JP2008226433A - 光ピックアップおよび、それを用いた光情報再生装置および光情報記録再生装置 - Google Patents

光ピックアップおよび、それを用いた光情報再生装置および光情報記録再生装置 Download PDF

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Abstract

【課題】信号光用光路と参照光用光路とで光学部品を共有する割合がより多くなる光学系構成を提供する。
【解決手段】光学部品を共有する割合を多くするため、信号光206と参照光212を略平行光としてPBSプリズム207に入射させ、PBSプリズムを出射した略平行光の参照光に対して凹レンズ231を用いて対物レンズ210に入射させる。
【選択図】図3

Description

本発明は、ホログラフィ技術を用いて情報を記録再生する光ピックアップおよび、それを用いた光情報再生装置および光情報記録再生装置に関するものである。
現在、青紫色半導体レーザを用いた、Blu−ray Disc(BD)規格やHigh Definition Digital Versatile Disc(HD DVD)規格などにより、民生用においても50GB程度の記録密度を持つ光ディスクの商品化が可能となってきた。今後は、光ディスクでも100GB〜1TBというHDD(Hard Disc Drive)容量と同程度の大容量化が望まれる。
しかしながら、このような超高密度を光ディスクで実現するためには、従来行われてきた短波長化と対物レンズ高NA化による高密度化技術とは異なる新しい方式による高密度化技術が必要である。
次世代のストレージ技術に関する研究が行われる中、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録するホログラム記録技術が注目を集めている。ホログラム記録技術とは、空間光変調器により2次元的に変調されたページデータの情報を有する信号光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、その時に生じる干渉縞パターンによって記録媒体内に屈折率変調を生じさせることで情報を記録媒体に記録する技術である。
情報の再生時には、記録時に用いた参照光を記録媒体に照射すると、記録媒体中に記録されているホログラムが回折格子のように作用して回折光を生じる。この回折光が記録した信号光と位相情報を含めて同一の光として再生される。
再生された信号光は、CMOSやCCDなどの光検出器を用いて2次元的に高速に検出される。このようにホログラム記録技術は、1つのホログラムによって2次元的な情報を一気に光記録媒体に記録し、さらにこの情報を再生することを可能とするものであり、そして、記録媒体のある場所に複数のページデータを重ね書きすることができるため、大容量かつ高速な情報の記録再生を果たすことができる。
ホログラム記録技術として、例えば特許文献1に記載されたものがある。本公報には、信号光束をレンズで光情報記録媒体に集光すると同時に、平行光束の参照光を照射して干渉させてホログラムの記録を行い、さらに参照光の光情報記録媒体への入射角度を変えながら、異なるページデータを空間光変調器に表示して多重記録を行う、いわゆる角度多重記録方式が記載されている。本公報には、レンズで集光した信号光のビームウエストに開口(空間フィルタ)を配することにより、隣接するホログラムの間隔を短くすることができ、従来の角度多重記録方式に比べて記録密度/容量を増大させる技術が記載されている。
また光情報記録媒体に記録された情報を再生する際は、参照光の位相共役光を用いることで、信号検出用の光検出器を光情報記録媒体に対して他の光学部品と同じ側に配置し、装置を小型化できることが非特許文献1に記載されている。
特開2004−272268号公報 Ian Redmond:Technical Digest ODS(2006)、MA1
ところでホログラム記録では記録品質の向上の観点から、干渉縞を安定に形成することが重要であり、そのためには信号光と参照光の光路長差が変化しないように光路長差を一定に保つことが重要である。ここで信号光用光路と参照光用光路とで光学部品を共有する割合が多ければ、伝播中における大気の揺らぎや光学部品の位置ずれ等によって生じる光路長のずれは、信号光と参照光両者に同程度生じることから、互いに打ち消す事ができる。しかしながら従来の光学系構成は、非特許文献1に示すように、レーザ光源を出射した光ビームは光情報記録媒体に向う光路の途中で信号光用光ビームと参照光用光ビームに分離され、その後、これらの光ビームは別々の光路を比較的長い距離伝播する構成となっている。そのため装置の大型化、ならびに信号光と参照光の光路長差を変動させる要因となっていた。
本発明は、装置の小型化ならびに記録品質の向上を目的とし、従来と同様、情報記録媒体に参照光を平行光として照射し、角度多重記録方式を実現する構成としつつ、従来よりも信号光用光路と参照光用光路とで光学部品を共有する割合がより多くなる光学系構成を提供する。
本発明の目的は、その一例として、信号光と参照光をPBSプリズムに対して略平行光として入射し、前記PBSプリズムを出射した参照光が対物レンズに入射する手前の光路中に凹レンズを配置することで達成できる。
信号光用光路と参照光用光路とで光学部品を共有する割合が従来よりも多くなるため、小型化に有利であり、かつ伝播中における大気の揺らぎや光学部品の位置ずれ等によって生じる信号光と参照光の光路長差のずれが緩和され、記録品質を向上出来る。
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
例えば図7に示すように、信号光と参照光を同一の対物レンズに入射させる構成とすることで、信号光用光路と参照光用光路とで光学部品を共有する割合を非特許文献1に示すような従来の構成より多くできる。本構成は小型化に有利であり、かつ伝播中における大気の揺らぎや光学部品の位置ずれ等によって生じる信号光と参照光の光路長差の変動を緩和できる。
本実施例では図7に示すように、光源201を出射した光ビームはコリメートレンズ202を透過し、シャッタ203に入射する。シャッタ203が開いている時は、光ビームはシャッタ203を通過した後、例えば2分の1波長板または液晶素子などで構成される偏光方向変換素子204によってP偏光とS偏光の光量比が所望の比になるように偏光方向を制御された後、PBSプリズム205に入射する。
PBSプリズム205を透過した光ビームは、PBSプリズム207を経由して空間光変調器208に入射する。
空間光変調器208によって情報を付加された信号光ビーム206はPBSプリズム207を反射し、所定の入射角度の光ビームのみを通過させるアングルフィルタ209を伝播する。その後、信号光ビームは対物レンズ210によって光情報記録媒体1に集光する。
一方、PBSプリズム205を反射した光ビームは参照光ビーム212として働き、偏光方向変換素子219によって記録時または再生時に応じて所定の偏光方向に設定された後、ミラー213ならびにミラー214を経由してレンズ215に入射する。
レンズ215は参照光ビーム212を対物レンズ210のバックフォーカス面に集光させる役割を果たしており、対物レンズ210のバックフォーカス面にて一度集光した参照光ビームは、対物レンズ210によって再度、平行光となって光情報記録媒体1に入射する。
ここで対物レンズ210または光学ブロック221は、例えば符号220に示す方向に駆動可能であり、対物レンズ210または光学ブロック221の位置を駆動方向220に沿ってずらすことにより、対物レンズ210と対物レンズ210のバックフォーカス面における集光点の相対位置関係が変化するため、光情報記録媒体1に入射する参照光ビームの入射角度を所望の角度に設定することができる。
このように信号光ビームと参照光ビームを光情報記録媒体1において、互いに重ね合うように入射させることで、記録媒体内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを記録媒体に書き込むことで情報を記録する。また対物レンズ210または光学ブロック221の位置を駆動方向220に沿ってずらす事によって、光情報記録媒体1に入射する参照光ビームの入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。
このように信号光と参照光を同一の対物レンズに入射させ、対物レンズを横方向に走査することで角度多重記録を実現する構成を、以下の実施例では、モノキュラーシステムと呼ぶ事とする。
記録した情報を再生する場合は、前述したように参照光ビームを光情報記録媒体1に入射し、光情報記録媒体1を透過した光ビームをガルバノミラー216にて反射させることで、その位相共役光を生成する。
この位相共役光によって再生された再生光ビームは、対物レンズ210、アングルフィルタ209を伝播する。その後、再生光ビームはPBSプリズム207を透過して光検出器218に入射し、記録した信号を再生することができる。
以上のように、モノキュラーシステムは図1に示すように、参照光が平行光として光情報記録媒体1に照射する様に、対物レンズ210のバックフォーカス面に参照光を一度集光させる構成としている。このように参照光の集光点235を対物レンズ210のバックフォーカス面に配置するため、参照光用のレンズ215を別途配置し、参照光用の光ビームをレンズ215に導く構成としていた。このため、レーザ光源から光情報記録媒体1へと続く光路の途中にて、PBSプリズム等を用いて参照光用の光ビームを信号光用光路とは異なる別の光路に迂回させて、参照光を対物レンズのバックフォーカス面に集光するレンズ215に導く必要がある。そこで参照光用の光ビームが迂回する量を改善し、信号光用光路と参照光用光路とで光学部品を共有する割合をさらに多くした構成を図2に示す。図2の構成とすることで小型化にさらに有利となり、かつ伝播中における大気の揺らぎや光学部品の位置ずれ等によって生じる信号光と参照光の光路長差の変動をさらに緩和できる。
本実施例では図2に示すように、信号光用光ビームならびに参照光用光ビーム共に、平行光としてPBSプリズム207に入射する。参照光用光ビームはPBSプリズム207にて反射し、4分の1波長板232によって円偏光になった後に反射板233にて反射する。反射板233にて反射した光は4分の1波長板232によってP偏光となった後にPBSプリズム207を透過してレンズ231に入射する。ここでレンズ231は、レンズ231を通過した参照光用光ビームの仮想発光点235が対物レンズ210のバックフォーカス面上に一致するようなレンズ作用をする凹レンズであることを特徴としている。よって凹レンズ231を通過した参照光用光ビームは、対物レンズ210によって平行光として光情報記録媒体1に照射する。
信号光用光ビームは同様にPBSプリズム207にて反射し、空間光変調器208によって信号情報が付加される。空間光変調器208を反射した後は、PBSプリズム207を透過し、偏光方向変換素子234によって所望の偏光状態となった後に、対物レンズ210によって収束光として光情報記録媒体1に入射する。
一般にPBSプリズムは透過率および反射率に入射角依存性を持つが、本実施例のように参照光用光ビームを平行光としてPBSプリズムに入射する構成とすれば、PBSプリズムに入射する角度をほぼ45度と一意に設定することができるため、入射角依存性に対する影響を受ける事がなくなる。
図3は図2に示す構成を用いたホログラム記録再生用のピックアップの光学系を示したものである。ホログラムを記録する場合は、図3(a)に示すように、光源201を出射した光ビームはコリメートレンズ202を透過し、シャッタ203に入射する。シャッタ203が開いている時は、光ビームはシャッタ203を通過した後、信号光用のシャッタ240に入射する。
シャッタ240によって入射した光ビームの一部は参照光用光ビームとなり、一部は信号光用光ビームとして領域分割され、参照光用光ビームならびに信号光用光ビームはPBSプリズム207に平行光として入射する。
参照光用光ビームはPBSプリズム207にて反射し、4分の1波長板232によって円偏光になった後に反射板233にて反射する。反射板233にて反射した光は4分の1波長板232によってP偏光となった後にPBSプリズム207を透過してレンズ231に入射する。ここでレンズ231は、レンズ231を通過した参照光用光ビームの仮想発光点235が対物レンズ210のバックフォーカス面上に一致するようなレンズ作用をする凹レンズであることを特徴としている。よって凹レンズ231を通過した参照光用光ビームは、対物レンズ210によって平行光として光情報記録媒体1に入射する。
信号光用光ビームは同様にPBSプリズム207にて反射し、空間光変調器208によって信号情報が付加される。空間光変調器208を反射した後は、PBSプリズム207を透過し、偏光方向変換素子234によって所望の偏光状態となった後に、対物レンズ210によって収束光として光情報記録媒体1に入射する。
ここで対物レンズ210は、例えば符号220に示す方向に駆動可能であり、対物レンズ210の位置を駆動方向220に沿ってずらすことにより、対物レンズ210と対物レンズ210のバックフォーカス面における参照光の仮想発光点235の相対位置関係が変化するため、光情報記録媒体1に入射する参照光ビームの入射角度を所望の角度に設定することができる。
このように信号光ビームと参照光ビームを光情報記録媒体1において、互いに重ね合うように入射させることで、光情報記録媒体1内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを記録媒体に書き込むことで情報を記録する。また対物レンズ210の位置を駆動方向220に沿ってずらす事によって、光情報記録媒体1に入射する参照光ビームの入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。
記録した情報を再生する場合は、図3(b)に示すように、シャッタ240によって参照光用光ビームのみを通過させ、PBSプリズム207に平行光として入射させる。記録時と同様に参照光ビームを光情報記録媒体1に入射し、光情報記録媒体1を透過した光ビームをガルバノミラー216にて反射させることで、その位相共役光を生成する。この位相共役光によって再生された再生光ビームは、対物レンズ210を通過し、偏光方向変換素子234によって所望の偏光状態となった後に、PBSプリズム207を反射する。PBSプリズムを反射した再生光ビームは光検出器218に入射し、記録した信号を再生することができる。
なおレンズ231は屈折型のレンズで構成してもよいし、または回折格子などを備えた回折型のレンズで構成してもよいし、または両者が組み合わさったもので構成してもよい。
またホログラム記録再生用のピックアップの光学系は図4に示すような構成であっても良い。
ホログラムを記録する場合は、図4(a)に示すように、光源201を出射した光ビームはコリメートレンズ202を透過し、シャッタ203に入射する。シャッタ203が開いている時は、光ビームはシャッタ203を通過した後、偏光方向変換素子204によって所望の偏光状態となり、PBSプリズム250を透過した光ビームが参照光用光ビームとなり、PBSプリズム250内を2回反射した光ビームが信号光用光ビームとなる。
PBSプリズム250を透過した参照光用光ビームは2分の1波長板251によってP偏光からS偏光となってPBSプリズム207に平行光として入射する。またPBSプリズム250を反射した信号光用光ビームも同様に、平行光としてPBSプリズム207に入射する。なおPBSプリズム207に入射後の伝播は、図3を用いた前述の説明のとおりのため省略する。
記録した情報を再生する場合は、図4(b)に示すように、偏光方向変換素子204によって入射する光ビームの偏光状態をP偏光とし、入射した光ビームのほぼ全てがPBSプリズム250を透過して参照光用光ビームとして利用出来る様にする。PBSプリズム250を通過した参照光用光ビームは2分の1波長板251によってP偏光からS偏光となってPBSプリズム207に平行光として入射する。なおPBSプリズム207に入射後の伝播は、図3を用いた前述の説明のとおりのため省略する。
図3に示す実施例では、光源201を出射した光ビームを領域分割して参照光用光ビームと信号光用光ビームを生成していた。一方、図4に示す構成では、偏光方向変換素子204とPBSプリズム250を用いることで、同じ領域の光ビームから参照光用光ビームと信号光用光ビームを生成している。このような構成とすることで、例えば再生時は光源201を出射した光ビームを効率よく参照光用光ビームとして用いることが出来、光利用効率を向上することが出来る。
図5はホログラフィを利用してデジタル情報を記録および/または再生する光情報記録再生装置の全体的な構成を示したものである。
光情報記録再生装置10は、図3または図4に示すピックアップ11、位相共役光学系12、ディスクキュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14ならびに回転モータ50を備えており、光情報記録媒体1は回転モータ50によって回転可能な構成となっている。
ピックアップ11は、参照光と信号光を光情報記録媒体1に出射してホログラフィを利用してデジタル情報を記録する役割を果たす。この際、記録する情報信号はコントローラ89によって信号生成回路86を介してピックアップ11内の後述する空間光変調器に送り込まれ、信号光は該空間光変調器によって変調される。
光情報記録媒体1に記録した情報を再生する場合は、ピックアップ11から出射された参照光の位相共役光を位相共役光学系12によって生成する。ここで位相共役光とは、入力光と同一の波面を保ちながら逆方向に進む光波のことである。該位相共役光によって再生される再生光をピックアップ11内の後述する光検出器によって検出し、信号処理回路85によって信号を再生する。
光情報記録媒体1に照射する参照光と信号光の照射時間は、ピックアップ11内の後述するシャッタの開閉時間をコントローラ89によってシャッタ制御回路87を介して制御することで調整できる。
ディスクキュア光学系13は、光情報記録媒体1のプリキュアおよびポストキュアに用いる光ビームを生成する役割を果たす。ここでプリキュアとは、光情報記録媒体1内の所望の位置に情報を記録する際、該所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光ビームを照射する前工程の事である。またポストキュアとは、光情報記録媒体1内の所望の位置に情報を記録した後、該所望の位置に追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程の事である。
ディスク回転角度検出用光学系14は、光情報記録媒体1の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体1を所定の回転角度に調整する場合は、ディスク回転角度検出用光学系14によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ89によってディスク回転モータ制御回路88を介して光情報記録媒体1の回転角度を制御する事が出来る。
光源駆動回路82からは所定の光源駆動電流がピックアップ11、ディスクキュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14内の光源に供給され、各々の光源からは所定の光量で光ビームを発光することができる。
また、ピックアップ11、位相共役光学系12、ディスクキュア光学系13は、光情報記録媒体1の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路81を介して位置制御がおこなわれる。
ところでホログラフィを利用した記録技術は、超高密度な情報を記録可能な技術であるがゆえに、例えば光情報記録媒体1の傾きや位置ずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。それゆえピックアップ11内に、例えば光情報記録媒体1の傾きや位置ずれ等、許容誤差が小さいずれ要因のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路83にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路84を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構を光情報記録再生装置10内に備えても良い。
またピックアップ11、位相共役光学系12、ディスクキュア光学系13、ディスク回転角度検出用光学系14は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。
図6は、光情報記録再生装置10における記録、再生の動作フローを示したものである。ここでは、特にホログラフィを利用した記録再生に関するフローを説明する。
図6(a)は、光情報記録再生装置10に光情報記録媒体1を挿入した後、記録または再生の準備が完了するまでの動作フローを示し、図6(b)は準備完了状態から光情報記録媒体1に情報を記録するまでの動作フロー、図6(c)は準備完了状態から光情報記録媒体1に記録した情報を再生するまでの動作フローを示したものである。
図6(a)に示すように媒体を挿入すると、光情報記録再生装置10は、例えば挿入された媒体がホログラフィを利用してデジタル情報を記録または再生する媒体であるかどうかディスク判別を行う。ディスク判別の結果、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録または再生する光情報記録媒体であると判断されると、光情報記録再生装置10は光情報記録媒体に設けられたコントロールデータを読み出し、例えば光情報記録媒体に関する情報や、例えば記録や再生時における各種設定条件に関する情報を取得する。コントロールデータの読み出し後は、コントロールデータに応じた各種調整やピックアップ11に関わる学習処理を行い、光情報記録再生装置10は、記録または再生の準備が完了する。
準備完了状態から情報を記録するまでの動作フローは図6(b)に示すように、まず記録するデータを受信して、該データに応じた情報をピックアップ11内の空間光変調器に送り込む。その後、光情報記録媒体に高品質の情報を記録できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行い、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ11ならびにディスクキュア光学系13の位置を光情報記録媒体の所定の位置に配置する。その後、ディスクキュア光学系13から出射する光ビームを用いて所定の領域をプリキュアし、ピックアップ11から出射する参照光と信号光を用いてデータを記録する。データを記録した後は、必要に応じてデータをベリファイし、ディスクキュア光学系13から出射する光ビームを用いてポストキュアを行う。
準備完了状態から記録された情報を再生するまでの動作フローは図6(c)に示すように、光情報記録媒体から高品質の情報を再生できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行う。その後、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ11ならびに位相共役光学系12の位置を光情報記録媒体の所定の位置に配置する。その後、ピックアップ11から参照光を出射し、光情報記録媒体に記録された情報を読み出す。
モノキュラーシステムを表す概略図。 光ピックアップの対物レンズ周辺の光学系構成を示す概略図。 光ピックアップの実施例を示す概略図。 光ピックアップの実施例を示す概略図。 情報を記録および/または再生する光情報記録再生装置の全体的な構成を示した概略図。 光情報記録再生装置における記録、再生の動作フローを示した概略図。 光ピックアップの実施例を示す概略図。
符号の説明
1 光情報記録媒体
10 光情報記録再生装置
11 ピックアップ
12 位相共役光学系
13 ディスクキュア光学系
14 ディスク回転角度検出用光学系
50 回転モータ
81 アクセス制御回路
82 光源駆動回路
84 サーボ制御回路
85 信号処理回路
86 信号生成回路
87 シャッタ制御回路
88 ディスク回転モータ制御回路
89 コントローラ
201 光源
202 コリメートレンズ
203 シャッタ
204 偏光方向変換素子
205、207、250 PBSプリズム、
206 信号光ビーム
208 空間光変調器
209 アングルフィルタ
210 対物レンズ
212 参照光ビーム
213214 ミラー
215 レンズ
216 ガルバノミラー
219 偏光方向変換素子
221 光学ブロック
232 4分の1波長板
231 レンズ
233 反射板
234 偏光方向変換素子
235 仮想発光点
240 シャッタ
251 2分の1波長板

Claims (6)

  1. 信号光と参照光を用いホログラフィを利用して、光情報記録媒体に情報を記録および/または光情報記録媒体から再生する光ピックアップにおいて、
    レーザ光源と、
    前記レーザ光源から出射した光ビームを参照光と信号光とに分離する分離手段と、
    前記参照光と前記信号光が通過するPBSプリズムと、
    前記PBSプリズムを通過する信号光に情報を付加する空間光変調器と、
    前記参照光と前記信号光の両方の光を取り込んで光情報記録媒体に該参照光と該信号光とを照射する対物レンズと、
    を有し、
    前記信号光と前記参照光は、前記PBSプリズムに対して略平行光として入射し、
    前記PBSプリズムを出射した参照光が前記対物レンズに入射する手前の光路中には、凹レンズが配置されている、
    光ピックアップ。
  2. 請求項1記載の光ピックアップにおいて、前記対物レンズ出射後の参照光は、平行光として光情報記録媒体に入射する、
    光ピックアップ。
  3. 請求項1記載の光ピックアップにおいて、前記凹レンズによって発散光として前記対物レンズに入射する前記参照光の仮想発光点位置は、前記対物レンズのバックフォーカス面上に位置する、
    光ピックアップ。
  4. 請求項2記載の光ピックアップにおいて、前記レーザ光源から出射する光ビームを参照光と信号光に分離するときは、該光ビームを参照光用光ビームとして利用する領域と信号光用光ビームとして利用する領域に領域分割している、
    光ピックアップ。
  5. 請求項2記載の光ピックアップにおいて、前記レーザ光源から出射する光ビームを参照光と信号光に分離するときは、偏光の違いを利用して参照光用光ビームと信号光用光ビームとに分離する、
    光ピックアップ。
  6. 信号光と参照光を用いホログラフィを利用して、光情報記録媒体に情報を記録および/または光情報記録媒体から再生する装置において、
    レーザ光源と、
    前記レーザ光源から出射した光ビームを参照光と信号光とに分離する分離手段と、
    前記参照光と前記信号光が通過するPBSプリズムと、
    前記PBSプリズムを通過する信号光に情報を付加する空間光変調器と、
    前記参照光と前記信号光の両方の光を取り込んで光情報記録媒体に該参照光と該信号光とを照射する対物レンズと、
    を有し、
    前記信号光と前記参照光は、前記PBSプリズムに対して略平行光として入射し、
    前記PBSプリズムを出射した参照光が前記対物レンズに入射する手前の光路中には、凹レンズが配置されており、
    前記光情報記録媒体に情報を記録および/または前記光情報記録媒体から再生する際は、前記対物レンズ出射後の参照光を略平行光として光情報記録媒体に入射する装置。
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