記多値情報を読み出す
光再生方法。
【請求項７】請求項６の光再生方法において、前記ホログラムからの回折光の偏光角を光強度として検
出することによって、前記多値情報を読み出す光再生方
法。
【請求項８】請求項６または７の光再生方法において、前記光記録媒体がディスク形状であり、その光記録媒体
を回転させるとともに、前記読み出し光の光学系を含む
再生ヘッドを、その光記録媒体の径方向に移動させる光
再生方法。
【請求項９】コヒーレント光を発する光源と、この光源からの光から、偏光角の違いにより多値情報を
保持する信号光が、参照光によりホログラムとして記録
されている光記録媒体に照射する読み出し光を形成する
読み出し光光学系と、前記ホログラムからの回折光の偏光角を光強度として検
出する偏光板および光検出器と、を備える光再生装置。
【請求項１０】請求項９の光再生装置において、前記光記録媒体がディスク形状であり、当該光再生装置
が、その光記録媒体を回転させる媒体駆動機構と、前記
光源、読み出し光光学系、偏光板および光検出器を含む
再生ヘッドを前記光記録媒体の径方向に移動させるヘッ
ド移動機構とを備える光再生装置。