专利名称：光信息再生装置、光信息记录装置以及信息记录方法
技术领域：
本发明涉及光盘装置的记录容量的大容量化、传送率的高速化。
背景技术：
光盘发展到了已经对蓝色激光二极管、使用高NA物镜的蓝光光盘进行了产品化的阶段，光学系统的分辨率几乎达到了极限。作为同时实现更大容量以及数据传送率的高速化的方法，存在有多等级记录(multi-level recording)的方法。作为与多层记录有关的技术，例如在专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5、专利文献6、专利文献7等中进行了叙述。在专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5中，通过提供针对向记录介质照射的记录光的功率、记录标记的反射率连续变化的介质，就能够进行多值等级的记录。在专利文献6中，提供通过对预定单元内的记录标记的长度和位置进行调制、基于反射光量分布的图形进行多级记录的方式。另一方面，在专利文献7中，在记录页数据的全息存储器中，通过对信息光的相位进行多级记录，来实现记录容量的增大。使用图25说明其概要。首先，在记录数据时，通过空间光调制器2502对从光源2501出射的激光进行调制，使其入射到记录介质2503，由此来记录信息。在此，空间光调制器2502如图沈(a)所示，由多个像素构成，针对通过其中心部分的光对各个像素进行光相位调制，使其成为信息光。(图中白色部分表示相位0，灰色部分表示与颜色的浓度对应的光相位调制，黑色部分表示透过率0)。对于通过周边部分的光则不进行调制或者进行适当的光相位调制，使其成为参照光。此时，在记录介质2503 上记录信息光与参照光的干涉图案。然后，在再生时，在空间光调制器2502中，如图26(b) 所示，在空间光的中心部分不进行调制而作为DC光，关于周边部分执行与记录时相同的调制，使通过了各个部分的激光照射在记录介质上。于是，由于照射参照光，生成信息光，由图像传感器2504检测DC光与此重叠状态的光。此时，检测出的光是信息光与DC光产生干涉后的光，信息光的各像素受到与各自的相位对应的强度调制并被检测。进而，由空间光调制器2502使上述DC光的相位一样地变化、进行同样的测定。于是，因为与信息光的各像素中的DC光的相位关系变化，所以由图像传感器检测出不同的强度图案的光。如此，根据得到使DC光的相位为0、π/2、π、3 π/2这四种状态下的图像传感器2504的输出，就能够得到信息光的各像素的相位值。此外，在专利文献7中，与空间光调制一起进行强度调制，进一步提高多值度。此外，在专利文献9中，在记录页数据的全息存储器中，使用偏振感应性的介质， 由此实现使用了光的偏振状态的多级记录和多重记录。使用图27说明其概要。首先，说明多级记录的情况。在记录时，由无偏振分束器2701把从光源出射的光分支为信号光和参照光，信号光通过空间光调制器2502，针对调制器的每个像素使其成为预定的直线偏振光，照射在记录介质上。参照光不进行调制，在直线偏振状态下以照射在与信号光相同的部位的方式照射在记录介质2503上。然后，在再生时，在与记录时相同的偏振状态下仅向记录介质2503照射参照光。于是，从记录介质出射具有与记录时的信号光相同的偏振状态的光。 由偏振分束器2702分离该光，分别由CXD照相机2703、2704检测。因为各个CXD照相机 2703、2704输出与每个像素的偏振状态中的各个ρ偏振成分和s偏振成分的大小对应的值， 所以针对每个像素根据它们的大小的比来推定偏振状态。因此，在记录时如果多级地调制直线偏振状态，则针对每个像素得到与它们相对应的多级的输出，所以能够进行多值信息的记录/再生。然后，说明多重记录。在为多重记录时，在图27中在空间光调制器2502中进行与目前相同的强度调制，信号光、参照光的偏振状态在光束面内保持恒定(例如。信号光为P偏振光、参照光为s偏振光)照射记录介质2503，来进行全息记录。然后，使用未图示的λ/2等使信号光的偏振光改变90度(即成为s偏振光)，由空间光调制器进行不同的数据调制，在同一部位再一次进行全息记录。然后，在再生时，在与记录时相同的偏振状态下只照射参照光。于是，从记录介质出射信号光为P偏振光时的状态与为s偏振光时的状态重合的光。因此，由偏振分束器2702将该光分离为ρ偏振光和s偏振光，CXD照相机分别检测在各偏振光状态下进行了记录时的数据。即，使用s偏振光状态和ρ偏振光状态，实现多重记录/再生。另一方面，作为提高记录容量的其他途径，研究了与通常的CD或DVD光盘相同，在记录介质上进行聚光直到衍射极限附近为止，在同一部位会聚相向的两条光，由此来记录焦点附近的两个光的干涉条纹(驻波)的方法。(例如参照非专利文献1、专利文献8)在该方式中，面记录密度与现有的光盘为相同的程度，另一方面，记录层的多层化容易，能够进行多重记录，容易实现大容量化，并且，虽然是记录干涉的方式，但并不像页数据全息图那样要求严苛的公差，具有安装容易的优点。专利文献1日本特开2001-184649号公报(对应EP1235210Α)专利文献2日本特开昭58_215735号公报(对应GB2122408A)专利文献3日本特开平2-064932号公报专利文献4日本特许第3559590号专利文献5日本特开昭61-2118 号公报(对应USP4711815)专利文献6日本特许第3O338M号(对应USP55552321)专利文献7日本特开2008-310924号公报(对应US 2008/0310281)专利文献8日本特开2007_220206号公报(对应EPl986I87A)专利文献9日本特许第4104718号^ M JC M lR.R.Mcleod et al. , "Microholographic multilayer opticaldisk data storage, "Appl.Opt. , Vol.44,2005, pp. 3197在上述专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5中，根据反射光量等级的大小判断多级，但是如图观那样，像通常的光盘那样与用二值等级进行记录再生时相比，应判别的等级的差接近，实质上成为与信号等级降低的情况相同的状况。即，与多值度(多值等级的数量)成比例，信号的信噪比降低，所以存在大幅度的多值化在实际上很困难这样本质的问题。在专利文献6中也使用多个检测器检测信号光，每个检测器的光量降低，与上述相同，由于信噪比不足难以大幅度增加多值度。进而，因为需要多个检测器和与它们的输出相对的复杂的信号处理，所以担心装置复杂，成本高。此外，在专利文献7中，为了读出记录的相位信息，需要对一个记录部位进行四次读出。进而，在每次读出时需要改变DC光的相位，该相位的切换也需要光相位调制器的响应速度程度的时间，所以实际的数据读出速度(与现有的进行强度调制的情况相比)大幅降低。进而，在四次读出期间光源的功率或与其相伴的记录介质中的散射光摆动，所以用于推定相位值的四次读出的值分别包含随机误差。由此推定的相位值摆动。同样地，检测器的噪音也成为相位值摆动的原因。如果检测到的光强度等级足够大，则该检测器引起的相位摆动不会成为问题。如果上述DC光的强度足够大，则能够得到足够光强度等级，但是实际上由于检测器的饱和能够输入的光量存在限制，所以有可能无法得到足够的光强度等级。由于以上的理由，在专利文献7记载的方法中，产生相位的摆动，所以实质上难以大幅度增加相位的多值度。此外，在专利文献9的方法中的基于偏振状态的多级记录/再生时，作为再生方法需要对P偏振光成分和S偏振光成分的输出进行合成，为了取得由两个CCD照相机检测到的像素信息的对应，需要极其精密地进行2个CCD照相机的位置匹配，存在安装非常困难的问题。此外，因为在本方法中无法得到再生的光的P偏振光和s偏振光的相位差的信息，所以例如无法区分士45度偏振光。因此，偏振光的调制范围被限制在直线偏振光的0度(ρ 偏振光)至90度(s偏振光)的范围。因此，由于与专利文献1等相同的理由，当提高多值度时信噪比不足，所以存在难以大幅度的多值化的问题。此外，在偏振光的多值调制中一般使用基于液晶元件的空间光调制器，但是因为针对驱动电压的响应不是线性，所以精度良好地进行多值调制会带来多值度的增加，所以是困难的。此外，对于多个像素需要单个地进行调制，所以调制器的尺寸、成本升高。在专利文献9的方法中的基于偏振状态的多重记录/再生时，与多级记录相同地具有增大记录容量的优点，但是需要依次进行各偏振状态的记录，所以存在与记录容量的增大成比例地、数据的记录时间增大的问题。此外，专利文献7、专利文献9的方法基本上是页数据全息图，所以光源的波长、向记录介质的入射角度等的装置调整公差严格，蕴含难以实现的本质问题。此外，在专利文献8、非专利文献1的方法中，大容量化容易，另一方面，面记录密度没有超过现有技术，所以存在数据传送率难以提高的课题。此外，一般这些方法中的信号光的强度弱，与专利文献1等相同，在用多值等级进行记录再生时实质上信号等级降低，所以信噪比显著不足。因此，实质上难以进行多值等级方式的记录再生。
发明内容
本发明鉴于上述课题，第一目的是提供一种能够从高记录密度的光信息介质进行高速再生的光信息再生装置。此外，本发明的第二目的是提供一种兼顾高记录密度和高速的记录速度的光信息记录装置。为了达成本发明的第一目的使用以下的单元。(1)对于由记录介质生成的再生光的相互垂直的各个偏振光成分，使所述各个偏振光成分与从光源生成的再生参照光干涉，对于所述各个偏振光成分同时生成干涉相位相互不同的三个以上的干涉光，由检测器检测这些干涉光，根据所述检测器的输出，对再生光中包含的记录信息进行解调。
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由此，例如因为能够区别士45°的直线偏振光，所以与现有方法相比能够识别多值度高的偏振调制。进而，通过与高强度的再生参照光进行干涉，还能够同时进行信号振幅的放大，能够避免提高多值度时成为问题的信噪比的降低，即使是多值度高的再生信号，也能够以足够的信噪比再生信号。(2)并且，设为输出再生光的偏振角作为(1)中的信号处理。由此，调制后的偏振角和输出信号成为线性关系，所以能够精度良好地识别偏振角。(3)并且，输出再生光的偏振角，并且还输出再生光的强度或对于再生参照光的相位的至少一方作为( 信号处理。由此，能够识别多值度较高的调制信号。此外，相位的输出没有受到作为再生光的强度摆动的激光噪音或盘噪音影响，尤其能够提高相位的多值调制的识别的精度。(4)作为其他的方法，(1)中的信号处理对于所述再生光的垂直的所述各个偏振光成分，输出强度或对于再生参照光的相位的至少一方。由此，能够从偏振多重记录的记录介质同时再生多重化的各个数据，能够提高数据读出速度。为了达成本发明的第二目的，使用以下的单元。(5)使来自相对的方向的两个光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录由所述两个光束的干涉所产生的驻波的单元；以及把所述两个光束中的至少一方的偏振光调制为多阶段的偏振调制单元。由此，作为调制单元能够使用表示线性响应的元件，能够提高多值度。另外，大体相同部位是指经由两个光束的干涉，能够生成驻波程度地光的高斯分
布不重叠。(6)在(5)中，所述偏振调制单元为电光调制器。由此，针对驱动电压的偏振调制的大小成为线性的关系，能够精度良好地进行多值调制，有助于提高多值度。(7)作为(5)的偏振调制单元，是在所述两个光束在所述记录介质中聚光的部位， 进行在相互相同的方向上成为光电场振动的直线偏振光的调制的偏振调制单元。(8)在(5)的单元中，所述两个光束是由无偏振分割单元对单一的光束进行分割来生成的，所述偏振调制单元是对所述单一的光束的偏振状态进行调制的单一的偏振调制单元。由此，能够由一个偏振调制单元进行两个光束的偏振调制，能够实现装置的简化、 小型化、低成本化。(9)在(5)的单元中，同时进行进一步记录的驻波的光相位调制和强度调制。由此，因为把光的偏振、相位、强度这三个独立的参数用于信号调制，所以能够大幅地提高多值度，大幅增大记录密度和数据传送率。(10)作为其他的单元，进行使用了偏振状态的多重记录。更具体的说，具有使来自相对的方向的第一光束以及第二光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录因所述第一记录光束以及第二记录光束的干涉而产生的驻波的单元，作为调制，进行光相位调制和强度调制的至少一方，将记录时的两个光束的偏振状态设定为两种，在各设定中分别进行光相位调制和强度调制。由此，能够提高记录密度。另外，多重记录的效果与成倍增加多值度相等同，相位、 强度调制的多值度越高效果记录密度增大的效果越大。
(11)在(10)的记录中，因为同时进行设定两个种类的偏振状态的的记录，所以把相互不相干的两个光束合波后的光束进行二分得到的光束用于记录。在此，上述合波的光束相互不相干意味着这些光束的相位关系在合波的时刻不恒定，是多重记录的两种数据相互不干涉所需要的条件。这是用于独立地记录多重记录的两个驻波的条件。这样进行记录， 不仅提高记录密度、再生速度，还能够同时提高记录速度。(12)在(11)的单元中，作为不相干的两个光束的生成单元，采用以下结构分割来自单一光源的光束，伴随比光源的相干长度足够大的光路长度差进行合波。光源的相干长度意味着在把来自该光源的光束二分来进行合波干涉时，干涉光的加强程度和减弱程度的强度差与合波时的光路长度差为零时相比成为一半的光路长度差。当伴随比相干长度足够大的光路长度差对分割的两个光束进行合波时，两个光束之间的相位关系不恒定，在不相干状态下合波。经过使用这样的结构，就能够以单一的光源生成不相干的两个光束，能够低成本地进行多重/同时记录。在此，足够大的光路长度差意味着伴随这样的光路长度差重叠的两个光束相互不干涉的光路长度差。(13)在(11)的单元中，作为不相干的两个光束的其他的生成单元，使用了来自以同一波长振荡的、不同的两个光源的光束。由此，能够以简单的结构进行多重/同时记录。(14)在(10)的单元中，在作为记录介质使用了设置有反射光束的镜面的记录介质时，作为驱动结构从同一方向入射记录时的两个光束。在现有技术中，在这样的从同一方向入射的结构中，需要两个光束的偏振状态相同，所以为了从同一方向入射，在由分束器等进行合波的时刻必然损失一半的光量，所以光利用效率低。对此由本单元能够使两个光束的偏振方向垂直，例如，由偏振分束器进行合波，能够避免上述光量的损失，能够提高记录时的光利用效率。此外，使用上述再生装置，再生在记录介质上记录的信息的方法、使用上述记录装置，在记录介质中记录信息的信息记录方法也具有与上述相同的效果。由以上的结构，在再生中，能够在确保高信噪比的状态下得到多值度高的再生信号，在记录中能够使用表示线性响应的元件，多值度提高，结果，能够实现高速高密度的记录再生。
图1是本发明的基本的实施方式。图2是说明偏振调制器的详细的图。图3说明由相向的两个光束生成驻波的图。图4说明偶氮苯分子通过光照射进行定向的图。图5是表示光相位调制和光源的发光图案的关系的图。图6是表示记录介质中的信号光、参照光、伺服光的样态的图。说明根据记录的驻波的位置来调制再生光的相位。图7是说明由偏振分束器对再生光和再生参照光进行合波的样态的图。图8是对偏振角进行再生的信号处理电路的框图。图9是检测三个干涉光时的干涉光学系统的图。图10是本发明与现有技术的偏振角的再生信号模拟结果。
图11是表示把来自参照光的记录介质的透过光使用为信号光使用的其他实施方式的图。图12是表示进行偏振调制、强度调制、光相位调制的其他实施方式的图。图13是说明经过光相位调制记录的驻波的变化的图。图14是说明从经过光相位调制记录的驻波产生的再生光的相位发生变化的图。图15是对偏振角、相位值、强度值进行再生的信号处理电路的框图。图16是光相位调制和强度调制的再生信号模拟结果。图17是使记录时的信号光和参照光的偏振状态进行两种变化来进行多重记录。图18是对多重记录的相位/强度调制信号进行再生的信号处理电路的框图。图19是说明经由圆偏振光的信号光、参照光来记录驻波的原理的图。图20是多重记录的相位/强度调制信号的再生信号模拟结果。图21是同时进行多重记录的其他实施方式的结构图。图22是表示使用两个光源同时进行多重记录的其他实施方式的图。图23是从记录介质的同一方向对信号光/参照光进行入射的其他实施方式的结构图。图M是表示信号光/参照光从记录介质的同一方向入射时的记录介质中的信号光、参照光、伺服光的样态的图。图25是在页数据记录全息图中进行光相位调制的现有技术的结构图。图沈是表示现有实施例中的记录时、再生时的基于空间光调制的调制图案的图。图27是在页数据记录全息图中进行偏振调制和偏振多重记录的现有技术的结构图。图观是说明在现有技术中进行多值调制时信噪比降低的图。图四是表示本发明的装置的信号处理部的结构的图。图30是表示本发明的差分检测器的结构的图。图31是表示本发明的再生装置的结构的图。
具体实施例方式(实施例1)以下使用图1说明本发明的实施方式。图1是本发明的基本实施方式。首先说明记录时的动作。根据来自微处理器101 的指示，驱动器102对于激光二极管103进行与后述的驱动器104进行的信号调制同步的脉冲状的驱动，使激光二极管103脉冲发光。该光束通过准直透镜105成为平行光，在透过了半波板106之后入射到偏振分束器107。偏振分束器107具有使入射到分离面的ρ偏振光大体100%透过、使s偏振光大体100%反射的功能。来自激光二极管的光束的偏振状态成为P偏振光，此外，在记录时设定半波板106的光轴方向相对于水平面为0度，在偏振分束器107中全部的光束透过。然后，光通过偏振调制器108，经由与上述激光二极管103的脉冲发光同步地驱动的驱动器104，在对偏振状态进行调制后入射到无偏振分束器109中， 分割为透过光和反射光。在此，透过光保持由偏振调制器进行调制后的偏振状态，反射光与在镜面的反射相同地、偏振方向左右反转(另外，该偏振变化与在P偏振光和s偏振光之间产生180度的相位差等价)。把该透过光(以后被称为信号光)、反射光(以后被称为参照光)用于记录。在偏振调制器中，由编码电路110把从微处理器101发送的用户数据编码为多级， 并将其发送给驱动器104成为偏振调制器中的调制信号。偏振调制器把输入的直线偏振光的光变换为预定的直线偏振光，在本实施例中，成为使用了电光元件的图2那样的结构。 输入到调制器中的P偏振光的光通过把轴向设定为相对于水平偏振光为22. 5度的半波板201，成为相等地包含ρ偏振光成分和s偏振光成分的45度方向的直线偏振光。当通过 Jones矢量表示该状态时，成为(数学式1)
权利要求
1.一种光信息再生装置，其特征在于，具有干涉光学系统，其对于由记录介质生成的再生光的相互垂直的各个偏振光成分，使所述各个偏振光成分与从光源生成的再生参照光干涉，对于所述各个偏振光成分同时生成干涉相位相互不同的三个以上的干涉光；检测器，其检测所述干涉光；以及信号处理部，其根据所述检测器的输出，对再生光中包含的记录信息进行解调。
2.根据权利要求1所述的光信息再生装置，其特征在于，所述信号处理部输出所述再生光的偏振角。
3.根据权利要求2所述的光信息再生装置，其特征在于，所述信号处理部输出所述再生光的强度或对于再生参照光的相位中的至少一方。
4.根据权利要求1所述的光信息再生装置，其特征在于，所述信号处理部对于所述再生光的垂直的所述各个偏振光成分，输出强度或对于再生参照光的相位中的至少一方。
5.一种光信息记录装置，其特征在于，具备使来自相对的方向的两个光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录由所述两个光束的干涉所产生的驻波的单元；以及把所述两个光束中的至少一方的偏振光调制为多阶段的偏振调制单元。
6.根据权利要求5所述的光信息记录装置，其特征在于，所述偏振调制单元是电光调制器。
7.根据权利要求5所述的光信息记录装置，其特征在于，所述偏振调制单元是在所述两个光束在所述记录介质中聚光的部位，进行成为在相同的方向上光电场进行振动的直线偏振状态的调制的偏振调制单元。
8.根据权利要求5所述的光信息记录装置，其特征在于，所述两个光束是由无偏振分割单元对单一的光束进行分割来生成的，所述偏振调制单元是对所述单一的光束的偏振状态进行调制的单一的偏振调制单元。
9.根据权利要求5所述的光信息记录装置，其特征在于，具有光相位调制单元和强度调制单元中的至少一个，该光相位调制单元对所述两个光束的至少一方的相位状态进行调制，该强度调制单元对所述两个光束的至少一方的强度进行调制，所述光信息记录装置在所述记录介质中记录所述光相位调制单元和所述强度调制单元的至少一个、与所述偏振调制单元同时进行了调制动作的状态的所述驻波。
10.一种光信息记录装置，其特征在于，具备使来自相对的方向的第一光束以及第二光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光， 由此记录因所述第一记录光束以及第二记录光束的干涉而产生的驻波的单元；以及对所述驻波的相位和大小的至少一方进行调制的调制单元，对于所述第一记录光束和所述第二记录光束的偏振状态的两种组合，在同一记录介质中记录由所述调制单元调制后的驻波。
11.根据权利要求10所述的光信息记录装置，其特征在于，所述第一光束是经由把相互不相干的第三记录光束和第四记录光束进行合波来生成的光束，所述第二光束是经由把相互不相干的第五记录光束和第六记录光束进行合波来生成的光束，所述第三记录光束和所述第五记录光束在记录介质中的聚光部位相互相干，所述第四记录光束和所述第六记录光束在记录介质中的聚光部位相互相干，所述第三记录光束和所述第五记录光束是与所述偏振状态的组合的一方相等的偏振状态，所述第四记录光束和所述第六记录光束是与所述偏振状态的组合的另一方相等的偏振状态，所述调制单元包括第一调制单元和第二调制单元，所述第一调制单元对由所述第三记录光束和所述第五记录光束所产生的驻波的强度和相位的至少一方进行调制，所述第二调制单元对由所述第四记录光束和所述第六记录光束所产生的驻波的强度和相位的至少一方进行调制，所述光信息记录装置同时进行由所述第三记录光束和所述第五记录光束所产生的驻波的记录、和由所述第四记录光束和所述第六记录光束所产生的驻波的记录。
12.根据权利要求11所述的光信息记录装置，其特征在于，具备光学系统，其把来自单一光源的光束分割为两个光束，伴随比光源的相干长度大的延迟进行合波，进而，对该合波后的光束进行二分，生成两个输出光束，所述两个输出光束分别是所述第一光束和所述第二光束。
13.根据权利要求11所述的光信息记录装置，其特征在于，具备光学系统，其把来自两个光源的光束进行合波，对该合波后的光束进行二分，生成两个输出光束，所述两个输出光束分别是所述第一光束和所述第二光束。
14.根据权利要求10所述的光信息记录装置，其特征在于，所述第一光束和所述第二光束是相互垂直的偏振状态，所述光信息记录装置具备把所述第一光束和所述第二光束进行合波的偏振光合波单元，合波后的所述第一光束和所述第二光束从同一方向入射具备对光束进行反射的镜面的记录介质。
15.一种信息记录方法，其特征在于，从相对的方向使两个光束在被照射的光电场的振动方向和与其垂直的方向上产生相互逆向的折射率变化的记录介质的大体相同部位聚光，把所述两个光束的至少一方的偏振光调制为多阶段，记录由所述两个光束的干涉而产生的驻波。
全文摘要
本发明提供一种光信息再生装置、光信息记录装置以及信息记录方法。在光盘的大容量化、高速化过程中，多级记录是有效的，但是在现有技术中随着多值度的增大信噪比不足，成为限制多值度的主要原因。在进行记录因两个光的干涉而产生的驻波的光信息记录时，把至少一方的光束的偏振方向调制为多阶段。此外，在再生时，对于再生光的相互垂直的各个偏振光成分，使其与再生参照光干涉，针对上述各个偏振光成分同时生成并检测干涉的相位相互不同的三个以上的干涉光。
文档编号G11B7/12GK102208194SQ20111002062
公开日2011年10月5日 申请日期2011年1月12日 优先权日2010年3月29日
发明者三上秀治 申请人:日立民用电子株式会社