JP2007149254A - Optical information recording/reproducing device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光情報記録再生装置に関し、特にホログラフィ技術を利用して情報を記録する記録媒体に対して情報を記録し、或いは情報が記録されている記録媒体から情報の再生を行う光情報記録再生装置に関するものである。 The present invention relates to an optical information recording / reproducing apparatus, and more particularly to optical information recording for recording information on a recording medium for recording information using holography technology or reproducing information from a recording medium on which information is recorded. The present invention relates to a playback device.
従来、ホログラフィクメモリの公知文献としては、例えば、『ホログラフィックメモリ/HVD(TM)を支える計測・ナノ制御技術』(Proceeding of 35th Meeting on Lightwave Sensing Technology (LST35-12) June, 2005 著者:譚 小地、堀米 秀嘉)がある(非特許文献1)。以下、同文献によるホログラフィクメモリ技術について説明する。 Conventionally, as a well-known literature of holographic memory, for example, “Measurement and nano-control technology supporting holographic memory / HVD (TM)” (Proceeding of 35th Meeting on Lightwave Sensing Technology (LST35-12) June, 2005) Kochi, Hideyoshi Horime) (Non-Patent Document 1). Hereinafter, the holographic memory technology according to the same document will be described.
図11は同軸タイプのホログラフィックメモリ(コリニア方式)の光学系を説明する図である。まず、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に記録を行う場合について説明する。光源の緑レーザ201から出射した光束はコリメータ202で平行光束とされ、ミラー203で反射されて、空間光変調素子SLM204を照明する。
FIG. 11 is a diagram for explaining an optical system of a coaxial type holographic memory (collinear method). First, a case where recording is performed on the hologram disk 216, which is a recording medium, using the optical system will be described. The light beam emitted from the green laser 201 as the light source is converted into a parallel light beam by the collimator 202 and reflected by the mirror 203 to illuminate the spatial
図11では、SLM204としてDMD(Deformable Mirror 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。
In FIG. 11, a DMD (Deformable Mirror Device) is used as the SLM 204. The light reflected by the pixel representing the information “1” on the
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PBS207をP偏光で透過し、リレーレンズ1(208)、ミラー209、リレーレンズ2(210)、ダイクロBS211を経由してホログラムディスク216に差し向けられる。その際、1/4波長板QWP212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。
The reference light 205 and the information light 206 reflected by the pixel representing the information “1” by the
2つのリレーレンズ1(208)及び2(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、ホログラムディスク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。
By the two relay lenses 1 (208) and 2 (210), the pattern displayed on the
ホログラムディスク216は、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に集光され、干渉して干渉縞を形成する。ホログラムディスク216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中には反射膜が設けられている。 The hologram disk 216 is rotatably held on the spindle motor 215. The reference light 205 and the information light 206 are collected on the hologram disk 216 by the objective lens 214 and interfere to form interference fringes. On the polymer material in the hologram disk 216, the interference fringe pattern at the time of recording is recorded as a refractive index distribution, and a digital volume hologram is formed. A reflection film is provided in the hologram disk.
また、ホログラムの記録再生を行う緑レーザ201以外に、ホログラムディスク216に感光性のない赤レーザ220が設けられていて、上記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出来る。以下に簡単に説明する。 In addition to the green laser 201 for recording and reproducing the hologram, a non-photosensitive red laser 220 is provided on the hologram disk 216, and the displacement of the hologram disk 216 is detected with high accuracy using the reflective film as a reference plane. It is possible. As a result, even if surface blurring or eccentricity occurs in the hologram disk 216, it is possible to dynamically follow the recording spot using the optical servo technology and record the interference fringe pattern with high accuracy. I can do it. Briefly described below.
赤レーザ220から出射した直線偏光光束はビームスプリッタBS221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。その際、1/4波長板QWP212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、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。
The linearly polarized light beam emitted from the red laser 220 is transmitted through the
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、更に、ミラー213で反射されて1/4波長板QWP212を透過し、往路とは垂直な直線偏光光束に変換される。 The reflected light beam becomes reverse circularly polarized light (for example, counterclockwise circularly polarized light), re-enters the objective lens 214 to become a parallel light beam, is further reflected by the mirror 213, and passes through the quarter-wave plate QWP212. However, it is converted into a linearly polarized light beam perpendicular to the forward path.
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BS221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)を有していて、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制御を行うことが出来る。
The light beam reflected by the dichroic BS 211 passes through the mirror 223 and the lens 222 as in the forward path, is reflected by the
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から出射した光束は記録時と同様に、空間光変調素子SLM204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。従って、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。
Next, a case where recorded information is reproduced from the hologram disk 216 as a recording medium using the optical system will be described. The light beam emitted from the green laser 201 as the light source illuminates the spatial light
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216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、ミラー213で反射されて1/4波長板QWP212を透過し、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SLMの表示パターンの中間像が形成される。 As in the recording, the reference beam 205 is circularly polarized (for example, clockwise circularly polarized light) and collected on the hologram 216, and information light is reproduced from the recorded interference fringes. The information light reflected by the reflection film of the hologram disk 216 becomes reverse circularly polarized light (for example, counterclockwise circularly polarized light), re-enters the objective lens 214 to become a parallel light beam, is reflected by the mirror 213, and is 1 / 4 wavelength plate QWP212 is transmitted and converted into a linearly polarized light beam (S-polarized light) perpendicular to the forward path. At this time, an intermediate image of the display pattern of the SLM reproduced at a distance F from the objective lens 214 is formed.
ダイクロBS211を透過した光束は、リレーレンズ2(210)、ミラー209、リレーレンズ1(208)を経由して偏光ビームスプリッタPBS207に差し向けられる。PBS207で反射された光束は、リレーレンズ2(210)と1(208)により空間光変調素子SLM204と共役の位置にSLMの表示パターンの中間像として再結像される。
The light beam transmitted through the dichroic BS 211 is directed to the polarization
この位置には開口217が予め置かれていて、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SLM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。
An opening 217 is previously placed at this position, and unnecessary reference light around the information light is shielded. The intermediate image re-formed by the lens 218 forms an SLM display pattern of only the information light portion on the
なお、ホログラフィクメモリ技術に関する他の文献としては、日経エレクトロニクス、2005、1.17、105〜114P(離陸間近のホログラフィック媒体、2006年に200Gバイトを実現、堀米他)がある(非特許文献2)。
上記従来の技術においては、2次元の空間光変調素子SLM204とCMOSセンサ219のシフト、チルト及びローテーションを高精度に位置合わせする必要があり、コスト低下が困難であった。また、光学系に使用されるリレーレンズ系は、空間光変調素子SLM204のパターンをCMOSセンサ219上に正確に投影するために、歪曲収差や像面湾曲を低減した高価なレンズである必要があった。
In the above conventional technique, it is necessary to align the shift, tilt and rotation of the two-dimensional spatial light modulation element SLM204 and the
本発明の目的は、空間光変調素子と受光素子の位置合わせや高価なリレーレンズ系を廃することができ、光学系のコストダウンとコンパクト化を図ると同時にS/Nのよい再生信号を得ることが可能な光情報記録再生装置を提供することにある。 It is an object of the present invention to eliminate the alignment of the spatial light modulation element and the light receiving element and the expensive relay lens system, and to obtain a reproduction signal with good S / N while reducing the cost and size of the optical system. It is an object of the present invention to provide an optical information recording / reproducing apparatus capable of performing the above.
上記課題を解決するために、本発明は、レーザ光源からの光束を空間光変調素子に照射し、前記空間光変調素子により参照光と情報光を生成し、前記参照光と情報光をレーザ光学系を介して対物レンズに導き、前記対物レンズによりホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録し、或いは前記空間光変調素子からの参照光のみを前記記録媒体に照射し、前記記録媒体による反射光を受光素子で受光することによって記録情報を再生する光情報記録再生装置において、前記空間光変調素子と前記受光素子は同一基板上に形成されており、前記空間光変調素子と前記受光素子に入射する平行光束を平行シフトするシフト手段を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, the present invention irradiates a spatial light modulation element with a light beam from a laser light source, generates reference light and information light by the spatial light modulation element, and converts the reference light and information light into laser optics. The information is guided to the objective lens through the system, and information is recorded on the recording medium using the holography by the objective lens, or only the reference light from the spatial light modulation element is irradiated to the recording medium, and the reflection by the recording medium In an optical information recording / reproducing apparatus that reproduces recorded information by receiving light with a light receiving element, the spatial light modulating element and the light receiving element are formed on the same substrate, and the spatial light modulating element and the light receiving element Shifting means for parallelly shifting the incident parallel light beam is provided.
本発明においては、同一基板上に空間光変調素子と受光素子を形成し、空間光変調素子と受光素子に入射する平行光束を平行シフトするシフト手段を具備する。シフト手段は記録時と再生時とで平行光束をシフトしない状態とシフトする状態とに切り替え、記録時にSLM上で生成されたパターン像を再生時にはピッチ(p)だけシフトしたCMOS素子上に入射させることで、S/Nの良い再生信号を得ることが可能になる。 In the present invention, a spatial light modulation element and a light receiving element are formed on the same substrate, and a shift means for parallelly shifting parallel light beams incident on the spatial light modulation element and the light receiving element is provided. The shift means switches between a state in which the parallel light flux is not shifted and a state in which it is shifted during recording and during reproduction, and causes a pattern image generated on the SLM during recording to enter a CMOS element shifted by a pitch (p) during reproduction. Thus, it is possible to obtain a reproduction signal with a good S / N.
本発明によれば、空間光変調素子と受光素子を同一基板上に一体に構成しているので、光学部品を削減でき、光学系のコンパクト化とコストダウンを図ることができる。また、記録時と再生時で基板上の空間光変調素子と受光素子に入射する光束をシフトするようにしたので、S/Nの良い再生信号を得ることが可能になる。 According to the present invention, since the spatial light modulation element and the light receiving element are integrally formed on the same substrate, optical components can be reduced, and the optical system can be made compact and the cost can be reduced. In addition, since the light beams incident on the spatial light modulation element and the light receiving element on the substrate are shifted during recording and reproduction, it is possible to obtain a reproduction signal with a good S / N.
次に、発明を実施するための最良の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Next, the best mode for carrying out the invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1〜図3は本発明の第1の実施形態によるコリニア方式ホログラフィックメモリの光学系を説明する図である。図1は記録時の光源から空間光変調素子までの光学系を示す図であり、図2は同じく記録時の空間光変調素子からホログラムディスクまでの光学系を示す図である。また、図3は再生時の光学系を示す図である。
(First embodiment)
1 to 3 are views for explaining an optical system of a collinear holographic memory according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a diagram showing an optical system from a light source during recording to a spatial light modulation element, and FIG. 2 is a diagram similarly showing an optical system from the spatial light modulation element during recording to a hologram disk. FIG. 3 is a diagram showing an optical system during reproduction.
まず、図1及び図2を用いて記録媒体であるホログラムディスク118に記録を行う場合について説明する。図1において、光源の緑レーザ101から出射した光束はコリメータ102で平行光束とされ、マスク素子103に入射する。マスク素子103は、光束の中心部の情報光に相当する部分をマスクする働きを有する。 First, the case where recording is performed on the hologram disk 118 as a recording medium will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In FIG. 1, a light beam emitted from a green laser 101 as a light source is converted into a parallel light beam by a collimator 102 and is incident on a mask element 103. The mask element 103 has a function of masking a portion corresponding to the information light at the center of the light beam.
本実施形態では、マスク素子103として液晶素子を用いているが、中心部を遮蔽するマスクを光路に挿入しても良い。記録時には、このマスク素子103は機能せず、すべての光束を透過させる。 In this embodiment, a liquid crystal element is used as the mask element 103. However, a mask that shields the central portion may be inserted in the optical path. At the time of recording, the mask element 103 does not function and transmits all the light beams.
本実施形態では、例えば、マスク素子103として液晶素子が用いられ、コントローラ152の制御に基づいて記録時と再生時とで図示しない駆動回路から液晶素子への駆動電圧のオン/オフを切り替える。そうすることで、記録時には全ての光束を透過し、再生時に光束の中心部の情報光に相当する部分をマスクする。
In the present embodiment, for example, a liquid crystal element is used as the mask element 103, and on / off of a drive voltage from a drive circuit (not shown) to the liquid crystal element is switched between recording and reproduction based on the control of the
P偏光で偏光ビームスプリッタPBS104を透過した光束は、必要に応じて設けられた1/4波長板QWP105を透過し、リレーレンズA106、リレーレンズB107を透過する。更に、光束に対して傾斜可能に配置された平行平板124を経由し、空間光変調素子SLMとCMOSセンサが1チップに搭載された空間光変調素子/受光素子(図面ではSLM/CMOS108と表記している)108を照明する。
The P-polarized light beam that has passed through the polarization
平行平板124については詳しくは後述するが、駆動機構150の駆動により光軸に対して傾斜可能に構成されている。記録時には、図1に示すように平行平板124は傾斜せず、光軸に対して垂直である。一方、再生時には後述するようにコントローラ152の制御により平行平板124は光束に対して傾斜させられる。
Although details of the
平行平板124の駆動機構150としては、例えば、プランジャーによる駆動機構を用い、平行平板124を光軸に対して垂直状態と傾斜した状態とに切り替えできるようにする。そして、コントローラ152から駆動回路151を制御し、記録時と再生時とで駆動回路151から駆動機構150への駆動電圧のオン/オフを切り替える。そうすることで、記録時には平行平板124を光束に対して垂直とし、再生時には光束に対して平行平板124を傾斜させる。
As the
更に、平行平板124をステッピングモータを用いて駆動しても良い。その場合には、ステッピングモータの回転により平行平板124を図4に示すようにその中心を軸に回転可能に構成し、平行平板124を光軸に対して垂直状態と傾斜した状態とに切り替えできるようにする。そして、コントローラ152の制御により記録時と再生時とで駆動回路151からステッピングモータへの駆動電圧のオン/オフを切り替えることで、記録時には平行平板124を光束に対して垂直とし、再生時には光束に対して平行平板124を傾斜させるようにする。
Further, the
ここで、SLMとして偏光状態を変化させない構成の光干渉変調素子の場合は、1/4波長板QWP105を予め設ければよい。また、SLMとして偏光状態を90°変化させる構成の反射型液晶(LCOS)素子の場合には、1/4波長板QWP105は不要である。
Here, in the case of an interferometric modulator having a configuration that does not change the polarization state as the SLM, a quarter-
変調/受光素子108が光干渉変調素子/CMOS素子の場合には、1/4波長板QWP105を透過した光束は円偏光(例えば、右回りの円偏光)に変換され、リレーレンズA106及びリレーレンズB107を経由し、変調/受光素子108を照明する。
When the modulation /
SLM上で「1(白)」の情報を表す画素で反射された光は、高い反射率でホログラムディスク118の方向へ反射され、「0(黒)」の情報を表す画素で反射された光は、干渉によりホログラムディスク118の方向へは僅かしか反射されない。従来例と同様に、コリニア方式のSLM上には、情報光110を変調する部分とそれを環状に取り巻く参照光109を変調する部分が設けられている。 The light reflected by the pixel representing the information “1 (white)” on the SLM is reflected toward the hologram disk 118 with a high reflectance, and is reflected by the pixel representing the information “0 (black)”. Is slightly reflected in the direction of the hologram disk 118 due to interference. Similar to the conventional example, on the collinear SLM, a portion for modulating the information light 110 and a portion for modulating the reference light 109 surrounding the information light 110 in an annular shape are provided.
図2において、変調/受光素子108で反射された光束は、逆回りの円偏光(例えば、左回りの円偏光)とされる。更に、平行平板124、リレーレンズB107及びリレーレンズA106を経由した光束は、1/4波長板QWP105を透過してS偏光に変換され、PBS104で反射されてホログラムディスク118の方向に差し向けられる。
In FIG. 2, the light beam reflected by the modulation /
また、変調/受光素子108がLCOS素子/CMOS素子の場合には、光束はリレーレンズA106及びリレーレンズB107を経由し、変調/受光素子108を照明する。SLM上で「1(白)」の情報を表す画素で反射された光はS偏光に変換され、「0(黒)」の情報を表す画素で反射された光はP偏光の状態を保持する。従来例と同様に、コリニア方式のSLM上には、情報光110を変調する部分とそれを環状に取り巻く参照光109を変調する部分が設けられている。
When the modulation /
図2において、変調/受光素子108で反射された光束のうち、S偏光はPBS104で反射されてホログラムディスク118の方向に差し向けられ、P偏光はPBS104を透過してホログラムディスク118の方向に向かわない。
In FIG. 2, among the light beams reflected by the modulation /
どちらの場合も、変調/受光素子108のSLMで「1(白)」の情報を表す画素にて反射された参照光109と情報光110は、偏光ビームスプリッタPBS104で反射される。更に、リレーレンズ1(111)、ミラー112、リレーレンズ2(113)、ダイクロBS114を経由してホログラムディスク118に差し向けられ、ミラー115で反射されて焦点距離Fの対物レンズ116に入射する。
In either case, the reference beam 109 and the information beam 110 reflected by the pixel representing the information “1 (white)” by the SLM of the modulation /
2つのリレーレンズ1(111)及び2(113)により、SLM上に表示されたパターンは、対物レンズ116からFだけ手前に中間像を形成する。これにより、SLM上のパターン像(図示せず)、対物レンズ116、ホログラムディスク118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。 By the two relay lenses 1 (111) and 2 (113), the pattern displayed on the SLM forms an intermediate image in front of the objective lens 116 by F. Thus, a so-called 4F optical system is configured in which a pattern image (not shown) on the SLM, the objective lens 116, and the hologram disk 118 are all arranged at a distance of F.
ホログラムディスク118は、スピンドルモータ117上に回転可能に保持されている。対物レンズ116によって参照光109と情報光110はホログラムディスク118に集光され、干渉して干渉縞を形成する。ホログラムディスク118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118中には反射膜が設けられている。 The hologram disk 118 is rotatably held on the spindle motor 117. The reference light 109 and the information light 110 are collected on the hologram disk 118 by the objective lens 116 and interfere to form interference fringes. On the polymer material in the hologram disk 118, the interference fringe pattern at the time of recording is recorded as a refractive index distribution, and a digital volume hologram is formed. In addition, a reflection film is provided in the hologram disk 118.
従来例と同様に、ホログラムの記録再生を行う緑レーザ101以外に、ホログラムディスク118に感光性のない赤レーザ119が設けられていて、上記反射膜を基準面として、ホログラムディスク118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118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出来る。 Similar to the conventional example, in addition to the green laser 101 for recording and reproducing the hologram, the hologram disk 118 is provided with a non-photosensitive red laser 119, and the hologram disk 118 is highly displaced with the reflective film as a reference plane. It is possible to detect with accuracy. As a result, even if surface blurring or eccentricity occurs in the hologram disk 118, it is possible to dynamically follow the recording spot using the optical servo technology and record the interference fringe pattern with high accuracy. I can do it.
以下に簡単に説明する。赤レーザ119から出射した光束はビームスプリッタBS120を透過し、レンズ121で平行光束とされ、ミラー122とダイクロBS114で反射されて、ホログラムディスク118に差し向けられる。その後、ミラー115で反射されて対物レンズ116に入射し、ホログラムディスク118上の反射面に微小な光スポットとして集光される。 Briefly described below. The light beam emitted from the red laser 119 passes through the beam splitter BS120, is converted into a parallel light beam by the lens 121, is reflected by the mirror 122 and the dichroic BS 114, and is directed to the hologram disk 118. Thereafter, the light is reflected by the mirror 115 and enters the objective lens 116, and is collected as a minute light spot on the reflection surface on the hologram disk 118.
反射された光束は、対物レンズ116に再入射して平行光束とされ、ミラー115、ダイクロBS114で順次反射された光束は、往路と同様にミラー122、レンズ121を経由し、ビームスプリッタBS120で一部の光束を反射されて、光検出器123に導かれる。光検出器123は、複数の受光面(図示しない)を有していて、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116のフォーカスとトラッキング制御を行うことが出来る。本実施形態ではこれらフォーカス制御やトラッキング制御回路に関しては省略する。 The reflected light beam re-enters the objective lens 116 to become a parallel light beam, and the light beam sequentially reflected by the mirror 115 and the dichroic BS 114 passes through the mirror 122 and the lens 121 in the same way as the forward path, and is integrated by the beam splitter BS120. The light flux of the part is reflected and guided to the photodetector 123. The photodetector 123 has a plurality of light receiving surfaces (not shown), detects position information of the reflecting surface by a known method, and can perform focusing and tracking control of the objective lens 116 based on the detected position information. In the present embodiment, these focus control and tracking control circuits are omitted.
次に、図3を用いて記録媒体であるホログラムディスク118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101から出射した光束は記録時と同様に、空間光変調素子SLM108を照明する。再生時において、上述のようにマスク素子103は光束の中心部の情報光に相当する部分をマスクする働きを有する。 Next, a case where the recorded information is reproduced from the hologram disk 118 as a recording medium will be described with reference to FIG. The light beam emitted from the green laser 101 as the light source illuminates the spatial light modulation element SLM108 in the same manner as at the time of recording. At the time of reproduction, as described above, the mask element 103 has a function of masking a portion corresponding to the information light at the center of the light beam.
本実施形態では、液晶素子を用い、光束の中心部のみ偏光方向を90°回転させてS偏光とし、後続のPBS104で反射させて空間光変調素子SLM108に到達しないようにしている。また、中心部を遮蔽するマスクを光路に挿入しても良い。
In the present embodiment, a liquid crystal element is used, and the polarization direction is rotated by 90 ° only in the central part of the light beam to form S-polarized light, which is reflected by the
2つのリレーレンズA(106)及びB(107)は、マスク素子103の像を空間光変調素子SLM108上に結像させる役目を兼ねており、参照光の部分の素子のみが照明され、情報光の部分はマスク素子の像(図示せず)によりきちんと遮光がなされている。 The two relay lenses A (106) and B (107) also serve to form an image of the mask element 103 on the spatial light modulation element SLM108, and only the element of the reference light portion is illuminated and information light This portion is properly shielded from light by a mask element image (not shown).
SLM108上の参照光109を変調する部分のみが「1(白)」の情報を表示し、情報光110を変調する部分はすべて「0(黒)」の情報を表示する。従って、参照光部分の画素で反射された光だけが、ホログラムディスク118の方向へ反射される。情報光部分の画素の光束はホログラムディスク118の方向へ反射されないばかりかもともと照明すらされないので、従来例と比較して一段とS/Nの良い情報光の再生が可能となる。
Only the portion that modulates the reference light 109 on the
再生時において、平行平板124はコントローラ152の制御に基づく駆動機構150の駆動により光束に対しθだけ傾斜させられる。それによって緑レーザ101から出射され、リレーレンズA106及びB107を経由した光束は記録時の光束に対しsだけシフトされ、空間光変調素子SLM108上を照明する。参照光部分の画素で反射された光は再び平行平板124を通過し、往路と同じ光軸上をリレーレンズB107に向かう。
At the time of reproduction, the
図4は平行平板124の詳細図を示す。シフト量をs、平行平板の板厚をt、チルト(傾斜角)をθとすると、sとθの関係は図5のようになる。この場合、平行平板124の屈折率は1.51、tは1mm及び2mmの場合を示している。後述する所望のシフト量sを得る為にt及びθを任意に設定することが出来る。
FIG. 4 shows a detailed view of the
記録時と同様に参照光109は、PBS104で反射され、ホログラムディスク118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118中の反射膜で反射された情報光は、対物レンズ116に再入射して平行光束とされ、ミラー115で反射される。この時、対物レンズ116からFの距離に再生されたSLMの表示パターンの中間像が形成される。
As in the recording, the reference beam 109 is reflected by the
ダイクロBS114を透過した光束は、リレーレンズ2(113)、ミラー112、リレーレンズ1(111)を経由して偏光ビームスプリッタPBS104に差し向けられ、リレーレンズ2(113)と1(111)、マスク素子103と共役の位置にSLMの表示パターンの中間像として再結像される(図示せず)。そして、この再結像された中間像は、PBS104で反射され、2つのリレーレンズA106及びB107を経由し、更に、平行平板124で光束をsだけシフトして、空間光変調素子/受光素子108上に結像される。
The light beam transmitted through the dichroic BS 114 is directed to the polarization
空間光変調素子/受光素子108の受光素子(本実施形態ではCMOSセンサ)部分は、情報光が照明される部分の画素間のみに配置されている。マスク素子103の働きにより予め不要な参照光が受光素子が形成されている情報光部分の画素間に入射しないので、S/Nの良い再生信号が得られる。
The light receiving element (CMOS sensor in this embodiment) portion of the spatial light modulator /
本実施形態では、空間光変調素子SLMと受光素子CMOSセンサを同一のチップ上に配しているので、両者の複雑な位置合わせ機構や高価なリレーレンズ系を廃止でき、光学系のコストダウンとコンパクト化を図ることが出来る。 In this embodiment, since the spatial light modulation element SLM and the light receiving element CMOS sensor are arranged on the same chip, the complicated alignment mechanism and expensive relay lens system of both of them can be eliminated, and the cost of the optical system can be reduced. Compactness can be achieved.
図6は本発明に係る反射型液晶式(LCOSタイプの)空間光変調素子SLM(64はSLM素子領域)と受光素子CMOSセンサ(65はCMOSセンサ領域)を横置きに配置した場合の素子の断面図(略図)である。 FIG. 6 shows an element when a reflective liquid crystal type (LCOS type) spatial light modulation element SLM (64 is an SLM element region) and a light receiving element CMOS sensor (65 is a CMOS sensor area) according to the present invention are arranged horizontally. It is sectional drawing (schematic diagram).
図中51はSi基板、52はフォトダイオード、53はCMOSセンサの転送トランジスタ、54はCMOSセンサ配線、55はSLM素子配線、56は遮光膜、57は光干渉ミラーA、58は光干渉ミラーBである。また、59は最表面保護膜、60は層間膜、61は支柱、62はギャップ、63はSLMデータ転送スイッチである。素子間絶縁(LCOS/STl等)、CMOSセンサの他のTr配線、SLMの書き込み用Tr配線は省略してある。
In the figure, 51 is a Si substrate, 52 is a photodiode, 53 is a transfer transistor of a CMOS sensor, 54 is a CMOS sensor wiring, 55 is an SLM element wiring, 56 is a light shielding film, 57 is an optical interference mirror A, and 58 is an optical interference mirror B. It is.
図6では光干渉ミラーA57と光干渉ミラーB58との間で干渉を生じさせ、その間の空間(例えば空気)を変化させることで、反射率及び透過率を変化させている。 In FIG. 6, the reflectance and transmittance are changed by causing interference between the optical interference mirror A57 and the optical interference mirror B58 and changing the space (for example, air) therebetween.
61は反射電極上の支柱絶縁膜で、例えば、シリコン窒化膜である。59は半透過膜の保護膜で、例えば、シリコン酸化膜を用いる。
次に、干渉部の動作について説明する。まず、Tiの光干渉ミラーB58には、例えば、0Vのグランド電位を与える。前述したアクティブマトリクス動作により、Tiの光干渉ミラーA57に電圧を与え、光干渉ミラーAとBのクーロン力によりエアギャップを調整する。 Next, the operation of the interference unit will be described. First, for example, a ground potential of 0 V is applied to the Ti optical interference mirror B58. By the above-described active matrix operation, a voltage is applied to the Ti optical interference mirror A57, and the air gap is adjusted by the Coulomb force of the optical interference mirrors A and B.
図7は記録時における光干渉式空間光変調素子のSLMの「1」及び「0」の時の反射率の特性を示す。図7は、
最表面保護膜59・・・SiO2:10nm
光干渉ミラーB58・・・Ti:5nm/Si3N4:20nm/SiO2:10nm/Si3N4:20nm
ギャップ62・・・広ギャップの時180nm、狭ギャップの時10nm
光干渉ミラーA(57)・・・AlSi:100nm(表面にSiO2:10nm)
の層構成での広ギャップと狭ギャップとの反射率である。
FIG. 7 shows the reflectance characteristics when the SLM of the optical interference spatial light modulator is “1” and “0” during recording. FIG.
Uppermost surface
Optical interference mirror B58... Ti: 5 nm / Si 3 N 4 : 20 nm / SiO 2 : 10 nm / Si 3 N 4 : 20 nm
Gap 62: 180 nm for wide gap, 10 nm for narrow gap
Optical interference mirror A (57) ... AlSi: 100 nm (SiO 2 : 10 nm on the surface)
It is a reflectance of a wide gap and a narrow gap in the layer structure.
波長550nmの光において、エアギャップが180nmのときと10nmの時の反射率は、93.0%及び0.6%である。光干渉ミラーA57に与える電圧により、エアギャップが10nmから180nmへと変化させると、それに伴い反射率が大きく変化していることがわかる。この干渉作用は波長や半透過膜材料、エアギャップ厚さによりそれぞれ設計可能であり、物理的な強度やコントラスト比等の特性を鑑みて必要な構成をとることが重要である。 In the light with a wavelength of 550 nm, the reflectance when the air gap is 180 nm and when the air gap is 10 nm is 93.0% and 0.6%. It can be seen that when the air gap is changed from 10 nm to 180 nm by the voltage applied to the optical interference mirror A57, the reflectivity greatly changes accordingly. This interference action can be designed according to the wavelength, the semi-transmissive film material, and the air gap thickness, and it is important to take a necessary configuration in view of characteristics such as physical strength and contrast ratio.
図8は本発明に係る反射型液晶式(LCOSタイプの)空間光変調素子SLMと受光素子CMOSセンサを横置きに配置した場合の素子の断面図(略図)である。図8では図6と同一部分には同一符号を付している。 FIG. 8 is a sectional view (schematic diagram) of the element when the reflective liquid crystal type (LCOS type) spatial light modulation element SLM and the light receiving element CMOS sensor according to the present invention are disposed horizontally. In FIG. 8, the same parts as those in FIG.
図中66は画素電極、67は配向膜、68は液晶、69はITO、70はガラスである。例えば、配向膜は、斜方蒸着SiO2膜、液晶は垂直液晶、画素電極は反射膜、69は共通電極とすると、「1」表示では画素電極に電圧が印加され液晶に電界が加わり液晶分子が倒れる。「0」表示では、電界が加わらず液晶はほぼ垂直に立っている。 In the figure, 66 is a pixel electrode, 67 is an alignment film, 68 is a liquid crystal, 69 is ITO, and 70 is glass. For example, assuming that the orientation film is an obliquely deposited SiO 2 film, the liquid crystal is a vertical liquid crystal, the pixel electrode is a reflective film, and 69 is a common electrode, in the “1” display, a voltage is applied to the pixel electrode and an electric field is applied to the liquid crystal. Fall down. In the “0” display, the electric field is not applied and the liquid crystal stands almost vertically.
光入射前にPBS(偏光ビームスプリッター)にS偏光で反射されて直線偏光にして入射すると、「0」表示では、偏光方向が変わらずに画素電極で反射される。再度PBSに入るが偏光が変化してないので、再度反射され、ホログラムへは到達しない。一方、「1」表示の時は、90°回転した直線偏光になるので(液晶の往復でλ/2の位相のずれが生じるような液晶と厚さを設計する)PBSにはP偏光で入り透過し、ホログラムへ書き込まれる。 If light is reflected by PBS (polarization beam splitter) as S-polarized light and incident as linearly polarized light before the light is incident, in the “0” display, it is reflected by the pixel electrode without changing the polarization direction. Although it enters PBS again, the polarization is not changed, so it is reflected again and does not reach the hologram. On the other hand, when “1” is displayed, linearly polarized light is rotated by 90 ° (the liquid crystal and thickness are designed so that a phase shift of λ / 2 occurs when the liquid crystal reciprocates). It is transmitted and written to the hologram.
ここで、ホログラムディスク118に入射する光束はディスクに対し正確に垂直に入射するように調整及び制御される。その場合、空間光変調素子兼受光素子108のSLM上で生成された情報光パターンは、ホログラムディスク118からの反射光は入射したのと同じ経路を経由して空間光変調素子/受光素子108に入射することになる。
Here, the light beam incident on the hologram disk 118 is adjusted and controlled so as to be incident on the disk exactly perpendicularly. In this case, the information light pattern generated on the SLM of the spatial light modulation element /
空間光変調素子/受光素子108上の空間光変調素子SLMとCMOSセンサとの配置関係の例を図9に示す。図9はSLM、CMOSともに同面積同形状で敷詰めたものである。SLM、CMOSとも等間隔に配置されたピッチ(p)の画素の列をなしている。
An example of the arrangement relationship between the spatial light modulation element SLM on the spatial light modulation element /
図9中の矢印A方向が光束のシフトの方向である。画素の列は矢印A方向と直交する方向に長く配置されている。ピッチ(p)は光束のシフト量(s)と同じに設定されている。このように構成することにより、記録時にSLM上で生成されたパターン像は再生時にはピッチ(p)分だけシフトしたCMOSセンサ上に入射する。従って、S/Nの良い信号を再生することが出来る。 The direction of arrow A in FIG. 9 is the direction of light flux shift. The pixel column is long in the direction orthogonal to the arrow A direction. The pitch (p) is set to be the same as the light beam shift amount (s). With this configuration, the pattern image generated on the SLM during recording enters the CMOS sensor shifted by the pitch (p) during reproduction. Therefore, a signal having a good S / N can be reproduced.
本実施形態では、シフト量sを画素列のピッチpと同じとしたが、奇数倍でもよく、画素のレイアウトに応じて任意に設定できることは言うまでも無い。また、光束中の平行平板124を傾斜させるように駆動したが、元々光束に対して傾斜した平行平板を光束中に挿脱したり、同様の効果のある方法を用いることも可能である。
In the present embodiment, the shift amount s is the same as the pitch p of the pixel row, but it may be an odd multiple and can be arbitrarily set according to the pixel layout. Although the
(第2の実施形態)
図10は本発明の第2の実施形態を示す図である。図10では図1〜図3と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。本実施形態では、光学系から平行平板124が省かれ、その代わりに変調素子/受光素子108が圧電素子125の駆動により矢印B方向に移動する構成となっている。記録時にSLM上で生成されたパターン像が再生時にはピッチ(p)分だけシフトしたCMOSセンサ上に入射することは第1の実施形態と同様である。
(Second Embodiment)
FIG. 10 is a diagram showing a second embodiment of the present invention. In FIG. 10, the same parts as those in FIGS. In this embodiment, the
次に、記録媒体であるホログラムディスク118から記録情報の再生を行う場合について説明する。以下の説明では、本実施形態の特徴となる部分について説明する。変調素子/受光素子108は圧電素子125上に取り付けられており、変調素子/受光素子108に入射する光束に垂直な図中矢印B方向に移動することが可能である。
Next, the case where the recorded information is reproduced from the hologram disk 118 as a recording medium will be described. In the following description, portions that are features of the present embodiment will be described. The modulation element /
再生時においては、コントローラ152の制御により駆動回路153から圧電素子125に通電することにより、記録時に対して変調素子/受光素子108を図中矢印B方向に変調素子/受光素子108の画素列の幅(p)だけ移動させる(図9参照)。そうすることにより、第1の実施形態と同様にコントラストの大きいS/Nのよい再生信号を得ることができる。記録時には圧電素子125に通電せず、変調素子/受光素子108は移動させない。
At the time of reproduction, the piezoelectric element 125 is energized from the drive circuit 153 under the control of the
なお、本実施形態では、変調素子/受光素子108の駆動手段として圧電素子125を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、他のあらゆる駆動手段により駆動させることが可能である。
In the present embodiment, the example in which the piezoelectric element 125 is used as the driving unit for the modulation element /
51 Si基板
52 フォトダイオード
53 CMOSセンサの転送トランジスタ
54 CMOSセンサ配線
55 SLM素子配線
56 遮光膜
57 光干渉ミラーA
58 光干渉ミラーB
59 最表面保護膜
60 層間膜
61 支柱
62 ギャップ
63 SLMデータ転送スイッチ
64 SLM素子領域
65 CMOSセンサ領域
66 画素電極
67 配向膜
68 液晶
69 ITO
70 ガラス
101 緑レーザ
102 コリメータ
103 マスク素子
104 偏光ビームスプリッター(PBS)
105 1/4波長板(QWP)
106 リレーレンズA
107 リレーレンズB
108 空間光変調素子/受光素子(SLM/CMOS)
109 参照光
110 情報光
111 リレーレンズ1
112 ミラー
113 リレーレンズ2
114 ダイクロBS
115 ミラー
116 対物レンズ
117 スピンドルモータ
118 ホログラムディスク
119 赤レーザ
120 ビームスプリッタ(BS)
121 レンズ
122 ミラー
123 光検出器
124 平行平板
125 圧電素子
150 駆動機構
151、153 駆動回路
152 コントローラ
201 緑レーザ
202 コリメータ
203 ミラー
204 空間光変調素子(SLM)
205 参照光
206 情報光
207 偏光ビームスプリッター(PBS)
208 リレーレンズ1
209 ミラー
210 リレーレンズ2
211 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 ホログラムディスク
217 開口
218 レンズ
219 CMOSセンサ
220 赤レーザ
221 ビームスプリッタ(BS)
222 レンズ
223 ミラー
224 光検出器
51
58 Optical interference mirror B
59 Uppermost surface
70 Glass 101 Green Laser 102 Collimator 103
105 1/4 wave plate (QWP)
106 Relay lens A
107 Relay lens B
108 Spatial light modulator / light detector (SLM / CMOS)
109 Reference beam 110 Information beam 111 Relay lens 1
112 mirror 113 relay lens 2
114 dichroic BS
115 Mirror 116 Objective Lens 117 Spindle Motor 118 Hologram Disc 119
121 Lens 122 Mirror 123
205 Reference light 206
208 Relay lens 1
209 Mirror 210 Relay lens 2
211 Diclo BS
212 1/4 wave plate (QWP)
213 Mirror 214 Objective lens 215 Spindle motor 216 Hologram disk 217 Aperture 218
222 Lens 223 Mirror 224 Photodetector
Claims (7)
前記空間光変調素子と前記受光素子は同一基板上に形成されており、前記空間光変調素子と前記受光素子に入射する平行光束を平行シフトするシフト手段を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。 A spatial light modulation element is irradiated with a light beam from a laser light source, reference light and information light are generated by the spatial light modulation element, the reference light and information light are guided to an objective lens through a laser optical system, and the objective lens By using holography, information is recorded on a recording medium, or only the reference light from the spatial light modulation element is irradiated onto the recording medium, and reflected light from the recording medium is received by a light receiving element. In an optical information recording / reproducing apparatus for reproducing,
The spatial light modulation element and the light receiving element are formed on the same substrate, and are provided with shift means for parallel-shifting parallel light beams incident on the spatial light modulation element and the light receiving element. Playback device.
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