(57)【要約】【課題】記録再生用光源として、安価なレーザ光源を用いても十分な干渉変調度が得られるようにする。【解決手段】光源からの光束を情報光生成領域と参照光生成領域とを有する空間変調器４に照射し、生成した情報光と参照光を対物レンズ１２に導き、該対物レンズ１２によりホログラフィを利用して記録媒体１３に情報を記録し、前記空間変調器４による前記参照光のみを前記記録媒体１３に照射し、該記録媒体１３からの反射光を画像受光素子６に導き情報の再生を行う光情報記録再生装置である。前記対物レンズ１２に導かれる前記情報光と参照光の各平均強度が等しくなるように設定されている。【選択図】図１
2007148110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光源からの光束を情報光生成領域と参照光生成領域とを有する空間変調器に照射し、生成した情報光と参照光を対物レンズに導き、該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、前記空間変調器による前記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う光情報記録再生装置において、
前記対物レンズに導かれる前記情報光と参照光の各平均強度が等しくなるように設定されていることを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項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。
【請求項３】
前記空間変調器は、液晶素子であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光情報記録再生装置。
【請求項４】
前記情報光生成領域から前記対物レンズに至る情報光の透過率と前記参照光生成領域から前記対物レンズに至る参照光の透過率を調整したことを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
【請求項５】
前記情報光と参照光が、前記空間変調器の前記情報光生成領域と前記参照光生成領域の各電極間印加電圧により偏光方向が回転され、前記情報光と参照光の透過率を調整したことを特徴とする請求項４に記載の光情報記録再生装置。
【請求項６】
前記空間変調器は、前記参照光生成領域と前記情報光生成領域の各面積の比が規定され、前記各領域の前記情報光と参照光の透過光量が調整されることを特徴とする請求項３に記載の光情報記録再生装置。
【請求項７】
前記空間変調器は、ＤＭＤであり、前記情報光生成領域と参照光生成領域における反射率を調整したことを特徴とする請求項１又は２に記載の光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
この情報光と参照光生成のための空間変調パターンは、中心領域が情報用であり、その周辺部が参照用で、下記非特許文献３を参照すると、概ね図２に示すようになっている。
【０００６】
図２（ａ）では、有効光束径（対物レンズ入射光束径に対応）で切った場合の情報光生成領域２１と参照光生成領域２２を模式的に示している。実際の空間変調器上での参照光生成領域は、位置ずれ公差等を考慮して、半径ｒ３より大きい領域まで設定されている。
【０００７】
情報光生成領域２１は、図２（ｂ）で半径ｒ１の略円で占められる領域であり、参照光生成領域２２は、半径ｒ２と半径ｒ３で決まる円環の領域である。そして、各々の半径値の比は、
ｒ１：ｒ２：ｒ３  ≒６０：７０：１００
という程度である。
【非特許文献１】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”
【非特許文献２】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”
【非特許文献３】OPTICAL REVIEW vol.12 No.2 (2005) p.90-92“Advanced Collinear Holography”
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のような方式には以下のような課題があった。
【０００９】
記録再生用光源として、ガウス分布の発光強度分布を持つ光源を用いた場合、例えば、半導体レーザの場合、記録用強度確保のために強度としては弱い分布の裾の光も使用しなければならない。
【００１０】
図３に空間変調器４とそれに入射する光束の強度分布２３の関係を模式的に示す。破線は対物レンズへ入射する光束に対応する空間変調器上の光束径Ｄを示している。すると、図から分かるように、コリニア方式で生成される情報光は、分布の中心近傍となるので強度が大きく、参照光は、分布の周辺となり強度が小さくなる。その結果、情報光と参照光とで強度差が生じることになる。
【００１１】
一般に、干渉は、干渉する光強度が等しい時、明暗の変調度が最も大きくなる。従って、上記のような強度差がある場合、記録されるホログラムの明暗の変調度も強度差が無い場合に比べて劣ってしまうことになる。
【００１２】
その結果、ホログラムを再生した信号のS/N比も望ましい値が得られない恐れがあった。
【００１３】
上記課題に鑑み、本発明は、記録再生用光源として、安価なレーザ光源を用いても十分な干渉変調度が得られるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題を解決するため、本発明の光情報記録再生装置は、光源からの光束を情報光生成領域と参照光生成領域とを有する空間変調器に照射し、生成した情報光と参照光を対物レンズに導き、該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、前記空間変調器による前記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う光情報記録再生装置において、
前記対物レンズに導かれる前記情報光と参照光の各平均強度が等しくなるように設定されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、レーザ光源を用い、空間変調器を生成される情報光と参照光の各平均強度が等しくなるようにしたので、安価な半導体レーザのような光源を用いても、十分な干渉の変調度が得られ、安価で高性能な光情報記録再生装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１７】
［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、図２は、空間変調器の模式図、図３は、空間変調器と入射する光束の強度分布の関係を模式的に示す図である。
【００１８】
コリニア方式ホログラフィックメモリを使用する光情報記録再生装置である。まず、記録時における光路について説明する。
【００１９】
半導体レーザーである記録再生用光源の青紫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、ビーム整形プリズム３により楕円の短軸方向が拡大されて空間変調器４に入射する。
【００２０】
青紫LD１の発光パターンは、その半値全角で図１紙面内方向θ//は、８゜であり、図１紙面に垂直な方向θ⊥は、２０゜であり、ビーム整形プリズム３は、θ//を２．５倍に拡大するように機能している。それにより、光束の強度分布は等方的なガウス分布で近似される分布となる。すなわち、どの断面から見ても図３で表されるような関係となる。
【００２１】
空間変調器４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所定角度回転するか否かを選択して、その後の偏光ビームスプリッタ５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、模式的には、図２（ａ）に示すような情報光生成領域２１と参照光生成領域２２を持っている。各々図２（ｂ）で示すパラメータで、従来例を参考にして、
ｒ１：ｒ２：ｒ３≒６０：７０：１００
となる領域を占めるように設定されている。ここから、情報光および参照光を同時に生成される。
【００２２】
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５と１対のリレーレンズ（第１のリレーレンズ７と第２のリレーレンズ９からなる）を経て、１／４波長板１０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８は透過する。その後、記録用光束は、ミラー１１で偏向されて、対物レンズ１２によって記録媒体であるホログラムディスク１３に照射される。
【００２３】
ホログラムディスク１３において、情報光と参照光が干渉し、そのホログラムが記録される。
【００２４】
ここで、ホログラムディスク１３は、図示しないが、光入射側からみて、透明基板、青紫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もこの記録層になされる。ホログラムディスク１３は駆動手段によって回転される。
【００２５】
また、上記ビーム整形プリズム３による略等方的な強度分布２３の光束は、中心強度の１／ｅ２となる径が対物レンズ１２の瞳径と重なるように設定されている。
【００２６】
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４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１３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。
【００２７】
この再生光が、対物レンズ１２によって平行光束になり、１／４波長板１０によってホログラムディスク１３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５を透過して、画像受光素子であるCMOSセンサ６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６上では遮光されている。
【００２８】
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LD１４から出射された光束は、偏光ビームスプリッタ１５を透過し、カップリングレンズ１６を経て、ダイクロイックビームスプリッタ８で反射され、リレーレンズ９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１０を透過後ミラー１１で偏向させられ、対物レンズ１２によりホログラムディスク１３に照射される。
【００２９】
このホログラムディスク１３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１５にて反射する。この反射光束は、センサーレンズ１７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）１８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。
【００３０】
次に、上記の情報光強度と参照光強度について考える。
【００３１】
ビーム整形プリズム３からの光束の強度分布を、図３に示すようなガウス分布とする。また、対物レンズ１２の瞳径と図２（ｂ）の半径値ｒ３を同等とみなす。
【００３２】
すると、ビーム整形プリズム３からの光束が空間変調器４の情報光生成領域２１と参照光生成領域２２に入射する光束の強度は、情報光生成領域２１をＩｉ、参照光生成領域２２をＩｒとして、
Ｉｉ：Ｉｒ≒１．０：０．４７
程度となる。
【００３３】
よって、情報光生成領域２１も参照光生成領域２２も所定のパターンを有していて、全ての画素からの光が空間変調器４を経て対物レンズ１２へ至る訳ではない。しかし、平均的にみて、
１．０：０．４７  
程度の割合で、それぞれの領域からの光量が対物レンズ１２へ至るとみなせる。
【００３４】
これを１本の光線で考えると、明暗の比は、明／暗≒３．２程度となり、干渉の変調度は低い。
【００３５】
従って、ホログラムディスク１３での干渉により形成されるホログラムの再生信号のS/N比も低いこととなる。
【００３６】
そこで、本実施形態では、情報光生成領域２１の見かけ上の透過率を約１／２に落とし、情報光生成領域２１を経て対物レンズ１２へ至る光量と参照光生成領域２１を経て対物レンズ１２へ至る光量が等しく（ここでいう等しいとは、一方の光量を１とした場合に他方の光量がそれに対して±２０％以内の差があるものまで含む。以下についても同様である。）なるようにした。
【００３７】
即ち、ビーム整形プリズム３からの光束はＰ偏光で、偏光ビームスプリッタ５ではＳ偏光成分が反射して対物レンズ１２へ至る。そこで、液晶素子の電極間印加電圧を領域により変えて、参照光生成領域２２では、偏光方向を９０゜回転させて対物レンズ１２へ至らせる。    
【００３８】
一方、情報光生成領域２１では、偏光方向を約４５゜回転させるようにする。
【００３９】
ここで、情報光生成領域２１の見かけ上の透過率を約１／２に落とすために、NDフィルタ（中性濃度フィルタ）を液晶素子に付加する、或いは、偏光ビームスプリッタ５へ至る平行光束中にNDフィルタを配置することも考えられる。しかし、コストアップにつながるので、本実施形態では前述の方法を採用した。
【００４０】
すると、偏光ビームスプリッタ５で反射するＳ偏光成分でみると、情報光生成領域２１の偏光ビームスプリッタ５で反射する効率が参照光生成領域２２の約半分であるようになる。このように情報光生成領域２１から対物レンズ１２に至る情報光の透過率と参照光生成領域２２から対物レンズ１２に至る参照光の透過率が調整される。
【００４１】
その結果、情報光生成領域２１を経て対物レンズ１２至る光量と参照光生成領域２２を経て対物レンズ１２至る光量が等しくなる。
【００４２】
従って、明暗の比は、明／暗≒∞に匹敵する値が期待でき、干渉の変調度は高くなる。
【００４３】
そのため、ホログラムディスク１３での干渉により形成されるホログラムの再生信号のS/N比も高くなる。
【００４４】
尚、図１の実施形態では、空間変調器４を透過型の液晶素子としたが、ミラー１枚を付加して、そのミラーを介して、ビーム整形プリズム３からの光束を反射型液晶素子で反射させる反射型の空間変調器を用いても良い。
【００４５】
また、反射型の空間変調器として、DMD（Deformable Mirror Device又はDigital Micro-  ｍirror Device）を採用しても良い。この場合、NDフィルタを使用しない場合、偏光の回転は利用できないので、情報光生成領域２１と参照光生成領域２２とで、露わにDMDの反射率を変えるようにする。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、記録再生用光源として、安価な半導体レーザのような光源を用いても、情報光強度と参照光強度が略同じにでき、十分な干渉変調度が得られるようになる。
【００４７】
［実施形態２］
次に第２の実施形態について説明する。
【００４８】
本実施形態でも光情報記録再生装置の光路は図１に同じである。
【００４９】
実施形態１との差異は、図２における、有効光束内での情報光生成領域２１と参照光生成領域２２の占める面積割合を実施形態１と異ならせることにある。
【００５０】
具体的には、半径ｒ１，ｒ２，ｒ３を
ｒ１：ｒ２：ｒ３＝４７：５７：１００
とした。
【００５１】
すると、ビーム整形プリズム３からの光束が空間変調器４の情報光生成領域２１と参照光生成領域２２に入射する光束の強度は、情報光生成領域２１をＩｉ、参照光生成領域２２をＩｒとして、
Ｉｉ：Ｉｒ≒１．０：１．０
となる。
【００５２】
その結果、情報光生成領域２１を透過し対物レンズ１２に至る光量と参照光生成領域２２を透過し対物レンズ１２に至る光量が等しくなる。
【００５３】
従って、明暗の比は、明／暗≒∞に匹敵する値が期待でき、干渉の変調度は高くなる。
言うまでも無く、本実施形態の場合、空間変調器４から対物レンズ１２へ至る効率は、光束内で差異がない。
【００５４】
また、実際には、図２（ｂ）で示すパラメータ間の関係は、
ｒ１：ｒ２：ｒ３＝４５〜５０：５５〜６０：１００
程度であれば良い。
【００５５】
即ち、
ｒ１：ｒ２：ｒ３＝４５：５５：１００
の時は、明／暗≒９．５、
ｒ１：ｒ２：ｒ３＝５０：６０：１００
の時は、明／暗≒１７．２となり、干渉の変調度は充分高くなる。
【００５６】
これにより、半導体レーザを記録再生用光源として用いる場合、情報光生成領域は、空間変調器上での有効光束径の略半分の径とすれば良いと言うこともできる。
【００５７】
また、第１の実施形態に比べて、占める領域の範囲設定のみで済むので、実施が容易である。
【００５８】
以上説明したように、本実施形態によれば、記録再生用光源として、安価な半導体レーザのような光源を用いても、情報光強度と参照光強度が略同じにでき、十分な干渉変調度が得られるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】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
【図２】空間変調器の模式図
【図３】空間変調器と入射する光束の強度分布の関係を模式的に示す図
【符号の説明】
【００６０】
１…青紫LD
３…ビーム整形プリズム            
４…空間変調器             
５…偏光ビームスプリッタ
６…CMOSセンサ（画像受光素子）
７，９…リレーレンズ       
８…ダイクロイックビームスプリッタ
１２…対物レンズ  
１３…ホログラムディスク（記録媒体）     
１４…赤LD   
１８…PD
２１…情報光生成領域
２２…参照光生成領域
２３…空間変調器への入射光束の強度分布
【図１】
2007148110.tif 000003
【図２】
2007148110.tif 000004
【図３】
2007148110.tif 000005