JP2007149251A - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】記録媒体移動への追従性能の確保と光学系のコンパクトさの両立を図る。
【解決手段】第１のレーザ光源からの光束を空間変調器３により、参照光と情報光を生成し、ホログラフィを利用して移動状態にある記録媒体１２に情報を記録する。再生時は空間変調器３よりの参照光のみを記録媒体１２に照射し、反射光を画像受光素子５に導く。第２のレーザ光源からの光束を、記録媒体１２に照射し、反射光によりサーボ用信号を得る。サーボ用信号によりリレー光学系の少なくとも１つのリレーレンズ８を光軸に対して垂直方向に移動させて記録媒体の移動方向追従を行い、第２のレーザ光源からの光束を第１のレーザ光源から記録媒体１２へ至る光学系と合流させる位置は、前記少なくとも１つのリレーレンズ８と空間変調器１２の間である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光情報記録再生装置に関し、特に、ホログラフィを利用して情報が記録される記録媒体に対して情報を記録し、情報が記録されている記録媒体からの情報の再生を行う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方式は、イメージ情報を持った光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときに生ずる干渉縞を記録媒体に書き込むことによって行われる。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、干渉縞による回折によりイメージ情報が再生される。近年、超高密度データストレージとして、ホログラフィックメモリが実用化領域での注目を集めている。特に、画像情報等を２次元デジタルパターン情報に展開し、これを、ホログラフィを利用して、CDやDVD等と同様なディスク状記録媒体に情報を記録し、また、その記録媒体から情報を再生する光ディスクメモリが注目されている。

このような技術として、例えば、下記非特許文献１，２で開示されている、コリニア方式ホログラフィックメモリを使用する記録再生装置がある。

この方式の特徴は、情報光と参照光が同じ空間変調器で作られて、同光軸で伝播し、対物レンズで記録媒体に集光されてホログラムが記録される。また、参照光のみが空間変調器から生成されて記録媒体に集光されると記録されているホログラムからの回折によって情報光が再生されることである。

通常、このような光ディスクメモリでは、CDやDVD等と同様にフォーカスサーボ、偏心追従のためのトラッキングサーボが行われる。

また、上述のような光ディスクメモリでは、回転中の記録媒体情報を記録するためには、短時間で記録するためには、Ｑスイッチレーザのような非常に高出力の光源が必要である。半導体レーザに代表される程度の出力の光源を使用する場合は、記録に供するエネルギー確保のために光照射位置を回転に応じて変化させる必要がある。

このような光照射位置を回転追従させるものとしては、例えば、記録光源用コリメータを光軸に対して垂直に移動させて光照射位置を回転追従させるもの（下記特許文献１）があった。

図６は、特許文献１に開示された従来の光情報記録再生装置を示す。

記録再生用光源３２からの光は、第１コリメータレンズ３３、偏光ビームスプリッタ３４、空間光変調器（情報表現手段）３５、１対のリレーレンズ３６ａ，３６ｂ、ダイクロイックミラー３７、４分の１波長板３８、対物レンズ３９を経て、記録媒体３１に至る。
一方、サーボ読み取り用素子４１からの光は、第２コリメータレンズ４２、ダイクロイックミラー３７に向かう。光検出器４３は、再生光を受光して記録した情報を再生する。

サーボ読み取り用素子４１は記録媒体３１の位置情報を検出し、駆動手段４４により、記録媒体３１の移動に追従して第１コリメータレンズ３３を移動させる。これは、偏光ビームスプリッタ３４に入射される記録用光の角度を変化させるようにして記録媒体３１に入射される光の位置をずらして記録媒体３１の移動に追従して正規の位置に情報を記録したり、正規の位置から情報を再生するためである。

また、光学系内に配置されている２つのガルバノミラーを用いて、トラッキングサーボとそれと直交する光照射位置の回転追従を行うもの（下記特許文献２）があった。
Proceedings of 35th Meeting on Lightwave Sensing TechnologyJune,2005 p.75-82"ホログラフィックメモリー/HVDＴＭを支える計測・ナノ制御技術" NIKKEI ELECTRONICS 2005.1.17 p.105-114"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" 特開２００５−０３２３０６号公報 特開２００４−０２２０８３号公報

しかしながら、上記従来例には以下のような課題があった。

一般に、偏心を有して記録媒体が回転している時、定速回転時でも光照射位置での回転方向の移動速度が偏心に応じて変化する。

これに対して、上記記録光源用コリメータを光軸に対して垂直に移動させて光照射位置を回転追従させる従来例においては、サーボ読み取り素子から出射された光は、記録光源用コリメータより記録媒体側で合流している。

従って、上記のような従来例においては、記録光源用コリメータの移動は、サーボ読み取り素子から出射された光には何ら影響を及ぼさないので、偏心に応じた移動速度変化を検出できず、回転追従の精度が落ちるという課題があった。

また、光学系内に配置されている２つのガルバノミラーを用いて、トラッキングサーボとそれと直交する光照射位置の回転追従を行う上記従来例においては、記録媒体近傍に有るミラーを回動させなければならない。このため、フォーカスサーボ用駆動手段との位置的な干渉を避けるため、記録媒体近傍で装置が大型化するという課題があった。

或いはまた、光学系内に新たにミラー素子を設ける必要があり、光学設計が制約されるという課題があった。

上記課題に鑑み、本発明の目的は、記録媒体移動への追従性能の確保と光学系のコンパクトさの両立を図ろうとするものである。

上記課題を解決するために、本発明の光情報記録再生装置は、第１のレーザ光源からの光束を空間変調器に照射し、該空間変調器により参照光と情報光を生成し、リレー光学系を介して記録媒体に導き、ホログラフィを利用して移動状態にある記録媒体に情報を記録し、前記空間変調器よりの参照光のみを前記記録媒体に照射し、該記録媒体からの反射光を画像受光素子に導き情報の再生を行い、第２のレーザ光源からの光束を、前記記録媒体に照射し、反射光によりサーボ用信号を得る光情報記録再生装置を前提とする。

前記光情報記録再生装置において、前記サーボ用信号により前記リレー光学系の少なくとも１つのリレーレンズを光軸に対して垂直方向に移動させて記録媒体の移動方向追従を行い、前記第２のレーザ光源からの光束を、前記第１のレーザ光源から前記記録媒体へ至る光学系と合流させる位置は、前記少なくとも１つのリレーレンズと前記空間変調器の間であることを特徴とする。

本発明により、リレーレンズを移動させて記録媒体移動方向追従を行い、サーボ用信号を得るための光源からの光束を移動レンズと空間変調器の間で合流させるようにしたので、装置に追加する素子も無く、また、追従誤差をリレーレンズの移動に応じて正確に検出でき、記録媒体移動への追従性能の確保と光学系のコンパクトさの両立が可能になった。

［実施形態１］
図１は、本発明における第１の実施形態に係る光情報記録再生装置の光路を示す図である。

まず、記録時における光路について説明する。

半導体レーザである記録再生用光源の緑ＬＤ（レーザーダイオード）１から出射した光束はコリメータ２によって平行光束となり空間変調器3に入射する。

この空間変調器３は液晶素子からなり、その液晶の旋光性を利用して、画素毎に偏光方向を９０゜回転するか否かを選択して、そのあとの偏光ビームスプリッタ４で反射するか否かで入射した光束に所定の情報を担わせることができる。そして、光束中心付近に記録したい情報パターンを形成し、その周囲に参照光用パターンを形成することで、情報光および参照光を同時に生成することができる。

こうして生成された情報光および参照光からなる記録用光束は、偏光ビームスプリッタ４と１対のリレーレンズ（第１のリレーレンズ６と第２のリレーレンズ８からなる）を経て、１／４波長板９において直線偏光から円偏光に変換される。この際にダイクロイックビームスプリッタ７は透過する。その後、記録用光束は、ミラー１０で偏向されて、対物レンズ１１によって記録媒体であるホログラムディスク１２に照射される。

ホログラムディスク１２においては、情報光と参照光が干渉し、そのホログラムが記録される。ホログラムディスク１２は駆動手段によって回転される。

ここで、ホログラムディスク１２は、図示しないが、光入射側からみて、透明基板、緑波長を吸収し赤波長を透過させる記録層、反射層からなり、上記のホログラムの記録はこの記録層になされる。

再生時の再生用光束の動きも基本的には記録時と同じである。但し、再生時においては、空間変調器３で形成されるパターンは、所定の参照光パターンのみとなる。このとき、情報光生成領域２１をマスキングしても良い。その参照光はホログラムディスク１２に照射されると、記録されているホログラムによって回折され、ホログラムの情報を担った再生光が発生する。

この再生光が、対物レンズ１１によって略平行光束になり、１／４波長板９によってホログラムディスク１２に照射時と直交する直線偏光に変換させる。その後、再生光は照射時と逆光路を経て、偏光ビームスプリッタ４を透過して、画像受光素子であるCMOSセンサ５によって受光され再生される。この際、回折に寄与しなかった再生光の周辺の光は、CMOSセンサ５上では遮光されている。

一方、サーボ用信号、アドレッシング用信号の読み取り時には、サーボ用信号、アドレッシング用信号読み取り用光源である赤LD１３から光束が出射される。この光束は、偏光ビームスプリッタ１４を透過し、カップリングレンズ１５を経て、ダイクロイックビームスプリッタ７で反射され、リレーレンズ８を通過後にほぼ平行光束とされる。その光束が１／４波長板９を透過後ミラー１０で偏向させられ、対物レンズ１１によりホログラムディスク１２に照射される。

このホログラムディスク１２の反射層によって反射されたサーボ用信号、アドレッシング用信号読み取り用光束は、サーボ用信号、アドレッシング用信号の情報を持って同じ光路を逆に辿って、偏光ビームスプリッタ１４にて反射する。この反射光束は、センサーレンズ１６を経て、サーボ用信号、アドレッシング用信号用受光素子であるPD（フォトダイオード）１７に入射し、サーボ用信号、アドレッシング用信号が再生される。ここから回転方向追従誤差信号も得られる。

ところで、本実施形態においては、リレーレンズ８が駆動手段１８により光軸に対して左右（図１、紙面に垂直方向）に往復運動されるようになっている。この駆動手段１８は、PD１７に入射した光束から再生されるサーボ用信号に応じてフィードバック制御を行い、リレーレンズ８を移動させるようになっている。

その制御のため、本実施形態では、サーボ用信号、アドレッシング用信号読み取り用光学系は、可動素子であるリレーレンズ８に至る光路以前に、記録再生用光学系と合流させて、リレーレンズ８の移動に応じた信号検出が可能なようにしている。

ここで、駆動手段１８は、磁気回路を利用した１軸のアクチュエータである。

ちなみに、フォーカスサーボ、偏心追従のためのトラッキングサーボは、従来のCDやDVD等と同様に、PD１７に入射した光束から再生されるサーボ用信号に応じてフィードバック制御を行っている。トラッキングサーボは、ミラー１０と対物レンズ１１からなるキャリッジ光学系１９を図中矢印方向（紙面内左右方向）に移動し、フォーカスサーボは、対物レンズ１１をキャリッジ光学系１９内で図中矢印方向（紙面内上下方向）に移動して行う。

図２に本実施形態の光学系を模式的に示す。

図１において、空間変調器３と画像受光素子であるCMOSセンサ５は、リレーレンズ６からリレーレンズ６の焦点距離ｆｒ（リレーレンズ８の焦点距離も同じ）離れた位置に置かれているので、模式的には図２では同じ位置になっている。

対物レンズの焦点距離はｆｏで示してあり、図１では顕に示されなかったが、空間変調器３と画像受光素子であるCMOSセンサ５とリレーレンズ６の間隔は、ｆｒである。リレーレンズ６，８間隔は、ｆｒの２倍、リレーレンズ８と対物レンズの間隔はｆｒとｆｏの和となっている。

図２に破線にて示されているのは、リレーレンズ８が光軸中心に置かれているときの光路である。即ち、リーレンズ６とリレーレンズ８が同一の光軸上に有る場合である。

これに対し、回転方向追従誤差信号に応じて、駆動手段１８がリレーレンズ８を矢印方向（紙面内上方向）に移動させたときの光路が実線にて示されている。ホログラムディスク１２の回転方向が図２の紙面内上下方向である。

図２において、リレーレンズ８が破線にて示す方向から矢印方向に移動すると、リレーレンズ８で集光されるリレーレンズ６の焦点からの光線は、元の破線で示されている光線に対して傾き、対物レンズ１１への入射光束が傾く。その結果、空間変調器３に形成された情報光と参照光はホログラムディスク１２への照射位置も破線で示される場合と異なる位置に照射され、ホログラムディスク１２の回転に追従して記録されるべき正規の位置へ照射される。

また、再生時も図２の実線で示される光路をとることとなるので、ホログラムディスク１２上の正規の位置からの再生を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ミラー等の素子を付加することなく記録媒体移動への追従ができ、可動素子の移動に応じた信号検出ができることにより、記録媒体の移動に対する追従性能が確保できるようになる。

［実施形態２］
次に第２の実施形態について説明する。

図３は、本発明における第２の実施形態に係る光情報記録再生装置の光路を示す図である。

記録再生用光学系光路、サーボ用信号、アドレッシング用信号読み取り用光学系光路は実施形態１に同じである。

従って、実施形態１との差異についてのみ説明する。

本実施形態においては、リレーレンズ８が駆動手段２０により光軸に対して上下左右（図３、紙面内上下方向、及び紙面に垂直方向）に往復運動されるようになっている。この駆動手段２０は、PD１７に入射した光束から再生される、トラッキングエラー信号と回転方向追従誤差信号であるサーボ用信号に応じてフィードバック制御を行い、リレーレンズ８を移動させるようになっている。

ここで、駆動手段２０は、磁気回路を利用した２軸のアクチュエータである。

このように、トラッキングもリレーレンズ８で行うようにしたので、実施形態１では、キャリッジ光学系１９の移動手段（図示せず）があってやや大型化していた記録媒体近傍が、コンパクトになっている。

尚、リレーレンズ８を移動させたときの光路は、ホログラムディスク半径方向、回転方向それぞれの断面から見て、図２の実線の光路を辿ることになる。

以上のように、本実施形態によれば、ミラー等の素子を付加することなく記録媒体移動への追従ができ、可動素子の移動に応じた信号検出ができることにより、記録媒体の移動に対する追従性能が確保できるようなる。

さらに、媒体近傍の装置の小型化が可能となる。

［実施形態３］
引き続き、第３の実施形態について説明する。

図４は、本発明における第３の実施形態に係る光情報記録再生装置の光路を示す図である。

記録再生用光学系光路、サーボ用信号、アドレッシング用信号読み取り用光学系光路は実施形態１、実施形態２に類似である。

まず、光路について、実施形態１、実施形態２との差異について説明する。

本実施形態においては、先の実施形態に対して、サーボ用信号、アドレッシング用信号読み取り用光学系が記録再生光学系と合流する位置が異なる。

ダイクロイックビームスプリッタ２１が、リレーレンズ６と記録再生光学系偏光ビームスプリッタ４の間に配される。

また、サーボ用信号、アドレッシング用信号読み取り用光学系にて、実施形態１、実施形態２からカップリングレンズ１５を無くし、リレーレンズ６が赤LD１３からの光束のコリメートレンズとして兼用されている。これに伴い、センサーレンズ２２の仕様も変えてある。

こうして、本実施形態においては、リレーレンズ６、リレーレンズ８ともに移動可能なようにしてある。即ち、リレーレンズ６が駆動手段２３により光軸に対して左右（図４、紙面に垂直方向）に往復運動されるようになっている。また、リレーレンズ８が駆動手段２４により光軸に対して上下（図４、紙面内上下方向）に往復運動されるようになっている。

ここで、駆動手段２３、２４は、それぞれ、磁気回路を利用した１軸のアクチュエータである。

そして、駆動手段２３は、PD１７に入射した光束から再生される、回転方向追従誤差信号に応じてフィードバック制御を行い、リレーレンズ６を移動させるようになっている。駆動手段２４は、PD１７に入射した光束から再生される、トラッキングエラー信号に応じてフィードバック制御を行い、リレーレンズ８を移動させるようになっている。

図５に、画像受光素子のCMOSセンサ５のリレーレンズ６を移動させる場合の、本実施形態に係る光学系を模式的に示す。

リレーレンズ６が移動していない場合は、図２で破線にて示されている場合と同じである。

これに対し、回転方向追従誤差信号に応じて、駆動手段２３がリレーレンズ６を矢印方向（紙面内上方向）に移動させたときの光路が実線にて示されている。ホログラムディスク１２の回転方向が図５の紙面内上下方向である。

図５において、リレーレンズ６が破線にて示す方向から矢印方向に移動すると、リレーレンズ８で集光されるリレーレンズ６の焦点からの光線は、元の破線で示されている光線に対して傾き、対物レンズ１１への入射光束が傾く。その結果、空間変調器３に形成された情報光と参照光はホログラムディスク１２への照射位置も破線で示される場合と異なる位置に照射され、ホログラムディスク１２の回転に追従して記録されるべき正規の位置へ照射される。

また、再生時も図５の実線で示される光路をとることとなるので、ホログラムディスク１２上の正規の位置からの再生を行うことができる。

このように、トラッキングと回転方向追従を各々リレーレンズ６、リレーレンズ８に分けて行うようにしたので、実施形態２で、２方向移動のアクチュエータを必要として、技術的な難易度が高いのに対して、本実施形態では、各々、１方向移動のアクチュエータで済むので、実現が容易となっている。

以上のように、本実施形態によれば、ミラー等の素子を付加することなく記録媒体移動への追従ができ、可動素子の移動に応じた信号検出ができることにより、記録媒体の移動に対する追従性能が確保できるようになる。

さらに、媒体近傍の小型化ができ、その実現性が高い。

第１の実施形態に係る光情報記録再生装置の光路を示す図 本発明に係る一方のリレーレンズを移動した場合の光学系模式図 第２の実施形態に係る光情報記録再生装置の光路を示す図 第３の実施形態に係る光情報記録再生装置の光路を示す図 本発明に係る他方のリレーレンズを移動した場合の光学系模式図 特許文献１に開示された従来の光情報記録再生装置を示す図

符号の説明

１…緑ＬＤ
３…空間変調器
５…CMOSセンサ（画像受光素子）
６，８…リレーレンズ
７…ダイクロイックビームスプリッタ
１２…ホログラムディスク（記録媒体）
１３…赤LD
１８，２０，２４…駆動手段

Claims (4)

1. 第１のレーザ光源からの光束を空間変調器に照射し、該空間変調器により参照光と情報光を生成し、リレー光学系を介して記録媒体に導き、ホログラフィを利用して移動状態にある記録媒体に情報を記録し、前記空間変調器よりの参照光のみを前記記録媒体に照射し、該記録媒体からの反射光を画像受光素子に導き情報の再生を行い、第２のレーザ光源からの光束を、前記記録媒体に照射し、反射光によりサーボ用信号を得る光情報記録再生装置において、
   前記サーボ用信号により前記リレー光学系の少なくとも１つのリレーレンズを光軸に対して垂直方向に移動させて前記記録媒体の移動方向追従を行い、前記第２のレーザ光源からの光束を前記第１のレーザ光源から前記記録媒体へ至る光学系と合流させる位置は、前記少なくとも１つのリレーレンズと前記空間変調器の間であることを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 前記レーザ光源は、半導体レーザであることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
3. 前記サーボ用信号により前記リレーレンズのうちの少なくとも１つを、前記リレー光学系の光軸に対して垂直方向で互いに直交する２方向に移動させることにより、前記記録媒体の回転移動方向追従及び偏心追従を行うことを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。
4. 前記リレー光学系を構成する２つのリレーレンズを用い、前記サーボ用信号により前記リレーレンズのうちの１つを、前記リレー光学系の光軸に対して垂直方向に移動させることにより前記記録媒体の回転移動方向追従を行い、他方のリレーレンズを前記リレー光学系の光軸に対して垂直方向で前記１つのリレーレンズの移動方向と直交する方向に移動させることにより偏心追従を行うことを特徴とする請求項１に記載の光情報記録再生装置。

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