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日立、3億年保存できる石英ガラスへの100層データ記録に成功

〜「しんえん2」に乗って宇宙へ

 株式会社日立製作所は、京都大学大学院工学研究科 三浦清貴研究室と共同で、石英ガラスの内部に100層でのデジタルデータを記録、再生することに成功したと発表した。

 日立製作所では、2009年より耐熱性や耐水性に優れる石英ガラスにデータを記録する技術を開発しており、2012年には4層記録でCD並の記録密度、2013年には26層でDVD並の記録密度を実現してきた。1,000℃で2時間加熱しても保存データの劣化がないことを実証済みで、3億年を超えるデータ保存に耐えうることを示している。

 この技術は、数兆〜数百兆分の1秒のパルス幅で照射するフェムト秒パルスレーザーで屈折率の異なるドットを形成することでデータを多層記録。そのデータを、石英ガラスを回転させながら、可視光線を照射して複数の投影画像を撮影し、計算処理によって断面画像を復元する光断層撮影法を用いてデータを再生する。

 しかしながら、高密度化のために記録層を増やすと、石英ガラスの奥深くへ記録することによるドット品質の低下や、ほかの層へ記録したデータの映り込みで再生エラーが顕著になるという課題があった。

 今回の発表では、層間距離60μmで、石英ガラスの両面から50層ずつ、計100層の記録と再生が行なえることを実証。これは、1インチあたり1.5GBというBDと同等の記録密度が可能になることを示している。

 日立製作所と京都大学では記録密度向上のため、記録および再生に用いる光学顕微鏡に球面収差補正レンズを使用。石英ガラス奥深くの集光スポットでは、球面収差によるスポット品質の劣化が起こる。そのスポットでドットを形成する場合にはレーザー光を強める必要がある一方で、レーザー光を強めると集光スポットが奥行き方向へ伸びてしまうため、ほかの記録層付近にもドットが形成されてしまう。これが再生時のノイズの原因となる。球面収差補正レンズを用いることで、スポット品質の劣化を抑え、奥深くにある記録層にもドットを形成できることを確認。加えて、再生用の光学顕微鏡にも球面収差補正レンズを用いることで、撮影画像を高品質化した。

 さらに、再生時のノイズ除去アルゴリズムも改善。光学顕微鏡で撮影した画像からデータを再生する際は、ドットを“1”、ドットがない部分を“0”としたデジタルデータへ変換するが、記録層が増えることで、ほかの層に記録されたドットの映り込みによるノイズと、それに伴う再生エラーが発生する。そこで、一定のサイズを満たさない画像信号はノイズとみなして除去することで、ドットとノイズを識別する画像アルゴリズムを使用。エラー率を実用化の指標となる10の-3乗よりも低くできることを確認した。

 また、小惑星探査機「はやぶさ2」に相乗りする小型副ペイロードに選定されている、九州工業大学と鹿児島大学が共同開発した「しんえん2」に、3億年後へのメッセージを込めた画像と文字列を描画した石英ガラスが搭載されるという。

球面収差補正レンズの採用による、奥側の記録層へのドット形成高品質化と、ドットとノイズの識別を行なってノイズを除去するアルゴリズムの開発で、石英ガラスへの100層記録/再生を可能にした

(多和田 新也)