JP4969558B2 - 光情報再生装置、光情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、ホログラフィを用いて、光情報記録媒体に情報を記録する、および／または光情報記録媒体から情報を再生する、装置に関する。

現在、青紫色半導体レーザを用いた、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）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）容量と同程度まで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、今までのような短波長化と対物レンズ高ＮＡ化による従来の高密度技術のトレンドとは異なった新しいストレージ技術が必要となる。

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する技術である。

また情報の再生時には、記録時に用いた参照光を同じ配置で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では、１つのホログラムで２次元的な情報を同時に記録／再生され、また同じ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に有効である。

ホログラム記録技術として、例えば特開２００４−２７２２６８号公報（特許文献１）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。さらに本公報には、信号光をレンズで集光してそ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、本技術分野の背景技術としては、特開平９−３０５０９４号公報および特開２００３−２４８４１６号公報がある。両公報には開口を制御する点の開示がある。

特開２００４−２７２２６８号公報 特開平９−３０５０９４号公報 特開２００３−２４８４１６号公報

角度多重記録方式のホログラム記録において、大容量化を図るため多重記録数を向上するためには、ブラッグ選択性が顕著に現れるように記録媒体中に厚いホログラムを形成する必要がある。また厚いホログラムを形成するためには、記録媒体の深さ方向に沿って、参照光と信号光が十分に重なり合う必要がある。

そのため、図１に示すように、参照光の角度走査範囲（例えばθ₁からθ_Nの範囲）内において、どの参照光入射角度に対しても信号光を完全に覆うように参照光の光束径を設定する事が重要となる。

ここで図２に示すように、参照光の入射角度を走査した際、記録媒体中において信号光を完全に覆うために最低限必要な参照光の光束径は、幾何学の観点から明らかなように参照光の入射角度によって異なる値となる。例えば図２（ｂ）に比べて、図２（ａ）の入射角度の時の方が、信号光を完全に覆うのに必要な参照光の光束径が大きくなる。よって従来、参照光の光束径は、参照光の入射角度走査範囲内において一番参照光の光束径が必要となる最大値に固定した設定としておくのが常であった。

しかしながら、上記のように参照光の光束径を前述した最大値に固定しておくと、本来は、もっと狭い光束径でも十分に信号光と重なり合うような参照光入射角度の場合は、必要以上の大きな光束径の参照光を照射することになるため、記録媒体中においては図３に示すように信号の記録に寄与しない無駄な露光領域がより多く発生する。

このような無駄な露光領域の発生は、信号記録のための領域を浪費するため、大容量、高密度記録に対して不利となる。また、無駄な露光領域の発生を考慮して、より性能の高い記録媒体を用いる事になれば、記録媒体の仕様をより厳しいものとせざるを得なくなり、その結果、記録媒体の低価格化に対して非常に不利となる。

なお、係る課題点については特許文献２および３のいずれにも記載も示唆もない。

本発明は、記録および／または再生の場合に、参照光の光路中に配置した開口の大きさまたは開口の位置を制御する事で記録媒体上における無駄な露光領域を低減、ならびに記録媒体上の適切な場所に参照光を照射することである。

本発明の目的は、その一例として参照光の開口の大きさや位置を制御することで達成できる。

本発明によれば、記録および／または再生の場合に、記録媒体上における無駄な露光領域を低減することが出来る。

以下、本発明の実施例について説明する。

図４は本発明における光ピックアップ装置の実施例を示したものである。

光源１０１を出射した光ビームはコリメートレンズ１０２を透過し、シャッタ１０３に入射する。シャッタ１０３が開いている時は、光ビームはシャッタ１０３を通過した後、例えば２分の１波長板などで構成される光学素子１０４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（Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｓｐｌｉｔｔｅｒ）プリズム１０５に入射する。

ＰＢＳプリズム１０５を透過した光ビームは、ビームエキスパンダ１０９によって光ビーム径を拡大された後、位相マスク１１１、リレーレンズ１１０、ＰＢＳプリズム１０７を経由して空間光変調器１０８に入射する。

空間光変調器１０８によって情報を付加された信号光ビームはＰＢＳプリズム１０７を透過し、リレーレンズ１１２ならびに空間フィルタ１１３を伝播する。その後、信号光ビームは対物レンズ１２５によって光情報記録媒体１００に集光する。

一方、ＰＢＳプリズム１０５を反射した光ビームは参照光ビームとして働き、偏光方向変換素子１２４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１１４ならびにミラー１１５を経由して、参照光の光束の大きさを規定する開口２００に入射する。所望の光束の大きさとなった参照光は、ガルバノミラー１１６に入射する。なおガルバノミラー１１６はアクチュエータ１１７によって角度を調整可能のため、レンズ１１９とレンズ１２０を通過した後に情報記録媒体１００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１００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。またガルバノミラー１１６によって光情報記録媒体１００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、例えばθ₁〜θ_Nまでの角度範囲内で角度多重による記録が可能である。

ここで本実施例における本光ピックアップ装置は、図５に示すように開口２００の開口の大きさを変えることが出来る機構を備えている。なお開口の大きさを変えるための機構は、特に限定されるものではなく、例えば液晶素子を用いて電気的に制御する機構でも良いし、機械的に開口の大きさを制御する機構でも良い。
図５（ａ）に示すように信号光と参照光の成す角が大きい場合と、図５（ｂ）に示すように、信号光と参照光の成す角が小さい場合とでは、記録媒体中の信号光を完全に覆うために必要な参照光の光束の大きさに違いが生じる。例えば、記録媒体中の信号光を覆うために必要な参照光の光束の大きさに関しては、幾何学的な観点から明らかなように、図５（ａ）に比べて図５（ｂ）の方が、参照光の光束の大きさを小さく出来る。そこで本実施例では、開口２００の開口の大きさを変えることが出来る機構を備えており、例えば図５（ｂ）に示すように、開口２００を小さくすることで、記録媒体中における無駄な露光領域を減少できることを特徴としている。なお該開口の設置場所としては、信号光の光束の大きさに影響を与えず、参照光の光束の大きさのみを変える事ができる場所に配置する事が望ましい。例えば図４の構成であれば、プリズム１０５を反射した参照光が光情報記録媒体１００に向う光路中のいずれかの位置に配置する事が望ましい。

図６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は、例えば図４に示すような構成の光ピックアップ装置６０、位相共役光学系１２、ディスクＣｕｒｅ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７０を備えており、光情報記録媒体１００は回転モータ７０によって回転可能な構成となっている。

光ピックアップ装置６０は、参照光と信号光を光情報記録媒体１００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を介して光ピックアップ装置６０内の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１００に記録した情報を再生する場合は、光ピックアップ装置６０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光ピックアップ装置６０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１００に照射する参照光と信号光の照射時間は、光ピックアップ装置６０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Ｃｕｒｅ光学系１３は、光情報記録媒体１００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１００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１００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１００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１００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１００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光ピックアップ装置６０、ディスクＣｕｒｅ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、光ピックアップ装置６０、位相共役光学系１２、ディスクＣｕｒｅ光学系１３は、光情報記録媒体１００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１００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。それゆえ光ピックアップ装置６０内に、例えば光情報記録媒体１００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内に備えても良い。

また光ピックアップ装置６０、位相共役光学系１２、ディスクＣｕｒｅ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。

また本実施例の特徴として、光情報記録再生装置内には、参照光の開口の大きさを制御するための制御回路９０を備えており、必要に応じて、光ピックアップ装置６０内に設置された参照光の開口の大きさを制御する事が出来る。例えば図５に示すように、光情報記録媒体１００に対する参照光の入射角度に応じて、開口２００の大きさを変えることで、無駄な露光領域を低減する事が出来る。

また前述したように、記録媒体中の信号光を覆うために必要な参照光の光束の大きさに関しては、幾何学的な観点から明らかなように、信号光と参照光の成す角が大きくなるほど、参照光の光束の大きさも大きくなる。よって例えば、信号光と参照光の成す角が所定の角度よりも大きい場合は、開口の大きさを大きくし、信号光と参照光の成す角が所定の角度よりも小さい場合は、開口の大きさを小さくするような制御を行っても良い。

なお、このような機構は、ホログラム記録時のみならず、再生時にとっても有効である。すなわち、参照光の露光領域を適切に調整することで無駄な露光領域から再生されてしまうクロストーク成分を低減することが出来る。

本発明における光ピックアップ装置は、図５に示すように参照光の開口２００の大きさを制御出来ることに加えて、図７に示すように開口２００の位置を制御できる機構を備えていても良い。

例えば、精度良く部品が組込まれた光ピックアップ装置であっても、時間が経つにつれ、温度や湿度などの環境変化に伴って、光ピックアップ装置内の各種光学部品が初期位置からずれる場合もある。それによって、例えば図７（ａ）に示すように参照光の照射位置にずれが発生し、結果として信号光と参照光が重ならない領域が発生する場合がある。このような状態を避けるため、図７（ｂ）に示すように開口の大きさを大きくすることで、参照光が十分に信号光を覆うようにしても良いが、この状態だと、無駄な露光領域５０が発生する。

よって本実施例では、例えば図７（ｃ）に示すように参照光の開口２００の位置を変えることができる機構を設けている。これにより、無駄な露光領域５０を低減して、参照光が信号光を十分に覆うように、開口位置を制御することが可能となる。なお開口の位置を変えるための機構は、特に限定されるものではなく、例えば液晶素子を用いて電気的に開口パターンを制御する機構でも良いし、機械的に開口の位置を制御する機構でも良い。

このような機構は、ホログラム記録時のみならず、再生時にとっても有効である。例えば図８（ａ）に示すように、再生時において参照光の照射位置がずれた場合、図８（ｂ）に示すように参照光の開口の大きさを大きくすると、無駄な露光領域５０に記録されているホログラムからの情報も再生されてしまい、これがクロストーク成分となり、再生光の品質を劣化させてしまう。よって図８（ｃ）に示すように、開口の位置ずれを制御することで、参照光が十分にホログラムを覆うことが出来、また上記のクロストーク成分を低減することが出来る。

図９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。構成は、実施例２にて示した図６の構成とほぼ同じであるため詳細な説明は省略するが、参照光の開口位置制御回路９１を追加していることを特徴としている。

なお、以降の説明では参照光の開口大きさ制御回路９０と参照光の開口位置制御回路９１とを制御する例を示すが、もちろん参照光の開口位置制御回路９１のみの制御である実施例であっても記録媒体上における無駄な露光領域を低減するという効果を奏する場合もある。

本実施例では必要に応じて、光ピックアップ装置６０内に設置された参照光の開口の大きさまたは開口の位置を制御する事が出来る。例えば図７（ａ）のように、参照光が信号光と重ならない領域が発生した場合や、図８（ａ）のように参照光がホログラムと重ならない領域が発生した場合に、開口の大きさまたは開口の位置を変えることで、このような重ならない領域を低減する。

一般に記録時において、参照光と信号光が重ならない領域が発生すると、厚いホログラムを良好に形成できなくなるため、例えば図１０に示すように、再生光のブラッグ選択性が劣化したり、図１１に示すようにホログラム再生像の一部が暗くなったりと、再生品質が劣化する。

よって参照光の開口の大きさや、開口の位置を制御するドライブ動作のタイミングとしては、例えば光情報記録媒体１００に情報を記録した後、記録品質をベリファイする際に、評価指標として再生光の強度またはＳＮＲ（Signal to Noise Ratio）を検出し、検出した値が所定の基準値よりも悪い場合は、参照光の開口の大きさや、開口の位置を制御する。なお評価指標はこれらに限られるものではなく、再生品質を示すものであれば例えば回折効率など、別の指標であっても一向に構わない。

本実施例は記録再生機のみならず、再生専用機である光情報再生装置においても適用可能である。光情報再生装置において、参照光の開口の大きさや、開口の位置を制御するドライブ動作のタイミングとしては、例えば再生光の強度、回折効率やＳＮＲなどが所定の基準値よりも悪い場合、参照光の開口の大きさや、開口の位置を制御してもよい。なお、所定の基準値と比較する動作は、例えば光情報再生装置にディスクを挿入後に学習動作として行っても良いし、またはディスク内周・外周など再生領域に応じて再生中に適宜行っても良い。

信号光と参照光が重なってホログラムを形成している様子を表す概略図 信号光と参照光が重なってホログラムを形成する際、参照光の光束の大きさに着目した図 信号光と参照光が重なってホログラムを形成する際、無駄な露光領域が発生している様子を表す概略図 光ピックアップ装置の実施例を表す概略図 参照光の開口の大きさを制御している様子を表す概略図 光情報記録再生装置の実施例を表す概略図 記録時において開口の位置を制御している様子を表す概略図 再生時において開口の位置を制御している様子を表す概略図 光情報記録再生装置の実施例を表す概略図 再生光のブラッグ選択性を表す概略図 ホログラム再生像を表す概略図

符号の説明

１・・・光情報記録媒体、１０・・・参照光、２０・・・信号光、
１２・・・位相共役光学系、１３・・・ディスクＣｕｒｅ光学系、
１４・・・ディスク回転角度検出用光学系、
５０・・・無駄な露光領域、
６０・・・光ピックアップ装置、７０・・・回転モータ、
８１・・・アクセス制御回路、８２・・・光源駆動回路、８３・・・サーボ信号生成回路、
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、９０・・・参照光の開口大きさ制御回路、
９１・・・参照光の開口位置制御回路、１００・・・光情報記録媒体、
１０１・・・光源、１０２・・・コリメートレンズ、１０３・・・シャッタ、
１０４・・・光学素子、１０５・・・偏光ビームスプリッタ、１０６・・・信号光、
１０７・・・偏光ビームスプリッタ、１０８・・・空間光変調器、
１０９・・・ビームエキスパンダ、１１０・・・リレーレンズ、
１１１・・・フェーズ（位相）マスク、１１２・・・リレーレンズ、
１１３・・・空間フィルタ、１１４・・・ミラー、１１５・・・ミラー、
１１６・・・ミラー、１１７・・・アクチュエータ、１１８・・・光検出器、
１１９・・・レンズ、１２０・・・レンズ、１２１・・・ミラー、１２２・・・アクチュエータ、
１２３・・・参照光、１２４・・・偏光方向変換素子、１２５・・・対物レンズ、
２００・・・開口

Claims (7)

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、または参照光を用いて光情報記録媒体に記録された情報を再生する光情報再生装置、または光情報記録再生装置において、
   該装置は、角度多重方式によって前記光情報記録媒体に情報を記録、または角度多重方式によって前記光情報記録媒体に記録された情報を再生し、
   前記参照光が前記光情報記録媒体に入射する際は、略平行光として入射し、
   信号光と参照光を出射する光ピックアップ装置は、前記参照光の光束の大きさを制御できる開口を備えており、
   前記参照光の前記光情報記録媒体内における光束径の大きさは、前記光情報記録媒体に入射する前記参照光の入射角度に応じて制御され、
   前記参照光の前記光情報記録媒体内における光束径の大きさは、前記光情報記録媒体に入射する前記信号光と前記参照光のなす角が所定の基準値より大きい場合は前記光束径を大きくし、所定の基準値より小さい場合は前記光束径を小さくする事を特徴とする光情報再生装置、または光情報記録再生装置。
2. 請求項１記載の光情報再生装置、または光情報記録再生装置において、
   前記開口の設置位置を制御する事で、前記光情報記録媒体に照射する前記参照光の照射位置を制御できる事を特徴とする光情報再生装置、または光情報記録再生装置。
3. 請求項１記載の光情報再生装置、または光情報記録再生装置において、前記光束径の大きさは、連続的またはステップ的に制御される事を特徴とする光情報再生装置、または光情報記録再生装置。
4. 請求項１記載の光情報記録再生装置において、前記光情報記録媒体に情報を記録した後に、記録品質をベリファイした際の結果が所定の基準値より悪い場合は、前記開口の大きさを制御する事を特徴とする光情報再生装置。
5. 請求項１記載の光情報再生装置、または光情報記録再生装置において、前記光情報記録媒体に記録された情報を再生した時に、再生信号の品質が所定の基準値より悪い場合は、前記開口の大きさを制御する事を特徴とする光情報再生装置、または光情報記録再生装置。
6. 請求項２記載の光情報記録再生装置において、前記光情報記録媒体に情報を記録した後に、記録品質をベリファイした際の結果が所定の基準値より悪い場合は、前記開口の設置位置を制御する事を特徴とする光情報再生装置。
7. 請求項２記載の光情報再生装置、または光情報記録再生装置において、前記光情報記録媒体に記録された情報を再生した時に、再生信号の品質が所定の基準値より悪い場合は、前記開口の設置位置を制御する事を特徴とする光情報再生装置、または光情報記録再生装置。

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