日立、光ディスクの再生信号出力を１０倍に増幅する光学系基本技術を開発
光ディスクの再生信号出力を１０倍に増幅する光学系基本技術を開発
片面２００ギガバイトの光ディスクの実現に向けた、記録層の多層化が可能に
日立製作所中央研究所（所長：福永 泰／以下、日立）は、このたび、光ディスクの再生信号出力を１０倍に増幅する光学系の基本技術を開発しました。本技術は、２つの光の干渉を利用して再生信号を増幅する光検出法を光ディスクに応用させたものです。本技術により、光ディスクの反射光が弱くても再生信号の正確な読み取りが可能となり、記録層の数が増えることで反射光が弱くなるという、多層光ディスクの根本的な課題が解決され、４～８層で片面１００～２００ギガバイトの記録再生が可能なブルーレイディスク（Ｂｌｕ－ｒａｙ Ｄｉｓｃ）装置の実現が期待されます。
ＤＶＤなどの光ディスクの記録密度は、記録再生するレーザ光を細く絞り込んだ「光スポット」の大きさで決まり、光スポットは、レーザ光の波長が短く、対物レンズの解像度が高いほど小さくできるという特徴があります。しかし、近年発売されたブルーレイディスクでは、短波長の青紫色半導体レーザと顕微鏡並みの高解像度レンズを用いており、すでに光スポットの微細化の限界に達しています。一方、パソコンや録画装置などに搭載されているハードディスクはさらなる大容量化が進んでおり、そのバックアップメディアとして光ディスクを使用するために、この動きに見合った高密度化が求められています。こうしたことから、光スポットを小さくしなくても高密度化が可能な、記録層の多層化技術が注目されています。
多層光ディスクでは、重なり合う複数の記録層を通して一番奥の記録層にも読み書きをするため、手前の層が妨げになり、少ない信号光量しか検出することができません。また、これを緩和するために手前の層の反射率を低くしておく必要があり、手前の層の信号光量も少なくせざるを得ませんでした。信号光量が低下すると、光検出器や電気回路で発生する電気的なノイズに信号が埋もれてしまい、信号読み取りに誤りが発生する可能性が高くなります。読み取った信号を電気的に増幅することは可能ですが、この場合、ノイズも同様に増幅されてしまうという問題がありました。
そこで日立では、こうした問題を解決するために、光の干渉を利用して検出信号を増幅する「ホモダイン検出法」を光ディスクに応用する技術を新たに開発しました。ホモダイン検出法とは、レーザ光源からの光をあらかじめハーフミラーなどによって２系統に分け、その一方を信号で変調し（以下、信号光）、再生するときに、もう一方の変調していない光（以下、参照光）と干渉させることによって信号を増幅する技術です。今回は、このホモダイン検出法を光ディスクに応用するために、現行の光ディスクの光学系と親和性の高い光学系技術を開発しました。本技術の特長は、以下の通りです。
１．偏光プリズムによる参照光生成と偏光差動検出
従来から、光ディスクからの信号光を損失なく信号検出に利用するために、レーザ光源からの光を反射させてディスクに照射させるとともに、光ディスクからの信号光を透過させて検出器に入射させる「偏光プリズム」が使われています。今回はこれに加え、レーザ光源と偏光プリズムの間にレーザ光の位相を１８０度回転させる１／２波長板を設置して、偏光プリズムを透過する光を生成し、ホモダイン検出法の参照光にしました。この参照光をミラーで反射させ、再度偏光プリズムに通すことにより、光ディスクからの信号光と干渉させます。この干渉した光（干渉光）を高い感度で検出するために、光磁気ディスクで用いられている偏光差動検出方式を応用しました。これは、検出用の偏光プリズムを新たに設け、この偏光プリズムを透過した干渉光と、透過せずに反射した干渉光をそれぞれ検出することにより、差動信号を得る方式です。
２．光路差揺らぎを補償する差動検出
ホモダイン検出法では、参照光の光路長と信号光の光路長の間の差が揺らぐと、安定した信号の増幅ができず、光ディスク装置にホモンダイン検出法を応用する場合、光ディスクの回転によるブレのため、必然的に光路長が揺らいでしまいます。そこで、信号光と参照光を合成した干渉光をハーフミラーで２つに分岐させ、一方を上記（１）の偏光差動検出器へ送るとともに、もう一方を１／４波長板で位相を９０度ずらしたのちに、もう１組別に設けた偏光差動検出器へ送り、２つの差動信号を得ます。この２つの差動信号を演算することにより、参照光と信号光の光路差の揺らぎを打ち消すことができます。
今回、考案した光学系と同じ構成の実験システムを構築し、光ディスクの反射光を擬似的に生成して原理実験を行い、参照光の強度を信号光の１００倍に設定することにより、少ないノイズで再生信号を１０倍に増幅できることを確認しました。このときの参照光の強度は、記録型多層光ディスクで使われているレーザ光源の書き込み時のレーザ出力より小さな値であり、現行のレーザ光源でも対応が可能です。これにより４～８層の記録再生が可能となり、片面１００～２００ギガバイトのブルーレイディスク装置の実現が期待されます。
なお、本技術は、５月２１日から米国オレゴン州ポートランドで開催される光ストレージ技術に関する国際会議「Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｔｏｐｉｃａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ ２００７」にて発表する予定です。
以 上