JP2007148112A - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の部品点数を削減し、低コスト化と装置の小型化を実現する光情報記録再生装置を提供する。
【解決手段】ホログラムディスク２１６に情報を記録再生する光情報記録再生装置は、緑レーザ２１０、ＳＬＭ（ＤＭＤ）２０４、一対のリレーレンズ２０８、２１０、ダイクロＢＳ３１１、対物レンズ２１４、ＣＭＯＳセンサ２１９、赤レーザ２２０を有する。緑レーザ２１０からの情報記録再生光である参照光２０５及び情報光２０６と、赤レーザ２２０からのサーボ光とは、ダイクロＢＳ３１１上で同軸に合流する。赤レーザ２２０からのサーボ光は、一対のリレーレンズ２０８、２１０のうち第２リレーレンズ２１０を介して対物レンズ２１４へ伝播される。
【選択図】図１

Description

本発明は、ホログラフィを利用して情報光と参照光を光記録媒体内で干渉させ、その干渉縞を情報として光記録媒体内に記録し、また光記録媒体内に記録された情報に参照光を照射することで情報を再生する光情報記録再生装置に関する。

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フィック記録は、イメージ情報を持った情報光と参照光を記録媒体の内部で干渉させ、干渉パターンを記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に参照光を照射することにより、干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される。

近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、３次元的に干渉パターンを書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は２値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。

このデジタルボリュームホログラフィでは、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、２次元デジタルパターン情報に展開し、これをイメージ情報として記録する。再生時は、このデジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時にＳ／Ｎ比が多少悪くても、微分検出や、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、忠実に情報を再現することが可能である。

このようなデジタルボリュームホログラフィを実現する技術として、干渉させる情報光と参照光を同じ方向から同軸で記録媒体内に入射するコリニア方式という方法がある。

また、このような光学系を実現するには、対物レンズによって集光される干渉縞をディスク面上の任意の位置へ高精度に位置決め制御する必要がある。そのためのサーボ方法として、記録媒体に感光しない光を記録再生光に同軸で合流させ、対物レンズが回転ディスクの面振れに追従して常にフォーカス位置を保つ制御であるフォーカスサーボが用いられている。また、回転ディスクの半径方向の書き込み位置にホログラフィック照射位置を追従させる制御であるトラッキングサーボも用いられている。コリニア方式については、公知の文献として非特許文献１で詳細が説明されている。

次に、図２を用いて従来例のコリニア方式の光情報記録再生装置であるホログラフィ用光ピックアップ装置の光学系を詳細に説明する。

最初に、光記録媒体であるホログラムディスク２１６に記録を行う場合について説明する。

まず、図２に示すように、第１のレーザ光源である緑レーザ２０１から出射された光束は、コリメータ２０２で平行光束とされ、ミラー２０３を経由し、空間光変調素子（ＳＬＭ:Spacial Light Modulator）２０４を照明する。

図１では、ＳＬＭ２０４として、ＤＭＤ（Deformable Mirror Device又はDigital Micromirror Device）が使用されている。ＳＬＭ２０４上で「１」の情報を表す画素で反射された光は、ホログラムディスク２１６の方向へ反射され、「０」の情報を表す画素で反射された光は、ホログラムディスク２１６の方向へ反射されない。コリニア方式のＳＬＭ２０４上には、情報光２０６を変調する部分とそれを環状に取り巻く参照光２０５を変調する部分が設けられている。

ＳＬＭ２０４で「１」の情報を表す画素にて反射された参照光２０５と情報光２０６は、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０７をＰ偏光で透過する。そして、第１リレーレンズ２０８、ミラー２０９、第２リレーレンズ２１０、ダイクロイックビームスプリッタ（ダイクロＢＳ）２１１を経由してホログラムディスク（ホログラム記録媒体）２１６側に差し向けられる。そして、１／４波長板（ＱＷＰ）２１２を透過し、円偏光（例えば、右回りの円偏光）に変換された参照光２０５と情報光２０６は、ミラー２１３で反射されて焦点距離Ｆの対物レンズ２１４に入射する。

上記の光学系において、第１リレーレンズ２０８および第２リレーレンズ２１０により、ＳＬＭ２０４上に表示されたパターンは、対物レンズ２１４から焦点距離Ｆだけ手前に中間像を形成する。これにより、ＳＬＭ２０４上のパターン像（図示せず）、対物レンズ２１４、ホログラム媒体２１６がいずれもＦの距離だけ離れて配置される、所謂４Ｆ光学系が構成される。

ホログラムディスク２１６は、ディスク状であり、スピンドルモータ２１５上に回転可能に保持されている。対物レンズ２１４によって、参照光２０５と情報光２０６は、ホログラムディスク２１６に設けられた記録層（図示しない）に集光され、干渉して干渉縞を形成する。記録層中の高分子材料には、この記録時の干渉縞パターンが屈折率分布として記録され、デジタル体積ホログラムが形成される。また、ホログラムディスク２１６を構成する記録媒体中には、反射膜（図示しない）が設けられている。

上記の光学系には、ホログラムの記録再生を行う緑レーザ２０１以外に、記録媒体に感光性のない波長の光を出射する第２のレーザ光源として赤レーザ２２０が設けられている。赤レーザ２２０から出射される光により、上記の反射膜を基準面として、ホログラムディスク２１６の変位を高精度に検出することが可能である。これより、ホログラムディスク２１６に面ブレや偏芯が発生しても、光サーボ技術を用いてダイナミックに記録スポットを記録媒体面に追従させることが可能となり、高精度に干渉縞パターンを記録することができる。以下に簡単に説明する。

まず、赤レーザ２２０から出射された直線偏光光束は、ビームスプリッタ（ＢＳ）２２１を透過し、レンズ２２２で平行光束とされ、ミラー２２３とダイクロＢＳ２１１で反射されて、ホログラムディスク２１６に差し向けられる。１／４波長板（ＱＷＰ）２１２を透過し、円偏光（例えば、右回りの円偏光）に変換された光束は、ミラー２１３で反射されて対物レンズ２１４に入射してホログラムディスク２１６上の反射面に微小な光スポットとして集光される。反射された光束は逆回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）となり、対物レンズ２１４に再入射して平行光束とされ、ミラー２１３で反射されて１／４波長板（ＱＷＰ）２１２を透過して、往路とは垂直な直線偏光光束に変換される。ダイクロＢＳ２１１で反射された光束は、往路と同様にミラー２２３、レンズ２２２を経由し、ビームスプリッタ（ＢＳ）２２１で反射されて、光検出器２２４に導かれる。光検出器２２４は、複数の受光面（図示しない）を有し、各受光面にて検出される信号に基づいて公知の方法で反射面の位置情報を検知し、それに基づいて対物レンズ２１４のフォーカスとトラッキングを行うことができる。

次に、上記光学系を用いて、記録媒体であるホログラムディスク２１６から記録情報の再生を行う場合について説明する。光源の緑レーザ２０１から出射された光束は、記録時と同様に、空間光変調素子（ＳＬＭ）２０４を照明する。再生時は、ＳＬＭ２０４上の参照光２０５を変調する部分のみが「１」の情報を表示し、情報光２０６を変調する部分はすべて「０」の情報を表示する。したがって、参照光の部分の画素で反射された光だけが、ホログラムディスク２１６の方向へ反射され、情報光はホログラムディスク２１６の方向へ反射されない。

記録時と同様に参照光２０５は、円偏光（例えば、右回りの円偏光）となってホログラムディスク２１６内の記録層（図示せず）に集光され、記録された干渉縞から情報光を再生する。ホログラムディスク２１６を構成する記録媒体中の反射膜で反射された情報光は、逆回りの円偏光（例えば、左回りの円偏光）となり、対物レンズ２１４に再入射して平行光束とされる。そして、ミラー２１３で反射されて１／４波長板（ＱＷＰ）２１２を透過して、往路とは垂直な直線偏光光束（Ｓ偏光）に変換される。この時、対物レンズ２１４からＦの距離に再生されたＳＬＭ２０４の表示パターンの中間像が形成される。

ダイクロＢＳ２１１を透過した光束は、第２リレーレンズ２１０、ミラー２０９、第１リレーレンズ２０８を経由して偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）２０７に差し向けられる。ＰＢＳ２０７で反射された光束は、第２リレーレンズ２１０と第１リレーレンズ２０８により、空間光変調素子（ＳＬＭ）２０４と共役の位置にＳＬＭ２０４の表示パターンの中間像として再結像される。この位置には、開口２１７が予め置かれ、これにより情報光の周辺部にある不要な参照光が遮蔽される。そして、レンズ２１８により、再結像された中間像はＣＭＯＳセンサ２１９上に情報光の部分のみのＳＬＭ２０４の表示パターンを形成する。これにより、不要な参照光がＣＭＯＳセンサ２１９に入射しないので、Ｓ／Ｎの良い再生信号が得られる。
譚小地、他１名、「ホログラフィックメモリ／ＨＤＶＴＭを支える計測・ナノ制御技術」、第３５回光波センシング技術研究会講演論文集（Proceeding of 35th Meeting on Lightwave Sensing Technology）、２００５年６月、ｐ．７５−８２

しかしながら、上記の従来例では、以下のような問題がある。

従来例では、サーボ光用の赤レーザ出射光束の平行化は情報記録再生光の光路外で独立に行われており、平行化された後、記録再生光に同軸になるように合流されていた。このため、情報記録再生光用の光学系に加えサーボ光の平行化・合流のための専用光学部品が必要になり、部品点数の多さによる装置の高コスト化、及び装置の大型化という問題が生じる。

また、従来例では、対物レンズでトラッキング制御を行っている。この場合、光源の緑レーザから対物レンズを透過し記録媒体面に入射する光束の光軸に対し、対物レンズからの照射光による記録媒体面の記録された干渉縞により反射された再生光が対物レンズへ再入射及び透過する際の光軸がずれてしまう。このため、ＣＭＯＳセンサ上で像が揺らいでしまうという問題が生じる。

本発明は、上記の問題を解決するものであり、光学系の部品点数を削減し、低コスト化と装置の小型化を実現する光情報記録再生装置を提供するものである。

上記目的を達成するため、本発明に係る光情報記録再生装置は、第１のレーザ光源、空間光変調器、一対のリレーレンズ、対物レンズ、及び光検出器を有し且つ記録媒体に対する情報記録及び再生を行う光学系と、第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光源からの光束を前記光学系内の前記第１のレーザ光源から前記対物レンズまでに至る光路上へ合流させる光伝播手段とを有し、前記情報記録時に、前記第１のレーザ光源からの光束を前記空間光変調器に照射して情報光と参照光を生成し、前記情報光と前記参照光を前記一対のリレーレンズを経由して前記対物レンズへ導いて記録媒体上に集光して干渉させ、ホログラフィを利用して前記記録媒体に情報を記録し、前記情報再生時に、前記参照光のみを前記記録媒体に照射し、前記記録媒体からの反射光を光検出器に導き、前記情報の再生を行い、前記情報記録時及び再生時に、前記第２のレーザ光源からの光束を前記光伝播手段を介して前記光学系内の光路上に合流させ、前記対物レンズに導いて前記記録媒体上に集光させ、前記記録媒体からの反射光を用いて前記情報光および前記参照光に対し前記記録媒体上でフォーカス制御およびトラッキング制御を行う光情報記録再生装置であって、前記光伝播手段は、前記一対のリレーレンズのうち、前記記録媒体側のリレーレンズを介して前記第２のレーザ光源からの光束を前記対物レンズへ伝播することを特徴とする。

また、好適な態様として、前記情報記録時及び再生時に、前記記録媒体側のリレーレンズをその光軸に対し垂直方向に動作させて前記トラッキング制御を行ってもよい。

さらに、好適な態様として、前記一対のリレーレンズ間に配置され且つ波長の異なる光を分離及び合流可能な光学素子を備え、前記第１のレーザ光源からの光束及び前記第２のレーザ光源からの光束が、前記光学素子上で同軸に合流するようにしてもよい。前記光学素子は、一例としてダイクロイックビームスプリッタである。

本発明によれば、第１のレーザ光源から対物レンズに至る参照光及び情報光の光路内に配置される一対のリレーレンズのうち、記録媒体側のリレーレンズを、第２のレーザ光源からのサーボ光に対する対物レンズへの伝播手段として併用している。このようにしてサーボ光の光束の平行化を図ることで、サーボ用の光学部品数を減らし、装置の小型化・低コスト化を実現する光情報記録再生装置を提供することができる。また、一対のリレーレンズのうち、記録媒体側のリレーレンズによるトラッキング制御を行うことができ、これにより、光検出器上に安定した像が得られる。

以下、図面を参照しながら、本発明に係る光情報記録再生装置の実施例について詳細に説明する。なお、前述した従来例と同様の構成については、同一符号を付してその説明を簡略又は省略する。

図１は、本実施例による光情報記録再生装置であるホログラフィ用光ピックアップ装置の光学系の構成を示す。

図１に示すように、本実施例の光情報記録再生装置において、緑レーザ用ダイクロＢＳ３１１は、第１リレーレンズ２０８と第２リレーレンズ２１０の間に配置されている。また、情報記録再生光制御系は、赤レーザ２２０、ＢＳ２２１、及び光検出器２２４からなる。この情報記録再生光制御系は、赤レーザ２２０から出射したサーボ光が第２リレーレンズ２１０を通り、緑レーザ用ダイクロＢＳ３１１で反射された情報記録再生光（参照光２０５、情報光２０６）と同軸で合流するように配置されている。

本実施例では、第１のレーザ光源である緑レーザ２０１から射出した情報記録再生光の通る光学系構成のうち、コリメータ２０２、ミラー２０３、ＳＬＭ（ＤＭＤ）２０４、ＰＢＳ２０７、第１リレーレンズ２０８までは前述した従来例と同一である。第１リレーレンズ２０８を透過した光（参照光２０５、情報光２０６）は、緑レーザ用のダイクロＢＳ３１１により反射され、情報記録再生制御光（サーボ光）と同軸で合流し第２リレーレンズ２１０に入射し、ＱＷＰ２１２により円偏光となる。ＱＷＰ２１２以降の光学系構成、すなわちミラー２１３、対物レンズ２１４については、従来例と同一である。

一方、第２のレーザ光源である赤レーザ２２０から出射したサーボ光は、ＢＳ２１１を通り、緑レーザ用ダイクロＢＳ３１１を透過し、第２リレーレンズ２１０によりコリメートされる。ＱＷＰ２１２以降の構成は、従来例と同一である。

上記のように、本実施例では、記録媒体側の第２リレーレンズ２１０を赤レーザ２２０から射出するサーボ光用のコリメータレンズとして併用する構成としている。こうすることで、前述した従来例（図２）におけるミラー２０９、ミラー２２３、サーボ光用コリメートレンズ２２２が不要になる。これにより、本実施例によれば、従来例に比較し、装置の小型化・低コスト化が実現される。

また、本実施例では、サーボ光と情報記録再生光（参照光２０５、情報光２０６）をホログラムディスク２１６から緑レーザ用ダイクロＢＳ３１１まで同軸で伝播している。このため、本実施例では、記録媒体側の第２リレーレンズ２１０の位置を、コントローラ（非図示）からのトラッキング制御に関する制御信号に基づいて、駆動手段（非図示）を駆動させることにより、その光軸に対し垂直に動かす（図中の矢印ａ参照）。こうすることで、回転状態にあるホログラムディスク２１６の面内方向、例えば半径方向にビームを動かすことができる。これにより、ホログラムディスク２１６内の所望の書き込み位置にホログラフィック照射位置を追従させる制御であるトラッキングサーボを可能にする。

このように制御することで、本実施例では、第２リレーレンズ２１０よりも光源側では、光路は往路復路変化せず、ＣＭＯＳセンサ２１９上で像が揺らぐことはなく、安定した記録再生が実現できる。また、対物レンズ２１０は、フォーカスサーボ動作だけで済むため、対物レンズ２１０付近の可動域が小さくなり、装置の小型化にもつながる。

従って、本実施例によれば、サーボ光用の光学系のコリメータレンズを、情報記録再生光用の光学系の一対のリレーレンズのうちの一方で兼用した構成をとっている。これにより、サーボ用の光学部品数を減らし装置の小型化・低コスト化を実現する光情報記録再生装置の提供が可能となった。また、記録媒体側の第２リレーレンズ２１０によるトラッキング制御によりＣＭＯＳセンサ２１９上に安定した像が得られるようになった。

なお、上記の実施例では、空間光変調器（ＳＬＭ）としてＤＭＤを用いているが、本発明はこれに限らず、例えばＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon：反射型液晶）等の他の反射型のものでもよく、或いは透過型のものを用いてもよい。透過型の空間光変調器を用いると、ミラー２０３は不要となる。

本発明は、情報光と参照光を光記録媒体内で干渉させ、その干渉縞を情報として光記録媒体に記録し、光記録媒体に記録された情報に参照光を照射することで記録情報を再生する光情報記録再生装置の用途に適用できる。また、これで用いるホログラフィ用光ピックアップ装置の用途に適用できる。

本発明の実施例に係る光情報記録再生装置であるホログラフィ用光ピックアップ装置の光学系を示す図である。 従来例のコリニア方式の光情報記録再生装置であるホログラフィ用光ピックアップ装置の光学系を示す図である。

符号の説明

２０１ 緑レーザ（第１のレーザ光源）
２０２ コリメータ
２０３ ミラー
２０４ 空間光変調素子
２０５ 参照光
２０６ 情報光
２０７ 偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）
２０８ 第１リレーレンズ
２０９ ミラー
２１０ 第２リレーレンズ
２１１ 赤レーザ用ダイクロイックビームスプリッタダイクロＢＳ
２１２ １／４波長板（ＱＷＰ）
２１３ ミラー
２１４ 対物レンズ
２１５ スピンドルモータ
２１６ ホログラム
２１７ 開口
２１８ レンズ
２１９ ＣＭＯＳセンサ
２２０ 赤レーザ（第２のレーザ光源）
２２１ ブームスプリッタ（ＢＳ）
２２２ レンズ
２２３ ミラー
２２４ サーボ用光検出器
３１１ 緑レーザ用ダイクロイックビームスプリッタ（ダイクロＢＳ）

Claims (4)

1. 第１のレーザ光源、空間光変調器、一対のリレーレンズ、対物レンズ、及び光検出器を有し且つ記録媒体に対する情報記録及び再生を行う光学系と、第２のレーザ光源と、前記第２のレーザ光源からの光束を前記光学系内の前記第１のレーザ光源から前記対物レンズまでに至る光路上へ合流させる光伝播手段とを有し、
   前記情報記録時に、前記第１のレーザ光源からの光束を前記空間光変調器に照射して情報光と参照光を生成し、前記情報光と前記参照光を前記一対のリレーレンズを経由して前記対物レンズへ導いて記録媒体上に集光して干渉させ、ホログラフィを利用して前記記録媒体に情報を記録し、
   前記情報再生時に、前記参照光のみを前記記録媒体に照射し、前記記録媒体からの反射光を光検出器に導き、前記情報の再生を行い、
   前記情報記録時及び再生時に、前記第２のレーザ光源からの光束を前記光伝播手段を介して前記光学系内の光路上に合流させ、前記対物レンズに導いて前記記録媒体上に集光させ、前記記録媒体からの反射光を用いて前記情報光および前記参照光に対し前記記録媒体上でフォーカス制御およびトラッキング制御を行う光情報記録再生装置であって、
   前記光伝播手段は、前記一対のリレーレンズのうち、前記記録媒体側のリレーレンズを介して前記第２のレーザ光源からの光束を前記対物レンズへ伝播することを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 前記情報記録時及び再生時に、前記記録媒体側のリレーレンズをその光軸に対し垂直方向に動作させて前記トラッキング制御を行うことを特徴とした請求項１記載の光情報記録再生装置。
3. 前記光伝播手段は、前記一対のリレーレンズ間に配置され且つ波長の異なる光を分離及び合流可能な光学素子を備え、前記第１のレーザ光源からの光束及び前記第２のレーザ光源からの光束が、前記光学素子上で同軸に合流することを特徴とする請求項１記載の光情報記録再生装置。
4. 前記光学素子は、ダイクロイックビームスプリッタであることを特徴とする請求項３記載の光情報記録再生装置。

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