JP2006243243A - Device and method for hologram recording - Google Patents
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Description
本発明は、ホログラム技術を用いて記録と再生を行うホログラム記録再生装置およびホログラム記録方法に関する。 The present invention relates to a hologram recording / reproducing apparatus and a hologram recording method for performing recording and reproduction using hologram technology.
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再生装置の開発が進められている。ホログラム記録再生装置では、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。 Development of a hologram recording / reproducing apparatus for recording data using holography is in progress. In the hologram recording / reproducing apparatus, two modulated signal light (data superimposed) and unmodulated reference light are generated from laser light, and these are irradiated to the same location 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、シフト多重方式、種々の方式が提案されている。
また、現在の光ディスクの光学系を踏襲するかたちの光学系としてコリニア方式が重要視されている。本方式では反射型光学系を用いているため現在の光ディスクのサーボ系を用いることが出来、さらに相関シフト多重を用いているためにディスクの回転のみで多重記録が可能である。
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 an angle multiplex method, a wavelength multiplex method, a rotation multiplex method, a shift multiplex method, and various methods have been proposed.
Also, the collinear method is regarded as important as an optical system that follows the optical system of the current optical disk. Since this system uses a reflective optical system, the current optical disk servo system can be used. Further, since correlation shift multiplexing is used, multiplex recording is possible only by rotating the disk.
たとえば、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(シフト)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 (shifting) 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.
また、シフト多重方式は、ホログラム記録媒体上の光の照射位置を、このホログラム記録媒体上で形成されるホログラムパターンのサイズよりも小さいピッチでシフト(横ずらし)させてホログラムを記録する方法である。 The shift multiplexing method is a method of recording a hologram by shifting (laterally shifting) the light irradiation position on the hologram recording medium at a pitch smaller than the size of the hologram pattern formed on the hologram recording medium. .
コリニア方式は、中央に信号光のパターンを、その周りを囲むような形で参照光のパターンを配置することで、全ての方向から信号光と参照光とが干渉してホログラムを記録する方式である。 In the collinear method, the signal light pattern is placed in the center and the reference light pattern is placed so as to surround it, so that the signal light and the reference light interfere with each other from all directions to record the hologram. is there.
角度多重方式に比べ、シフト多重方式・コリニア方式は、ディスク状のホログラム記録媒体の回転のみでホログラムを多重記録することが可能であるため、光学系を簡略化できること、また、現在普及しているCD、DVDなどの現在の光ディスクドライブ用のものと類似した光学系を利用できるため既存のサーボ技術を使いこなすことができるなど、様々な利点を有する。 Compared to the angle multiplexing method, the shift multiplexing method and the collinear method can multiplex-record a hologram only by rotating a disk-shaped hologram recording medium, so that the optical system can be simplified and is now widely used. Since an optical system similar to that for current optical disk drives such as CD and DVD can be used, it has various advantages such as being able to make full use of existing servo technology.
しかしながら、シフト多重方式では、トラック間のシフトピッチをつめると、トラック間でのクロストークノイズが発生しやすくなり、信頼性が低下する。この点からシフト多重方式での記録密度の向上は困難であった。また、この問題はコリニア方式においても同様であった。 However, in the shift multiplexing method, if the shift pitch between tracks is increased, crosstalk noise between tracks tends to be generated, and reliability is lowered. From this point, it is difficult to improve the recording density in the shift multiplexing method. This problem is also the same in the collinear method.
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、記録密度の向上および信頼性の向上を図ることのできるホログラム記録再生装置およびホログラム記録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 / reproducing apparatus and a hologram recording method capable of improving recording density and reliability.
本発明に係るホログラム記録再生装置は、レーザ光を出射する、発振波長を変えることのできるレーザ光源と、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からの再生光を検出する光検出素子と、ホログラム記録媒体上での信号光および参照光の入射平面に対して垂直な方向での位置に応じて、レーザ光源の発振波長を切り替える制御手段とを具備することを特徴とする。 A hologram recording / reproducing apparatus according to the present invention includes a laser light source that emits laser light, the oscillation wavelength of which can be changed, a light branching element that branches 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 branch element, and an optical system that focuses the signal light modulated by the light modulation element and the reference light branched by the optical branch element at substantially the same location of the hologram recording medium; The oscillation wavelength of the laser light source is switched according to the position in the direction perpendicular to the incident plane of the signal light and the reference light on the hologram recording medium, and the light detection element for detecting the reproduction light from the hologram recording medium And a control means.
制御手段は、より具体的には、波長情報取得手段により取得された波長の情報に基づいて、レーザ光源の発振波長を記録位置または再生位置に応じて切り替えるものである。 More specifically, the control means switches the oscillation wavelength of the laser light source according to the recording position or the reproduction position based on the wavelength information acquired by the wavelength information acquisition means.
この発明では、ホログラム記録媒体上での信号光および参照光の入射平面に対して垂直な方向での位置に応じてレーザ光源の発振波長を切り替えることによって、ホログラム記録媒体上での信号光および参照光の入射平面に対して垂直な方向でのシフト選択性を高めることができるとともに、隣り合うトラック間でのクロストークの影響を抑えることができる。 In this invention, the signal light on the hologram recording medium and the reference are switched by switching the oscillation wavelength of the laser light source according to the position in the direction perpendicular to the incident plane of the signal light and the reference light on the hologram recording medium. The shift selectivity in the direction perpendicular to the light incident plane can be increased, and the influence of crosstalk between adjacent tracks can be suppressed.
また、本発明のホログラム記録再生装置は、ホログラム記録媒体に予め記録されている、位置に対応する波長の情報を取得する波長情報取得手段をさらに具備し、制御手段は、波長情報取得手段により取得された波長の情報に基づいて、レーザ光源の発振波長を切り替えるものとしてもよい。 The hologram recording / reproducing apparatus of the present invention further comprises wavelength information acquisition means for acquiring wavelength information corresponding to the position recorded in advance on the hologram recording medium, and the control means is acquired by the wavelength information acquisition means. The oscillation wavelength of the laser light source may be switched based on the wavelength information.
ホログラム記録媒体に予め記録されている位置に対応する波長の情報に基づいてレーザ光源の発振波長を切り替えることで、ホログラム記録媒体ごとに最適な発振波長の切り替えが可能になる。 By switching the oscillation wavelength of the laser light source based on the information of the wavelength corresponding to the position recorded in advance on the hologram recording medium, the optimum oscillation wavelength can be switched for each hologram recording medium.
さらに、本発明のホログラム記録再生装置は、波長情報取得手段により取得された波長の情報に基づいて、再生時に受光素子の位置を補正する位置補正手段をさらに具備するものであってよい。これにより、再生時に、波長を変えることによって回折光の角度ずれが生じることに起因する受光素子の平面方向やフォーカス方向の位置ずれを解消することができる。 Furthermore, the hologram recording / reproducing apparatus of the present invention may further include a position correcting unit that corrects the position of the light receiving element during reproduction based on the wavelength information acquired by the wavelength information acquiring unit. Thereby, it is possible to eliminate the positional deviation in the plane direction and the focus direction of the light receiving element due to the angular deviation of the diffracted light caused by changing the wavelength during reproduction.
ホログラム記録媒体に予め記録されている波長の情報は、信号光および参照光の入射平面に対して垂直な方向での各々の位置に1対1に対応するものであってもよいが、連続する所定数の位置を1つのグループとして複数のグループに分け、このグループ内で順位付けられる共通の位置ごとに異なる波長を割り当てることによって、ホログラム記録媒体に記録される波長の情報量を大幅に減らすことができ、波長の情報によるメモリの消費量を減らすことができる。 The wavelength information pre-recorded on the hologram recording medium may correspond to each position in a direction perpendicular to the incident plane of the signal light and the reference light, but is continuous. By dividing a predetermined number of positions into a plurality of groups as one group and assigning different wavelengths to each common position ranked in this group, the amount of wavelength information recorded on the hologram recording medium can be greatly reduced. And the consumption of memory by wavelength information can be reduced.
以上のように、本発明によれば、記録密度の向上および信頼性の向上を図ることのできるホログラム記録再生装置およびホログラム記録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 / reproducing apparatus and a hologram recording method capable of improving recording density and reliability.
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.
図1は、本発明の実施形態にかかるホログラム記録再生装置の多重方式を示す図である。同図に示すように、この実施形態では、ディスク状のホログラム記録媒体(以下、単に「ディスク」と記述)1のトラック2に沿って、光の照射位置3をホログラムパターンのサイズよりも小さいピッチでシフトさせるシフト多重方式に、トラック2に応じてレーザ光源の発振波長を切り替える波長多重方式を併用したものである。また、ディスク1のたとえば最内周には、このディスク1の各々のトラック2に対する波長の情報を含むヘッダ情報が記録されたヘッダ情報記録領域4が設けられている。
FIG. 1 is a diagram showing a multiplexing method of a hologram recording / reproducing apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in the figure, in this embodiment, a light irradiation position 3 is arranged at a pitch smaller than the size of the hologram pattern along a
シフト多重方式では、参照光をレンズで絞ってディスクに入射させることによって、この入射した光は球面波の1部として扱われる。この球面波である参照光と、情報をもった光(信号光)との干渉によってディスクにホログラムが記録される。再生時には、図2に示すように、参照光5のみを照射することで、ディスク1に記録されたホログラムからの回折光(再生光)6が得られる。
In the shift multiplex method, the incident light is treated as a part of a spherical wave by narrowing the reference light with a lens and making it incident on the disk. A hologram is recorded on the disk by interference between the reference light which is a spherical wave and light (signal light) having information. At the time of reproduction, as shown in FIG. 2, diffracted light (reproduced light) 6 from a hologram recorded on the
ホログラムの記録された位置から参照光5の照射位置を、参照光と信号光の2光波の入射平面に対して平行な方向(ディスク1のトラック2に沿った方向)にずらすと、ホログラムに対して参照光5の入射角が変化したことと同等となり、ホログラムサイズよりも十分に小さいシフト量でも回折光が得られなくなる。したがって、参照光5として球面波を用いることによって、非常に細かいピッチでホログラム記録を行うことが可能となり、多重数を上げることができる。
If the irradiation position of the reference light 5 is shifted from the recorded position of the hologram in a direction parallel to the plane of incidence of the two light waves of the reference light and the signal light (direction along the
2光波の入射平面に対して平行な方向(ディスク1のトラック2に沿った方向)はブラッグの条件が適応される方向であるため非常に高いシフト選択性を持つが、2光波の入射平面に対して垂直な方向(ディスク1のトラック2を横断する方向)は、2光波の入射平面に対して平行な方向よりもシフト選択性が劣る。
The direction parallel to the incident plane of the two light waves (the direction along the
そこで、2光波の入射平面に対して垂直な方向にシフトするときに波長を変えることによって、2光波の入射平面に対して垂直な方向のシフト選択性を改善することができ、トラック間のピッチをより縮小することができるとともに、トラック間のクロストークノイズを抑えることも可能になる。 Therefore, by changing the wavelength when shifting in the direction perpendicular to the plane of incidence of the two light waves, the shift selectivity in the direction perpendicular to the plane of incidence of the two light waves can be improved, and the pitch between tracks can be improved. As well as crosstalk noise between tracks can be suppressed.
図3は、あるトラックの記録に用いた波長を中心に再生用の波長を前後にシフトさせて回折効率を測定した結果を示すグラフである。 FIG. 3 is a graph showing the results of measuring diffraction efficiency by shifting the reproduction wavelength back and forth around the wavelength used for recording on a certain track.
このグラフに示されるように、あるトラックの記録に用いた波長(407nm)から約0.7nmシフトさせた波長で回折効率が0となっている。したがって、これ以上波長をシフトさせれば、再生するトラック以外のトラックからの回折光による影響を抑えることができる。 As shown in this graph, the diffraction efficiency is 0 at a wavelength shifted by about 0.7 nm from the wavelength (407 nm) used for recording a certain track. Therefore, if the wavelength is further shifted, the influence of diffracted light from tracks other than the track to be reproduced can be suppressed.
また、トラック間でのクロストークを抑えるためには、必ずしも、上記の回折効率が0となるような波長のシフト量は必要なく、そのクロストークの度合いやトラック間距離などの様々な要素を考慮して、最適な波長のシフト量を決める必要がある。 Also, in order to suppress crosstalk between tracks, it is not always necessary to shift the wavelength so that the diffraction efficiency is zero, and various factors such as the degree of crosstalk and the distance between tracks are taken into consideration. Therefore, it is necessary to determine an optimum shift amount of the wavelength.
シフトさせる波長の範囲を式で示す。透過型ホログラムにおける記録に用いる波長をλ0、参照光の入射角をθ、メディア厚みをL、メディアの屈折率をnとすると、透過型ホログラム、反射型ホログラム各々について回折光が最初に0に達するまでの波長シフト幅Δλは以下のように表される。 The range of wavelengths to be shifted is shown by an equation. Assuming that the wavelength used for recording in the transmission hologram is λ 0 , the incident angle of the reference light is θ, the media thickness is L, and the refractive index of the media is n, the diffracted light initially becomes 0 for each of the transmission hologram and the reflection hologram. The wavelength shift width Δλ until reaching is expressed as follows.
この波長シフト幅Δλだけ波長をシフトさせることによって、同一箇所に書かれたホログラムに対して回折光は発生しなくなって望みのホログラムのみを再生することができる。しかし、波長シフト幅Δλが大きくなるとホログラムからの回折光が角度ずれを起こすため、できるだけ波長シフト幅Δλに近い波長シフト量にする必要がある。 By shifting the wavelength by this wavelength shift width Δλ, no diffracted light is generated with respect to the hologram written at the same location, and only the desired hologram can be reproduced. However, as the wavelength shift width Δλ increases, the diffracted light from the hologram causes an angle shift, so that it is necessary to make the wavelength shift amount as close to the wavelength shift width Δλ as possible.
ここで、波長シフト量をΔλ、記録された回折格子間隔をΛ、元の読み出し角度(ブラッグの回折条件と合った時の角度)をθBとすると、ディスク外での回折光の角度ずれθoutsideは以下のようになる。 Here, if the wavelength shift amount is Δλ, the recorded diffraction grating interval is Λ, and the original read angle (the angle when the Bragg diffraction condition is met) is θ B , the angle deviation θ of the diffracted light outside the disk θ outside is as follows.
フーリエ光学系において、この角度ずれは実像面(CCD上)での位置ずれとなるので、この位置ずれを補正可能なように、CCD位置を再生波長に応じてシフトさせるような機構にしておくか、あるいは波長がずれてもイメージエリアが十分にディテクトできるようなマージンを有するCCDが必要となる。 In the Fourier optical system, this angular deviation becomes a positional deviation on the real image plane (on the CCD). Therefore, a mechanism that shifts the CCD position according to the reproduction wavelength is used so that this positional deviation can be corrected. Alternatively, a CCD having a margin that can sufficiently detect the image area even if the wavelength is shifted is required.
次に、ヘッダ情報について説明する。 Next, the header information will be described.
図1に示したディスク1のヘッダ情報記録領域4には、ディスクの半径(R)方向の各位置(各トラック)ごとの記録再生用の波長の情報が記述される。各々のトラックごとに異なる波長を割り当ててもよいが、波長可変光源の可変領域の制約から、ディスクにおいて連続する所定数のトラックを1つのグループとして、すべてのトラックを複数のグループに分け、グループ内で順位付けられる各々のトラックごとに異なる波長を割り当てるようにしてもよい。たとえば、図4に示すように、連続するトラックT0〜T5をグループG1、次の連続するトラックT6〜T11をグループG2とし、各々のグループG1,G2内で順位付けられる共通のトラック(T0とT6、T10とT7、T2とT8、T3とT9、T4とT10、T5とT11)ごとに異なる波長を割り当てる。
In the header information recording area 4 of the
全体の波長可変領域をΔλtotal、隣のトラックとの波長可変量をΔλとすると、グループの中のトラック数NはΔλtotal/Δλとなる。すなわち、図4の例では、1つのグループのトラック数は6とされ、各々のグループの各トラックに、6種類の波長か同じ順番に共通に割り当てられている。これにより、グループの何番目のトラックであるかという情報を取得するだけで、記録再生用の波長を知ることができ、全てのトラックの波長情報をヘッダ情報として記録しておく必要がなくなるという利点が生じる。 Assuming that the entire wavelength variable region is Δλtotal and the wavelength variable amount between adjacent tracks is Δλ, the number N of tracks in the group is Δλtotal / Δλ. That is, in the example of FIG. 4, the number of tracks in one group is 6, and six types of wavelengths or the same order are commonly assigned to the tracks in each group. As a result, it is possible to know the wavelength for recording / reproducing only by acquiring the information of which track in the group, and there is no need to record the wavelength information of all tracks as header information. Occurs.
図5はディスクの各トラックをグループ分けしない場合(A)とグループ分けした場合(B)のヘッダ情報の情報量の違いを示す図である。図5(A)に示すように、グループ分けしない場合には、たとえば、トラック位置情報と波長情報を8bitとすれば、(8bit×トラック数)分の情報量となるのに対し、図5(B)に示すように、グループ分けした場合には、(8bit×グループ内での波長分割数)分の情報量で済み、大幅なヘッダ情報量の減少が見込まれる。 FIG. 5 is a diagram showing a difference in information amount of header information between the case where the tracks of the disk are not grouped (A) and the case where the tracks are grouped (B). As shown in FIG. 5A, in the case of not grouping, for example, if the track position information and the wavelength information are 8 bits, the information amount is (8 bits × number of tracks), whereas FIG. As shown in B), when grouping is performed, the information amount corresponding to (8 bits × number of wavelength divisions in the group) is sufficient, and a significant reduction in the header information amount is expected.
次に、本発明を適用したホログラム記録再生装置のより具体的な実施形態について説明する。 Next, a more specific embodiment of the hologram recording / reproducing apparatus to which the present invention is applied will be described.
図6は本実施形態のシフト多重方式のホログラム記録再生装置の光学系の構成を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing a configuration of an optical system of the shift multiplexing type hologram recording / reproducing apparatus of the present embodiment.
同図において、11はホログラム記録媒体としてのディスクである。このディスク1は、光が入射される側より、図示せぬ反射防止膜、一方の保護層としてのプラスチック基板12、記録層13、トラックグルーブ・アドレスグルーブ14、および他方の保護層としてのプラスチック基板15で構成される。
In the figure, reference numeral 11 denotes a disk as a hologram recording medium. The
上記の記録層13は、信号光と参照光とによる干渉縞を屈折率(あるいは、透過率)の変化として記録するものである。記録層13は、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ー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。また、ポリマー化するにつれて周囲からモノマーが拡散移動してモノマーの濃度が場所によって変化することで、屈折率(あるいは透過率)が変化する。この原理により、記録層13には、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞が屈折率(あるいは透過率)の変化として記録される。
The
トラックグルーブ・アドレスグルーブ14は、ディスク1へのトラッキング、フォーカス等のサーボ制御や、アドレス情報の読み取りを行うために設けられる。ディスク1には、このトラックグルーブ・アドレスグルーブ14がトラックに沿って形成されている。なお、アドレス情報はグループの周波数の値などに変調されている。
The track groove / address groove 14 is provided for servo control such as tracking and focusing on the
100はホログラム記録再生装置の光学ユニットである。この光学ユニット100は、波長可変レーザ光源21、コリメートレンズ22、アイソレ−タ23、1/2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、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−レンズ32、ピンホ−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、レンズ40、反射型液晶41、倍率調整用レンズ42、CCD(Charge Coupled Device)43、サーボ用光源44、コリメートレンズ45、グレーティング46、ビームスプリッタ47、集光用レンズ48、シリンドリカルレンズ49、受光素子50を有する。
波長可変レーザ光源21は、出射光の波長を可変することのできるレーザ光源であり、レーザ素子としては、たとえば、波長405nmのLDや、波長532nmのNd−YAGレーザを用いることができる。
The wavelength tunable
コリメートレンズ22は、波長可変レーザ光源21から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。
The collimating
アイソレ−タ23は、戻り光を防ぐためための光学素子である。
The
1/2波長板24は、p偏光とs偏光の割合を調節する光学素子である。
The half-
メカニカルシャッター25は、波長可変レーザ光源21より出射された光の開閉を行う手段である。
The
偏光ビームスプリッタ26は、メカニカルシャッター25を通過した光をp波の信号光ライン51とs波の参照光ライン52とに分割する光学素子である。
The
波長板27は、光の強度を調節する光学素子である。
The
偏光ビームスプリッタ28は、波長板27を通過した光のp偏光成分のみを空間光変調器としての反射型液晶41に入射し、反射型液晶41からの戻り光を反射する光学素子である。
The
1/2波長板29は、偏光ビームスプリッタ28を反射した光をp偏光に戻すための光学素子である。
The half-
偏光ビームスプリッタ30は、1/2波長板29から入射した光を透過し、ディスク1で反射されて1/2波長板31から戻ってきた光(再生光)を反射するための光学素子である。
The
1/2波長板31は、記録時に偏光ビームスプリッタ30より入射した光をそのまま通し、再生時にホログラム記録媒体1からの戻り光の偏光方向を90度回してp偏光からs偏光にするための光学素子である。
The half-
リレ−レンズ32は、1/2波長板31を通過した信号光をピンホ−ル33に伝播するための光学素子である。
The
ピンホ−ル33は、信号光のビーム径を絞って液晶からの高次の回折光をカットするための光学素子である。
The
ダイクロイックミラー34は、記録再生に用いる光(波長可変レーザ光源21からのレーザ光)とサーボに用いる光(サーボ用光源44からのレーザ光)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は、波長可変レーザ光源21とサーボ用光源44とでレーザ光の波長が異なることに対応して、波長可変レーザ光源21からの記録再生光を透過し、サーボ用光源44からのサーボ光を反射する。
The
対物レンズ35は、信号光およびサーボ用の光をディスク1の所定の層位置に集光するための光学素子である。
The
サーボ駆動ユニット36は、受光素子50からのトラッキングエラー信号およびフォ−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−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
ミラー39は、ディスク1への参照光の入射角度を変調するためのミラーである。
The
レンズ40は、ガルバノミラー39からの参照光を集光してディスク1の所定の層位置へ入射する光学素子である。
The
反射型液晶41は、信号光を空間的に(ここでは、2次元的に)変調して、デ−タを重畳する空間光変調器である。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
倍率調整用レンズ42は、偏光ビームスプリッタ30で反射して入射した再生光の倍率を調整するための光学素子である。
The
CCD43は、再生光の画像を入力するための受光素子である。この受光素子はCMOSであってもよい。
The
サーボ用光源44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、波長可変レーザ光源21とは波長の異なるレーザ光を出射する。
The
コリメートレンズ45は、サーボ用光源44から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。
The
グレーティング46は、コリメートレンズ45から出射されたレーザ光を3つのビームに分割するための光学素子であり、2枚の素子から構成される。サーボ制御のためにレーザ光の分割が行われる。
The grating 46 is an optical element for dividing the laser light emitted from the collimating
ビームスプリッタ47は、グレーティング46から出射されたレーザ光を透過し、ディスク1から反射されて戻ってきた戻り光を反射するための光学素子である。
The
集光用レンズ48は、ビームスプリッタ47からの戻り光を受光素子50に集光するための光学素子である。
The condensing
シリンドリカルレンズ49は、集光用レンズ48から出射されたレーザ光のビーム形状を円形から楕円形に変換するための光学素子である。
The
受光素子50は、戻り光を受光し、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とフォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号を出力するための素子、たとえばCCDである。
The
ディスク1は、図示しないスピンドルモ−タで回転される。ディスク1が移動することから、ディスク1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再生装置の動作を説明する。 Next, the operation of this hologram recording / reproducing apparatus will be described.
波長可変レーザ光源21より出射した光は、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−タ23を通す。その後、1/2波長板24によってp偏光とs偏光の割合を調節され、偏光ビームスプリッタ26によってp波の信号光ライン51とs波の参照光ライン52とに分割される。
The light emitted from the wavelength tunable
信号光は波長板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41に入射される。反射型液晶41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、信号光はリレ−レンズ32を伝播される。このときピンホ−ル33により、液晶からの高次の回折光がカットされる。
The intensity of the signal light is adjusted 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1に入射する。
Subsequently, the signal light passes 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−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た後、レンズ40によって集光されて、信号光と干渉するようにディスク1の同一個所に入射される。その結果、ディスク1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1にホログラムとして記録される。
On the other hand, the reference light separated by the
記録時の光の開閉はメカニカルシャッター25を開閉して行われる。ただし、メカニカルシャッター25を開閉に代えて反射型液晶41のオン・オフによって行うようにしてもよい。あるいは、波長可変レーザ光源21の出射光のオン・オフによって行ってもよい。 シフト多重で記録を行う場合、ディスク1をホログラムサイズより小さい量シフト(回転)させてから、信号光と参照光をディスク1に照射する。
The light is opened and closed during recording by opening and closing the
ディスク1の一つのトラックへの多重記録が終了して次のトラックへの記録に移行する際、波長可変レーザ光源21の出射光の波長を、ヘッダ情報により指定された波長に切り替えて、次のトラックへの記録へと移行する。
When the multiplex recording on one track of the
再生時には、反射型液晶41上で、参照光に相当するパタ−ンのみを表示させ、その参照光成分のみをディスク1に入射する。これにより、ディスク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。この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−レンズ32を通る。リレ−レンズ32を通る途中でピンホ−ル33によってノイズがカットされる。その後、波長板31は偏光方向が90度回転するように設定されているため、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42にて倍率が調整され、CCD43で、反射型液晶41での空間的な2次元デ−タに対応する電気信号に変換される。CCD43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−タに変換される。
At the time of reproduction, only the pattern corresponding to the reference light is displayed on the
一方、サーボ用光源44より出射された光は、コリメートレンズ45によって平行光に変換され、グレーティング46にて3つのビームに分割される。グレーティング46から出射されたレ−ザ光は、ビームスプリッタ47、偏光ビームスプリッタ48、ハーフミラー49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1に入射される。
On the other hand, the light emitted from the
ディスク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47に戻る。戻りサーボ光はビームスプリッタ47で反射されて集光用レンズ48に入射し、ここで集光された後、シリンドリカルレンズ49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50にて受光される。受光素子50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−カスサーボ制御のためのフォ−カスエラー信号などが出力される。
The servo light reflected from the
次に、本実施形態のホログラム記録再生装置の制御系の構成について説明する。 Next, the configuration of the control system of the hologram recording / reproducing apparatus of this embodiment will be described.
図7は、このホログラム記録再生装置の電気的な構成を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing an electrical configuration of the hologram recording / reproducing apparatus.
同図に示すように、このホログラム記録再生装置は、ディスク1を駆動するスピンドルモータ60、スピンドルモータ60を制御するスピンドルモータ制御部61、受光素子50の出力に基づきトラッキングおよびフォーカシングのサーボのための演算処理を行うサーボ制御部63、サーボ制御部63からの制御信号に基づいてサーボ駆動ユニット36を制御するサーボメカ制御部64、CCD43の再生信号を処理する再生信号処理部65、メカニカルシャッター25の開閉を制御するシャッター制御部66、反射型液晶41を制御するSLM制御部67、CCD43の平面方向およびフォーカス方向の位置を制御するCCDステージ制御部68、波長可変レーザ光源21の発振波長を制御する発振波長制御部69、および、このホログラム記録再生装置を全体的に制御する制御コンピュータ70を備えている。
As shown in the figure, this hologram recording / reproducing apparatus is used for a tracking and focusing servo based on the output of a
制御コンピュータ70は、ディスク1の図1に示したヘッダ情報記録領域4から読み込んだヘッダ情報である波長情報を格納するメモリ70aと、演算処理ユニット70bとを有している。
演算処理ユニット70bは、メモリ70aに格納された波長情報とこれから記録または再生を行うトラックの情報に基づき、波長可変レーザ光源21の発振波長を発振波長制御部69を通じて切り替える制御を行う。また、演算処理ユニット70bは、再生時に、波長を変えることによって回折光の角度ずれが生じることに起因するCCD43の平面方向やフォーカス方向の位置ずれを補正するように、メモリ70aに格納された波長情報に基づいて、CCD43の位置をCCDステージ制御部68を通じて制御する。この制御は具体的には、予め波長ごとのCCD43の出力画像のずれ量と、これが0となるようなCCD43の位置補正量を算出し、このCCD43の位置補正量をメモリ70aなどに波長情報と対応付けて格納しておき、このメモリ70aから波長情報に対応するCCD43の位置補正量を読み出してCCDステージ制御部68に制御量として供給することによって行われる。さらに、演算処理ユニット70bは、多重記録のために決められたシフト量をスピンドルモータ制御部61に供給して、ディスク1をそのシフト量だけ回転させるように制御したり、シャッター制御部66を通じて、決められた記録スケジューリングに従ってメカニカルシャッター25を開閉させる制御などを行う。
The
The
次に、このホログラム記録再生装置における波長の切り替え制御について説明する。 Next, wavelength switching control in the hologram recording / reproducing apparatus will be described.
図8は記録・再生時の波長切り替え制御の流れを示すフローチャートである。 FIG. 8 is a flowchart showing the flow of wavelength switching control during recording / reproduction.
まず、制御コンピュータ70の演算処理ユニット70aは、ディスク1の図1に示したヘッダ情報記録領域4からヘッダ情報を再生するように制御を行い、再生されたヘッダ情報を制御コンピュータ70のメモリ70aに格納する(ステップS1)。
First, the arithmetic processing unit 70a of the
演算処理ユニット70aは、これから記録または再生が行うトラックの位置情報を取得し(ステップS2)、このトラックに対応する波長情報をメモリ70aに格納されているヘッダ情報を参照して取得する(ステップS3)。 The arithmetic processing unit 70a acquires position information of a track to be recorded or reproduced from now on (step S2), and acquires wavelength information corresponding to the track with reference to header information stored in the memory 70a (step S3). ).
次に、演算処理ユニット70aは、ヘッダ情報から取得した波長で波長可変レーザ光源21を発振させるように発振波長制御部69に制御信号を出力する(ステップS4)。これにより、波長可変レーザ光源21の発振波長がトラックに対して決められた波長に設定され、この波長でホログラムの記録または再生が行われる。
Next, the arithmetic processing unit 70a outputs a control signal to the oscillation
ディスク1の1つのトラックへの多重記録または再生が終了して次のトラックへの記録または再生に移行する際、上記と同様に、波長可変レーザ光源21の出射光の波長をヘッダ情報から取得した波長に切り替えて、次のトラックの記録または再生へと移行する。
When the multiplex recording or reproduction on one track of the
以上説明した本実施形態のホログラム記録再生装置によれば、ディスク1上のトラック位置に応じて波長可変レーザ光源21の発振波長を切り替えることによって、トラックを横切る方向でのシフト選択性を高めることができるとともに、隣り合うトラック間でのクロストークの影響を抑えることができる。
According to the hologram recording / reproducing apparatus of the present embodiment described above, the shift selectivity in the direction across the track can be improved by switching the oscillation wavelength of the wavelength tunable
また、ディスク11のヘッダ情報として予め記録されている波長の情報に基づいて波長可変レーザ光源21の発振波長を切り替えることで、ディスク1ごとに最適な発振波長の切り替えが可能になる。
Further, by switching the oscillation wavelength of the tunable
さらに、本実施形態のホログラム記録再生装置によれば、メモリ70aに格納された波長情報に基づいてCCD43の位置を補正することで、再生時に、波長を変えることによって回折光の角度ずれが生じることに起因するCCD43の平面方向やフォーカス方向の位置ずれを解消できる。
Furthermore, according to the hologram recording / reproducing apparatus of the present embodiment, by correcting the position of the
以上、シフト多重方式に本発明を適用した実施形態を説明したが、本発明はコリニア方式に適用した場合でも有効である。 The embodiment in which the present invention is applied to the shift multiplexing system has been described above, but the present invention is also effective when applied to the collinear system.
図9に示すように、コリニア方式では、信号光71の周りを囲むように参照光72のパターンが配置されることで、全ての方向から信号光71と参照光72とが干渉してホログラムがホログラム記録媒体であるディスク1に記録される。このコリニア方式では、参照光72にスペックルパターンを与えることによって全ての方向に対して急峻な選択性が得られる。しかし、記録トラック数が増えて行くと、スペックルパターンの一致などの原因で、トラック間でのクロストークが発生するおそれがある。したがって、コリニア方式においても、トラックごとに波長を変えて記録・再生を行うことによって、クロストークを抑えることが可能となる。
As shown in FIG. 9, in the collinear method, the pattern of the
1 ホログラム記録媒体(ディスク)
2 トラック
4 ヘッダ情報記録領域
21 波長可変レーザ光源
25 メカニカルシャッター
41 反射型液晶
43 CCD
61 スピンドルモータ制御部
66 シャッター制御部
67 SLM制御部
68 CCDステージ制御部
69 発振波長制御部
70 制御コンピュータ
70a メモリ
70b 演算処理ユニット
100 光学ユニット
1 Hologram recording medium (disc)
2 tracks 4 header
61 Spindle
Claims (8)
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からの再生光を検出する光検出素子と、
前記ホログラム記録媒体上での前記信号光および前記参照光の入射平面に対して垂直な方向での位置に応じて前記レーザ光源の発振波長を切り替える制御手段と
を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。 A laser light source that emits laser light and that can change the oscillation wavelength;
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 light detecting element for detecting reproduction light from the hologram recording medium;
Control means for switching an oscillation wavelength of the laser light source in accordance with a position in a direction perpendicular to an incident plane of the signal light and the reference light on the hologram recording medium. Playback device.
前記制御手段は、前記波長情報取得手段により取得された波長の情報に基づいて、前記レーザ光源の発振波長を切り替えることを特徴とする請求項1に記載のホログラム記録再生装置。 Wavelength information acquisition means for acquiring information on the wavelength corresponding to the position, which is recorded in advance on the hologram recording medium,
2. The hologram recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the control unit switches the oscillation wavelength of the laser light source based on the wavelength information acquired by the wavelength information acquisition unit.
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