JP2006172582A - Hologram recording device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ホログラムを用いて記録を行うホログラム記録装置およびホログラム再生方法に関する。 The present invention relates to a hologram recording apparatus and a hologram reproducing method for recording using a hologram.
ホログラフィを使ってデータを記録するホログラム記録装置の開発が進められている。 Development of hologram recording devices that record data using holography is in progress.
ホログラム記録装置では、変調された(データが重畳された)信号光、変調されない参照光の2つをレーザ光から生成し、これらをホログラム記録媒体の同一場所に照射する。その結果、ホログラム記録媒体上で信号光と参照光が干渉して照射点に回折格子(ホログラム)が形成され、ホログラム記録媒体にデータが記録される。 In the hologram recording apparatus, two modulated signal lights (data superimposed) and unmodulated reference light are generated from laser light, and these are irradiated to the same place on the hologram recording medium. As a result, the signal light and the reference light interfere on the hologram recording medium, a diffraction grating (hologram) is formed at the irradiation point, and data is recorded on the hologram recording medium.
記録済みのホログラム記録媒体に参照光を照射することで、記録時に形成された回折格子から回折光(再生光)が発生する。この再生光は記録時の信号光に重畳されたデータを含んでいるので、これを受光素子で受光して記録した信号を再生できる。 By irradiating the recorded hologram recording medium with reference light, diffracted light (reproduced light) is generated from the diffraction grating formed during recording. Since the reproduction light includes data superimposed on the signal light at the time of recording, the recorded signal can be reproduced by receiving this with a light receiving element.
ホログラム記録媒体に多くの情報を記録するために、ホログラム記録媒体に多数のホログラムを形成する場合がある。この場合、ホログラム記録媒体上の異なる箇所にホログラムを形成するとは限らず、ホログラム記録媒体の同一箇所(または、互いに重なり合う領域)にホログラムを形成することも可能である。これが、いわゆる多重記録であり、角度多重方式、波長多重方式、回転多重方式等種々の方式が提案されている。 In order to record a large amount of information on the hologram recording medium, a large number of holograms may be formed on the hologram recording medium. In this case, the hologram is not necessarily formed at different locations on the hologram recording medium, and the hologram can also be formed at the same location (or overlapping region) of the hologram recording medium. This is so-called multiplex recording, and various systems such as an angle multiplex system, a wavelength multiplex system, and a rotation multiplex system have been proposed.
例えば、角度多重方式では、ホログラム記録媒体の同一箇所に参照光の入射角度を変化させてホログラムを形成する。再生時に記録時と同様の参照光を用いることで、同一箇所に形成された複数のホログラムそれぞれに対応する再生光、ひいてはデータを得ることができる。 For example, in the angle multiplexing method, the hologram is formed by changing the incident angle of the reference light at the same location on the hologram recording medium. By using the same reference light as that used during recording during reproduction, it is possible to obtain reproduction light and data corresponding to each of a plurality of holograms formed at the same location.
なお、多重記録の一種である位相相関多重を用いて記憶容量の増大を図ったホログラム記録装置の開発が進められている(例えば、特許文献1参照。)。
ホログラム記録媒体の基板にはガラスが主に用いられてきたが、CDやDVDなどの光ディスクなどに幅広く用いられているポリカーボネートやAPO(アモルファスポリオレフィン)などを基板に用いることによって、より安価にホログラム記録媒体を作成することが可能になる。 Glass has mainly been used as the substrate for hologram recording media, but hologram recording can be made at a lower cost by using polycarbonate, APO (amorphous polyolefin), etc., which are widely used for optical disks such as CDs and DVDs. It becomes possible to create a medium.
しかしながら、ポリカーボネートのようなプラスチック基板は物質元来が固有複屈折を持っているために、基板透過後の偏光状態が変化する。単にディスクにピットを書き込み、光の反射を検知する従来のCDやDVDなどの光ディスクとは異なり、ホログラム記録のような2光波の干渉を利用するホログラム記録の場合には、入射光の偏光状態が記録特性に非常に大きな影響を与えるという問題があった。 However, since a plastic substrate such as polycarbonate originally has intrinsic birefringence, the polarization state after transmission through the substrate changes. Unlike conventional optical discs such as CDs and DVDs that simply write pits on a disc and detect light reflection, in the case of hologram recording that uses two-wave interference such as hologram recording, the polarization state of incident light is There has been a problem of having a very large influence on the recording characteristics.
図1に、複屈折を持った基板にホログラムを角度多重方式により記録した場合の、各記録角の回折効率の実験結果を示す。この実験結果から分かるように、各記録角の回折効率にばらつきが生じている。ホログラム記録媒体の基板としてガラスなどの複屈折を持たない基板ではこのような現象は見られないことから、このばらつきは基板に複屈折の影響によるものだと考えられる。 FIG. 1 shows experimental results of diffraction efficiency at each recording angle when a hologram is recorded on a substrate having birefringence by the angle multiplexing method. As can be seen from the experimental results, the diffraction efficiency at each recording angle varies. Since such a phenomenon is not observed in a substrate having no birefringence, such as glass, as the substrate of the hologram recording medium, this variation is considered to be due to the influence of birefringence on the substrate.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ホログラム基板の複屈折による影響を軽減することのできるホログラム記録装置およびホログラム再生方法を提供することにある。 In view of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a hologram recording apparatus and a hologram reproducing method capable of reducing the influence of birefringence of a hologram substrate.
本発明に係るホログラム記録装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、光変調素子で変調された信号光および光分岐素子で分岐された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、ホログラム記録媒体がもつ基板の複屈折に関連する記録条件があらかじめ記憶された記憶部と、記憶部に記憶されている記録条件に基づいて、ホログラム記録媒体にホログラムを記録するように制御する制御手段とを具備することを特徴とする。 A hologram recording apparatus according to the present invention includes a laser light source that emits laser light, an optical branch element that splits the laser light emitted from the laser light source into signal light and reference light, and signal light that is branched by the optical branch element. A light modulating element to be modulated, an optical system for condensing the signal light modulated by the light modulating element and the reference light branched by the light branching element at substantially the same location of the hologram recording medium, and a substrate of the hologram recording medium. A storage unit in which recording conditions related to refraction are stored in advance, and a control unit that controls to record a hologram on a hologram recording medium based on the recording conditions stored in the storage unit. To do.
記憶部に記憶されている、ホログラム記録媒体がもつ基板の複屈折に関連する記録条件に基づいてホログラム記録を行うことによって、ホログラム記録の際の複屈折による影響を緩和することができ、ホログラム記録を良好に行うことが可能になる。 By performing hologram recording based on the recording conditions related to the birefringence of the substrate of the hologram recording medium stored in the storage unit, the influence of birefringence at the time of hologram recording can be reduced. Can be performed satisfactorily.
本発明は角度多重方式のホログラム記録装置に適用でき、この場合、記録条件は、信号光および参照光の入射平面角とする。これにより、複屈折の軸と入射光の偏光方向とを一致させることができ、ディスクの内外周の複屈折の差や、垂直複屈折の影響を最小に抑えることができる。 The present invention can be applied to an angle-multiplexed hologram recording apparatus. In this case, the recording condition is an incident plane angle of signal light and reference light. As a result, the birefringence axis and the polarization direction of the incident light can be matched, and the difference in birefringence between the inner and outer circumferences of the disk and the influence of vertical birefringence can be minimized.
ここで、信号光または参照光のいずれか一方の光の入射角度が固定、他方の光の入射角度が可変とされ、角度固定側の一方の光の入射角度が、複屈折による影響を考慮して決められた角度範囲内の一端の角度に設定するようにしてもよい。これにより、他方の入射光の複屈折の影響を受けない角度領域を増やすことができる。 Here, the incident angle of one of the signal light and the reference light is fixed, the incident angle of the other light is variable, and the incident angle of one light on the fixed angle side considers the influence of birefringence. It is also possible to set the angle at one end within an angle range determined in this way. Thereby, the angle area which is not influenced by the birefringence of the other incident light can be increased.
また、角度多重方式のホログラム記録装置の場合、記録条件は、角度多重のための記録角度の範囲としてもよい。これにより、垂直複屈折の影響を大きく受けない範囲での角度多重が可能になる。 In the case of an angle multiplexing hologram recording apparatus, the recording condition may be a range of recording angles for angle multiplexing. This makes it possible to perform angle multiplexing within a range that is not significantly affected by vertical birefringence.
さらに、記録条件は、記録角度ごとの記録パワーに関する情報とすることも可能である。入射光の角度が大きくなるにつれて複屈折の影響が大きくなるので、入射光の角度が大きくなるにつれて記録パワーを上げて行くことで、回折効率のばらつきの影響を小さく抑えつつ、記録角度の範囲を広げられるので、多重度を増やすことができる。 Furthermore, the recording condition can be information regarding recording power for each recording angle. Since the effect of birefringence increases as the angle of incident light increases, increasing the recording power as the angle of incident light increases increases the recording angle range while minimizing the effects of variations in diffraction efficiency. Since it is expanded, the multiplicity can be increased.
本発明は回転多重方式のホログラム記録装置に適用でき、この場合、記録条件は、信号光および参照光の入射平面角とすることができる。これにより、複屈折の軸と入射光の偏光方向とを一致させることができ、ディスクの内外周の複屈折の差や、垂直複屈折の影響を最小に抑えることができる。 The present invention can be applied to a holographic hologram recording apparatus, and in this case, the recording condition can be the incident plane angles of the signal light and the reference light. As a result, the birefringence axis and the polarization direction of the incident light can be matched, and the difference in birefringence between the inner and outer circumferences of the disk and the influence of vertical birefringence can be minimized.
また、回転多重方式の場合の記録条件には、入射平面角ごとの、角度多重のための記録角度の範囲を含めてもよい。これにより、垂直複屈折の影響を大きく受けない範囲での角度多重が可能になる。 Further, the recording condition in the case of the rotational multiplexing method may include a range of recording angles for angle multiplexing for each incident plane angle. This makes it possible to perform angle multiplexing within a range that is not significantly affected by vertical birefringence.
さらに、記録条件は、記録角度ごとの記録パワーに関する情報とすることも可能である。 Furthermore, the recording condition can be information regarding recording power for each recording angle.
本発明はコリニア方式のホログラム記録装置に適用でき、この場合、光変調素子が、信号光を空間的に変調してデータを重畳する素子であり、記録条件は、空間光変調器上のパターンの各円周方向に与える強度変調に関する情報とすることができる。1周の中で屈折率の影響に応じて参照光の強度を変えることによって円周方向の複屈折の影響を軽減することができる。 The present invention can be applied to a collinear hologram recording apparatus. In this case, the light modulation element is an element that spatially modulates signal light and superimposes data, and the recording condition is the pattern on the spatial light modulator. It can be information on intensity modulation applied in each circumferential direction. The influence of birefringence in the circumferential direction can be reduced by changing the intensity of the reference light in accordance with the influence of the refractive index in one round.
また、コリニア方式の他の記録条件として、空間光変調器に与える円周方向の信号光および参照光の各々のパターンの大きさの情報を記録してもよい。これにより、ディスクの内外周での回折効率の差を低減できる。 As another recording condition for the collinear method, information on the size of each pattern of the signal light and the reference light in the circumferential direction applied to the spatial light modulator may be recorded. Thereby, the difference in diffraction efficiency between the inner and outer circumferences of the disk can be reduced.
さらに、上記の記録条件はディスク上の半径方向の各位置ごとの記録条件として記録しておくことで、ディスクの半径方向の位置に応じて最適な条件でホログラム記録を行うことができる。 Furthermore, by recording the above recording conditions as recording conditions for each position in the radial direction on the disk, hologram recording can be performed under optimum conditions according to the radial position of the disk.
また、本発明は、ホログラム記録媒体に入射される信号光および/または参照光の偏光方向を可変する回転自在な波長板をさらに有し、制御手段は、記憶部に記憶されている前記記録条件に基づいて、前記波長板の回転位置を設定するものとしてよい。これにより、波長板を回転させるだけで、複屈折による影響を緩和する記録条件を設定することができる。 The present invention further includes a rotatable wave plate that changes the polarization direction of the signal light and / or reference light incident on the hologram recording medium, and the control means stores the recording conditions stored in the storage unit. The rotational position of the wave plate may be set based on the above. Thereby, it is possible to set a recording condition that alleviates the influence of birefringence by simply rotating the wave plate.
以上のように、本発明によれば、ホログラム基板の複屈折による影響を軽減することのできるホログラム記録装置およびホログラム再生方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hologram recording apparatus and a hologram reproducing method that can reduce the influence of birefringence of a hologram substrate.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
本実施形態のホログラム記録装置のシステムコントローラ内部の不揮発性メモリには、ホログラム記録媒体(メディア)がもつ基板の複屈折による影響を緩和するためのホログラム記録条件が固定的なパラメータとして記憶されている。 In the nonvolatile memory inside the system controller of the hologram recording apparatus of this embodiment, hologram recording conditions for reducing the influence of the birefringence of the substrate of the hologram recording medium (media) are stored as fixed parameters. .
ホログラム記録条件は多重記録の方式によって異なる。 Hologram recording conditions differ depending on the multiplex recording method.
メディアをディスクとした場合、角度多重方式のホログラム記録条件には、 When the media is a disk, the angle multiplex hologram recording conditions include
・ディスクのR方向(半径方向)の各位置における2光波の入射平面角、 The incident plane angle of two light waves at each position in the R direction (radial direction) of the disk;
・ディスクのR方向の各位置における記録角度範囲(多重数)、 -Recording angle range (multiple number) at each position in the R direction of the disc,
・ディスクのR方向の各位置において、各記録角度(各ホログラムの記録)における記録時間や入射光強度(記録パワー)がある。 There are recording time and incident light intensity (recording power) at each recording angle (recording of each hologram) at each position in the R direction of the disk.
回転多重方式のホログラム記録条件には、 Rotation multiplex hologram recording conditions include
・ディスクのR方向の各位置における多重記録する2光波の入射平面角、 The incident plane angle of two light waves to be recorded in multiple positions at each position in the R direction of the disk,
・ディスクのR方向の各位置において、各入射平面角(回転多重)の各記録角度(角度多重)における記録時間などの記録パワー、 Recording power such as recording time at each recording angle (angle multiplexing) at each incident plane angle (rotation multiplexing) at each position in the R direction of the disc,
・ディスクのR方向の各位置において、各入射平面角(回転多重)の各記録角度(角度多重)における記録角度範囲などがある。 There is a recording angle range at each recording angle (angle multiplexing) of each incident plane angle (rotation multiplexing) at each position in the R direction of the disk.
コリニア方式のホログラム記録条件には、 For collinear hologram recording conditions,
・ディスクのR方向の各位置における空間光変調器上のパターンの各円周方向に与える強度変調情報、 Intensity modulation information given in each circumferential direction of the pattern on the spatial light modulator at each position in the R direction of the disk,
・ディスクのR方向の各位置における空間光変調器上に与える円周方向の信号光および参照光各々のパターンの大きさの情報、 Information on the size of each pattern of the signal light and the reference light in the circumferential direction given on the spatial light modulator at each position in the R direction of the disk;
・ディスクのR方向の各位置における記録時間などの記録パワーなどがある。 Recording power such as recording time at each position in the R direction of the disk.
上記のディスクのR方向(半径方向)の位置とは、ディスクの領域を、複屈折率の値のある範囲ごとに半径方向の位置で区切った領域の位置を意味する。よって基板の複屈折率が大きいほど1枚のディスクにおいて区切る領域の数は多くなる。 The position in the R direction (radial direction) of the disk means the position of an area obtained by dividing the disk area by the position in the radial direction for each range having a birefringence value. Therefore, the greater the birefringence of the substrate, the greater the number of regions partitioned in one disc.
上記のホログラム記録条件は、ディスクの内外周の位置に対するディスク表面、垂直方向に対する屈折率情報nx,ny,nzや、おのおのの方向に対する複屈折の情報(Δnxy,Δnxz,Δnyz)、さらに各複屈折の軸の向き(角度など)などを実際に観測し、その観測結果から求めることができる。複屈折の測定方法としては、例えばセナルモンの方法、プリズムカプラ方式、エリプソメータでの測定などがある。 The above-mentioned hologram recording conditions include the disc surface with respect to the inner and outer peripheral positions of the disc, refractive index information nx, ny, nz in the vertical direction, birefringence information (Δnxy, Δnxz, Δnyz) in each direction, and each birefringence. You can actually observe the direction (angle, etc.) of the axis and find the result. As a birefringence measuring method, for example, there are a Senalmon method, a prism coupler method, and an ellipsometer.
次に、上記ホログラム記録条件に基づいてメディアへのホログラム記録を行う、角度多重方式、回転多重方式、コリニア方式それぞれのホログラム記録装置について説明する。 Next, a description will be given of each of the angle recording method, the rotation multiplexing method, and the collinear method hologram recording apparatus that performs hologram recording on a medium based on the hologram recording conditions.
1.角度多重方式 1. Angle multiplexing method
(2光波の入射平面角) (Incoming plane angle of two light waves)
上記したように、一般的に複屈折の影響は、ディスク表面方向(nx,ny)とディスク表面に対して垂直方向(nz)とに分類される。ここで、ディスク型とカード型各々のメディアについて、複屈折の影響を考慮した信号波および参照波の2光波の入射方向について説明する。 As described above, the influence of birefringence is generally classified into a disk surface direction (nx, ny) and a direction perpendicular to the disk surface (nz). Here, the incident directions of the two light waves of the signal wave and the reference wave in consideration of the influence of birefringence will be described for each of the disk type and card type media.
図2を用いてディスク型のメディアの場合から説明する。メディア1は、記録層2の両面にプラスチック製の基板3,4を貼り合わせたものである。よって、光が入射される前側のプラスチック製の基板3の複屈折による影響が考えられる。図中符号5の屈折率楕円体に示すように、ディスク型のメディア1の場合、射出条件にもよるが、一般的にはメディア1の中心から放射線方向に平面方向(nx,ny)の複屈折の軸が存在する。したがって、その複屈折の軸と入射光の偏光方向が一致するときに最も複屈折の影響が少なくなるので、メディア1の放射線方向に対して水平に、信号光と参照光の2光波の入射平面6を持ってくるか、もしくはメディア1の放射線方向に対して垂直に上記2光波の入射平面7を持ってくるかのいずれかによって、メディア1の内外周の複屈折の差や、垂直複屈折の影響を最小に抑えることができる。すなわち、複屈折の主軸に信号光と参照光の2光波の入射平面を一致させることによって、メディア1の複屈折の影響を最小限に押えることができる。
The case of a disk type medium will be described with reference to FIG. The
次に、図3を用いてカード型のメディアの場合を説明する。カード型のメディア8の場合、射出条件にもよるが、一般的にはカード型メディア8の表面に対して水平または垂直方向に屈折率楕円体9の軸があると考えてよい。このカード型メディア8の場合も、上記ディスク型のメディア1と同様、複屈折の軸と入射光の偏光方向が一致するときに最も複屈折の影響が少なくなるため、複屈折の軸と水平に2光波の入射平面10を持ってくるか、もしくは複屈折の軸に対して垂直に2光波の入射平面11を持ってくるかのいずれかによって、垂直複屈折の影響などを抑えることができる。
Next, the case of a card-type medium will be described with reference to FIG. In the case of the card-
(記録角度範囲(多重数)) (Recording angle range (multiple number))
図4に示すように、あるメディアに対する屈折率楕円体12を想定すると、垂直複屈折の影響により、入射光の角度範囲(記録角度範囲)が制限される。角度多重方式の場合には、垂直複屈折の影響は入射光のメディア垂線からの角度が大きくなればなるほど大きくなるため、角度を固定する方の入射光13を複屈折の影響を受けない角度範囲14内のぎりぎりの角度で入射させることにより、他方の入射光15の複屈折の影響を受けない角度領域を増やすことができる。
As shown in FIG. 4, assuming a
図5の(a)および(b)は複屈折の影響を大きく受けない角度範囲14を示している。図5の(a)に示すように、信号光16を複屈折の影響を大きく受けない角度範囲14内のぎりぎりの角度で入射させた場合には、図5の(b)に示すそうでない場合と比べて参照光17を振ることのできる角度幅が広がっていることがわかる。
FIGS. 5A and 5B show an
角度多重方式の場合、上記したように、複屈折の軸と水平または垂直の方向に入射平面を一致させることによって、平面方向の複屈折の影響は極力避けられる。しかし角度多重方式では記録時に参照光または信号光の角度を振るために垂直方向の複屈折の影響を受ける。このことから、記録角度範囲については垂直複屈折も考慮して変化させる必要がある。 In the case of the angle multiplexing system, as described above, the influence of birefringence in the plane direction can be avoided as much as possible by making the incident plane coincide with the horizontal or vertical direction of the birefringence axis. However, the angle multiplexing method is affected by vertical birefringence in order to change the angle of the reference light or signal light during recording. For this reason, it is necessary to change the recording angle range in consideration of vertical birefringence.
具体的には、ホログラム記録媒体としてディスク型のメディアを想定した場合、メディアの内外周で複屈折率の値が異なることが考えられるので、内外周の間で入射光の角度範囲を変える必要がある。一般的には外周の方が複屈折率が大きくなり、回折効率に影響を与えるため、外周では入射光の角度を振る範囲を狭めて多重度を減らすことになる。 Specifically, when a disc-type medium is assumed as the hologram recording medium, it is considered that the birefringence value differs between the inner and outer circumferences of the medium, so it is necessary to change the angle range of incident light between the inner and outer circumferences. is there. In general, the birefringence becomes larger at the outer periphery and affects the diffraction efficiency. Therefore, at the outer periphery, the range for changing the angle of incident light is narrowed to reduce the multiplicity.
そこで本実施形態では、ディスクのR方向の記録位置に対して入射光の最適な記録角度範囲(多重数)をあらかじめ設定しておくことで、垂直複屈折による影響を抑えている。 Therefore, in this embodiment, the optimum recording angle range (multiplexing number) of incident light is set in advance for the recording position in the R direction of the disk, thereby suppressing the influence of vertical birefringence.
(記録パワー) (Recording power)
上記のように、ディスク型のメディアの場合、ディスクの内外周で複屈折率の値が異なることがあるので、このようなメディアに対しては、R方向の記録位置に応じて記録パワーを変えることが有益である。また、入射光の角度が大きくなるにつれて複屈折の影響が大きくなるので、入射光の角度が大きくなるにつれて記録パワーを上げて行くことで、回折効率のばらつきの影響を小さく抑えつつ、記録角度の範囲を広げられるので、多重度を増やすことができる。記録パワーは、具体的には、ビーム強度、記録時間、パルス記録の場合のパルス数によって選定可能である。 As described above, in the case of a disk-type medium, the value of the birefringence may be different between the inner and outer circumferences of the disk. For such a medium, the recording power is changed according to the recording position in the R direction. It is beneficial. Also, since the influence of birefringence increases as the angle of incident light increases, increasing the recording power as the angle of incident light increases increases the recording angle while suppressing the influence of variations in diffraction efficiency. Since the range can be expanded, the multiplicity can be increased. Specifically, the recording power can be selected depending on the beam intensity, the recording time, and the number of pulses in the case of pulse recording.
ところで、ホログラムを多重記録する際には後に記録されたものほど記録材料(有機材料の場合にはポリマー)の残量が少なくなるので、メディアのポリマー残量に応じて徐々に記録パワーを上げて行くスケジューリング記録があるが、この方式に上記の複屈折の影響を考慮すると、入射角度が大きい(複屈折の影響が大きい)外周の方から記録していくと、ポリマー残量のスケジューリング記録と打ち消しあって、一定のパワーで記録できる可能性もある。 By the way, when holographic recording of holograms is performed, the amount of recording material (polymer in the case of organic materials) decreases as recording is performed later, so gradually increase the recording power according to the polymer remaining amount of media. There is a scheduling record to go, but considering the effect of the above birefringence in this method, if recording from the outer periphery where the incident angle is large (the effect of birefringence is large), the remaining amount of polymer scheduling recording and cancellation Therefore, there is a possibility of recording with a certain power.
(角度多重方式のホログラム記録装置) (Angle-multiplexed hologram recording device)
図6は角度多重方式のホログラム記録装置の構成を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an angle multiplexing type hologram recording apparatus.
同図に示すように、この角度多重方式のホログラム記録装置は、ホログラム記録媒体であるディスク型メディア1への情報の記録、再生を行うものである。
As shown in the figure, this angle-multiplexed hologram recording apparatus records and reproduces information on a disk-
このホログラム記録装置の光学ユニット100は、記録再生用光源21,コリメートレンズ22,アイソレータ23,半波長板24,メカニカルシャッター25,偏光ビームスプリッタ26,半波長板27,偏光ビームスプリッタ28,1/2波長板29,偏光ビームスプリッタ30,1/2波長板31,リレーレンズ32,ピンホール33,ダイクロイックミラー34,対物レンズ35,サーボ用駆動ユニット36,参照光用の1/2波長板37,参照光用のピンホール38,ガルバノミラー39,反射型液晶40,倍率調整用レンズ41,CCDカメラ42,サーボ用光源43,コリメートレンズ44、グレーティング45,ビームスプリッタ46,集光用レンズ47,シリンドリカルレンズ48,受光素子49を有する。
The
ディスク型メディア1は、保護層50,記録層51,グルーブ52,反射層53を有し、信号光と参照光による干渉縞を記録する記録媒体である。ここで、保護層50は、記録層51を外界から保護するための層である。記録層51は、干渉縞を屈折率(あるいは透過率)の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率(あるいは透過率)の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム(LiNbO3)のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができる。有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマーを用いることができる。光重合型フォトポリマーは、その初期状態では、モノマーがマトリクスポリマに均一に分散している。これに光が照射されると、露光部でモノマーが重合する。なお、ポリマー化するにつれて周囲からモノマーが移動してモノマーの濃度が場所によって変化する。以上のように、記録層51の屈折率(あるいは透過率)が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率(あるいは透過率)の変化としてディスク型メディア1に記録できる。
The disk-
ディスク型メディア1は、図示しないスピンドルモータで回転される。ホログラム記録媒体1が回転することから、ホログラム記録媒体1上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。
The
グルーブ52は、ディスク型メディア1へのトラッキング、フォーカス等のサーボ制御を行うために設けられる。即ち、ディスク型メディア1のトラックに沿ってグルーブ52が形成され、信号光の集光位置、集光深さをグルーブ52と対応するように制御することで、トラッキングサーボ、およびフォーカスサーボが行われる。
The
次に、この角度多重方式のホログラム記録装置の基本的な動作を説明する。 Next, the basic operation of this angle multiplexing type hologram recording apparatus will be described.
光学ユニット100において、記録再生用光源21は、レーザ光源であり、例えば、波長405[nm]のレーザダイオード(LD)や波長532[nm]のNd−YAGレーザーを用いることができる。
In the
この記録再生用光源21から照射された光線は、コリメートレンズ22によって平行光になり、戻り光を防ぐためにアイソレータ23を通す。その後、半波長板24によってp偏光とs偏光の割合が調節され、偏光ビームスプリッタ26によってp波の信号光ライン61とs波の参照光ライン62とに分割される。
The light beam emitted from the recording / reproducing
信号光は半波長板27によって強度が調節され、偏光ビームスプリッタ28を通じてp偏光成分のみが空間光変調器としての反射型液晶40に入射される。空間光変調器は、信号光を空間的に(ここでは、2次元的に)変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器としては、反射型液晶のほか、DMD(Digital micro mirror)や、透過型の素子である透過型液晶素子を用いることができる。
The intensity of the signal light is adjusted by the half-
反射型液晶40によって変調された光は、偏光が90°回転するために偏光ビームスプリッタ28によって反射する。偏光ビームスプリッタ28を反射した光は、1/2波長板29によって再びp偏光に戻され、偏光ビームスプリッタ30を透過して1/2波長板31に入る。この1/2波長板31は偏光方向を変えないような回転角になっており、入射してきたp偏光をそのまま透過する。その後リレーレンズ32を伝播される。このときピンホール33により、液晶からの高次の回折光がカットされる。
The light modulated by the
続いて、信号光はダイクロイックミラー34を通過する。ダイクロイックミラー34は、記録再生用の光とサーボに用いる光とを同一の光路にするための光学素子である。ダイクロイックミラー34の表面には、記録再生用光源21とサーボ用光源43とでレーザ光の波長が異なることに対応して、記録再生用光源21からの光を透過し、サーボ用光源43からの光を反射するような薄膜処理がなされている。
Subsequently, the signal light passes through the
ダイクロイックミラー34を通過した光は、対物レンズ35によって集光されてディスク型メディア1に入射する。
The light that has passed through the
一方、偏光ビームスプリッタ26によって分離された参照光は、1/2波長板37によってp偏光に戻され、ピンホール38によってビーム径を調節され、ガルバノミラー39によって角度が変調されて、信号光と干渉するようにディスク型メディア1の同一個所に入射される。その結果、ディスク型メディア1上に干渉縞が形成される。この際、反射型液晶40によって空間変調された情報がディスク型メディア1上にホログラムとして記録される。
On the other hand, the reference light separated by the
ここで、角度多重を行う場合には、ガルバノミラー39の角度を変えることによってディスク型メディア1への入射角度が変わり、入射平面角の制御と、角度多重記録を行うことが可能となる。
Here, in the case of performing angle multiplexing, the angle of incidence on the disc-
また、半波長板24と偏光ビームスプリッタ26との間には記録時のビームの開閉を行うメカニカルシャッター25が配置されており、このメカニカルシャッター25の開閉のタイミングにより記録時間が決定される。
A
再生時には信号光を遮断し、参照光のみをディスク型メディア1に入射させる。このとき、参照光の入射角度を記録時と同じにすることにより、同様の角度で参照光が入射されたときにディスク型メディア1に記録された信号が再生される。
During reproduction, the signal light is blocked and only the reference light is incident on the disc-
ディスク型メディア1に参照光が入射すると、ディスク型メディア1に記録されたホログラムから回折光(再生光)が発生する。再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ35を通り、ダイクロイックミラー34を透過してリレーレンズ32を通る。リレーレンズ32を通る途中でピンホール33によってノイズがカットされる。その後、再生光は1/2波長板31に入る。1/2波長板31は記録時とは異なり偏光方向を90度回転させてp偏光をs偏光にする。s偏光は偏光ビームスプリッタ30で反射されて、倍率調整用レンズ41にて倍率が調整され、CCDカメラ42で、反射型液晶40での空間的な2次元データに対応する電気信号に変換される。CCDカメラ42からの出力は、図示しない信号処理部によって2値化され、時系列2値化データに変換される。
When the reference light is incident on the
また、サーボ用光源43は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御を行うための光源であり、記録再生用光源21とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源43は、例えば、レーザーダイオードであり、発振波長としてディスク型メディア1に対して感度が小さい、例えば、650nmが使用される。
The
サーボ用光源43より照射されたサーボ用の光は、コリメートレンズ44によって平行光に変換され、グレーティング45にて3つのビームに分割される。グレーティング45から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ46を透過してダイクロイックミラー34に達し、ダイクロイックミラー34にて記録再生用の光と同一の光路に乗せられ、対物レンズ35によりディスク型メディア1に入射される。
The servo light emitted from the
ディスク型メディア1から反射したサーボ光は、対物レンズ35を通してダイクロイックミラー34に戻り、ここで反射されてビームスプリッタ46に戻る。戻りサーボ光はビームスプリッタ46で反射されて集光用レンズ47に入射し、ここで集光された後、シリンドリカルレンズ48にてビーム形状が円形から楕円形に変換されて受光素子49にて受光される。受光素子49からは、戻り光に対してトラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号、フォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号などが出力される。
The servo light reflected from the disk-
サーボ駆動ユニット36は、受光素子49からのトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号により対物レンズ35を2軸方向に駆動することによって、トラッキング制御およびフォーカス制御を行うための駆動機構であり、各々の軸方向に対物レンズ35を駆動するためのコイル36A,36Bを有する。
The servo drive unit 36 is a drive mechanism for performing tracking control and focus control by driving the
次に、このホログラム記録装置において、不揮発性メモリに記憶されているホログラム記録条件に従ってホログラム記録を行う場合の処理の流れを図7のフローチャートにより説明する。 Next, in the hologram recording apparatus, the flow of processing when performing hologram recording according to the hologram recording conditions stored in the nonvolatile memory will be described with reference to the flowchart of FIG.
ホログラム記録装置は、CPUおよびメモリを有するシステムコントローラを備えている。システムコントローラは、ディスク型メディア1を回転させる図示せぬスピンドルモータや光学ユニット100の制御を行う制御手段である。メモリはCPUの作業領域などとして用いられるDRAM(Dynamic RAM) などの揮発性メモリと、ホログラム記録条件などがあらかじめ記憶されたROM(Read Only Memory)などの不揮発性メモリとを有する。
The hologram recording apparatus includes a system controller having a CPU and a memory. The system controller is control means for controlling a spindle motor (not shown) and the
まず、システムコントローラは、ディスク型メディア1を回転させ、ディスク型メディア1の最内周に記録されているヘッダ情報を読み込み、その内容を揮発性メモリに保存する(ステップS1)。ここで、揮発性メモリに保存されるヘッダ情報には、ディスク型メディア1上の記録位置を管理するための情報などが含まれている。
First, the system controller rotates the
ディスク型メディア1の不感領域を取り払うためにLEDなどからのインコヒーレント光をディスク面に照射する(ステップS2)。
In order to remove the insensitive area of the disk-
上記ヘッダ情報に含まれている記録位置を管理するための情報を基に記録位置を決定し、2光波の照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させる(ステップS3)。次に、不揮発性メモリに記憶されているホログラム記録条件に従って入射平面角を、メディア1の複屈折の主軸に信号光と参照光の2光波の入射平面が一致するように設定する(ステップS4)。 The recording position is determined based on the information for managing the recording position included in the header information, and the spindle motor is rotated so that the irradiation position of the two light waves comes to the recording position (step S3). Next, according to the hologram recording conditions stored in the nonvolatile memory, the incident plane angle is set so that the incident planes of the two light waves of the signal light and the reference light coincide with the birefringence main axis of the medium 1 (step S4). .
続いて、記録用の2次元情報(SLMデータ)を反射型液晶40に表示させてSLMデータの転送を行う(ステップS5)。不揮発性メモリにホログラム記録条件として記憶されている記録位置における記録角度範囲を読み込み(ステップS6)、この記録角度範囲内に収まるようにガルバノミラー39を動かすことによって参照光の入射角度を設定する(ステップS7)。
Subsequently, the two-dimensional information for recording (SLM data) is displayed on the
次に、不揮発性メモリに記憶されている記録時間の情報を読み込み(ステップS8)、メカニカルシャッター25を上記記録時間の間だけ開放させることによってホログラム記録を行う(ステップS9)。
Next, the recording time information stored in the nonvolatile memory is read (step S8), and the hologram recording is performed by opening the
この後、1つの位置での角度多重記録が終了した場合には(ステップS10のYES)、ステップS2に戻って次の位置への角度多重記録を行い、終了していない場合には(ステップS10のNO)、ステップS5に戻って、同じ位置での異なる角度での記録を行う。 Thereafter, when angle multiplex recording at one position is completed (YES in step S10), the process returns to step S2 to perform angle multiplex recording to the next position, and when not completed (step S10). NO), returning to step S5, recording is performed at the same position at different angles.
全ての位置での角度多重記録が終了した場合には(ステップS11のYES)、後処理としてインコヒーレント光をメディア全体に照射してモノマーをポリマーに変化させる(ステップS12)。これは、フォトポリマーを用いたホログラムメディアにおいては、未反応モノマーがあると再生時の参照光の照射によって追加記録となり、SNRの低下の原因となるためである。 When the angle multiplex recording at all positions is completed (YES in step S11), the entire medium is irradiated with incoherent light as post-processing to change the monomer into a polymer (step S12). This is because in hologram media using a photopolymer, if there is an unreacted monomer, additional recording occurs due to irradiation of reference light during reproduction, which causes a decrease in SNR.
以上のように、不揮発性メモリに記憶されている角度多重方式での最適なホログラム記録条件に従ってホログラム記録を行うことによって、複屈折をもつメディアに対して角度多重方式で良好にホログラム記録を行うことが可能になる。 As described above, by performing hologram recording in accordance with the optimum hologram recording conditions in the angle multiplexing method stored in the nonvolatile memory, the hologram recording can be performed favorably in the angle multiplexing method on media having birefringence. Is possible.
2.回転多重方式 2. Rotation multiplexing
次に、回転多重方式のホログラム記録装置について説明する。 Next, a rotary multiplex type hologram recording apparatus will be described.
図8は回転多重方式のホログラム記録装置の光学ユニットの構成を示す模式図である。 FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of an optical unit of a rotation multiplexing type hologram recording apparatus.
この回転多重方式のホログラム記録装置の光学ユニット200において、記録再生用光源21から照射された光線は、図示せぬコリメートレンズによって平行光になり、さらに図示せぬ半波長板によってp偏光とs偏光の割合が調節され、偏光ビームスプリッタ26によってp波の信号光ラインとs波の参照光ラインとに分割される。
In the
信号光は、偏光ビームスプリッタ28を通じてp偏光成分のみが空間光変調器としての反射型液晶40に入射される。反射型液晶40によって変調された光は、偏光ビームスプリッタ28によって反射する。偏光ビームスプリッタ28を反射した光は、1/2波長板29によって再びp偏光に戻され、ミラー70により反射してメディア1に垂直に入射する。
Only the p-polarized component of the signal light enters the
一方、偏光ビームスプリッタ26によって分離された参照光は、1/2波長板37によってp偏光に戻され、ガルバノミラー39によって角度が変調されて、3次元的な曲率面を有するミラー71に入射され、ミラー71の上記曲率面で反射して、信号光と干渉するようにメディア1の同一個所に入射される。その結果、ディスク型メディア1上に干渉縞が形成される。この際、反射型液晶40によって空間変調された情報がメディア1上にホログラムとして記録される。
On the other hand, the reference light separated by the
ここで、ガルバノミラー39はアクチュエータ72によって角度が変更されることで、ミラー71への入射位置が変化し、これに伴ってメディア1への信号光の入射方向が変化することにより、回転多重と角度多重が行われるようになっている。
Here, the angle of the
次に、この回転多重方式のホログラム記録装置での上記ホログラム記録条件に基づく処理の流れを図9のフローチャートにより説明する。 Next, the flow of processing based on the hologram recording conditions in the rotary multiplex type hologram recording apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
回転多重方式のホログラム記録条件には、ディスクのR方向の各位置における多重記録する2光波の入射平面角、ディスクのR方向の各位置において、各入射平面角(回転多重)の各記録角度(角度多重)における記録時間などの記録パワー、ディスクのR方向の各位置において、各入射平面角(回転多重)の各記録角度(角度多重)における記録角度範囲などがある。 Rotational multiplex type hologram recording conditions include: the incident plane angle of two light waves to be multiplex-recorded at each position in the R direction of the disk; and each recording angle of each incident plane angle (rotational multiplexing) at each position in the R direction of the disk. There are recording power such as recording time in angle multiplexing), recording angle range at each recording angle (angle multiplexing) of each incident plane angle (rotation multiplexing) at each position in the R direction of the disc.
この回転多重方式のホログラム記録装置は、CPUおよびメモリを有するシステムコントローラを備えている。システムコントローラは、ディスク型メディア1を回転させる図示せぬスピンドルモータや光学ユニット200の制御を行う制御手段である。メモリはCPUの作業領域などとして用いられる揮発性メモリと、ホログラム記録条件などがあらかじめ記憶された不揮発性メモリとを有する。
This rotary multiplex type hologram recording apparatus includes a system controller having a CPU and a memory. The system controller is control means for controlling a spindle motor (not shown) that rotates the disk-
まず、システムコントローラは、ディスク型メディア1を回転させ、ディスク型メディア1の最内周に記録されているヘッダ情報を読み込み、その内容を揮発性メモリに保存する(ステップS21)。ディスク型メディア1の不感領域を取り払うためにLEDなどからのインコヒーレント光をディスク面に照射する(ステップS22)。
First, the system controller rotates the
上記ヘッダ情報中のメディア1上の記録位置を管理するための情報を基に記録位置を決定し、レーザの照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させる(ステップS23)。次に、不揮発性メモリに記憶されているホログラム記録条件を基に、その記録位置での2光波の入射平面角を決定する(ステップS24)。 The recording position is determined based on the information for managing the recording position on the medium 1 in the header information, and the spindle motor is rotated so that the laser irradiation position comes to the recording position (step S23). Next, based on the hologram recording condition stored in the nonvolatile memory, the incident plane angle of the two light waves at the recording position is determined (step S24).
続いて、記録用の2次元情報(SLMデータ)を反射型液晶40に表示させてSLMデータの転送を行う(ステップS25)。不揮発性メモリにホログラム記録条件として記憶されている現記録位置における当該入射平面角に対する記録角度範囲を読み込み(ステップS26)、これを基にガルバノミラー39を動かすことによって信号光の入射角度を設定する(ステップS27)。
Subsequently, the two-dimensional information for recording (SLM data) is displayed on the
次に、不揮発性メモリに記憶されている、現記録位置における当該入射平面角に対する記録時間の情報を読み込み(ステップS28)、メカニカルシャッター25を上記記録時間の間だけ開放させることによってホログラム記録を行う(ステップS29)。
Next, information on the recording time with respect to the incident plane angle at the current recording position stored in the nonvolatile memory is read (step S28), and hologram recording is performed by opening the
この後、1つの記録位置での角度多重記録が終了したかどうかを判定し(ステップS30)、終了した場合には、次のステップS31へ進み、終了していない場合には、ステップS25に戻って、同じ記録位置での異なる角度での多重記録を行う。 Thereafter, it is determined whether or not the angle multiplex recording at one recording position is completed (step S30). If completed, the process proceeds to the next step S31, and if not completed, the process returns to step S25. Thus, multiple recording at different angles at the same recording position is performed.
ステップS31では、一つの記録位置での回転多重記録が終了したかどうかを判定し、終了していなければ、ステップS24に戻って次の入射平面角を決定し、同じ位置での異なる回転角度による回転多重記録を行う。一つの位置での回転多重記録が終了すると(ステップS31のYES)、ステップS32に進む。 In step S31, it is determined whether or not rotational multiplex recording at one recording position has been completed. If not completed, the process returns to step S24 to determine the next incident plane angle, and with different rotational angles at the same position. Rotation multiplex recording is performed. When the rotational multiplex recording at one position is completed (YES in step S31), the process proceeds to step S32.
ステップS22では、全ての位置での回転多重記録が終了したかどうかを判定し、終了していない場合には(ステップS32のNO)、ステップS32に戻って再びインコヒーレント光をディスク面に照射した後、上記ヘッダ情報を基に次の記録位置を決定し、2光波の照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させ、その位置での角度多重と回転多重による記録を行う。 In step S22, it is determined whether or not rotational multiplex recording has been completed at all positions. If not completed (NO in step S32), the process returns to step S32 to irradiate the disc surface again with incoherent light. Thereafter, the next recording position is determined based on the header information, the spindle motor is rotated so that the irradiation position of the two light waves comes to the recording position, and recording is performed by angle multiplexing and rotation multiplexing at that position.
全ての位置での多重記録が終了した場合には(ステップS32のYES)、後処理としてインコヒーレント光をメディア全体に照射してモノマーをポリマーに変化させる(ステップS33)。 When multiple recording at all positions is completed (YES in step S32), the entire medium is irradiated with incoherent light as post-processing to change the monomer into a polymer (step S33).
以上のように、不揮発性メモリに記憶されている回転多重方式での最適なホログラム記録条件に従ってホログラム記録を行うことによって、複屈折をもつメディアに対して回転多重方式で良好にホログラム記録を行うことが可能になる。 As described above, by performing hologram recording according to the optimum hologram recording condition in the rotational multiplexing method stored in the nonvolatile memory, the hologram recording can be performed favorably in the rotational multiplexing method on a medium having birefringence. Is possible.
ところで、回転多重方式の光学系においては、たとえば、図10に示すように、参照光17をメディア1に対して垂直に入射させる。回転多重方式の光学系では、水平方向の複屈折のばらつきが大きく影響し、また、参照光17の角度が信号光16に対して大きくなれば、その分だけ垂直複屈折の影響も増加するので、なるべく信号光16と参照光17との角度を狭くする必要がある。
By the way, in the rotation multiplexing type optical system, for example, as shown in FIG. In the optical system of the rotation multiplex system, variation in birefringence in the horizontal direction is greatly affected, and if the angle of the
水平方向については、図11に示すように、信号光16の入射角が水平方向の複屈折の軸と一致するy軸からの角度が90*(n−1)[n=1,2,3,4]の時に最も影響が少なく、そこからy軸との角度が45°*(2n−1)[n=1,2,3,4]に近くなるにつれて徐々に複屈折の影響が強くなっていく。そこで、回転多重を行うときの回転記録角はなるべくx軸またはy軸付近のところから多重記録を行い、例えばN回の多重記録を行うときには、回転多重の回転角度選択性をあげるとすると、90*(n−1)±mα[N、m=1,2,3,4]のように軸に近いところから順に記録していくとよい。またこれらの軸から離れた角度で記録したホログラムほど回折効率は下がっていくので、この点を考慮に入れたスケジューリング記録方式を用いることも有効である。
In the horizontal direction, as shown in FIG. 11, the angle from the y-axis where the incident angle of the
3.コリニア方式 3. Collinear method
図12に示すように、参照光17が信号光16の回りを囲むようなコリニア方式において、複屈折の影響は2通り考えられる。その一つは、イメージエリアの外側にいくにつれて角度が急峻になるため垂直複屈折の影響が大きくなり、内外周でムラが生じやすい点、2つ目は、図13に示すように、平面方向の全ての方向が干渉に寄与するために上記複屈折の軸から45°*(2n−1)[n=1,2,3,4]の場所で複屈折の影響が大きくなるために、水平方向の角度によってもムラが生じやすい点である。
As shown in FIG. 12, in the collinear method in which the
そこで、不揮発性メモリにホログラム記録条件として、ディスクのR方向の各位置における反射型液晶上に与える円周方向の信号光および参照光各々のパターンの大きさの情報を記憶しておき、ホログラム記録時にこの情報に従ってディスクの内外周で信号光および参照光のイメージエリアを減らすことにより、ディスクの内外周での回折効率の差をなくすことが可能となる。 Therefore, information on the size of the pattern of each of the circumferential signal light and the reference light applied to the reflective liquid crystal at each position in the R direction of the disk is stored in the nonvolatile memory as a hologram recording condition. Sometimes, by reducing the image area of signal light and reference light on the inner and outer circumferences of the disc according to this information, it becomes possible to eliminate the difference in diffraction efficiency between the inner and outer circumferences of the disc.
また、不揮発性メモリには、ディスクのR方向の各位置における記録時間などの記録パワーの情報がホログラム記録条件として記憶されている。 The nonvolatile memory stores recording power information such as recording time at each position in the R direction of the disk as a hologram recording condition.
(コリニア方式のホログラム記録装置) (Collinear hologram recording device)
図14はコリニア方式のホログラム記録装置の構成を示す図である。 FIG. 14 is a diagram showing a configuration of a collinear hologram recording apparatus.
同図に示すように、このコリニア方式のホログラム記録装置の光学ユニット200は、記録再生用光源21,コリメートレンズ22,アイソレータ23,メカニカルシャッター25,偏光ビームスプリッタ26,半波長板27,偏光ビームスプリッタ28,1/2波長板29,偏光ビームスプリッタ30,1/2波長板31,リレーレンズ32,ピンホール33,ダイクロイックミラー34,対物レンズ35,サーボ用駆動ユニット36,ピンホール55,反射型液晶40,倍率調整用レンズ41,CCDカメラ42,サーボ用光源43,コリメートレンズ44、グレーティング45,ビームスプリッタ46,集光用レンズ47,シリンドリカルレンズ48,受光素子49を有する。
As shown in the figure, the
ディスク型メディア1は、図示しないスピンドルモータで回転される。ホログラム記録媒体1が移動することから、ホログラム記録媒体1上への記録・再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。
The
次に、このホログラム記録装置の基本的な動作を説明する。 Next, the basic operation of this hologram recording apparatus will be described.
光学ユニット100において、記録再生用光源21は、レーザ光源であり、例えば、波長405[nm]のレーザダイオード(LD)や波長532[nm]のNd−YAGレーザーを用いることができる。
In the
この記録再生用光源21から照射された光線は、コリメートレンズ22によって平行光になり、戻り光を防ぐためにアイソレータ23を通す。その後、半波長板24によって強度が調節され、偏光ビームスプリッタ28を通じてp偏光成分のみが空間光変調器としての反射型液晶40に入射される。空間光変調器は、信号光を空間的に(ここでは、2次元的に)変調して、データを重畳する光学素子である。空間光変調器としては、反射型液晶のほか、DMD(Digital micro mirror)や、透過型の素子である透過型液晶素子を用いることができる。
The light beam emitted from the recording / reproducing
ここで、反射型液晶40には、図12、図13に示されるように、参照光17のデータ領域が信号光16のデータ領域の回りを囲んだパターンが投影される。この実施形態では、信号光16と参照光17とを同一光路を伝播させる場合を示しているが、逆に信号光のデータ領域が参照光のデータ領域の回りを囲んだパターンであってもよい。また信号光のパターンの両脇から参照光を入射するというパターンでもかまわない。
Here, as shown in FIGS. 12 and 13, a pattern in which the data area of the
反射型液晶40によって変調された光は、偏光が90°回転するために偏光ビームスプリッタ28によって反射する。偏光ビームスプリッタ28を反射した光は、1/2波長板29によって再びp偏光に戻され、偏光ビームスプリッタ30を透過し、1/2波長板31によって円偏光となって、リレーレンズ32を伝播される。このときピンホール33により、液晶からの高次の回折光がカットされる。
The light modulated by the
続いて、光はダイクロイックミラー34を通過する。ダイクロイックミラー34は、記録再生用の光とサーボに用いる光とを同一の光路にするための光学素子である。ダイクロイックミラー34の表面には、記録再生用光源21とサーボ用光源43とでレーザ光の波長が異なることに対応して、記録再生用光源21からの光を透過し、サーボ用光源43からの光を反射するような薄膜処理がなされている。
Subsequently, the light passes through the
ダイクロイックミラー34を通過した光は、対物レンズ35によって集光されてディスク型メディア1に入射する。その結果、ディスク型メディア1上に干渉縞が形成される。この際、反射型液晶40によって空間変調された情報がディスク型メディア1上にホログラムとして記録される。
The light that has passed through the
ここで参照光のパターンは、ある強度に変調されたものであり、そのパターンがメディア1内でスペックルを発生させ、そのスペックルの一致した部分のみから再生光が発生するために、スペックルサイズに依存した非常に細かいシフトピッチでの多重記録が可能となる。また、半波長板24と偏光ビームスプリッタ26との間には記録時のビームの開閉を行うメカニカルシャッター25が配置されており、このメカニカルシャッター25の開閉により記録時間が可変できる。
Here, the pattern of the reference light is modulated to a certain intensity, and the pattern generates speckles in the
再生時には、反射型液晶40上で、参照光に相当するパターンのみを表示させ、その参照光成分のみをディスク型メディア1に入射させる。これにより、ディスク型メディア1に記録されたホログラムから回折光(再生光)が発生する。再生光は信号光と逆の光路をたどり、対物レンズ35を通り、ダイクロイックミラー34を透過してリレーレンズ32を通る。リレーレンズ32を通る途中でピンホール33によってノイズがカットされる。その後、再生光は1/2波長板31によってs偏光になり、偏光ビームスプリッタ30で反射されて、倍率調整用レンズ41にて倍率が調整され、CCDカメラ42で、反射型液晶40での空間的な2次元データに対応する電気信号に変換される。CCDカメラ42からの出力は、図示しない信号処理部によって2値化され、時系列2値化データに変換される。
At the time of reproduction, only the pattern corresponding to the reference light is displayed on the
また、サーボ用光源43は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御を行うための光源であり、記録再生用光源21とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源43は、例えば、レーザーダイオードであり、発振波長としてディスク型メディア1に対して感度が小さい、例えば、650nmが使用される。
The
サーボ用光源43より照射されたサーボ用の光は、コリメートレンズ44によって平行光に変換され、グレーティング45にて3つのビームに分割される。グレーティング45から出射されたレーザ光は、ビームスプリッタ46を透過してダイクロイックミラー34に達し、ダイクロイックミラー34にて記録再生用の光と同一の光路に乗せられ、対物レンズ35によりディスク型メディア1に入射される。
The servo light emitted from the
ディスク型メディア1から反射したサーボ光は、対物レンズ35を通してダイクロイックミラー34に戻り、ここで反射されてビームスプリッタ46に戻る。戻りサーボ光はビームスプリッタ46で反射されて集光用レンズ47に入射し、ここで集光された後、シリンドリカルレンズ48にてビーム形状が円形から楕円形に変換されて受光素子49にて受光される。受光素子49からは、戻り光に対してトラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号、フォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号などが出力される。
The servo light reflected from the disk-
サーボ駆動ユニット36は、受光素子49からのトラッキングエラー信号およびフォーカスエラー信号により対物レンズ35を2軸方向に駆動することによって、トラッキング制御およびフォーカス制御を行うための駆動機構であり、各々の軸方向に対物レンズ35を駆動するためのコイル36A,36Bを有する。
The servo drive unit 36 is a drive mechanism for performing tracking control and focus control by driving the
次に、このコリニア方式のホログラム記録装置でのホログラム記録条件に基づく処理の流れを図15のフローチャートにより説明する。 Next, the flow of processing based on the hologram recording conditions in the collinear hologram recording apparatus will be described with reference to the flowchart of FIG.
このホログラム記録装置は、CPUおよびメモリを有するシステムコントローラを備えている。システムコントローラは、ディスク型メディア1を回転させる図示せぬスピンドルモータや光学ユニット300の制御を行う制御手段である。メモリはCPUの作業領域などとして用いられる揮発性メモリと、ホログラム記録条件などがあらかじめ記憶された不揮発性メモリとを有する。
This hologram recording apparatus includes a system controller having a CPU and a memory. The system controller is control means for controlling a spindle motor (not shown) and the
まず、システムコントローラは、ディスク型メディア1を回転させ、ディスク型メディア1の最内周に記録されているヘッダ情報を読み込み、その内容をメモリに保存する(ステップS41)。
First, the system controller rotates the disk-
ディスク型メディア1の不感領域を取り払うためにLEDなどからのインコヒーレント光をディスク面に照射する(ステップS42)。
In order to remove the insensitive area of the disk-
上記ヘッダ情報に含まれている記録位置を管理するための情報を基に記録位置を決定し、2光波の照射位置がその記録位置に来るようにスピンドルモータを回転させる(ステップS43)。次に、不揮発性メモリにホログラム記録条件として記憶されている、反射型液晶上に与える円周方向の信号光および参照光各々のパターンの大きさの情報と強度の変調情報を基に、反射型液晶40に表示させるSLMデータのパターンを決定する(ステップS44)。次に、反射型液晶40に上記SLMデータのパターンを表示させてSLMデータの転送を行う(ステップS45)。続いて、不揮発性メモリに記憶されている記録時間の情報を読み込み(ステップS46)、メカニカルシャッター25を上記記録時間の間だけ開けることによってホログラム記録を行う(ステップS47)。
The recording position is determined based on the information for managing the recording position included in the header information, and the spindle motor is rotated so that the irradiation position of the two light waves comes to the recording position (step S43). Next, based on the size information and intensity modulation information of the pattern light and reference light in the circumferential direction given on the reflective liquid crystal, which are stored in the nonvolatile memory as hologram recording conditions, the reflective type A pattern of SLM data to be displayed on the
1つの位置での多重記録が終了した場合には(ステップS48のYES)、ステップS42に戻って次の位置への記録を行い、終了していない場合には(ステップS48のNO)、ステップS5に戻って、同じ位置での多重記録を行う。 If multiple recording at one position is completed (YES in step S48), the process returns to step S42 to perform recording at the next position. If not completed (NO in step S48), step S5 is performed. Returning to the above, multiple recording at the same position is performed.
全ての位置での角度多重記録が終了した場合には(ステップS49のYES)、後処理としてインコヒーレント光をメディア全体に照射してモノマーをポリマーに変化させる(ステップS50)。 When the angle multiplex recording is completed at all positions (YES in step S49), the entire medium is irradiated with incoherent light as post-processing to change the monomer into a polymer (step S50).
以上のように、不揮発性メモリに記憶されているコリニア方式での最適なホログラム記録条件に従ってホログラム記録を行うことによって、複屈折をもつメディアに対してコリニア方式で良好にホログラム記録を行うことが可能になる。 As described above, by performing hologram recording according to the optimum hologram recording conditions in the collinear method stored in the non-volatile memory, it is possible to perform holographic recording satisfactorily in the collinear method for media having birefringence. become.
次に、波長板を用いて複屈折の影響を低減する方法について説明する。 Next, a method for reducing the influence of birefringence using a wave plate will be described.
図16は波長板を用いて複屈折の影響を低減する方法を示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing a method of reducing the influence of birefringence using a wave plate.
これは、上記のホログラム記録条件に基づいて、メディアに入射する信号光16と参照光17の2つの光の偏光方向を一致させるように、いずれか一方の光または両方の光を波長板59を通過させるようにしたものである。波長板59はメディア1と略水平な面内で回転可能とされ、ホログラム記録条件に基づいて、その回転位置が可変設定される。
This is based on the hologram recording conditions described above, so that either one or both of the light beams are passed through the
また、多重方式として角度多重を想定した場合には、記録角度によっても偏向方向が変化するため、記録角度に対しても波長板59を回転させる。さらに、ディスク1のR方向(半径方向)の位置によっても複屈折の値が異なるため、その位置によっても波長板59を最適な回転位置に変化させる。
In addition, when angle multiplexing is assumed as the multiplexing method, the deflection direction changes depending on the recording angle, so the
回転多重方式の場合も同様に、上記複屈折の影響で入射光の偏光方向が変化する場合には、波長板59を回転させることによって補償することが可能となる。
Similarly, in the case of the rotation multiplexing method, when the polarization direction of the incident light changes due to the influence of the birefringence, it is possible to compensate by rotating the
さらに、多重方式として位相相関多重などのシフト多重方式を用いてホログラムを多重記録する場合を想定した場合には、基本的には入射光の角度は変わらないため、波長板59はディスク1のR方向(半径方向)の位置によって変化させるのみでよい。
Further, assuming that the hologram is multiplexed and recorded using a shift multiplexing method such as phase correlation multiplexing as the multiplexing method, the angle of the incident light does not change basically, so that the
次に、ホログラムROMディスクを作成する方法として、例えばアキシコンレンズを用いてROMメディアを作成する方式に本発明を適用したものを説明する。 Next, as a method of creating a hologram ROM disk, a method in which the present invention is applied to a method of creating a ROM medium using an axicon lens will be described.
図17に示すように、アキシコンレンズ60を介して参照光17をメディア1に入射させると、複数の参照光17がディスク1の放射線状にとび、図中のような環状の形状に並べられた複数のSLMを用いることにより、ある領域64のホログラムが一度に記録される。さらに、アキシコンレンズ60とディスク1との距離を変化させることによって異なる角度での多重が可能である。この方式においては、理想的にはディスク全面に一度に記録することも可能であるが、ここでは、図18に示すように、ディスク1をR方向の位置で複数の領域71,72,73,74,75に分割した。その理由としてはディスク型基板の成型条件によってディスク1の内外周での複屈折の差が大きいと思われるからである。よって図中のように複屈折の大きいポリカーボネートなどの基板のメディア1を用いる場合には、例えば、信号光16の光路に波長板59を入れて、メディアに入射する際には参照光17と同じ偏光方向になるように波長板59を回転させる。
As shown in FIG. 17, when the
なお、ここでは信号光16のみに波長板59を入れたが、参照光17のみに入れてもいいし、両方に入れてもよい。
Here, the
1 ディスク型メディア(ホログラム記録媒体)
16 信号光
17 参照光
21 記録再生用光源
22 コリメートレンズ
23 アイソレータ
24 半波長板
25 メカニカルシャッター
26 偏光ビームスプリッタ
27 半波長板
28 偏光ビームスプリッタ
29 1/2波長板
30 偏光ビームスプリッタ
31 1/2波長板
32 リレーレンズ
33 ピンホール
34 ダイクロイックミラー
35 対物レンズ
37 1/2波長板
38 ピンホール
39 ガルバノミラー
40 反射型液晶
41 倍率調整用レンズ
42 CCDカメラ
59 波長板
60 アキシコンレンズ
61 信号光ライン
62 参照光ライン
70 ミラー
71 ミラー
72 アクチュエータ
100,200,300 光学ユニット
1 Disc type media (hologram recording media)
16
Claims (24)
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、
前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子で変調された信号光および前記光分岐素子で分岐された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、
前記ホログラム記録媒体がもつ基板の複屈折に関連する記録条件があらかじめ記憶された記憶部と、
前記記憶部に記憶されている記録条件に基づいて、前記ホログラム記録媒体にホログラムを記録するように制御する制御手段と
を具備することを特徴とするホログラム記録装置。 A laser light source for emitting laser light;
A light branching element for branching the laser light emitted from the laser light source into signal light and reference light;
An optical modulation element that modulates the signal light branched by the optical branching element;
An optical system for condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light branched by the light branching element at substantially the same location of the hologram recording medium;
A storage unit in which recording conditions related to the birefringence of the substrate of the hologram recording medium are stored in advance;
And a control unit that controls to record a hologram on the hologram recording medium based on a recording condition stored in the storage unit.
前記記録条件が、前記信号光および前記参照光の入射平面角であることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録装置。 An angle multiplexing type hologram recording apparatus,
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the recording condition is an incident plane angle of the signal light and the reference light.
前記記録条件が、角度多重のための記録角度の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録装置。 An angle multiplexing type hologram recording apparatus,
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the recording condition is a recording angle range for angle multiplexing.
前記記録条件が、前記信号光および前記参照光の入射平面角であることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録装置。 A rotary multiplex type hologram recording apparatus,
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the recording condition is an incident plane angle of the signal light and the reference light.
前記光変調素子が、前記信号光を空間的に変調してデータを重畳する空間光変調器であり、
前記記録条件が、前記空間光変調器上のパターンの各円周方向に与える強度変調に関する情報であることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録装置。 A collinear hologram recording device,
The light modulation element is a spatial light modulator that spatially modulates the signal light and superimposes data;
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the recording condition is information on intensity modulation applied in each circumferential direction of a pattern on the spatial light modulator.
前記光変調素子が、前記信号光を空間的に変調してデータを重畳する空間光変調器であり、
前記記録条件が、前記空間光変調器に与える円周方向の前記信号光および前記参照光の各々のパターンの大きさの情報であることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録装置。 A collinear hologram recording device,
The light modulation element is a spatial light modulator that spatially modulates the signal light and superimposes data;
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the recording condition is information on a size of each pattern of the signal light and the reference light in a circumferential direction given to the spatial light modulator.
前記記録条件は前記ディスク上の半径方向の各位置ごとの記録条件であることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録装置。 The hologram recording medium is a disc;
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the recording condition is a recording condition for each radial position on the disk.
前記制御手段は、前記記憶部に記憶されている前記記録条件に基づいて、前記波長板の回転位置を設定することを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録装置。 A rotatable wave plate that changes a polarization direction of the signal light and / or the reference light incident on the hologram recording medium;
The hologram recording apparatus according to claim 1, wherein the control unit sets a rotational position of the wave plate based on the recording conditions stored in the storage unit.
前記レーザ光源から出射されたレーザ光を信号光と参照光に分岐する光分岐素子と、
前記光分岐素子で分岐された信号光を変調する光変調素子と、
前記光変調素子で変調された信号光および前記光分岐素子で分岐された参照光をホログラム記録媒体の略同一箇所に集光する光学系と、前記ホログラム記録媒体がもつ基板の複屈折に関連する記録条件があらかじめ記憶された記憶部とを設けておき、
前記記憶部に記憶されている記録条件に基づいて、前記ホログラム記録媒体にホログラムを記録することを特徴とするホログラム記録方法。 A laser light source for emitting laser light;
A light branching element for branching the laser light emitted from the laser light source into signal light and reference light;
An optical modulation element that modulates the signal light branched by the optical branching element;
Related to the optical system for condensing the signal light modulated by the light modulation element and the reference light branched by the light branching element at substantially the same location of the hologram recording medium, and the birefringence of the substrate of the hologram recording medium A storage unit in which recording conditions are stored in advance;
A hologram recording method, comprising: recording a hologram on the hologram recording medium based on a recording condition stored in the storage unit.
前記記録条件が、信号光および参照光の入射平面角であることを特徴とする請求項13に記載のホログラム記録方法。 An angle multiplex hologram recording method,
The hologram recording method according to claim 13, wherein the recording condition is an incident plane angle of signal light and reference light.
前記記録条件が、角度多重のための記録角度の範囲であることを特徴とする請求項13に記載のホログラム記録方法。 An angle multiplex hologram recording method,
The hologram recording method according to claim 13, wherein the recording condition is a range of recording angles for angle multiplexing.
前記記録条件が、信号光および参照光の入射平面角であることを特徴とする請求項13に記載のホログラム記録方法。 A rotary multiplex hologram recording method,
The hologram recording method according to claim 13, wherein the recording condition is an incident plane angle of signal light and reference light.
前記記録条件が、信号光を空間的に変調してデータを重畳する空間光変調器上のパターンの各円周方向に与える強度変調に関する情報であることを特徴とする請求項13に記載のホログラム記録方法。 A collinear hologram recording method,
14. The hologram according to claim 13, wherein the recording condition is information relating to intensity modulation applied in each circumferential direction of a pattern on a spatial light modulator that spatially modulates signal light and superimposes data. Recording method.
前記記録条件が、信号光を空間的に変調してデータを重畳する空間光変調器に与える円周方向の前記信号光および参照光の各々のパターンの大きさの情報であることを特徴とする請求項13に記載のホログラム記録方法。 A collinear hologram recording method,
The recording condition is information on the size of each pattern of the signal light and the reference light in the circumferential direction given to a spatial light modulator that spatially modulates signal light and superimposes data The hologram recording method according to claim 13.
前記記録条件は前記ディスク上の半径方向の各位置ごとの記録条件であることを特徴とする請求項13に記載のホログラム記録方法。 The hologram recording medium is a disc;
14. The hologram recording method according to claim 13, wherein the recording condition is a recording condition for each radial position on the disk.
前記記憶部に記憶されている前記記録条件に基づいて、前記波長板の回転位置を設定することを特徴とする請求項13に記載のホログラム記録方法。 A rotatable wave plate for changing the polarization direction of the signal light and / or the reference light incident on the hologram recording medium;
The hologram recording method according to claim 13, wherein the rotational position of the wave plate is set based on the recording conditions stored in the storage unit.
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