JP6070441B2 - Hologram recording apparatus and optical module for hologram recording - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラム記録技術に関する。 The present invention relates to a hologram recording technique for recording information on a recording medium using holography.
近年、ホログラフィを利用したストレージデバイスの開発が進められている。ホログラフィを利用したストレージデバイスでは、従来の磁気記録式のデバイスより高い記録密度が得られるため次世代ストレージデバイスの有力な候補となっている。 In recent years, development of storage devices using holography has been promoted. A storage device using holography is a promising candidate for a next-generation storage device because it has a higher recording density than a conventional magnetic recording device.
ホログラフィを利用したストレージデバイスに光情報を記録再生可能な記録再生装置として、特許文献1には、信号光と参照光とを別々の光学系で記録媒体に照射し、記録媒体において信号光と参照光とを干渉させて光情報を記録する装置が開示されている。この装置では、参照光との機械的干渉をさけるために信号光レンズの光軸が、記録媒体に対し垂直ではなく傾けて設定されている。そして、この装置は、記録媒体への参照光の入射角度を変化させて信号光と参照光との相対角度を変化させることにより記録媒体の同一部分に複数のページデータを記録する、いわゆる角度多重記録によって、記録密度の増大を図っている。
As a recording / reproducing apparatus capable of recording / reproducing optical information to / from a storage device using holography,
しかしながら、特許文献1の装置には、参照光の各角度に対応して記録される各ページデータが記録媒体中で占める体積が低減されていないため、記録密度を高めることが困難であるといった問題がある。
However, the apparatus of
本発明は、こうした問題を解決するためになされたもので、記録媒体に対して光軸が傾いた光学系で信号光を記録媒体に照射してホログラムを記録する技術において、ページデータの一枚当りの記録に要する記録媒体の体積を低減できる技術を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve these problems, and the signal light optical axes tilted optical system irradiating the record medium in the art of recording a hologram on a recording medium, the page data one An object of the present invention is to provide a technique capable of reducing the volume of a recording medium required for recording per sheet.
上記の課題を解決するために、第1の態様に係るホログラム記録装置は、ホログラムを記録可能な記録層を備えた記録媒体を保持する保持部と、コヒーレント光を射出する光源と、前記記録媒体の表面に対して光軸が傾いた集光レンズ系を備えるとともに、前記コヒーレント光から信号光を、空間変調された平行光線束として生成し、前記平行光線束を前記集光レンズ系によって前記記録媒体の前記記録層に集光する信号光光学系と、前記コヒーレント光から参照光を生成して前記記録層のうち前記信号光が集光される部分に照射する参照光光学系と、を備え、前記集光レンズ系と前記保持部とは、前記集光レンズ系の焦点の前記集光レンズ系の光軸に沿った前記記録媒体への入り込み量が目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされており、前記集光レンズ系の光軸と、前記光軸と前記記録媒体の表面との交点における前記表面の法線との双方に直交する方向視によって側面視を定義し、前記法線方向を上下方向、前記記録媒体側を下、前記集光レンズ系側を上と定義し、前記平行光線束が含む各光線束のうち側面視において最も下側で前記集光レンズ系の主平面を横切る光線束によって下側の最軸外光線束を定義したとき、前記入り込み量の前記目標範囲は、前記平行光線束における各光線束が含む各光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る各光路の側面視における前記記録媒体の延在方向に沿った各分布範囲が、前記下側の最軸外光線束が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る基準領域の前記延在方向に沿った基準分布範囲に含まれる場合の前記入り込み量の範囲である。 In order to solve the above-described problem, a hologram recording apparatus according to a first aspect includes a holding unit that holds a recording medium including a recording layer capable of recording a hologram, a light source that emits coherent light, and the recording medium A condensing lens system whose optical axis is inclined with respect to the surface of the light source, and generating signal light from the coherent light as a spatially modulated parallel light beam, and the parallel light beam is recorded by the condensing lens system. A signal light optical system that condenses the recording layer of the medium, and a reference light optical system that generates reference light from the coherent light and irradiates a portion of the recording layer on which the signal light is condensed. The condenser lens system and the holding portion are relatively relative to each other so that the amount of the focal point of the condenser lens system entering the recording medium along the optical axis of the condenser lens system falls within a target range. Positioning A side view is defined by a direction view perpendicular to both the optical axis of the condenser lens system and the normal of the surface at the intersection of the optical axis and the surface of the recording medium, and the normal direction Is defined as the vertical direction, the recording medium side is down, and the condenser lens system side is up, and the principal plane of the condenser lens system is the lowest in the side view among the light bundles included in the parallel light bundle. When the lower most off-axis light beam is defined by the transverse light beam, the target range of the penetration amount is that each light beam included in each light beam in the parallel light beam passes through the condensing lens system and passes through the recording layer. Each distribution range along the extending direction of the recording medium in a side view of each optical path traversing indicates that the extension of the reference region in which the lowermost off-axis light beam crosses the recording layer through the condenser lens system The input when included in the reference distribution range along the direction. It is in the range of the write amount.
第2の態様に係るホログラム記録装置は、第1の態様に係るホログラム記録装置であって、前記平行光線束が含む各光線束のうち側面視において最も上側で前記集光レンズ系の主平面を横切る光線束によって上側の最軸外光線束を定義したとき、前記目標範囲における前記入り込み量の絶対値の最小値は、前記下側の最軸外光線束が含む各光線のうち側面視において最も下側で前記主平面を横切る第1光線が前記集光レンズ系を経て前記記録媒体の前記記録層の上面と交差する第1交点と、前記上側の最軸外光線束が含む各光線のうち側面視において最も下側で前記主平面を横切る第2光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層の下面と交差する第2交点とのそれぞれの前記延在方向における位置が互いに一致する場合の前記入り込み量の絶対値である。 The hologram recording apparatus according to the second aspect is the hologram recording apparatus according to the first aspect, wherein the main plane of the condenser lens system is the uppermost side in a side view among the light bundles included in the parallel light bundle. When the uppermost off-axis light bundle is defined by the transverse light bundle, the absolute value of the absolute value of the intrusion amount in the target range is the most in the side view among the light rays included in the lower most off-axis light bundle. The first light beam crossing the main plane on the lower side passes through the condensing lens system and intersects the upper surface of the recording layer of the recording medium, and each light beam included in the uppermost off-axis light beam bundle When the second light rays crossing the main plane at the lowest side in a side view coincide with each other in the extending direction with the second intersection that intersects the lower surface of the recording layer through the condenser lens system. Excessive amount of penetration Is the value.
第3の態様に係るホログラム記録装置は、第1または第2の態様に係るホログラム記録装置であって、前記目標範囲における前記入り込み量の絶対値の最大値は、前記平行光線束が含む各光線束のそれぞれにおいて側面視において最も上側で前記主平面を横切る各上側光線が前記集光レンズ系から前記記録媒体に至る各光路が、前記集光レンズ系の光軸となす各角度と、前記各上側光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層の下面と交差する各交点の前記延在方向における各位置との関係を示すコマ収差曲線が、前記各上側光線のうち前記下側の最軸外光線束に含まれる第3光線に対して極値をとる場合の前記入り込み量の絶対値である。 The hologram recording apparatus according to the third aspect is the hologram recording apparatus according to the first or second aspect, wherein the maximum value of the absolute value of the amount of penetration in the target range is the light beam included in the parallel light bundle. and each angle uppermost in the optical path to the Symbol recording medium each of the upper beam across the main plane of the focusing lens system, which makes with the optical axis of the condenser lens system in a side view in each bundle, the A coma aberration curve showing the relationship between each upper ray passing through the condensing lens system and each position in the extending direction at each intersection where the lower ray intersects the lower surface of the recording layer is the lowermost of the upper rays. It is the absolute value of the amount of penetration when taking an extreme value with respect to the third light beam included in the off-axis light beam.
第4の態様に係るホログラム記録装置は、第3の態様に係るホログラム記録装置であって、前記目標範囲における前記入り込み量の絶対値の最大値は、前記コマ収差曲線が、前記各上側光線のうち前記下側の最軸外光線束に含まれる第3光線に対して極値をとる場合の前記入り込み量の絶対値の半分の値である。 A hologram recording apparatus according to a fourth aspect is the hologram recording apparatus according to the third aspect, wherein the maximum value of the absolute value of the amount of penetration in the target range is determined by the coma aberration curve being determined by the upper side rays. Of these, the value is half of the absolute value of the amount of penetration when the extreme value is taken for the third light beam included in the lower most off-axis light beam.
第5の態様に係るホログラム記録装置は、第1の態様に係るホログラム記録装置であって、前記記録媒体は、前記記録層の上面に前記記録層を保護する保護層をさらに備え、前記入り込み量の前記目標範囲は、不等式(1)を満足する前記入り込み量の範囲である。 A hologram recording apparatus according to a fifth aspect is the hologram recording apparatus according to the first aspect, wherein the recording medium further includes a protective layer for protecting the recording layer on an upper surface of the recording layer, and the amount of intrusion The target range is a range of the penetration amount that satisfies the inequality (1).
第6の態様に係るホログラム記録装置は、第5の態様に係るホログラム記録装置であって、前記入り込み量の前記目標範囲は、前記不等式(1)を満足する前記入り込み量の範囲のうち中心より前記入り込み量の絶対値が小さい側の範囲である。 A hologram recording apparatus according to a sixth aspect is the hologram recording apparatus according to the fifth aspect, wherein the target range of the penetration amount is from the center of the range of the penetration amount that satisfies the inequality (1). The absolute value of the penetration amount is a range on the smaller side.
第7の態様に係るホログラム記録用の光学モジュールは、ホログラムを記録可能な記録層を備えた記録媒体を保持する保持部と、前記記録媒体の表面に対して光軸が傾いた集光レンズ系と、を備え、前記集光レンズ系は、予めコヒーレント光から生成されて、空間変調された平行光線束として入射する信号光を前記記録媒体の前記記録層に集光し、前記集光レンズ系と前記保持部とは、前記集光レンズ系の焦点の前記集光レンズ系の光軸に沿った前記記録媒体への入り込み量が目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされており、前記集光レンズ系の光軸と、前記光軸と前記記録媒体の表面との交点における前記表面の法線との双方に直交する方向視によって側面視を定義し、前記法線方向を上下方向、前記記録媒体側を下、前記集光レンズ系側を上と定義し、前記平行光線束が含む各光線束のうち側面視において最も下側で前記集光レンズ系の主平面を横切る光線束によって下側の最軸外光線束を定義したとき、前記入り込み量の前記目標範囲は、前記平行光線束における各光線束が含む各光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る各光路の側面視における前記記録媒体の延在方向に沿った各分布範囲が、前記下側の最軸外光線束が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る基準領域の前記延在方向に沿った基準分布範囲に含まれる場合の前記入り込み量の範囲である。 An optical module for hologram recording according to a seventh aspect includes a holding unit for holding a recording medium having a recording layer capable of recording a hologram, and a condensing lens system in which an optical axis is inclined with respect to the surface of the recording medium The condensing lens system is configured to condense the signal light, which is generated from the coherent light in advance and is incident as a spatially modulated parallel light beam, onto the recording layer of the recording medium, and the condensing lens system And the holding portion are positioned relative to each other so that the amount of penetration of the focal point of the condenser lens system into the recording medium along the optical axis of the condenser lens system falls within a target range. A side view is defined by a direction view perpendicular to both the optical axis of the condenser lens system and the normal of the surface at the intersection of the optical axis and the surface of the recording medium, and the normal direction is defined as the vertical direction. The recording medium side down, the collection The lens system side is defined as upper, and the lower most off-axis light beam is defined by the light beam that traverses the principal plane of the condensing lens system at the bottom in the side view among the light beams included in the parallel light beam. Then, the target range of the penetration amount is the extending direction of the recording medium in a side view of each optical path in which each light beam included in each light beam in the parallel light beam crosses the recording layer through the condenser lens system Each of the distribution ranges along the lowermost off-axis ray bundle is included in the reference distribution range along the extending direction of the reference region that crosses the recording layer through the condenser lens system. A range of quantities.
第1から第7の何れの態様に係る発明によっても、平行光束として入射する信号光を集光する集光レンズ系と記録媒体の保持部とは、集光レンズ系の焦点の光軸方向に沿った記録媒体への入り込み量が目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされている。目標範囲は、平行光線束が含む各光線が記録層を横切るときの各光路の記録媒体の延在方向に沿った各分布範囲が、下側の最軸外光線束が記録層を横切る基準領域の当該延在方向に沿った基準分布範囲に含まれる場合の入り込み量の範囲である。そして、下側の最軸外光線束は、平行光線束に含まれる各光線束の中で記録媒体の法線となす角度が最も大きいため、記録媒体の延在方向に沿った分布幅が最も広い光線束、すなわち、光情報の記録に要する体積が最も大きな光線束である。そして、基準分布範囲は、一枚のページデータを記録媒体に記録するために少なくとも必要となる領域の記録媒体の延在方向に沿った長さである。従って、集光レンズ系と保持部とが、集光レンズ系の焦点の光軸方向に沿った記録媒体への入り込み量が目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされれば、信号光に含まれる全ての光線の記録層における光路の分布範囲を基準分布範囲に収めることが出来る。これにより、一枚のページデータの記録に要する記録媒体の体積を低減できる。
By the invention according to the first to 7 any aspect of, the holding portion of the condenser lens system and record medium for condensing the signal beam incident as a parallel light beam, the optical axis direction of the focal point of the condenser lens system Are positioned relative to each other so that the amount of penetration into the recording medium is within the target range. Target range, the distribution range of the light beam along the extending direction of the optical path of the record medium when crossing the recording layer comprising parallel light beam is a reference to the most off-axis light flux of the lower crosses the recording layer This is the range of the amount of entry when included in the reference distribution range along the extending direction of the region. The most off-axis light flux and the lower is because the largest angle formed between the normal line of the recording medium, the distribution width along the extending direction of the record medium in each ray bundle contained in the parallel light beam widest bundle of rays, i.e., the volume required to record the optical information is most significant ray bundle. The reference distribution range is a length along the extending direction of the recording medium in at least an area necessary for recording one page data on the recording medium. Therefore, if the condensing lens system and the holding unit are positioned relative to each other so that the amount of entering the recording medium along the optical axis direction of the focal point of the condensing lens system is within the target range, the signal light can be obtained. The distribution range of the optical path in the recording layer of all the contained light rays can be kept within the reference distribution range. Thereby, the volume of the recording medium required for recording one page data can be reduced.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図面では同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付され、下記説明では重複説明が省略される。なお、一部の図面には、方向の説明のために適宜XZの直交座標系が記載されている。Z軸は、後述する記録媒体40の表面の法線方向と平行であり、X軸は、後述する側面視において、記録媒体40の延在方向と平行である。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. In some of the drawings, an XZ orthogonal coordinate system is described as appropriate for explanation of directions. The Z axis is parallel to the normal direction of the surface of the
<実施形態>
<ホログラム記録装置の構成>
図1は、実施形態に係るホログラム記録装置100の概略構成の一例を示す側面ブロック図である。図2は、ホログラム記録装置100の信号光光学系20において、空間光変調素子(SLM:Spatial Light Modulator)21によって作られるページデータの信号光12が記録媒体40へ入射する様子を示す側面模式図である。
<Embodiment>
<Configuration of hologram recording device>
FIG. 1 is a side block diagram illustrating an example of a schematic configuration of a
ホログラム記録装置100は、コヒーレント光1を射出する光源10と、信号光光学系20と、参照光光学系30と、記録媒体40を保持する保持部50とを主に備えて構成されている。ホログラム記録装置100は、記録媒体40に対して信号光12を集光させながら参照光14を照射してホログラムを記録するとともに、再生時には参照光14を記録媒体40に照射して再生光を受光し、ホログラムを再生する。記録媒体40は、ホログラムを記録可能な記録層41と、記録層41の上面に積層して設けられ記録層41を保護するカバーガラス等の保護層42をさらに備えており、保持部50によって保持されている。なお、信号光レンズ23と保持部50とは、ホログラム記録用の光学モジュール300である。また、信号光レンズ23と保持部50とは、信号光レンズ23の焦点の光軸91(図4)に沿った記録媒体40への入り込み量が、後述する目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされている。なお、この位置決めにおいては、信号光レンズ23を含む信号光光学系20の記録媒体40に対する姿勢や、信号光レンズ23の光学特性などは保たれたままで、信号光レンズ23と記録媒体40との相対的位置関係が変更される。
The
ここで、本実施形態に説明において、側面視とは、信号光レンズ23の光軸91と、光軸91と記録媒体40の表面との交点における当該表面の法線(主法線)92(図4)との双方に直交する方向視である。また、上下方向は、法線92の方向であり、信号光レンズ23側が上で、記録媒体40側が下である。
Here, in the description of the present embodiment, the side view refers to the
光源10から射出されたコヒーレント光1は、図示省略の光学系により平行光線束に変換されて、参照光光学系30が備える図示省略の偏光ビームスプリッタに入射する。記録時には、コヒーレント光1は、上記偏光ビームスプリッタにより2つの平行光線束に分けられる。一方の平行光線束は、信号光光学系20に導かれる。他方の平行光線束は、参照光光学系30に導かれ、ガルバノミラー等の図示省略の走査部を経て、図示省略のレンズ系に導かれ、当該レンズ系のレンズ面において各データページに対応した位置に走査される。走査された光線束は、当該レンズ系への入射位置に応じた角度で偏向されて、参照光14として参照光光学系30から記録媒体40へ射出され、記録媒体40のうち信号光12が集光される部分に照射される。なお、参照光光学系30が走査部を備えず、参照光14が走査されないとしても本発明の有用性を損なうものではない。また、光線束は、適宜、光束とも称される。
The
信号光光学系20が備えるSLM21は、信号光光学系20に導かれたコヒーレント光1の平行光線束を記録対象のページデータに応じて空間的に変調して信号光12を生成する。信号光12は、空間変調された平行光線束として信号光レンズ(「集光レンズ光学系」)23に入射する。信号光レンズ23の光軸91は、記録媒体40の表面(上面)に対して傾いている。信号光レンズ23は、平行光線束として入射する信号光12を、記録媒体40の記録層41に集光する。参照光光学系30は、上記偏光ビームスプリッタにより2つに分けたコヒーレント光1の他方の平行光線束を参照光14として生成し、記録層41のうち信号光12が集光される部分に照射する。信号光12と参照光14とは、記録媒体40の記録層41において干渉し、ページデータに対応したホログラムとして記録される。
The
再生時には、上記偏光ビームスプリッタの偏光状態が変更され、コヒーレント光1は、信号光光学系20側に導かれない。これにより、信号光光学系20は信号光12を照射せず、参照光光学系30のみが参照光14を記録媒体40に照射する。参照光14の照射により記録媒体40からは、記録時の信号光12が再生光として再生されて信号光光学系20に設けられた図示省略の撮像素子に導かれ、記録媒体40に記録された情報の読出しが行われる。
At the time of reproduction, the polarization state of the polarization beam splitter is changed, and the
<信号光について>
図2の側面模式図には、SLM21の各部において変調された信号光12の平行光線束のうち一部の光線束S1〜S11が示されている。各光線束S1〜S11は、信号光レンズ23でそれぞれ屈折して信号光レンズ23の焦点(射出瞳95(図5))に向けてそれぞれ偏向されて集光され、記録層41をそれぞれ横切る。すなわち、各光線束S1〜S11は、信号光レンズ23を経て記録層41を横切る。信号光レンズ23は、SLM21側に対してテレセントリック光学系をなしており、信号光レンズ23の焦点(記録媒体40側の焦点)と射出瞳95とは一致する。射出瞳は、単に瞳とも称される。
<About signal light>
In the schematic side view of FIG. 2, some light bundles S <b> 1 to S <b> 11 of the parallel light bundles of the
SLM21から射出された各光線束は、信号光レンズ23のSLM側の開口数NAimg(図2)に応じてそれぞれ広がりつつ信号光レンズ23に入射する。光線束S6は、軸上光線束であり、光線束S1、S11は、最軸外光線束である。また、光線束S1は、平行光線束として信号光レンズ23に入射する信号光12が含む各光線束のうち側面視において最も下側で信号光レンズ23の主平面93を横切る光線束である。光線束S1は、下側の最軸外光線束とも称される。また、光線束S11は、信号光12が含む各光線束のうち側面視において最も上側で信号光レンズ23の主平面93を横切る光線束である。光線束S11は、上側の最軸外光線束とも称される。
Each light beam emitted from the
信号光レンズ23に入射する各光線束のそれぞれにおいて、光線束に含まれる各光線のうち、側面視において、信号光レンズ23の主平面93(図4)の最も上側を通過する光線を、上側光線とも称し、最も下側を通過する光線を下側光線とも称する。上側光線と下側光線とは、信号光レンズ23に入射する各光線束の側面視における外縁(最大画角)をなす。各光線束S1〜S11においては、光線Q1〜Q11が上側光線であり、光線V1〜V11が下側光線である。また、各光線束S1〜S11の主光線は、光線T1〜T11である。
In each of the light bundles incident on the
図3は、図2の記録媒体40部分の拡大図である。図3において、光線Q1〜Q11は、記録媒体40の法線92に対して傾いた射出瞳95(図5)の上端側(左側)に集光し、光線T1〜T11は、射出瞳95の中央に集光し、光線V1〜V11は、射出瞳95の下端側(右側)に集光している。また、図3に示されるように、記録媒体40中での光束にコマ収差が発生しているが、これは、信号光レンズ23が記録媒体40に表面に対して傾いていることにより発生している。
FIG. 3 is an enlarged view of the
図4は、SLM21から信号光レンズ23に入射する信号光12のうち、図2の模式図においてSLM21の中心、右端、左端の3点から発生した各光線束の記録媒体40への入射を示す側面模式図である。図5は、図4の記録媒体40部分の拡大図である。図6は、図5において、下側の最軸外光線束である光線束S1が記録媒体40を通過する基準領域89の記録媒体40の延在方向に沿った基準分布範囲81を示す図である。図7は、信号光レンズ23の焦点(射出瞳95)の記録媒体40への入り込み量Lの一例を示す側面模式図である。図8は、入り込み量Lが図7の状態に比べて浅い状態を例示する側面模式図である。図9は、入り込み量Lが図7の状態に比べて深い状態を例示する側面模式図である。
FIG. 4 shows the incidence of light bundles generated on the
図4、図5においては、記録媒体40へ向かう光線と、記録媒体40へ入射し屈折された光線は実線で示され、記録媒体40へ向かう光線の延長線は、点線で示されている。この表示は、光線の光路を示す他の図においても同様に採用されている。
In FIGS. 4 and 5, a light beam traveling toward the
図4及び図5に示すように、点AP、BP、BP'、BP''、BP'''、CP、CP'、CP''、CP'''を取る。すなわち、点APは、SLM21の中心から射出し、射出瞳95の中心(「瞳中心」)に向かう光線T6の信号光レンズ23の主平面93上での位置である。また、図5〜図7に示されるように、信号光レンズ23の光軸91と記録媒体40の表面(入射面)との交点を座標原点に取り、互いに直交するx軸とz軸とが設定されている。従ってSLM中心から射出し瞳中心に向かう光線は常に原点を通過する。
As shown in FIGS. 4 and 5, the points A P , B P , B P ′, B P ″, B P ″ ″, C P , C P ′, C P ″, C P ″ '' take. That is, the point A P is a position on the
点BPは、SLM21の右端から射出し、瞳中心に向かう光線T1の主平面93上での位置である。点BP'は、光線T1と記録媒体40の表面(入射面)、すなわち保護層42の表面との交点である。点BP''は、光線T1と記録層41の上面との交点である。点BP'''は、光線T1と記録層41の下面との交点である。
Point BP is the position on the
点CPは、SLM21の左端から射出し、瞳中心に向かう光線T11の主平面93上での位置である。点CP'は、光線T11と保護層42の表面との交点である。点CP''は、光線T11と記録層41の上面との交点である。点CP'''は、光線T11と記録層41の下面との交点である。
Point C P is emitted from the left end of SLM21, a position on the
上記のように、光線の光路を示す各図において、射出瞳95の中心(瞳中心)に向かう光線(図5、図6では、光線T1、T6、T11)にはサフィックスPが附されて表示されている。また、図6に示されるように、各図において、射出瞳95の右端(瞳右端)(なお、右側を+x側とする)に向かう光線(図6では、光線Q1、Q6、Q11)は、サフィックスPに代えてサフィックス+が附され、射出瞳95の左端(なお、左側を−x側とする)に向かう光線(図6では、光線V1、V6、V11)は、サフィックスPに代えてサフィックス−が附されて表示されている。
As described above, in each figure showing the optical path of the light ray, the light ray (light rays T1, T6, and T11 in FIGS. 5 and 6) toward the center (pupil center) of the
<記録層において信号光が占める体積の低減>
<信号光レンズ焦点の記録媒体への入り込み量の目標範囲>
以下に、記録媒体40の記録層41において信号光12が占める体積の低減、すなわち、一枚のページデータの記録に要する記録媒体の体積の低減について説明する。
<Reduction of volume occupied by signal light in recording layer>
<Target range for the amount of signal light lens focus entering the recording medium>
Hereinafter, the reduction of the volume occupied by the
ホログラム記録装置100においては、信号光レンズ23の焦点の信号光レンズ23の光軸91に沿った記録媒体40への入り込み量L1の目標範囲は、図6に示されるように基準分布範囲81に基づいて設定される。より詳細には、当該目標範囲は、平行光線束として信号光レンズ23に入射する信号光12が含む各光線が信号光レンズ23を経て記録層41を横切る各光路の側面視における記録媒体40の延在方向に沿った各分布範囲が、基準分布範囲81に含まれる場合の入り込み量L1の範囲である。
In the
基準分布範囲81は、下側の最軸外光線束S1が信号光レンズ23を経て記録層41を横切る基準領域89の側面視における延在方向に沿った範囲(長さ)である。より具体的には、基準領域89は、下側の最軸外光線束S1の上側光線Q1と下側光線V1とが信号光レンズ23をへて、記録層41を横切るときの記録層41における各光路によって挟まれた記録層41の領域である。
The
また、基準領域89は、交点B+''、B+'''、B−''、B−'''によって囲まれている。そして、基準分布範囲81は、交点B+''と交点B−'''との記録媒体40の延在方向に沿った範囲である。
The
下側の最軸外光線束S1は、信号光レンズ23に入射する信号光12に含まれる各光線束の中で記録媒体40の法線92となす角度が最も大きい。このため、下側の最軸外光線束S1は、記録媒体40の延在方向に沿った分布幅が最も広い光線束、すなわち、光情報の記憶に要する体積が最も大きな光線束である。そして、基準分布範囲81は、一枚のページデータを記録媒体40に記録するために少なくとも必要となる領域の記録媒体40の延在方向に沿った長さである。
The lower most off-axis light beam S <b> 1 has the largest angle with the
従って、信号光レンズ23と保持部50とが、信号光レンズ23の焦点の入り込み量Lが当該目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされれば、信号光12に含まれる全ての光線の記録層41における光路の分布範囲を基準分布範囲81に収めることが出来る。これにより、記録媒体40において一枚のページデータの記録に要する体積を低減できる。すなわち、記録層41において信号光12が占める体積を低減できる。
Therefore, if the
<入り込み量の絶対値の最小値>
図6の点B+''(「第1交点」)と点C+'''(「第2交点」)との関係について以下に検討する。点B+''(「第1交点」)は、下側の最軸外光線束S1(図2)が含む各光線のうち側面視において最も下側で主平面93を横切る下側光線V1(「第1光線」)が信号光レンズ23を経て記録層41の上面と交差する点である。また、点C+'''は、上側の最軸外光線束S11(図2)が含む各光線のうち側面視において最も下側で主平面93を横切る下側光線V11(「第2光線」)が信号光レンズ23を経て記録層41の下面と交差する点である。
<Minimum absolute value of intrusion amount>
The relationship between the point B + ″ (“first intersection”) and the point C + ″ ″ (“second intersection”) in FIG. 6 will be examined below. Point B + ″ (“first intersection point”) is a lower ray V1 (which crosses the
図6では、点C+'''は、基準分布範囲81に入っている。ここで、入り込み量Lの絶対値が図6の状態から小さくなる場合、すなわち、記録媒体40に対して信号光レンズ23が離れる場合には、点C+'''は、徐々に基準分布範囲81の図示の右端である点B+''に近づいていく。そして、図8に示されるように、点C+'''が基準分布範囲81からはみ出て、点B+''の右側(+x側)に位置する場合には、信号光12が記録層41に占める領域の記録媒体40の延在方向に沿った幅として、少なくとも基準分布範囲81に範囲82を加えた分布範囲が、必要となるために、信号光12の記録密度が低下する。従って、ホログラム記録装置100においては、入り込み量Lの絶対値の最小値は、点B+''(「第1交点」)と、点C+'''(「第2交点」)とのそれぞれの記録媒体40の側面視における延在方向における位置が互いに一致する場合の入り込み量Lの絶対値に設定される。なお、入り込み量Lは、座標系の取り方によって符号が負になるため、その絶対値に対して最小値が設定されている。
In FIG. 6, the point C + ′ ″ is in the
<入り込み量の絶対値の最大値>
次に、入り込み量Lの最大値(絶対値の最大値)について検討する。図6の状態では、上側の最軸外光線束S11の上側光線Q11が、記録層41の正面と交差する点C-''は、記録媒体40の延在方向において、基準分布範囲81に含まれている。しかしながら、入り込み量Lの絶対値が大きくなっていくと、すなわち、記録媒体40に対して信号光レンズ23が近づいていくと、やがて、点C-''は基準分布範囲81からはみ出て、記録媒体40における信号光12の記録密度の低下を招くこととなる。
<Maximum absolute value of intrusion amount>
Next, the maximum value of the penetration amount L (maximum absolute value) will be examined. In the state of FIG. 6, the point C − ″ where the upper ray Q11 of the upper most off-axis light beam S11 intersects the front surface of the
しかしながら、実際には、コマ収差の影響によって、点C-''が基準分布範囲81からはみ出る前に、記録媒体40における信号光12の通過領域のX方向における分布範囲が基準分布範囲81を越えてしまい、記録密度が低下する現象が発生する。
However, actually, the distribution range in the X direction of the passing region of the
例えば、図9において、下側の最軸外光線束S1の上側光線Q1は、点B-'''において記録層41の下面と交差している。一方、図2において、下側の最軸外光線束S1に隣接する軸外光線束S2の上側光線Q2は、点D-'''において記録層41の下面と交差している。そして、点D-'''は、点B-'''よりも左側、すなわち基準分布範囲81からはみ出た位置にある。この現象は、信号光レンズ23の光軸91が記録媒体40の法線92に対して傾いていることに起因して発生するコマ収差によって発生している。信号光レンズ23が理想レンズであるとしても、光軸91が記録媒体40の表面に対して傾いていれば、コマ収差は発生する。これにより、信号光12が記録層41に占める領域の記録媒体40の延在方向に沿った幅として、少なくとも基準分布範囲81に範囲83を加えた分布範囲が、必要となるために、信号光12の記録密度が低下する。
For example, in FIG. 9, the upper beam Q1 of the lower most off-axis light bundle S1 is point B - intersects the lower surface of the
下側の最軸外光線束S1よりも主平面93において上側の軸外光線束が含む上側光線が記録層41の下面と交差する点が、点B-'''よりも図示左側(−x側)に位置しなければ、コマ収差に起因した上記の記録密度の低下は、発生しない。当該記録密度の低下が発生しない限界は、以下に述べるコマ収差曲線が、下側の最軸外光線束S1の上側光線Q1(「第3光線」)に対して極値をとるときに与えられる。
That in the
そこで、ホログラム記録装置100では、入り込み量Lの目標範囲における入り込み量Lの絶対値の最大値は、以下に述べるコマ収差曲線が、下側の最軸外光線束S1の上側光線Q1(「第3光線」)に対して極値をとる場合の入り込み量Lの絶対値に設定される。上側光線Q1は、信号光12の各光線束の各上側光線のうち下側の最軸外光線束S1に含まれる光線でもある。
Therefore, in the
このコマ収差曲線は、信号光12の各上側光線が信号光レンズ23から記録媒体40に至る各光路が、信号光レンズ23の光軸91となす各角度と、各上側光線が信号光レンズ23を経て記録層41の下面と交差する各交点の上記延在方向における各位置との関係を示す曲線(交点位置曲線)である。
This coma aberration curve indicates that each optical path from the
<入り込み量の絶対値の最小値、最大値を与える式の検討>
上述した入り込み量Lの絶対値の最小値、最大値を与える式を検討する。図面においては、各点におけるx座標値(側面視における記録媒体40の延在方向の座標値)の記載方法として、各点を示す記号にサフィックスxを付す手法が、適宜採用されている。例えば、点CP'''のx座標値は、CP'''xと表記される。
<Examination of formulas that give the minimum and maximum absolute values of the amount of penetration>
Consider the equations that give the minimum and maximum absolute values of the penetration amount L described above. In the drawing, as a method of describing the x coordinate value at each point (coordinate value in the extending direction of the
<入り込み量の絶対値の最小値を与える式>
図2から図4に示すように、信号光レンズ23のSLM21側の開口数をNAimg、記録媒体40側の開口数をNAobj、記録媒体40の法線92(入射面垂線)に対する信号光レンズ23の光軸91の傾きをφとする。任意の光線が記録媒体40へ入射する際に、記録媒体40の表面において光軸91となす角度をθ、記録媒体40の保護層(カバーガラス層)42の厚みをdC、屈折率をNC、記録層41の厚みをdR、屈折率をNRとする。また信号光レンズ23の焦点距離はf、瞳(射出瞳95)の直径(光束幅)をDとすると、式(2−1)、(2−2)が成り立つ。
<Formula that gives the minimum absolute value of the amount of penetration>
As shown in FIGS. 2 to 4, the numerical aperture on the
θmaxは、SLM21の右端から射出し、瞳中心に向かう光線T1が光軸91となす角度である。また、SLM21の左端から射出し瞳中心に向かう光線T11が光軸91となす角度θminは式(3)により与えられる。
θ max is an angle formed by the light axis T1 emitted from the right end of the
上述の角度θを持つ光線の記録媒体40への入射角はφ+θであるから、この光線が、保護層42中で記録媒体40の入射面の法線92となす角度をωC、記録層41中で法線92となす角度をωRとすると、屈折の法則より、式(4)が成り立つ。
Since the incident angle of the light beam having the angle θ described above to the
システムが液侵でなければ媒質は空気となり、N=1である。よって、式(5)が成り立つ。 If the system is not immersed, the medium will be air and N = 1. Therefore, Expression (5) is established.
ここで、光軸91に沿って測った、射出瞳95(信号光レンズ23の焦点)の記録媒体40への入り込み量Lの符号は、瞳中心が記録媒体40に入り込んでいるときを負とする。例えば、SLM21の右端から出て瞳右端に向かった光線V1が保護層42と記録層41との境界を通過する位置はB+''である。また前述のように座標原点を取るので点AP'は必ず原点に一致する。図6から分かるように、x軸方向において必要な露光領域を考えると、点B+''のx座標値〜点B-'''のx座標値の領域は必ず必要となる。
Here, the sign of the amount of entry L of the exit pupil 95 (the focal point of the signal light lens 23) measured along the
つまり、SLM21の右端以外から発した任意の光束の、記録層41の上面及び下面との交点のx座標が、点B+''のx座標値〜点B-'''のx座標値に対応した範囲に収まっていれば記録密度を高くすることに有用となる。
That is, the x coordinate of the intersection of the arbitrary light beam emitted from other than the right end of the
上記f、NAimg、NAobj、φ、dC、NC、dR、NRなどを変えずに入り込み量Lだけを変化させる場合について、検討する。 Consider a case where only the amount of penetration L is changed without changing the above f, NA img , NA obj , φ, d C , N C , d R , N R and the like.
図8は、信号光レンズ23の瞳の記録媒体40への入り込み量Lが図7に比べて浅い状態を示している。前述のように瞳が記録媒体40に入り込んでいる状態の入り込み量Lの符号を負としているので、この状態では、図7の状態よりも入り込み量Lが大きい数値となる。
FIG. 8 shows a state where the amount L of the pupil of the
このときはSLM21の右端から射出する光束が記録媒体40に入射する位置は図7の状態に比べて、光軸91に近づくように移動する。つまり、点B+'のx座標値は、より小さくなる、すなわち、点B+'は、図の左方向に移動する。
At this time, the position at which the light beam emitted from the right end of the
上述のように、f、NAimg、NAobj、φ、dC、NC、dR、NRなどは変化させていないので記録媒体40への光線の入射角度は変わらず、屈折後の角度も変化しない。これにより点B+''、B+'''の点B+'に対する相対位置は変わらず、同じく、各点のx座標値は、より負側に変化する。
As described above, since f, NA img , NA obj , φ, d C , N C , d R , N R and the like are not changed, the incident angle of the light beam on the
他方、SLM21の左端から射出する光束が記録媒体40に入射する位置は図7に比べてやはり光軸91に近づくように移動する。つまり点C+'のx座標値はよりプラスに、図で右方向になる。
On the other hand, the position where the light beam emitted from the left end of the
f、NAimg、NAobj、φ、dC、NC、dR、NRなどは変化させていないので記録媒体40への光束の入射角度は変わらず、屈折後の角度も変化しない。これにより点C+''、C+'''の点C+'に対する相対位置は変わらず、x座標値は、より正側に変化する。
Since f, NA img , NA obj , φ, d C , N C , d R , N R and the like are not changed, the incident angle of the light beam on the
この結果、点C+'''のx座標値が点B+''のx座標値より大きくなる状態が存在する。よって、必要な露光領域が、より大きくなってしまい、記録密度が低下してしまう。 As a result, there exists a state in which the x coordinate value of the point C + '''is larger than the x coordinate value of the point B + ''. Therefore, the necessary exposure area becomes larger and the recording density is lowered.
ここで、点B+''、C+'''のx座標値が互いに一致する条件を考える。まずは、一般的な光線について座標を計算しておく。図7には、SLM21上の任意の点から発した光束の状態が示されている。各交点の符号Xへのサフィックスの付け方は交点の符号A,B,Cと同様とする。
Here, a condition is considered in which the x coordinate values of the points B + ″ and C + ′ ″ coincide with each other. First, the coordinates are calculated for general light rays. FIG. 7 shows the state of a light beam emitted from an arbitrary point on the
図4において、主平面93と光軸91の交点AP(Ax,Az)は、式(6−1)、(6−2)を満足する。
In FIG. 4, the intersection A P (A x , A z ) between the
SLM21の任意の点を射出した光束の主光線が主平面93を横切る位置XPについては、式(7−1)、(7−2)が成り立つ。
The position X P where the principal ray of the light beam which has exited from the arbitrary point of SLM21 crosses the
点XPから瞳中心P(図4)へ向かう光線が記録媒体40へ入射する点XP'は、式(8)に与えられる。 Point X P from the pupil center P (Fig. 4) the point light towards the incident on the recording medium 40 X P 'is given in equation (8).
この光線を表す式は、式(9)となる。 An expression representing this light ray is Expression (9).
ここで、XP'z=0であるから、式(10)、(11)が成り立つ。 Here, since X P ′ z = 0, Expressions (10) and (11) hold.
次に、信号光レンズ23の光軸91からθ傾いて射出瞳95の両端に向けて入射する光束の記録媒体40上x軸に沿って測った幅を求めておく。瞳中心P(Px,Pz)は、式(12−1)、(12−2)を満足する。
Next, the width measured along the x-axis on the
瞳の右端(+側端とする)をP+(P+x,P+z)とすると、式(13−1)、(13−2)が成り立つ。 If the right end (+ side end) of the pupil is P + (P + x , P + z ), equations (13-1) and (13-2) hold.
入射光線を表す式は、式(14)となる。 An expression representing the incident light beam is Expression (14).
記録媒体40への入射位置X+'(X+'x,X+'z)では、X+'z=0だから、式(15)、(16)が成り立つ。
Since X + ' z = 0 at the incident position X + ' (X + ' x , X + ' z ) on the
すなわち、記録媒体40の表面で、x軸に沿って測った幅(片側)は、式(17)により与えられる。
That is, the width (one side) measured along the x-axis on the surface of the
図10は、記録媒体40に入射する光線が保護層(カバーガラス)42の表面、保護層42と記録層41の境界面でそれぞれ屈折する様子を示す側面模式図である。前述の屈折の法則が成立しており、保護層42の光線は、式(18)により与えられる。
FIG. 10 is a schematic side view illustrating how light rays incident on the
記録層41への入射点XP''では、式(19)が成り立ち、これにより、式(20)、(21)が成り立つ。
At the incident point X P ″ on the
同様に記録層41中の光線は、式(22)により与えられる。
Similarly, the light beam in the
記録層41の下面への入射点XP'''では、式(23)が成り立ち、これにより、式(24)、(25)が成り立つ。
At the incident point X P ″ ″ on the lower surface of the
点B+''のx座標値は、θ=θmaxとし上記座標値XP''xに記録媒体40の表面におけるx軸に沿って測った光束幅(片側)を加えたものとなり、式(26)により与えられる。
The x-coordinate value of the point B + ″ is obtained by adding θ to θ max and the coordinate value X P ″ x to the beam width (one side) measured along the x-axis on the surface of the
点C+'''のx座標値は、θ=θminとし上記座標値XP'''xに記録媒体40の表面におけるx軸に沿って測った光束幅(片側)を加えたものとなり、式(27)により与えられる。
Point C + '''x-coordinate value of, theta = .theta.min and then the coordinate values X P' becomes plus the beam width measured along the x-axis on the surface of the
また、式(28)が成り立つので、式(29)〜(32)が成り立ち、式(33)が成り立つ。 Further, since Expression (28) is satisfied, Expressions (29) to (32) are satisfied, and Expression (33) is satisfied.
一方、式(3)が成り立っているので、式(33)から式(34)が得られる。 On the other hand, since Expression (3) holds, Expression (34) is obtained from Expression (33).
式(34)が、一つ目の条件「点B+''と点C+'''のx座標値が互いに一致する」を与える式、すなわち、入り込み量Lの絶対値の最小値を与える式である。 The expression (34) gives the first condition “the x coordinate values of the point B + ″ and the point C + ″” match each other, that is, the minimum absolute value of the penetration amount L. It is a formula.
<入り込み量の絶対値の最大値を与える式>
次に記録密度低下を招くもう一つの要因について考える。図9は、信号光レンズ23の瞳を記録媒体40中に深く入り込ませた状態を示している。この時、SLM21の各点から射出し瞳左端に向かって進む光線が記録媒体40に入射した後の集光状態に注目すると、所謂コマ収差が強く発生していることが分かる。
<Expression that gives the maximum absolute value of the amount of penetration>
Next, another factor that causes a decrease in recording density is considered. FIG. 9 shows a state in which the pupil of the
この結果、図9に示されるように、最低限必要な露光領域を与え、SLM21の右端から射出し瞳右端に向かって進んだ光線Q1(θ=θmaxを与える光線)が記録層41の下面を通過する位置B−'''よりも、記録層41の下面においてより左側(マイナス側)を通過する光線Q2などの光線が存在することになる。この場合には、範囲83だけ露光領域は広がることになり、記録密度が低下する。
As a result, as shown in FIG. 9, a minimum necessary exposure area is provided, and a light beam Q1 (light beam giving θ = θ max ) emitted from the right end of the
図11は無収差レンズ(理想レンズ)を用いて計算したコマ収差曲線である。瞳の記録媒体への入り込み量Lを変えて3種類の曲線を描かせている。横軸はレンズ光軸からの角度θであり、θmaxを1として規格化してある。 FIG. 11 is a coma aberration curve calculated using a non-aberration lens (ideal lens). Three types of curves are drawn by changing the amount L of the pupil entering the recording medium. The horizontal axis is the angle θ from the lens optical axis and is normalized with θ max being 1.
図9において、コマ収差曲線G1は、入り込み量Lを大きく(浅めに)とった場合であり、θ=1のとき、すなわちθmaxのときに最小値を取る。これは記録層41の下面と最も左側を通過する光線との交点は点B−'''であることを意味しており、コマ収差による記録密度の低下がないことを表している。コマ収差曲線G3は、入り込み量Lを小さく(深めに)とった場合で、θがほぼ0.65のときに最小値を取っている。
In FIG. 9, the coma aberration curve G1 is a case where the penetration amount L is made large (shallow), and takes a minimum value when θ = 1, that is, θ max . This intersection of the light rays passing through the leftmost and the lower surface of the
これは記録層41の下面と、最も左側を通過する光線の交点がB−'''ではないことを意味しており、コマ収差による記録密度低下が生じることを表している。もちろん、入り込み量Lとして別の値をとったり、また焦点距離fや信号光レンズ23の光軸91の傾きφなどを変化させると最小値を取るθの値は様々に変化する。
This means that the intersection of the lower surface of the
コマ収差曲線G2は入り込み量Lを中くらいに(コマ収差曲線G1、G3の間)とった場合で、θ=1において曲線の傾きがほぼ0、つまり極小値(この場合は最小値)をとるぎりぎりのところとなることが分かる。 The coma aberration curve G2 is when the amount of penetration L is medium (between the coma aberration curves G1 and G3), and the slope of the curve is almost 0 at θ = 1, that is, a minimum value (in this case, the minimum value). It turns out that it becomes the last place.
ここでは、コマ収差曲線G2の状態を与える瞳の入り込み量Lを求める。それには、SLM21上の右端の点から射出して瞳左端に向かって進む光線が記録層下面を通過する位置X-'''xがθに関して傾きが0となる条件を求めれば良い。すなわち、θ=θmaxにおいて傾きが0となる条件を求めれば良い。
Here, the pupil penetration amount L giving the state of the coma aberration curve G2 is obtained. For this purpose, a condition may be obtained in which the position X − ″ ″ x where the light beam exiting from the right end point on the
すなわち、X-'''xをθの関数としたときに、式(35)が成立すればよい。一方微分されるX-'''xは、式(36)で与えられる。 That is, when X − ′ ″ x is a function of θ, the expression (35) may be satisfied. On the other hand, the differentiated X − ′ ″ x is given by Expression (36).
第1項(-dC・tanωC)のθに関する微分は、式(37)となる。 The derivative of θ of the first term (−d C · tan ω C ) is expressed by Expression (37).
ここで、式(38)が成り立つから、式(37)は、式(39)に変換される。 Here, since Expression (38) holds, Expression (37) is converted to Expression (39).
同様にして、第2項(-dR・tanωR)のθに関する微分は、式(40)により与えられる。 Similarly, the derivative of θ of the second term (−d R · tan ω R ) is given by the equation (40).
また、第3項の微分は、式(41)により与えられる。 Further, the differentiation of the third term is given by the equation (41).
式(39)〜(41)によって、X-'''xをθで微分した式は、式(42)で与えられる。 An expression obtained by differentiating X − ′ ″ x by θ by Expressions (39) to (41) is given by Expression (42).
θ=θmaxのときに式(43)が成立すればよい。これにより式(44)が求められ、式(44)から式(45)が求められる。 Equation (43) may be satisfied when θ = θ max . Thereby, Formula (44) is calculated | required and Formula (45) is calculated | required from Formula (44).
式(45)が、二つ目の条件「SLM21上の右端の点から射出して瞳左端に向かって進む光線が記録層41下面を通過する位置X-'''xがθに関して傾きが0となる」を与える式、すなわち、入り込み量Lの絶対値の最大値を与える式である。
The expression (45) indicates that the second condition “the position X − ″ ″ x where the light ray that has exited from the right end point on the
<信号光レンズ23の実施例>
図12〜図23は、信号光レンズ23の実施例1〜実施例12の形態をそれぞれ示す図である。
<Example of
FIGS. 12-23 is a figure which shows the form of Example 1-Example 12 of the
図30、32、34、36、38、40、42、44、46、48、50、52は、実施例1〜実施例12の信号光レンズの曲率半径、面間隔、屈折率を表形式でそれぞれ示す図である。 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52 are tabular representations of the radius of curvature, surface spacing, and refractive index of the signal light lenses of Examples 1 to 12. FIG.
図31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53は、実施例1〜実施例12の信号光レンズの非球面係数を表形式でそれぞれ示す図である。図30〜図53において、波長として現在多く光学デバイス用に多く用いられている405nmを採用した。 31, 33, 35, 37, 39, 41, 43, 45, 47, 49, 51, and 53 are diagrams showing the aspheric coefficients of the signal light lenses of Examples 1 to 12 in a tabular form, respectively. . 30 to 53, the wavelength of 405 nm, which is currently widely used for optical devices, is adopted as the wavelength.
実施例1において、非球面係数を付与している面は、面の頂点からのサグ量zが式(46)で表される非球面である。他の実施例においても同様である。 In the first embodiment, the surface to which the aspheric coefficient is given is an aspheric surface in which the sag amount z from the vertex of the surface is expressed by Expression (46). The same applies to other embodiments.
実施例4〜実施例6では405nmの波長に加えて650nmの波長における色消し構成としている。このため、図36、38、40では、650nmの波長に対する屈折率も記載している。 In Examples 4 to 6, the achromatic structure is used at a wavelength of 650 nm in addition to a wavelength of 405 nm. For this reason, in FIGS. 36, 38, and 40, the refractive index for a wavelength of 650 nm is also shown.
図54は、図12〜図23の実施例1〜12の信号光レンズの焦点距離f、記録媒体40側の開口数NAobj、SLM側の開口数NAimgを表形式で示す図である。図54に記載の開口数は最大値であって、記録媒体側の開口数NAobjは0.05ピッチで、SLM側の開口数NAimgは0.01ピッチで変化させて、計算を行った。
FIG. 54 is a table showing the focal length f of the signal light lenses, the numerical aperture NA obj on the
<入り込み量の絶対値の最小値、最大値を与える近似式>
図24は、信号光レンズ23の実施例1〜12について、入り込み量Lの上限値(絶対値の最小値)、すなわち前述の一つ目の条件である点B+''、C+'''のx座標値が一致する条件を計算して表示した図である。
<Approximate expression that gives the minimum and maximum absolute values of the amount of penetration>
FIG. 24 shows the upper limit value (minimum value of the absolute value) of the penetration amount L, that is, the points B + ″ and C + ′ ″, which are the first condition described above, in Examples 1 to 12 of the
また、図25は、実施例1〜12について、入り込み量Lの下限値(絶対値の最大値)、すなわち前述の二つ目の条件であるSLM21上の右端の点から射出して瞳左端に向かって進む光線が記録層41の下面を通過する位置X-'''xがθに関して傾きが0となる条件を計算して表示した図である。
FIG. 25 is a graph showing a lower limit value (maximum absolute value) of the penetration amount L for Examples 1 to 12, that is, exiting from the rightmost point on the
より詳細には、図24では、実施例1〜12についてNAobj、NAimg、φ、dC、NC、dR、NRを変化させたときの、上記上限値の入り込み量Lの指標値L/fを光線追跡によっても求めた結果と、近似式(47)によって求めた結果とが対照可能なように横軸と縦軸とにそれぞれ表示されている。同様に、図25では、実施例1〜12についてNAobj、NAimg、φ、dC、NC、dR、NRを変化させたときの、上記下限値の入り込み量Lの指標値L/fを光線追跡によっても求めた結果と、近似式(48)によって求めた結果とが対照可能なように横軸と縦軸とにそれぞれ表示されている。 More specifically, in FIG. 24, for the first to twelfth embodiments, NA obj , NA img , φ, d C , N C , d R , N R is an index of the amount L of penetration of the upper limit value. The horizontal axis and the vertical axis are respectively displayed so that the value L / f obtained by ray tracing can be compared with the result obtained by the approximate expression (47). Similarly, in FIG. 25, the index value L of the lower limit entry amount L when NA obj , NA img , φ, d C , N C , d R , and N R are changed in Examples 1 to 12. The horizontal axis and the vertical axis are displayed so that the result of / f obtained by ray tracing can be compared with the result of the approximate expression (48).
近似式(47)、(48)は、図24、図25に示されている光線追跡による指標値L/fの算出結果を、近似式(47)、(48)に示されている各パラメータに対する一次関数としてそれぞれ近似した式である。 Approximation formulas (47) and (48) show the calculation results of the index value L / f by ray tracing shown in FIGS. 24 and 25, and the parameters shown in approximation formulas (47) and (48). Are approximated as linear functions for.
図24、すなわち一つ目の条件については、光線追跡による算出結果と、近似式(47)による算出結果との相関係数は、0.860である。また、図25、すなわち二つ目の条件については、光線追跡による算出結果と、近似式(48)による算出結果との相関係数は、0.524である。当該二つ目の条件は、信号光レンズ23の球面収差の補正状態の影響をより受けやすいコマ収差により決定される条件である。このため、一つ目の条件の方が、光線追跡による計算結果と、近似式による計算結果との相関がより高くなっている。
In FIG. 24, that is, the first condition, the correlation coefficient between the calculation result by ray tracing and the calculation result by the approximate expression (47) is 0.860. 25, that is, the second condition, the correlation coefficient between the calculation result by ray tracing and the calculation result by the approximate expression (48) is 0.524. The second condition is a condition determined by coma aberration that is more easily affected by the correction state of the spherical aberration of the
図26は、実施例3の信号光レンズ23について求めたコマ収差曲線を示す図である。横軸には、光軸91に対する規格化された信号光角度でが示され、縦軸には、座標値C-'''x、すなわち、瞳左端に向かう光線の記録層41の下面との交点のx座標が示されている。実施例3の信号光レンズ23の条件として、NAobj:0.65、NAimg:0.05、φ:30度、NC:1.5、NR:1.5、dC:0.5mm、dR:1.5mmが採用されている。図26に示されている各コマ収差曲線G4〜G7は、+0.2、0、−0.2、−0.4の4種類の入り込み量Lについてそれぞれ計算されている。
FIG. 26 is a diagram illustrating a coma aberration curve obtained for the
ここで、上記条件の値を当てはめると、式(49)、式(50)が得られる。従って、理論的な式(45)による入り込み量Lは、式(51)として求められる。 Here, when the value of the above condition is applied, Expression (49) and Expression (50) are obtained. Therefore, the penetration amount L according to the theoretical formula (45) is obtained as the formula (51).
露光領域が最小となるために許される最も小さい入り込み量Lを、実際のレンズについて求めると結果は-0.090mmとなる。図26によれば、L:0.0ではθmaxが最小であるが、実際には、まだ入り込み量Lに余裕があること、すなわち、瞳がさらに記録媒体40に入り込む余地があることが判る。また、L:-0.2ではθ=0.9θmax近傍で最小値をとっており、最小露光領域がθmax以外で決められている。
When the smallest penetration amount L allowed to minimize the exposure area is obtained for an actual lens, the result is -0.090 mm. According to FIG. 26, it can be seen that θ max is minimum at L: 0.0, but in reality, there is still room for the amount of penetration L, that is, there is room for the pupil to further enter the
図28は、図26と同様のコマ収差曲線を、実施例12の信号光レンズ23について求めた結果を示す図である。横軸、縦軸は、図26と同様に設定されている。実施例12の信号光レンズ23の条件として、NAobj:0.65、NAimg:0.05、φ:30度、NC:1.5、NR:1.5、dC:0.5mm、dR:1.5mmが採用されている。各コマ収差曲線G8〜G11は、−0.1、−0.3、−0.5、−0.7の4種類の入り込み量Lについてそれぞれ計算されている。条件の数値は実施例3のレンズの条件と同一であるので、理論的な式(45)に当てはめると同一の結果が式(52)として得られる。
FIG. 28 is a diagram illustrating a result of obtaining the same coma aberration curve as that of FIG. 26 for the
露光領域が最小となるために許される最も小さい入り込み量Lを、図26の場合と同様に、実際のレンズについて求めると結果は-0.624mmとなる。図28によれば、L:-0.5ではθmaxが最小であるが、まだ余裕がありもっと瞳が記録媒体に入り込む余地がある。L:-0.7ではθ=0.8θmaxあたりで最小値をとっており、最小露光領域がθmax以外で決められていることが判る。 As in the case of FIG. 26, when the smallest penetration amount L allowed to minimize the exposure area is obtained for an actual lens, the result is −0.624 mm. According to FIG. 28, θ max is minimum at L: −0.5, but there is still room for more pupils to enter the recording medium. L: At -0.7, the minimum value is taken around θ = 0.8θ max , and it can be seen that the minimum exposure area is determined by other than θ max .
図27は、実施例3の信号光レンズ23の球面収差を示す図であり、図29は、実施例12の信号光レンズ23の球面収差を示す図である。図27、図29に示されているように、実施例3の信号光レンズ23の球面収差は、マージナルで急激にオーバーになっており、実施例12の信号光レンズ23の球面収差は、マージナルで急激にアンダーになっている。このように、球面収差が急激に変動する場合には、球面収差の補正状態がコマ収差にも影響を及ぼし、当該影響は、図26、図28の各曲線の両端での形状として現れている。そして、当該影響により、瞳の入り込み量Lに関して上記一つ目の条件の方が、二つ目の条件(コマ収差起因)よりも光線追跡と近似式とのそれぞれによる各計算結果の相関が高くなっていると考えられる。
FIG. 27 is a diagram illustrating the spherical aberration of the
上述したように、近似式(47)、(48)を用いる場合には、ホログラム記録装置100において、信号光レンズ23の焦点(射出瞳95)の光軸91に沿った記録媒体40への入り込み量Lの目標範囲は、不等式(53)を満足する入り込み量Lの範囲に設定される。
As described above, when the approximate expressions (47) and (48) are used, the
不等式(53)を用いれば、記録層41において信号光12が占める体積を低減できる入り込み量Lの範囲を簡易に特定できるので、信号光レンズ23と保持部50との相対的な位置決めが、より容易になる。
If the inequality (53) is used, the range of the intrusion amount L that can reduce the volume occupied by the
また、光線追跡と近似式とによる入り込み量Lの各算出結果の相関が高い上記一つ目の条件を重用する場合は、目標範囲における入り込み量Lの絶対値の最大値として、例えば、下側の最軸外光線束S1に含まれる上側光線Q1に対して上記コマ収差曲線が極値をとる場合の入り込み量Lの絶対値の半分の値を採用すればよい。例えば、不等式(53)を用いる場合には、入り込み量Lの目標範囲を、不等式(53)を満足する入り込み量Lの範囲のうち中心よりも入り込み量Lの絶対値が小さい側の範囲にすればよい。これにより、必要とされる露光領域をより確実に小さくすることができ、記録密度を高めることが出来る。 Further, when the first condition having a high correlation between the calculation results of the penetration amount L based on the ray tracing and the approximate expression is used, the maximum value of the absolute value of the penetration amount L in the target range is, for example, lower side A half value of the absolute value of the intrusion amount L when the coma aberration curve takes an extreme value with respect to the upper side light beam Q1 included in the most off-axis light beam S1 may be adopted. For example, when using the inequality (53), the target range of the penetration amount L is set to a range on the side where the absolute value of the penetration amount L is smaller than the center in the range of the penetration amount L that satisfies the inequality (53). That's fine. As a result, the required exposure area can be reduced more reliably and the recording density can be increased.
以上のような本実施形態に係るホログラム記録装置100、および光学モジュール300の何れによっても、信号光レンズ23の焦点の信号光レンズ23の光軸91に沿った記録媒体40への入り込み量L1の目標範囲は、基準分布範囲81に基づいて設定される。当該目標範囲は、平行光線束として信号光レンズ23に入射する信号光12が含む各光線が信号光レンズ23を経て記録層41を横切る各光路の側面視における記録媒体40の延在方向に沿った各分布範囲が、基準分布範囲81に含まれる場合の入り込み量L1の範囲である。そして、基準分布範囲81は、下側の最軸外光線束S1が信号光レンズ23を経て記録層41を横切る基準領域89の側面視における記録媒体40の延在方向に沿った範囲(長さ)である。
In any of the
下側の最軸外光線束S1は、信号光レンズ23に入射する信号光12に含まれる各光線束の中で記録媒体40の法線92となす角度が最も大きい。このため、下側の最軸外光線束S1は、記録媒体40の延在方向に沿った分布幅が最も広い光線束、すなわち、光情報の記憶に要する体積が最も大きな光線束である。そして、基準分布範囲81は、一枚のページデータを記録媒体40に記録するために少なくとも必要となる領域の記録媒体40の側面視における延在方向に沿った長さである。従って、信号光レンズ23の焦点の入り込み量Lが当該目標範囲に収まるように、信号光レンズ23と保持部50とが互いに相対的に位置決めされれば、信号光12に含まれる全ての光線の記録層41における光路の分布範囲を基準分布範囲81に収めることが出来る。これにより、記録媒体40において一枚のページデータの記録に要する体積を低減できる。すなわち、記録層41において信号光12が占める体積を低減できる。
The lower most off-axis light beam S <b> 1 has the largest angle with the
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての態様において例示であって限定的ではない。したがって、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 Although the invention has been shown and described in detail, the above description is illustrative in all aspects and not restrictive. Therefore, embodiments of the present invention can be modified or omitted as appropriate within the scope of the invention.
1 コヒーレント光
10 光源
100 ホログラム記録装置
12 信号光
20 信号光光学系
21 SLM
23 信号光レンズ(集光レンズ系)
300 光学モジュール
40 記録媒体
41 記録層
42 保護層
50 保持部
81 基準分布範囲
89 基準領域
91 光軸
92 法線
93 主平面
95 射出瞳
S1 光線束(下側の最軸外光線束)
S11 光線束(上側の最軸外光線束)
B+'' 点(第1交点)
C+''' 点(第2交点)
V1 光線(第1光線)
V11 光線(第2光線)
1
23 Signal light lens (Condenser lens system)
DESCRIPTION OF
S11 ray bundle (uppermost off-axis ray bundle)
B + '' point (first intersection)
C + '''point (second intersection point)
V1 ray (first ray)
V11 ray (second ray)
Claims (7)
コヒーレント光を射出する光源と、
前記記録媒体の表面に対して光軸が傾いた集光レンズ系を備えるとともに、前記コヒーレント光から信号光を、空間変調された平行光線束として生成し、前記平行光線束を前記集光レンズ系によって前記記録媒体の前記記録層に集光する信号光光学系と、
前記コヒーレント光から参照光を生成して前記記録層のうち前記信号光が集光される部分に照射する参照光光学系と、
を備え、
前記集光レンズ系と前記保持部とは、
前記集光レンズ系の焦点の前記集光レンズ系の光軸に沿った前記記録媒体への入り込み量が目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされており、
前記集光レンズ系の光軸と、前記光軸と前記記録媒体の表面との交点における前記表面の法線との双方に直交する方向視によって側面視を定義し、
前記法線方向を上下方向、前記記録媒体側を下、前記集光レンズ系側を上と定義し、
前記平行光線束が含む各光線束のうち側面視において最も下側で前記集光レンズ系の主平面を横切る光線束によって下側の最軸外光線束を定義したとき、
前記入り込み量の前記目標範囲は、
前記平行光線束における各光線束が含む各光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る各光路の側面視における前記記録媒体の延在方向に沿った各分布範囲が、前記下側の最軸外光線束が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る基準領域の前記延在方向に沿った基準分布範囲に含まれる場合の前記入り込み量の範囲である、ホログラム記録装置。 A holding unit for holding a recording medium including a recording layer capable of recording a hologram;
A light source that emits coherent light;
A condensing lens system having an optical axis inclined with respect to the surface of the recording medium, generating signal light from the coherent light as a spatially modulated parallel light beam, and generating the parallel light beam as the condensing lens system; And a signal light optical system for condensing on the recording layer of the recording medium,
A reference light optical system that generates reference light from the coherent light and irradiates a portion of the recording layer on which the signal light is collected; and
With
The condenser lens system and the holding unit are
The focal points of the condenser lens system are positioned relative to each other so that the amount of penetration into the recording medium along the optical axis of the condenser lens system falls within a target range;
A side view is defined by a direction view orthogonal to both the optical axis of the condenser lens system and the normal of the surface at the intersection of the optical axis and the surface of the recording medium;
The normal direction is defined as the vertical direction, the recording medium side is defined as the bottom, and the condenser lens system side is defined as the top.
When defining the lowermost off-axis light beam by the light beam crossing the principal plane of the condenser lens system at the lowermost side in a side view among the light beams included in the parallel light beam,
The target range of the intrusion amount is
Each light beam included in each light beam in the parallel light beam passes through the condenser lens system and crosses the recording layer. The hologram recording apparatus, which is the range of the penetration amount when the most off-axis light beam is included in a reference distribution range along the extending direction of a reference region that passes through the condenser lens system and crosses the recording layer.
前記平行光線束が含む各光線束のうち側面視において最も上側で前記集光レンズ系の主平面を横切る光線束によって上側の最軸外光線束を定義したとき、
前記目標範囲における前記入り込み量の絶対値の最小値は、
前記下側の最軸外光線束が含む各光線のうち側面視において最も下側で前記主平面を横切る第1光線が前記集光レンズ系を経て前記記録媒体の前記記録層の上面と交差する第1交点と、前記上側の最軸外光線束が含む各光線のうち側面視において最も下側で前記主平面を横切る第2光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層の下面と交差する第2交点とのそれぞれの前記延在方向における位置が互いに一致する場合の前記入り込み量の絶対値である、ホログラム記録装置。 The hologram recording apparatus according to claim 1,
When the uppermost off-axis ray bundle is defined by the ray bundle that crosses the principal plane of the condenser lens system at the uppermost side in a side view among the ray bundles included in the parallel ray bundle,
The minimum absolute value of the penetration amount in the target range is:
The first light ray that crosses the main plane at the lowest side in a side view among the light rays included in the lowermost off-axis light beam intersects the upper surface of the recording layer of the recording medium through the condenser lens system. Of the light beams included in the uppermost off-axis light beam, the second light beam crossing the main plane at the lowest side in a side view intersects the lower surface of the recording layer through the condenser lens system. A hologram recording device, which is the absolute value of the amount of penetration when the positions in the extending direction of the second intersection coincide with each other.
前記目標範囲における前記入り込み量の絶対値の最大値は、
前記平行光線束が含む各光線束のそれぞれにおいて側面視において最も上側で前記主平面を横切る各上側光線が前記集光レンズ系から前記記録媒体に至る各光路が、前記集光レンズ系の光軸となす各角度と、前記各上側光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層の下面と交差する各交点の前記延在方向における各位置との関係を示すコマ収差曲線が、前記各上側光線のうち前記下側の最軸外光線束に含まれる第3光線に対して極値をとる場合の前記入り込み量の絶対値である、ホログラム記録装置。 The hologram recording apparatus according to claim 1 or 2, wherein
The maximum absolute value of the penetration amount in the target range is
Each optical path each of the upper beam across the main plane uppermost in a side view in each of the light beams the parallel light beam comprises reaches the Symbol recording medium from the condenser lens system, the light of the condenser lens system The coma aberration curve showing the relationship between each angle formed by the axis and each position in the extending direction of each intersection where each upper light beam intersects the lower surface of the recording layer through the condenser lens system, A hologram recording apparatus, which is an absolute value of the amount of penetration when taking an extreme value with respect to a third light ray included in the lowermost off-axis light beam among light rays.
前記目標範囲における前記入り込み量の絶対値の最大値は、前記コマ収差曲線が、前記各上側光線のうち前記下側の最軸外光線束に含まれる第3光線に対して極値をとる場合の前記入り込み量の絶対値の半分の値である、ホログラム記録装置。 The hologram recording apparatus according to claim 3, wherein
The maximum absolute value of the penetration amount in the target range is when the coma curve has an extreme value with respect to the third light ray included in the lower most off-axis light bundle among the upper light rays. Hologram recording apparatus which is a half value of the absolute value of the penetration amount.
前記記録媒体は、前記記録層の上面に前記記録層を保護する保護層をさらに備え、
前記入り込み量の前記目標範囲は、
不等式(I)を満足する前記入り込み量の範囲である、ホログラム記録装置。
The recording medium further comprises a protective layer for protecting the recording layer on the upper surface of the recording layer,
The target range of the intrusion amount is
A hologram recording apparatus that is in the range of the penetration amount that satisfies the inequality (I).
前記入り込み量の前記目標範囲は、
前記不等式(I)を満足する前記入り込み量の範囲のうち中心より前記入り込み量の絶対値が小さい側の範囲である、ホログラム記録装置。 The hologram recording device according to claim 5,
The target range of the intrusion amount is
A hologram recording apparatus, wherein the absolute value of the intrusion amount is smaller than the center in the intrusion amount range satisfying the inequality (I).
前記記録媒体の表面に対して光軸が傾いた集光レンズ系と、
を備え、
前記集光レンズ系は、予めコヒーレント光から生成されて、空間変調された平行光線束として入射する信号光を前記記録媒体の前記記録層に集光し、
前記集光レンズ系と前記保持部とは、
前記集光レンズ系の焦点の前記集光レンズ系の光軸に沿った前記記録媒体への入り込み量が目標範囲に収まるように互いに相対的に位置決めされており、
前記集光レンズ系の光軸と、前記光軸と前記記録媒体の表面との交点における前記表面の法線との双方に直交する方向視によって側面視を定義し、
前記法線方向を上下方向、前記記録媒体側を下、前記集光レンズ系側を上と定義し、
前記平行光線束が含む各光線束のうち側面視において最も下側で前記集光レンズ系の主平面を横切る光線束によって下側の最軸外光線束を定義したとき、
前記入り込み量の前記目標範囲は、
前記平行光線束における各光線束が含む各光線が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る各光路の側面視における前記記録媒体の延在方向に沿った各分布範囲が、前記下側の最軸外光線束が前記集光レンズ系を経て前記記録層を横切る基準領域の前記延在方向に沿った基準分布範囲に含まれる場合の前記入り込み量の範囲である、ホログラム記録用の光学モジュール。 A holding unit for holding a recording medium including a recording layer capable of recording a hologram;
A condensing lens system whose optical axis is inclined with respect to the surface of the recording medium;
With
The condensing lens system condenses signal light, which is generated in advance from coherent light, and incident as a spatially modulated parallel light bundle, on the recording layer of the recording medium,
The condenser lens system and the holding unit are
The focal points of the condenser lens system are positioned relative to each other so that the amount of penetration into the recording medium along the optical axis of the condenser lens system falls within a target range;
A side view is defined by a direction view orthogonal to both the optical axis of the condenser lens system and the normal of the surface at the intersection of the optical axis and the surface of the recording medium;
The normal direction is defined as the vertical direction, the recording medium side is defined as the bottom, and the condenser lens system side is defined as the top.
When defining the lowermost off-axis light beam by the light beam crossing the principal plane of the condenser lens system at the lowermost side in a side view among the light beams included in the parallel light beam,
The target range of the intrusion amount is
Each light beam included in each light beam in the parallel light beam passes through the condenser lens system and crosses the recording layer. Optical module for hologram recording, which is the range of the amount of penetration when the most off-axis light bundle is included in the reference distribution range along the extending direction of the reference region that crosses the recording layer through the condenser lens system .
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