CN102208194B - 光信息再生装置、光信息记录装置以及信息记录方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光信息再生装置、光信息记录装置以及信息记录方法。在光盘的大容量化、高速化过程中，多级记录是有效的，但是在现有技术中随着多值度的增大信噪比不足，成为限制多值度的主要原因。在进行记录因两个光的干涉而产生的驻波的光信息记录时，把至少一方的光束的偏振方向调制为多阶段。此外，在再生时，对于再生光的相互垂直的各个偏振光成分，使其与再生参照光干涉，针对上述各个偏振光成分同时生成并检测干涉的相位相互不同的三个以上的干涉光。

Description

光信息再生装置、光信息记录装置以及信息记录方法

技术领域

本发明涉及光盘装置的记录容量的大容量化、传送率的高速化。

背景技术

光盘发展到了已经对蓝色激光二极管、使用高NA物镜的蓝光光盘进行了产品化的阶段，光学系统的分辨率几乎达到了极限。作为同时实现更大容量以及数据传送率的高速化的方法，存在有多等级记录(multi-level recording)的方法。作为与多层记录有关的技术，例如在专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5、专利文献6、专利文献7等中进行了叙述。

在专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5中，通过提供针对向记录介质照射的记录光的功率、记录标记的反射率连续变化的介质，就能够进行多值等级的记录。在专利文献6中，提供通过对预定单元内的记录标记的长度和位置进行调制、基于反射光量分布的图形进行多级记录的方式。

另一方面，在专利文献7中，在记录页数据的全息存储器中，通过对信息光的相位进行多级记录，来实现记录容量的增大。使用图25说明其概要。首先，在记录数据时，通过空间光调制器2502对从光源2501出射的激光进行调制，使其入射到记录介质2503，由此来记录信息。在此，空间光调制器2502如图26(a)所示，由多个像素构成，针对通过其中心部分的光对各个像素进行光相位调制，使其成为信息光。(图中白色部分表示相位0，灰色部分表示与颜色的浓度对应的光相位调制，黑色部分表示透过率0)。对于通过周边部分的光则不进行调制或者进行适当的光相位调制，使其成为参照光。此时，在记录介质2503上记录信息光与参照光的干涉图案。然后，在再生时，在空间光调制器2502中，如图26(b)所示，在空间光的中心部分不进行调制而作为DC光，关于周边部分执行与记录时相同的调制，使通过了各个部分的激光照射在记录介质上。于是，由于照射参照光，生成信息光，由图像传感器2504检测DC光与此重叠状态的光。此时，检测出的光是信息光与DC光产生干涉后的光，信息光的各像素受到与各自的相位对应的强度调制并被检测。进而，由空间光调制器2502使上述DC光的相位一样地变化、进行同样的测定。于是，因为与信息光的各像素中的DC光的相位关系变化，所以由图像传感器检测出不同的强度图案的光。如此，根据得到使DC光的相位为0、π/2、π、3π/2这四种状态下的图像传感器2504的输出，就能够得到信息光的各像素的相位值。此外，在专利文献7中，与空间光调制一起进行强度调制，进一步提高多值度。

此外，在专利文献9中，在记录页数据的全息存储器中，使用偏振感应性的介质，由此实现使用了光的偏振状态的多级记录和多重记录。使用图27说明其概要。首先，说明多级记录的情况。在记录时，由无偏振分束器2701把从光源出射的光分支为信号光和参照光，信号光通过空间光调制器2502，针对调制器的每个像素使其成为预定的直线偏振光，照射在记录介质上。参照光不进行调制，在直线偏振状态下以照射在与信号光相同的部位的方式照射在记录介质2503上。然后，在再生时，在与记录时相同的偏振状态下仅向记录介质2503照射参照光。于是，从记录介质出射具有与记录时的信号光相同的偏振状态的光。由偏振分束器2702分离该光，分别由CCD照相机2703、2704检测。因为各个CCD照相机2703、2704输出与每个像素的偏振状态中的各个p偏振成分和s偏振成分的大小对应的值，所以针对每个像素根据它们的大小的比来推定偏振状态。因此，在记录时如果多级地调制直线偏振状态，则针对每个像素得到与它们相对应的多级的输出，所以能够进行多值信息的记录/再生。然后，说明多重记录。在为多重记录时，在图27中在空间光调制器2502中进行与目前相同的强度调制，信号光、参照光的偏振状态在光束面内保持恒定(例如。信号光为p偏振光、参照光为s偏振光)照射记录介质2503，来进行全息记录。然后，使用未图示的λ/2等使信号光的偏振光改变90度(即成为s偏振光)，由空间光调制器进行不同的数据调制，在同一部位再一次进行全息记录。然后，在再生时，在与记录时相同的偏振状态下只照射参照光。于是，从记录介质出射信号光为p偏振光时的状态与为s偏振光时的状态重合的光。因此，由偏振分束器2702将该光分离为p偏振光和s偏振光，CCD照相机分别检测在各偏振光状态下进行了记录时的数据。即，使用s偏振光状态和p偏振光状态，实现多重记录/再生。

另一方面，作为提高记录容量的其他途径，研究了与通常的CD或DVD光盘相同，在记录介质上进行聚光直到衍射极限附近为止，在同一部位会聚相向的两条光，由此来记录焦点附近的两个光的干涉条纹(驻波)的方法。(例如参照非专利文献1、专利文献8)在该方式中，面记录密度与现有的光盘为相同的程度，另一方面，记录层的多层化容易，能够进行多重记录，容易实现大容量化，并且，虽然是记录干涉的方式，但并不像页数据全息图那样要求严苛的公差，具有安装容易的优点。

【专利文献1】日本特开2001-184649号公报(对应EP 1235210A)

【专利文献2】日本特开昭58-215735号公报(对应GB2122408A)

【专利文献3】日本特开平2-064932号公报

【专利文献4】日本特许第3559590号

【专利文献5】日本特开昭61-211835号公报(对应US P4711815)

【专利文献6】日本特许第3033864号(对应US P55552321)

【专利文献7】日本特开2008-310924号公报(对应US 2008/0310281)

【专利文献8】日本特开2007-220206号公报(对应EP1986187A)

【专利文献9】日本特许第4104718号

【非专利文献1】R.R.Mcleod et al.，“Microholographic multilayer opticaldisk data storage，”Appl.Opt.，Vol.44，2005，pp.3197

在上述专利文献1、专利文献2、专利文献3、专利文献4、专利文献5中，根据反射光量等级的大小判断多级，但是如图28那样，像通常的光盘那样与用二值等级进行记录再生时相比，应判别的等级的差接近，实质上成为与信号等级降低的情况相同的状况。即，与多值度(多值等级的数量)成比例，信号的信噪比降低，所以存在大幅度的多值化在实际上很困难这样本质的问题。在专利文献6中也使用多个检测器检测信号光，每个检测器的光量降低，与上述相同，由于信噪比不足难以大幅度增加多值度。进而，因为需要多个检测器和与它们的输出相对的复杂的信号处理，所以担心装置复杂，成本高。

此外，在专利文献7中，为了读出记录的相位信息，需要对一个记录部位进行四次读出。进而，在每次读出时需要改变DC光的相位，该相位的切换也需要光相位调制器的响应速度程度的时间，所以实际的数据读出速度(与现有的进行强度调制的情况相比)大幅降低。进而，在四次读出期间光源的功率或与其相伴的记录介质中的散射光摆动，所以用于推定相位值的四次读出的值分别包含随机误差。由此推定的相位值摆动。同样地，检测器的噪音也成为相位值摆动的原因。如果检测到的光强度等级足够大，则该检测器引起的相位摆动不会成为问题。如果上述DC光的强度足够大，则能够得到足够光强度等级，但是实际上由于检测器的饱和能够输入的光量存在限制，所以有可能无法得到足够的光强度等级。由于以上的理由，在专利文献7记载的方法中，产生相位的摆动，所以实质上难以大幅度增加相位的多值度。

此外，在专利文献9的方法中的基于偏振状态的多级记录/再生时，作为再生方法需要对p偏振光成分和s偏振光成分的输出进行合成，为了取得由两个CCD照相机检测到的像素信息的对应，需要极其精密地进行2个CCD照相机的位置匹配，存在安装非常困难的问题。此外，因为在本方法中无法得到再生的光的p偏振光和s偏振光的相位差的信息，所以例如无法区分±45度偏振光。因此，偏振光的调制范围被限制在直线偏振光的0度(p偏振光)至90度(s偏振光)的范围。因此，由于与专利文献1等相同的理由，当提高多值度时信噪比不足，所以存在难以大幅度的多值化的问题。此外，在偏振光的多值调制中一般使用基于液晶元件的空间光调制器，但是因为针对驱动电压的响应不是线性，所以精度良好地进行多值调制会带来多值度的增加，所以是困难的。

此外，对于多个像素需要单个地进行调制，所以调制器的尺寸、成本升高。

在专利文献9的方法中的基于偏振状态的多重记录/再生时，与多级记录相同地具有增大记录容量的优点，但是需要依次进行各偏振状态的记录，所以存在与记录容量的增大成比例地、数据的记录时间增大的问题。

此外，专利文献7、专利文献9的方法基本上是页数据全息图，所以光源的波长、向记录介质的入射角度等的装置调整公差严格，蕴含难以实现的本质问题。

此外，在专利文献8、非专利文献1的方法中，大容量化容易，另一方面，面记录密度没有超过现有技术，所以存在数据传送率难以提高的课题。此外，一般这些方法中的信号光的强度弱，与专利文献1等相同，在用多值等级进行记录再生时实质上信号等级降低，所以信噪比显著不足。因此，实质上难以进行多值等级方式的记录再生。

发明内容

本发明鉴于上述课题，第一目的是提供一种能够从高记录密度的光信息介质进行高速再生的光信息再生装置。

此外，本发明的第二目的是提供一种兼顾高记录密度和高速的记录速度的光信息记录装置。

为了达成本发明的第一目的使用以下的单元。

(1)对于由记录介质生成的再生光的相互垂直的各个偏振光成分，使所述各个偏振光成分与从光源生成的再生参照光干涉，对于所述各个偏振光成分同时生成干涉相位相互不同的三个以上的干涉光，由检测器检测这些干涉光，根据所述检测器的输出，对再生光中包含的记录信息进行解调。

由此，例如因为能够区别±45°的直线偏振光，所以与现有方法相比能够识别多值度高的偏振调制。进而，通过与高强度的再生参照光进行干涉，还能够同时进行信号振幅的放大，能够避免提高多值度时成为问题的信噪比的降低，即使是多值度高的再生信号，也能够以足够的信噪比再生信号。

(2)并且，设为输出再生光的偏振角作为(1)中的信号处理。由此，调制后的偏振角和输出信号成为线性关系，所以能够精度良好地识别偏振角。

(3)并且，输出再生光的偏振角，并且还输出再生光的强度或对于再生参照光的相位的至少一方作为(2)信号处理。由此，能够识别多值度较高的调制信号。此外，相位的输出没有受到作为再生光的强度摆动的激光噪音或盘噪音影响，尤其能够提高相位的多值调制的识别的精度。

(4)作为其他的方法，(1)中的信号处理对于所述再生光的垂直的所述各个偏振光成分，输出强度或对于再生参照光的相位的至少一方。由此，能够从偏振多重记录的记录介质同时再生多重化的各个数据，能够提高数据读出速度。

为了达成本发明的第二目的，使用以下的单元。

(5)使来自相对的方向的两个光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录由所述两个光束的干涉所产生的驻波的单元；以及把所述两个光束中的至少一方的偏振光调制为多阶段的偏振调制单元。

由此，作为调制单元能够使用表示线性响应的元件，能够提高多值度。

另外，大体相同部位是指经由两个光束的干涉，能够生成驻波程度地光的高斯分布不重叠。

(6)在(5)中，所述偏振调制单元为电光调制器。由此，针对驱动电压的偏振调制的大小成为线性的关系，能够精度良好地进行多值调制，有助于提高多值度。

(7)作为(5)的偏振调制单元，是在所述两个光束在所述记录介质中聚光的部位，进行在相互相同的方向上成为光电场振动的直线偏振光的调制的偏振调制单元。

(8)在(5)的单元中，所述两个光束是由无偏振分割单元对单一的光束进行分割来生成的，所述偏振调制单元是对所述单一的光束的偏振状态进行调制的单一的偏振调制单元。

由此，能够由一个偏振调制单元进行两个光束的偏振调制，能够实现装置的简化、小型化、低成本化。

(9)在(5)的单元中，同时进行进一步记录的驻波的光相位调制和强度调制。由此，因为把光的偏振、相位、强度这三个独立的参数用于信号调制，所以能够大幅地提高多值度，大幅增大记录密度和数据传送率。

(10)作为其他的单元，进行使用了偏振状态的多重记录。更具体的说，具有使来自相对的方向的第一光束以及第二光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录因所述第一记录光束以及第二记录光束的干涉而产生的驻波的单元，作为调制，进行光相位调制和强度调制的至少一方，将记录时的两个光束的偏振状态设定为两种，在各设定中分别进行光相位调制和强度调制。

由此，能够提高记录密度。另外，多重记录的效果与成倍增加多值度相等同，相位、强度调制的多值度越高效果记录密度增大的效果越大。

(11)在(10)的记录中，因为同时进行设定两个种类的偏振状态的的记录，所以把相互不相干的两个光束合波后的光束进行二分得到的光束用于记录。在此，上述合波的光束相互不相干意味着这些光束的相位关系在合波的时刻不恒定，是多重记录的两种数据相互不干涉所需要的条件。这是用于独立地记录多重记录的两个驻波的条件。这样进行记录，不仅提高记录密度、再生速度，还能够同时提高记录速度。

(12)在(11)的单元中，作为不相干的两个光束的生成单元，采用以下结构：分割来自单一光源的光束，伴随比光源的相干长度足够大的光路长度差进行合波。光源的相干长度意味着在把来自该光源的光束二分来进行合波干涉时，干涉光的加强程度和减弱程度的强度差与合波时的光路长度差为零时相比成为一半的光路长度差。当伴随比相干长度足够大的光路长度差对分割的两个光束进行合波时，两个光束之间的相位关系不恒定，在不相干状态下合波。经过使用这样的结构，就能够以单一的光源生成不相干的两个光束，能够低成本地进行多重/同时记录。在此，足够大的光路长度差意味着伴随这样的光路长度差重叠的两个光束相互不干涉的光路长度差。

(13)在(11)的单元中，作为不相干的两个光束的其他的生成单元，使用了来自以同一波长振荡的、不同的两个光源的光束。由此，能够以简单的结构进行多重/同时记录。

(14)在(10)的单元中，在作为记录介质使用了设置有反射光束的镜面的记录介质时，作为驱动结构从同一方向入射记录时的两个光束。在现有技术中，在这样的从同一方向入射的结构中，需要两个光束的偏振状态相同，所以为了从同一方向入射，在由分束器等进行合波的时刻必然损失一半的光量，所以光利用效率低。对此由本单元能够使两个光束的偏振方向垂直，例如，由偏振分束器进行合波，能够避免上述光量的损失，能够提高记录时的光利用效率。

此外，使用上述再生装置，再生在记录介质上记录的信息的方法、使用上述记录装置，在记录介质中记录信息的信息记录方法也具有与上述相同的效果。

由以上的结构，在再生中，能够在确保高信噪比的状态下得到多值度高的再生信号，在记录中能够使用表示线性响应的元件，多值度提高，结果，能够实现高速高密度的记录再生。

附图说明

图1是本发明的基本的实施方式。

图2是说明偏振调制器的详细的图。

图3说明由相向的两个光束生成驻波的图。

图4说明偶氮苯分子通过光照射进行定向的图。

图5是表示光相位调制和光源的发光图案的关系的图。

图6是表示记录介质中的信号光、参照光、伺服光的样态的图。说明根据记录的驻波的位置来调制再生光的相位。

图7是说明由偏振分束器对再生光和再生参照光进行合波的样态的图。

图8是对偏振角进行再生的信号处理电路的框图。

图9是检测三个干涉光时的干涉光学系统的图。

图10是本发明与现有技术的偏振角的再生信号模拟结果。

图11是表示把来自参照光的记录介质的透过光使用为信号光使用的其他实施方式的图。

图12是表示进行偏振调制、强度调制、光相位调制的其他实施方式的图。

图13是说明经过光相位调制记录的驻波的变化的图。

图14是说明从经过光相位调制记录的驻波产生的再生光的相位发生变化的图。

图15是对偏振角、相位值、强度值进行再生的信号处理电路的框图。

图16是光相位调制和强度调制的再生信号模拟结果。

图17是使记录时的信号光和参照光的偏振状态进行两种变化来进行多重记录。

图18是对多重记录的相位/强度调制信号进行再生的信号处理电路的框图。

图19是说明经由圆偏振光的信号光、参照光来记录驻波的原理的图。

图20是多重记录的相位/强度调制信号的再生信号模拟结果。

图21是同时进行多重记录的其他实施方式的结构图。

图22是表示使用两个光源同时进行多重记录的其他实施方式的图。

图23是从记录介质的同一方向对信号光/参照光进行入射的其他实施方式的结构图。

图24是表示信号光/参照光从记录介质的同一方向入射时的记录介质中的信号光、参照光、伺服光的样态的图。

图25是在页数据记录全息图中进行光相位调制的现有技术的结构图。

图26是表示现有实施例中的记录时、再生时的基于空间光调制的调制图案的图。

图27是在页数据记录全息图中进行偏振调制和偏振多重记录的现有技术的结构图。

图28是说明在现有技术中进行多值调制时信噪比降低的图。

图29是表示本发明的装置的信号处理部的结构的图。

图30是表示本发明的差分检测器的结构的图。

图31是表示本发明的再生装置的结构的图。

具体实施方式

(实施例1)

以下使用图1说明本发明的实施方式。

图1是本发明的基本实施方式。首先说明记录时的动作。根据来自微处理器101的指示，驱动器102对于激光二极管103进行与后述的驱动器104进行的信号调制同步的脉冲状的驱动，使激光二极管103脉冲发光。该光束通过准直透镜105成为平行光，在透过了半波板106之后入射到偏振分束器107。偏振分束器107具有使入射到分离面的p偏振光大体100％透过、使s偏振光大体100％反射的功能。来自激光二极管的光束的偏振状态成为p偏振光，此外，在记录时设定半波板106的光轴方向相对于水平面为0度，在偏振分束器107中全部的光束透过。然后，光通过偏振调制器108，经由与上述激光二极管103的脉冲发光同步地驱动的驱动器104，在对偏振状态进行调制后入射到无偏振分束器109中，分割为透过光和反射光。在此，透过光保持由偏振调制器进行调制后的偏振状态，反射光与在镜面的反射相同地、偏振方向左右反转(另外，该偏振变化与在p偏振光和s偏振光之间产生180度的相位差等价)。把该透过光(以后被称为信号光)、反射光(以后被称为参照光)用于记录。

在偏振调制器中，由编码电路110把从微处理器101发送的用户数据编码为多级，并将其发送给驱动器104成为偏振调制器中的调制信号。偏振调制器把输入的直线偏振光的光变换为预定的直线偏振光，在本实施例中，成为使用了电光元件的图2那样的结构。输入到调制器中的p偏振光的光通过把轴向设定为相对于水平偏振光为22.5度的半波板201，成为相等地包含p偏振光成分和s偏振光成分的45度方向的直线偏振光。当通过Jones矢量表示该状态时，成为

(数学式1)

$\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}1\\ 1\end{array}\right)$

第一成分表示p偏振光成分，第二成分表示s偏振光成分。然后，光束通过电光元件202，生成与驱动电压相对应的、s偏振光成分相对于p偏振光成分的相位差φ。在此，光束的偏振状态成为

(数学式2)

$\left(\begin{array}{cc}1& 0\\ 0& e^{\mathrm{i\φ}}\end{array}\right)\left(\begin{array}{c}1/\sqrt{2}\\ 1/\sqrt{2}\end{array}\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}1\\ e^{\mathrm{i\φ}}\end{array}\right)$

最后，光束通过把轴向设定为相对于水平方向为45度的四分之一波板203。此时的偏振状态成为

(数学式3)

$\frac{1}{2}\left(\begin{array}{cc}1& i\\ i& 1\end{array}\right)\frac{1}{\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}{e}^{\mathrm{i\φ}/2}\\ e^{-\mathrm{i\φ}/2}\end{array}\right)=\frac{1}{2\sqrt{2}}\left(\begin{array}{c}{e}^{\mathrm{i\φ}/2}+{\mathrm{ie}}^{-\mathrm{i\φ}/2}\\ {\mathrm{ie}}^{\mathrm{i\φ}/2}+e^{-\mathrm{i\φ}/2}\end{array}\right)=i\left(\begin{array}{cc}\cos & (\frac{\mathrm{\φ}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4})\\ \sin & (\frac{\mathrm{\φ}}{2}+\frac{\mathrm{\π}}{4})\end{array}\right)$

根据电光元件202中的光相位调制φ所输出的光的直线偏振方向变化，实现偏振方向的调制。偏振光的旋转角相对于电光元件202中的产生相位差φ为φ/2(单位为弧度)。在此重要的是电光元件的光相位调制量与偏振光的旋转角严格地成为线性关系。进而，与电光元件的驱动电压相对的相位变化也大体为线性，所以相对于驱动电压的偏振角的变化为线性的响应。这意味着即使在多值度高的情况下也能够精度良好地进行调制。在本实施例中作为8值的调制，如同0、±π/8、±π/4、±3π/8、±π/2这8种方式调制由电光元件202产生的相位差φ，把p偏振光方向设为0°，产生了0、±11.25°、±22.5°、±33.75°、±45°这8种直线偏振光。作为偏振调制器不限于此，还可以使用其他磁光元件。

另外，把偏振调制器插入到信号光和参照光各自的光路中，即使进行相同的偏振也能够实现相同的偏振调制。在本实施例中，在把光束分割为信号光和参照光之前的状态下进行偏振调制，将偏振调制器的个数抑制为最小限度，使光学系统简化。

信号光通过光束采样器111(透过率90％以上，反射率10％以下)和中继透镜112，在德拉沃镜(galvano mirror)113处反射，然后经由物镜114在记录介质115中聚光。另一方面，参照光通过中继透镜116，在分色镜117处反射，然后经由物镜118在记录介质115中聚光。

信号光和参照光在记录介质115中在同一场所聚光。于是，如图3所示，光的行进方向相对，经过在同一方向上电场进行振动的偏振状态的信号光、参照光的干涉，在光强度分布中产生驻波(干涉条纹)。信号光、参照光在焦点附近功率密度急剧升高，所以如图3(a)所示，成为驻波实质上局限在聚集点附近的状态。记录介质117是偏振光感应性的介质，根据在该驻波的各位置的偏振状态和强度产生双折射，把干涉条纹的图案记录为介质的双折射的空间分布。

在此，叙述本发明的记录原理。在本发明中使用的偏振光感应性的记录介质是产生以照射的光的偏振方向作为轴的双折射的介质。作为具体的例子，已知在侧链中具有偶氮苯的丙烯酸类的聚合物。进行光照射前的介质的分子结构如图4(a)那样成为各个偶氮苯分子朝向随机方向的状态，不具有光的各向异性。当对该介质照射光时，如图4(b)那样各偶氮苯吸收照射光的能量，定向为与照射的光的偏振方向垂直的方向。在此，因为偶氮苯是细长形的分子，所以在长度方向和与其垂直的方向上折射率不同。因此，光照射后的图4(b)的状态的介质在分子的定向方向和与其垂直的方向上具有不同的折射率，产生各向异性。此外，各向异性的大小与定向的分子的数量成比例，所以与照射的光强度(能量密度)成比例。

在此，如上所述，考虑在记录介质上产生图3所示的光的驻波的情况。在本实施例中成为照射的两个光束在同一方向上振动的偏振状态(即，例如如果一方的光束从光的行进方向观察为45度方向的偏振光，则另一方的光束的偏振光从光的行进方向观察就成为-45度)。因此，产生的驻波也在同一方向上振动。此时，经过上述处理，如图3(b)那样在大于照射前的折射率的方向上，与驻波的强度分布同样地对驻波的振动方向(偏振方向)的折射率进行调制。原因在于，记录前的折射率是介质分子的长度方向的折射率和短方向的折射率的平均值，所以如果经过定向在记录中使用的光的偏振方向的折射率增大，则与其垂直的方向的折射率减小。在此，考虑对如此进行了记录的介质照射光来再生信号的情况。此时，照射的光的、记录时的驻波的振动方向的偏振方向和与其垂直的成分分别根据图3(b)那样的折射率分布而散射，产生返回光。已知该散射的光的电场一般与折射率的调制量(即，从照射前的折射率到照射后的折射率的变化量)成比例。在此，根据图3(b)可知，在上述两个偏振方向上，折射率的调制量恰好大小相同，符号相反。这意味着在上述两个偏振方向上，散射光的相位分别相差π。实际上如同对于照射光，在镜处向相反方向反射那样产生散射光，结果，散射光成为与在镜处反射照射光、并且透过半波板等价的状态。并且，记录时的照射光的偏振方向成为该虚拟的半波板的轴向。因此，调制记录时的照射光的偏振方向，调制再生时的返回光(散射光)的偏振方向，检测该返回光的偏振方向，由此就能够再生记录信息。

在此，详细叙述发光脉冲和偏振调制器104的调制。希望在把一个偏振调制信号记录在记录介质的期间，调制偏振为恒定值。如果不是这样，则在一个部位记录与多个不同的偏振方向对应的干涉条纹，成为再生信号电平降低或产生再生信号的误差的原因。因此，如图5那样，可以在光源为发光状态的期间固定偏振调制器的调制相位，在不发光的状态时切换为下一个调制相位。

返回图1，说明用于稳定地进行记录动作的伺服机构。激光二极管119是以与激光二极管103不同的波长进行振荡的激光二极管，根据来自微处理器101的指示，由驱动器120进行驱动，出射p偏振光的光束(以后，把该光束称为伺服光)。在本实施例中，将激光二极管103的波长设为405nm，将半导体激光器119的波长设为650nm。该光束在通过准直器成为平行光后，通过偏振分束器122和四分之一波板123，成为右圆偏振光，然后入射到分色镜117。分色镜117具有反射波长405nm的光、透过650nm的光的性质，由此使参照光和伺服光同轴。伺服光经由物镜118在记录介质115中形成的伺服层中聚光(参照图6)。伺服层与记录型的CD、DVD等相同形成了槽，由象限检测器124检测来自伺服层的反射光，把伺服信号反馈给物镜执行器，由此能够进行聚焦伺服和寻轨伺服。在本实施例中，作为聚焦伺服采用像散法，作为寻轨伺服采用推拉法。此时，因为参照光与伺服光同轴，所以确保在记录介质上的焦点的相对位置。因此，能够恰当地设定中继透镜112、116，在相对于伺服层一定距离的平面内记录干涉条纹。此外，使构成中继透镜的一方的透镜在光轴方向上移动，由此参照光的焦点的光轴方向的位置发生变化。由此，能够在一样的记录介质中进行多层记录。另外，设计中继透镜112、116，以便在各设定中消除在记录介质中产生的球面像差，进行衍射极限的聚光。

另外，在本实施例中，与用于生成信号光、参照光的激光二极管103相独立地使用用于生成伺服光的光源，但是这并非是本发明必须的结构，例如也可以从同一光源产生信号光、参照光、伺服光。

另一方面，需要使信号光在记录介质中在与参照光相同的焦点聚光。为此，使用透过了记录介质114的参照光进行伺服驱动。具体地说，由光束采样器把通过了记录介质115的参照光导入象限检测器125来进行检测，以像散法控制物镜114的光轴方向位置，以径向的推拉法控制物镜114的径向位置，以切向的推拉方法控制德拉沃镜113的切向的角度。由此，能够使参照光和信号光的光束完全一致(仅移动方向相反)，经由使信号光的焦点与参照光的焦点一致能够有效地产生驻波。

然后，说明再生时的动作。激光二极管103进行DC发光，通过半波板106后入射到偏振分束器107。在此，再生时把半波板的光轴方向设定为相对于水平方向22.5度，成为45度偏振光的光束的p偏振光成分透过偏振分束器107，s成分反射。s偏振状态的反射光由于轴向为22.5度的半波板126而成为45度偏振光，入射到偏振分束器127。以后，把该光束称为再生参照光。p偏振状态的透过光通过没有被施加驱动电压的状态(即，不进行调制的状态的)偏振调制器108，入射到无偏振分束器109，被分割为透过光和反射光。在此，再生时仅使用透过光或反射光中的某一方。在本实施例中因为使用反射光，所以使用未图示的遮光器遮挡透过光。上述反射光遵循与记录时的参照光相同的光路，与记录时相同地、由激光二极管119的光束经由被伺服控制的物镜118在记录介质115上聚光。在此，恰当地设定中继透镜116，由此使参照光在预定的记录层上聚光。

在此，如果在记录时把驻波记录为记录介质115的折射率变化的场所照射参照光，由于周期的折射率变化而产生反射光。并且，受到与记录时的偏振方向所对应的轴向的半波板相当的相位变化，对反射光进行偏振调制。以后，把该反射光称为再生光。在本实施例中，把记录时的参照光的偏振方向调制为0°、±11.25°、±22.25°、±33.25°、45°这8种，因此把再生光的偏振方向调制为0°、22.5°、45°67.5°、90°、12.5、135°、以及157.5°这8种。

再生光遵循与照射在记录介质115中的光相反的光路，入射到无偏振分束器109被分割为透过光和反射光，但是在再生中仅使用透过光。该透过光从与再生参照光不同的方向入射到偏振分束器127。在此，因为偏振分束器127使p偏振光透过，反射s偏振光，所以如图7所示，再生光的p偏振光成分和再生参照光的s偏振光成分成为同轴成为一个光束(以后称为第一干涉光束)，此外，再生光的s偏振光成分和参照光的p偏振光成分成为同轴而成为另一个光束(以后称为第二干涉光束)。这些光束分别入射到检测光学系统128、129中。第一干涉光束由无偏振分束器130二分为透过光、反射光。透过光通过把光轴设为相对于水平方向22.5度的半波板131，偏振光旋转45度，然后由沃拉斯顿棱镜(Wollaston prism)132分离为p偏振光成分和s偏振光成分。分离后的光束分别入射到差分检测器133的两个光电二极管134、135中，从差分检测器133输出与强度的差成比例的电信号。同样地，在无偏振分束器130反射的光束在通过了把光轴设定为相对于水平方向45度的四分之一波板136之后，由沃拉斯顿棱镜137分离，同样地由差分检测器138检测。如后所述，由沃拉斯顿棱镜132、137分离后的波束都是再生光和再生参照光干涉后的干涉光，差分检测器133、138的输出是抽出了干涉成分的输出。此外，采用与干涉光学系统128相同结构的干涉光学系统129来与第一干涉光束同样地检测第二干涉光束，，并由差分检测器139、140输出再生光和再生参照光的干涉成分。

差分检测器133、138、139、140的输出被发送给数字信号处理电路141，在此作为再生信号得到再生光的偏振方向(偏振角)。图8表示信号处理电路141的框图。差分检测器133、138、139、140的输出(分别设为D1、D2、D3、D4)由未图示的AD变换器变换为数字信号，然后，发送给复电场运算电路801，在此，关于再生光的p偏振光成分、s偏振光成分，作为运算结果输出(根据再生参照光进行放大后的)振幅的大小和(以再生参照光为基准的)相位。即，根据该运算结果确定再生光的电场状态。把这些运算结果中的相位的运算结果发送给符号判别电路802。在此，比较p偏振光成分和s偏振光成分的相位的大小，由此来判别p偏振光成分和s偏振光成分是相同相位还是相反相位，在为相同相位时输出+1，在为相反相位时输出-1。根据该判别，能够区别例如±45°偏振光。最后，把p偏振光、s偏振光各自的振幅的大小、上述相位的判别结果发送给偏振角运算电路803，最终地输出再生光的偏振光的角度(偏振值)。

把得到的偏振值发送给解码电路143变换为用户数据，经由微处理器101发送给上位装置144。

在此，叙述由检测光学系统131再生偏振调制信号的原理。首先，叙述检测光学系统128的动作。入射到检测光学系统128中的光束包含作为p偏振光成分的再生光和作为s偏振光成分的再生参照光，所以当以Jones矢量表示该偏振状态时，成为

(数学式4)

$\left(\begin{array}{c}{E}_{\mathrm{sp}}\\ E_r\end{array}\right)$

在此，Esp是再生光的p成分的电场，Er是再生参照光的s成分的电场。此外，该矢量的第一成分表示p偏振光，第二成分表示s偏振光。该光束透过无偏振分束器，并通过了半波板133后的Jones矢量成为

(数学式5)

然后，因为由沃拉斯顿棱镜134分离为p偏振光成分和s偏振光成分，所以分离后的光束的电场分别成为

(数学式6)

$\frac{1}{2}(E_{\mathrm{sp}}-E_r)$

(数学式7)

$\frac{1}{2}(E_{\mathrm{sp}}+E_r)$

成为再生光和再生参照光的重叠，即成为干涉光。另外，在无偏振分束器132处反射了的光在通过了四分之一波板138之后的Jones矢量成为

(数学式8)

然后，因为由沃拉斯顿棱镜139分离为p偏振光成分和s偏振光成分，所以分离后的光束的电场分别为

(数学式9)

$\frac{i}{2}(E_{\mathrm{sp}}+{\mathrm{iE}}_r)$

(数学式10)

$\frac{1}{2}(E_{\mathrm{sp}}-{\mathrm{iE}}_r)$

依旧还是再生光与再生用参照光重合，即成为干涉光。因此，四个分光145、146、147、148的强度分别成为

(数学式11)

${\left|\frac{1}{2}(E_{\mathrm{sp}}-E_r)\right|}^2=\frac{1}{4}{\left|E_{\mathrm{sp}}\right|}^2+\frac{1}{4}{\left|E_r\right|}^2-\frac{1}{2}\left|E_{\mathrm{sp}}{E}_r\right|\cos {\mathrm{\Δ\φ}}_p$

(数学式12)

${\left|\frac{1}{2}(E_{\mathrm{sp}}+E_r)\right|}^2=\frac{1}{4}{\left|E_{\mathrm{sp}}\right|}^2+\frac{1}{4}{\left|E_r\right|}^2+\frac{1}{2}\left|E_{\mathrm{sp}}{E}_r\right|\cos {\mathrm{\Δ\φ}}_p$

(数学式13)

${\left|\frac{i}{2}(E_{\mathrm{sp}}+{\mathrm{iE}}_r)\right|}^2=\frac{1}{4}{\left|E_{\mathrm{sp}}\right|}^2+\frac{1}{4}{\left|E_r\right|}^2+\frac{1}{2}\left|E_{\mathrm{sp}}{E}_r\right|\sin {\mathrm{\Δ\φ}}_p$

(数学式14)

${\left|\frac{1}{2}(E_{\mathrm{sp}}-{\mathrm{iE}}_r)\right|}^2=\frac{1}{4}{\left|E_{\mathrm{sp}}\right|}^2+\frac{1}{4}{\left|E_r\right|}^2-\frac{1}{2}\left|E_{\mathrm{sp}}{E}_r\right|\sin {\mathrm{\Δ\φ}}_p$

第一项、第二项分别表示再生光、再生参照光的强度成分，第三项是表示再生光和再生参照光的干涉的项。Δφp是以再生参照光的相位为基准的再生项的p成分的相位。因为差分检测器135、140的输出与这些分光的强度的差分成比例，所以分别表示为

(数学式15)

D₁＝η|E_spE_r|cosΔφ_p

(数学式16)

D₂＝η|E_spE_r|sinΔφ_p

成为与表示上述干涉的项成比例的输出。η是检测器的变换效率。

在此，关于另一个检测光学系统，输入的第二干涉光束的偏振状态表示为

(数学式17)

$\left(\begin{array}{c}{E}_r\\ E_{\mathrm{ss}}\end{array}\right)$

Er是再生参照光的p偏振光成分，Ess是再生光的s偏振光成分。在此，因为再生参照光在45°偏振状态下入射到偏振分束器130中，所以p偏振光成分与s偏振光成分(还包含相位)相等，使用相同的文字Er来表示。干涉光学系统的结构与干涉光学系统完全相同，所以与上述相同，干涉光学系统内部的差分检测器的输出分别表示为

(数学式18)

D₃＝η|E_ssE_r|cosΔφ_s

(数学式19)

D₄＝η|E_ssE_r|sinΔφ_s

Δφs是以再生参照光的相位作为基准的再生项的s偏振光成分的相位。

另外，在本实施例中关于检测光学系统，根据4个干涉光的强度推定了相位值，但是决定干涉光强度的参数是(1)信号光强度、(2)再生参照光强度、(3)信号光与再生参照光的相位差这三个，所以原理上经过检测三个不同相位的干涉光的强度，就能够与上述相同地推定再生光电场的强度、相位。例如，取代检测第一光束的检测光学系统128，使用图9所示的检测光学系统900。在此，由消偏振分束器901、902把入射光束分割为三个，使其中一个光束通过s偏振光相对于p偏振光产生120度的相位差的相位板903，使其他光束通过s偏振光相对于p偏振光产生240度的相位差的相位板904，三个光束全部透过仅透过45度偏振光的偏振器905、906、907，由检测器908、909、910进行检测。这些检测器的输出表示为(省略检测器的变换效率)

(数学式20)

$I_1={|\frac{1}{\sqrt{3}}{E}_{\mathrm{sp}}+\frac{1}{\sqrt{3}}{E}_r|}^2$

$=\frac{1}{3}{\left|E_{\mathrm{sp}}\right|}^2+\frac{1}{3}{\left|E_r\right|}^2+\frac{2}{3}\left|E_{\mathrm{sp}}\right|\left|E_r\right|\cos {\mathrm{\Δ\φ}}_p$

(数学式21)

$I_2={|\frac{1}{\sqrt{3}}{E}_{\mathrm{sp}}+\frac{1}{\sqrt{3}}{e}^{\frac{\mathrm{\π}}{3}i}{E}_r|}^2$

$=\frac{1}{3}{\left|E_{\mathrm{sp}}\right|}^2+\frac{1}{3}{\left|E_r\right|}^2+\frac{2}{3}\left|E_{\mathrm{sp}}\right|\left|E_r\right|\cos ({\mathrm{\Δ\φ}}_p-\frac{\mathrm{\π}}{3})$

(数学式22)

$I_3={|\frac{1}{\sqrt{3}}{E}_{\mathrm{sp}}+\frac{1}{\sqrt{3}}{e}^{\frac{2\mathrm{\π}}{3}i}{E}_r|}^2$

$=\frac{1}{3}{\left|E_{\mathrm{sp}}\right|}^2+\frac{1}{3}{\left|E_r\right|}^2+\frac{2}{3}\left|E_{\mathrm{sp}}\right|\left|E_r\right|\cos ({\mathrm{\Δ\φ}}_p-\frac{2\mathrm{\π}}{3})$

根据这些输出，进行以下的运算，由此能够分别推定再生光的p偏振光成分的电场的大小、相位。

(数学式23)

$\left|E_{\mathrm{sp}}\right|\left|E_r\right|=\sqrt{{(I_{\mathrm{PD}1}-\frac{I_{\mathrm{PD}2}+I_{\mathrm{PD}3}}{2})}^2+3{\left(\frac{I_{\mathrm{PD}2}-I_{\mathrm{PD}3}}{2}\right)}^2}$

(数学式24)

${\mathrm{\Δ\φ}}_p=\frac{\sqrt{3}(I_2-I_3)}{{2I}_1-I_2-I_3}$

关于第二干涉光束，完全同样地进行，结果能够确定再生光的复振幅，能够再生偏振角。

以上说明了检测三个不同相位的干涉光强度的例子，但是可以如此调整相位、偏振光，检测4个、5个等3个以上的多个相位的干涉光强度。

在此，说明根据本发明能够进行多值度比目前(专利文献9)高的偏振调制信号的记录/再生。首先，本发明中的输出D1、D2、D3、D4成为与参照光的电场的绝对值相乘后的形式。因此，提高参照光的强度，由此就能够提高输出信号电平，针对检测器的放大器噪音能够确保高的信噪比，多值等级的识别变得容易，所以能够提高多值度。此外，本方式能够检测再生光p偏振光成分、s偏振光成分的相位，所以能够识别例如+45°偏振光和-45°偏振光。因此，能够识别任意的直线偏振光，与目前0°到90°的范围的偏振调制相比，偏振调制的范围成为2倍，原理上能够进一步提高多值度。另外，在本实施例中对直线偏振光的情况进行处理，但是根据本实施例的再生方法，能够识别任意的偏振状态。

图10(a)表示本实施例的再生信号的模拟结果。横轴表示时间，纵轴表示再生后的直线偏振光的偏振角。再生后的偏振角成为与调制时的偏振角0°、22.5°、45°、67.5°、90°、112.5°、135°、157.5°这8个值接近的值，能够不产生识别误差而正确地再生偏振角。与此相对，在图10(b)中表示对于与本实施例相同的再生光，如专利文献9那样，仅测定p偏振光和s偏振光成分的强度而再生偏振角时的再生信号的模拟结果。此时，如上所述，例如无法区别±45°偏振光，所以把再生的偏振角限定为0°到90°的范围。此外，因为再生信号电平微弱，所以再生信号的误差大，在再生的偏振角中产生识别误差而无法正确地进行偏振角的再生。在本发明的方法中即使信号微弱，经由增大参照光的强度，能够实现信号电平的增强，由此，即使是图10(a)那样微弱的再生信号，也能够充分抑制噪音。

另外，在本实施例中，在记录时，使来自激光二极管103的光束分支生成信号光、参照光，从记录介质的相反侧入射，但是信号光、参照光的生成方法和它们的入射方法并不限于此。例如，如图11那样，可以把最初入射到记录介质的光束作为参照光，把透过了记录介质的参照光作为信号光。此时，信号光由镜1101反射，反向遵循相同的光路，再次入射到记录介质与参照光干涉。此外，如专利文献8那样，可以使信号光与参照光同轴，从同一方向入射到记录介质，相对于一方的光，经过在记录介质的背面构成的镜面反射另一方的光束，使其从相反方向在同一焦点聚光。

在本实施例中，作为偏振调制设为使信号光和参照光在同一方向上振动的直线偏振光，但调制方法不限于此。例如，如专利文献9那样，可以固定参照光的偏振光，仅调制信号光的偏振光，即使这样也能够同样地进行偏振信息的记录/再生。但是，本实施例的偏振调制与专利文献9相比，由于为了在再生时得到同一偏振状态的记录时的偏振旋转量为一半，所以在光相位调制器202中的光相位调制量被限制的情况下等有效。

另外，在本实施例中，向记录介质的数据记录、再生都能够进行，但是还可以使用结构的一部分作为再生装置。更具体地说，如图31那样，可以从图1的结构中省略偏振调制器108及其驱动器104、光束采样器111、中继透镜112、德拉沃镜113、物镜114、象限检测器125等仅在记录时使用的构成要素。

(实施例2)

本实施例除了实施例1中的偏振调制之外，还期待经过调制信号光的相位、强度来进一步增大多值度。图12表示了全体结构图。此时，在记录时由编码电路110生成向驱动器104的调制信号以及向驱动器102、1202的调制信号。激光二极管103通过驱动器102进行与调制信号对应的发光强度的调制，光相位调制器1202通过驱动器1201调制透过的光信号的相位(另外，激光二极管103与实施例1相同，进行脉冲发光，所以脉冲的峰值强度的大小被调制)。在本实施例中，关于激光二极管103的强度调制，使强度比成为1∶2的2值，使光相位调制器1202的光相位调制成为0、π/4、π/2、3π/4、π、5π/4、3π/2、7π/4这8个值。进而，在光相位调制中，为了得到后述的稳定的再生信号，进行差分编码。即，把某个调制相位的值和之前的调制相位的差作为记录信号。其他动作基本上与实施例1相同。

如上所述，调制后的信号光、参照光与实施例1相同在记录介质115上聚光，把两者的干涉产生的驻波的强度分布作为折射率变化进行记录。在此，在信号光进行了光相位调制时，作为驻波的增强的位置(相位)的变化记录调制后的相位值。图13表示在信号光、参照光的聚光部位的驻波的二维强度分布。横向是信号光、参照光的光轴方向，纵向是与其垂直的(任意的)方向，颜色浓的部分强度大。图13上部的强度分布是光相位调制为0时的强度分布，图13下部的是光相位调制为2πΔ1/λ(λ为光信号、参照光的波长)，即由光相位调制器1202对光路长度调制Δ1时的强度分布。如图13所示，对于光路长度的调制Δ1，驻波的峰值位置移动Δ1/2。当对于把这样的强度分布记录为介质的折射率变化的介质，照射光时，如图14(b)那样，与光轴方向的位置变化了Δ1/2的镜反射光几乎相同，如图14(a)那样对再生光进行光路长度调制Δ1。因此，记录时调制后的相位被再生为再生光的相位。

在此，重要的是调制的光路长度(相位)与记录的驻波的峰值位置的移动量成为严格的线性关系，其比例系数与记录介质或光学系统无关。在专利文献1等现有的多级记录方式中，记录介质对于光强度等调制等级的响应不是线性，或者由于比例系数依从介质或光学系统，所以难以精度良好地记录多值等级。与此相对，在本发明的方式中，如上所述精度极好地在记录状态中反映调制量，所以能够简单地进行高精度的记录，其结果容易提高多值度。

另外，在上述中，表示了进行8值的光相位调制的例子，但并不限于此。

此外，关于强度调制，与激光二极管103的强度成比例、上述的驻波的强度分布一样地变化，所以记录为记录介质的折射率变化的大小。因此在再生时，再生为再生光的强度。

然后，说明再生时的动作。直到由检测光学系统128、129生成4个差动信号D1、D2、D3、D4为止，与实施例1完全相同。图15表示本实施例中的信号处理电路141的框图。与实施例1相同，由复电场运算电路801确定了再生光的电场振幅，所以不仅能够推定偏振角，还能够推定相位和强度。关于相位值，在相位推定电路1501中，根据p偏振光、s偏振光各自的相位值φ1和φ2、偏振角的推定值p，按照以下的表1输出推定值。

表1

此外，强度值在强度推定电路1502中是作为把p偏振光、s偏振光各自的振幅的大小的平方值相加后而取得的值。

把上述信号处理电路的输出发送给解码电路143，根据由信号处理电路141得到的偏振角、相位值、强度值对用户数据进行解码。在此，关于相位值，根据与之前的相位推定值的差分来进行解码。把输出的用户数据经由微处理器101发送给上位装置144。

在此，详细叙述差分编码。由信号处理电路得到的相位φ实际包含调制相位以外的成分，正确地表示为

(数学式25)

Φ＝φ_s+φ_r1+φ_r2

在此，φs是由光相位调制器调制后的相位，φr1是与进行了记录的时刻的信号光和参照光的光路长度差(除去光相位调制量)对应的相位差，φr2是与再生时的再生光和再生参照光的光路长度差(除去了光相位调制量)对应的相位差。φr1、φr2主要是分别根据记录时和再生时的记录介质的面摆动(光轴方向的位移，100μm级别)而产生的。并且，它们随时刻变动。但是，在本发明中，相对于面摆动的速度为数十千赫至数百千赫左右，以数十兆赫至数百兆赫写入数据，所以在相邻的写入位置(符号)φr1、φr2大体恒定。因此，把相邻符号间的差作为解码信号，由此就能够不受上述不需要的相位成分φr1、φr2的影响地再生信号。

在此，说明由本发明的相位检测方法得到比目前高的信噪比。一般，在光信息再生装置中，把主要的再生信号的噪音分类为激光器噪音、盘噪音、检测器噪音(放大器噪音)、散粒噪音(在页数据的全息存储器中，还有散射的光的噪音成为问题)。在专利文献1或CD、DVD等市售的光盘等大部分现有技术中，将再生时从记录介质反射的光强度的变化读取为信号。因此，把光源的发光强度的摆动即激光器噪音作为噪音与再生信号相加，有可能成为信噪比降低的原因。此外，如关于专利文献7已经叙述的那样，在从4个输出取得相位值时，激光器噪音产生相位值的误差。与此相对，在本实施例中得到的相位值的再生信号因为是与光源的强度无关的输出，所以不受激光器噪音的影响。在此，重要的是同时生成4个分光，(时间上)同时得到差分检测器的输出。由此，即使再生光或再生参照光的强度变动了，分光也一样地进行变动，因此在输出相位值的运算中始终消除上述强度变动，成为不受激光器噪音的影响的输出。然后，盘噪音是记录介质的反射率的摆动，相对于将从记录介质反射的光强度的变化读取为信号的方式，与激光器噪音相同地成为摆动成分。但是，在本发明中，与激光器噪音的情况相同地消除，抑制盘噪音的影响。检测器噪音与检测的光无关，是检测器具有的噪音，由于记录介质的反射率小等原因，在检测的光的光量小时成为问题。与此相对，在本发明中通过使再生参照光的光路足够大，就能够抑制检测器噪音的影响。原因在于，虽然检测器噪音是以与差分检测器的输出信号相加的形式表现的，但是(除检测器噪音以外的)差分检测器的输出信号的大小与再生参照光的电场的绝对值成比例，所以可以经过增大再生参照光的强度来相对地减小检测器噪音的大小。另外，在本实施例中，差分检测器如图30那样，成为经由跨阻放大器3001对入射到两个光电二极管中的分光的光电流的差进行电流-电压变换的电流差动型的结构。根据本结构，即使在为了得到足够的输出等级而提高了再生参照光的强度的情况下，基于再生参照光自身的强度的光电流在两个光电二极管中相等，被消除，所以在跨阻放大器中不产生饱和，能够得到足够的输出信号等级，能够有效地抑制放大器噪音的相对的大小。此外，在上述的差分检测器的结构中，对于两个光电二极管对应1个跨阻，所以如通常的检测器那样，使用4个用跨阻对光电二极管的光电流进行电流-电压变换后的输出来进行运算，由此能够将检测器噪音降低3dB，在这一点上有效地抑制放大器噪音。

如此，本实施例的再生方法在原理上具有对难以消除的散粒噪音以外的噪音进行充分地抑制的效果，与现有技术相比能够大幅提高信噪比，所以能够大幅提高多值度，能够急剧地提高向记录介质的数据记录容量和传送率。

图16是本实施例中的相位值、强度值的参照信号的模拟结果。在图中，作为信号点配置了复数平面状地再生的光电场，各点的绝对值为强度值的平方根，参数成为相位值。可知全部的信号点也精度良好地对调制信号进行解调，正确地得到再生信号。此外，与这些相位值、强度值一起，还同时再生图10所示的偏振角。

另外，在本实施例中，除了偏振角之外，还同时调制了相位和强度，但是可以仅进行光相位调制或强度调制中的某一个。此外，可以在光相位调制值和强度调制值中存在相关，例如，可以像QAM(正交振幅调制)那样，是在复数平面中格子状地配置被调制的电复振幅(electric complex amplitude)的调制。QAM是独立地调制电复振幅的实部成分和虚部成分的方式，但是如上所述，能够捕获光相位调制值和强度调制值具有相关的相位/强度调制。

在本实施例时也和实施例1相同，能够使用结构的一部分作为再生装置。具体地说，如图28那样，可以从图1的结构中省略偏振调制器108及其驱动器104、光相位调制器1202及其驱动器1201、光束采样器111、中继透镜112、德拉沃镜113、物镜114、象限检测器125等仅在记录时使用的构成要素。

(实施例3)

本实施例经过使记录时的偏振状态进行两种变化，实现多重记录。图17表示本实施例的结构图。首先，说明记录时的动作。基本的动作与实施例2相同，作为信号调制不进行偏振调制，而是仅进行光相位调制和强度调制。在此，使用轴向为45°的四分之一波板1701、1702，作为信号光、参照光的偏振状态，设定为从光的行进方向观察时分别成为右圆偏振光(right circularpolarization)、左圆偏振光(left circular polarization)，入射到记录介质115中。在这样的偏振状态下，在记录介质中，与实施例1、2同样地记录信号光、参照光的干涉光(以后将该动作称为第一记录)。之后，使四分之一波板1701、1702的轴方位分别各变化90°，使在记录介质聚光的信号光、参照光的偏振状态(从光的行进方向观察时)分别成为左圆偏振光、右圆偏振光。在该偏振状态下，在记录介质115中再次记录信号光、参照光的干涉光(以后将该动作称为第二记录)。此时，在第一次的偏振状态的设定中在与记录的场所相同的场所重叠地进行记录。即，进行多重记录。

作为再生时的动作，与实施例1、2相同，从参照光和信号光的某一方的光路向记录介质照射光束，由检测光学系统128、129检测反射光(在本实施例中，使用参照光的光路)。在此，把四分之一波板1702的轴方位设定为0度，向记录介质照射p偏振光(即，右圆偏振光和左圆偏振光的重合)的光。于是，根据通过上述第一记录所记录的干涉条纹，来反射照射光的右圆偏振光成分，生成右圆偏振光的再生光。同样地，根据由上述第二记录所记录的干涉条纹来反射左圆偏振光成分，生成左圆偏振光的再生光。这些右圆偏振光和左圆偏振光的再生光成为同轴，遵循与上述照射光相反的光路。在此，因为通过四分之一波板1702，所以右圆偏振光成为+45°的直线偏振光，左圆偏振光成为-45°的直线偏振光。进而，在入射到偏振分束器127之前，通过轴方位为22.5°的半波板1703，在把再生光中的、在从记录介质115出射的时刻为右圆偏振光成分的再生光变换为p偏振光，把为左圆偏振光成分的再生光变换为s偏振光的状态下，入射到偏振分束器127。然后，再生光与实施例1、2相同，与+45度的直线偏振光的参照光合波，由检测光学系统128、129检测信号D1、D2、D3、D4。在此，如图7所示，因为向检测光学系统128引导再生光的p偏振光成分，向检测光学系统129引导s偏振光成分，所以D1、D2成为对由第一记录所记录的信号进行解调后的信号，D3、D4同样地成为对由第二记录所记录的信号进行解调后的信号。把这些输出信号发送给信号处理电路141。在此，信号处理电路141的框图成为图18那样，根据D1、D2分别推定由第一记录所记录的强度值、相位值，同样地，根据D3、D4分别推定由第二记录所记录的强度值、相位值。根据这些推定值，由解码电路143对用户数据进行解码。

在此，说明上述的多重记录、再生的原理。作为例子，考虑上述第一记录的情况。记录介质中的信号光、参照光的驻波与实施例1、实施例2不同，无论在光轴方向的哪个场所都具有相同的振幅的大小，此外，驻波的振动的方向如图19所示，根据光轴方向的位置而连续变化(表示图中的振动方向的箭头实际上表示与光轴垂直的面内的振动方向)。与此相伴，记录介质中的偶氮苯分子的定向是根据光轴方向的位置连续变化，其周期成为λ/2n(λ为信号光、参照光的波长，n为记录介质115的平均折射率)。该结构与液晶分子的定向螺旋状变化的胆固醇液晶(Cholesteric Liquid Crystal)完全相同。在这样的胆固醇液晶中，已知在为螺距2倍的波长的光入射时，在为与螺旋相反的方向旋转的圆偏振光的情况下产生相同的偏振状态的反射光，在为与螺旋相同的方向旋转的圆偏振光的情况下几乎100％透过的性质(例如，参照S.C handrasekhar著、「Liquid Crystal」，Cambridge University Press 1977年、P214-224)。

因此，在本发明中记录的记录介质也表示全部相同的性质，所以当直线偏振光的光从参照光入射的方向入射时，根据仅记录了直线偏振光的右圆偏振光成分的驻波来产生右圆偏振光的反射光，左圆偏振光成分不产生反射光而是几乎100％透过。在此，当进行第二记录时，本次产生与螺旋方向逆向的胆固醇液晶相当的偶氮苯分子的定向。经由该定向，本次选择性地反射左圆偏振光，但是不产生基于该定向的右圆偏振光的反射。因此，当在进行了第一记录和第二记录后对记录介质照射直线偏振光的光时，根据第一记录来使得右圆偏振光成分分别保持偏振状态地被反射，并根据第二记录来使得左圆偏振光成分分别保持偏振状态地被反射。进而，记录时的强度调制与定向的偶氮苯分子的数量对应，所以调制为再生时的反射率的大小。此外，记录时的光相位调制记录为上述螺旋结构的光轴方向的位置，所以与实施例2完全相同，再生为参照光的相位变化。

图20表示本实施例的再生信号的仿真结果。图20(a)表示根据D1、D2的输出得到的电场的复数振幅(与第一记录对应)，图20(b)表示根据D3、D4的输出得到的电场的复数振幅(与第二记录对应)。分别表示得到接近调制状态的值，因为几乎没有识别误差，所以能够分离并再生对第一记录和第二记录进行了多重化的信号。

另外，在本实施例中，作为多重记录的信号光和参照光的偏振状态，处理了右圆偏振光和左圆偏振光，但是能够使用的偏振状态不限于此。例如像专利文献9那样，可以把参照光的偏振光固定为p偏振光，使信号光的偏振光变化为p偏振状态和s偏振状态来进行多重记录。在再生时，如果根据多重记录的两种驻波生成的再生光的偏振方向相互垂直，则与本实施例相同，能够分离并再生在各个驻波中记录的信息。

此外，本实施例还与实施例2相同，作为记录时的信号调制，可以是光相位调制和强度调制中的某一个调制，也可以是QAM那样的、在光相位调制值和强度调制值具有相关的调制方式。

本实施例还与实施例1相同，能够使用结构的一部分作成再生装置。具体地说，可以从图17的结构中省略光相位调制器1202及其驱动器1201、光束采样器111、四分之一波板1701、中继透镜112、德拉沃镜113、物镜114、象限检测器125等仅在记录时使用的构成要素。

【非专利文献2】S.Chandrasekhar著、「Liquid Crystal」，Cambridge UniversityPress 1977年、P214-224)

(实施例4)

本实施例是同时进行实施例3的第一记录和第二记录的其他实施方式。图21表示本实施例的结构图。此时，因为由强度调制器2101、2102进行强度调制，所以激光二极管103与实施例1相同按照恒定的峰值强度进行脉冲发光。在偏振分束器107反射的光束经由轴方位被设定为22.5°的半波板2103成为+45°的直线偏振光，然后由偏振分束器2104被分割为p偏振光成分的透过光和s偏振光成分的反射光。在此，透过光和反射光在分别经由由驱动器2105、2106驱动的强度调制器2101、2102进行强度调制后，由偏振分束器2107再次合波。在此，使用进行多模振荡的激光二极管作为激光二极管103，直到由偏振分束器2107对来自偏振分束器2104的透过光和反射光进行合波为止的光路长度差被设定为比激光二极管103的相干长度(在本实施例中为100μm左右)充分地大，合波后的p偏振光成分与s偏振光成分之间的相位关系不恒定，即没有相干，即成为不相干状态。在本实施例中，把光路长度差设为8mm。合波后的光束由无偏振分束器109分割为信号光和参照光，与实施例3相同地在记录介质115上进行记录，但是在信号光刚刚从无偏振分束器109出射之后，通过光相位调制器2108、2109(分别由驱动器2114、2115驱动)，进行分别针对p偏振光和s偏振光成分的光相位调制(能够使用电光学结晶进行针对这样特定的偏振方向的相位调制的动作)。此外，参照光由镜对2110、2111反射，经过执行器2112使该镜对在入射光束的方向上可动，由此使信号光和参照光在记录介质115中聚光的部位的光路长度差大致为零。为此，设定为根据用于驱动物镜118的聚焦误差信号来控制执行器2112，其位移量为物镜118的位移量的一半。

此时，信号光和参照光分别成为在偏振光分束器2104中的透过光和反射光相互不相干的状态下合波后的光。但是，在记录介质中的聚光部位，信号光、参照光中的、透过了偏振分束器的光束都是p偏振光并且具有相干性，产生驻波。同样地，关于信号光、参照光中的在偏振分束器反射的光束的成分，在记录介质中的聚光部位都是s偏振光并且具有相干性，所以产生驻波。因此，因来自偏振分束器2104的透过光而进行的记录对应于实施例3的第一记录，因来自偏振分束器2104的反射光而进行的记录对应于实施例3的第二记录，所以同时进行这两个记录动作。在上述透过光、反射光之间产生光路长度差是为了避免这两个光束在记录介质上干涉，由此，两个记录动作相互不干扰，能够实现理想的多重记录动作。

此外，作为再生时的动作，设定为把半波板2103的轴方位设定为0°，以便在偏振分束器2104中使全部的光束透过，不进行强度调制器2101的调制(即，不产生光强度的衰减)，但是对于其他的部分也与实施例3相同。由此，从同时进行第一记录和第二记录的记录介质115同时再生由这些记录动作所记录的信息。

(实施例5)

本实施例是同时进行实施例3的第一记录和第二记录的其他实施方式。本实施例的结构如图22所示。在本实施例中，在记录时同时使两个以相同波长进行振荡的激光二极管103、2201发光，由偏振分束器2107使其成为同轴。在此，由强度调制器2101、光相位调制器2108调制从激光二极管103出射的光束(相当于第一记录)，由强度调制器2106、光相位调制器2109调制从激光二极管2202出射的光束(相当于第二记录)。此时，与实施例4相同，信号光和参照光分别成为在偏振分束器2104中的透过光和反射光相互不相干的状态下合波后的光。并且，在记录介质中的聚光部位，信号光和参照光中的透过了偏振分束器的光束都是p偏振光，并且具有相干性，产生驻波。同样地，关于信号光、参照光中的在偏振分束器反射的光束成分，在记录介质中的聚光部位都是s偏振光并且具有相干性，所以产生驻波。

此外，在再生时激光二极管2201不发光，使激光二极管103发光。关于其他部分的动作与实施例4相同。在本实施例中，在把激光二极管103、2201的频谱线宽换算为时间单位后的值比记录时的脉冲发光的发光时间足够短的条件下，能忽视来自这两个激光二极管的光束的干涉。在本实施例中，中心波长λ＝405nm，线宽Δλ＝0.01nm，当把线宽换算为时间时，λ²/(cΔλ)＝54(ps)(c为真空中的光速)，与大约1ns的脉冲发光的时间相比足够短，所以能够实质上不产生第一记录和第二记录之间的干涉地进行理想的多重记录。

(实施例6)

本实施例是从同一方向入射处于垂直的偏振状态的两个光束来进行记录，实现光利用效率的提高的其他实施方式。本实施例的结构如图31所示。首先，在记录时，来自激光二极管103的、进行了强度调制的光束透过轴向为0度的半波板106，并由无偏振分束器109分割为作为透过光的信号光和作为反射光的参照光。信号光由光相位调制器1202进行光相位调制，然后透过中继透镜112、偏振分束器2302、轴向为45°的四分之一波板2303、分色镜117，经由物镜118在记录介质115上聚光。另一方面，参照光在通过轴向为45°的半波板2301、中继透镜116之后，在经由偏振分束器2302与信号光同轴后，与信号光相同地在记录介质115中聚光。此外，伺服光与实施例1等相同地与参照光同轴，在记录介质115上聚光。在此，记录介质中的样态如图24那样。信号光在记录介质中的预定的位置聚光，参照光在经过设置在记录介质上的反射面反射后，在与信号光相同的场所聚光。此外，与实施例1相同，伺服光在设置在记录介质上的伺服层聚光。如此，与实施例3相同，能够在信号光和参照光的聚光位置进行数据记录。此外，为了进行多重记录，把四分之一波板2303的轴向切换为45°和135°这两种，在各个设定角记录不同的数据。

在再生时，把半波板106的轴向设定为22.5°，由偏振分束器107分割为强度相等的p偏振光的透过光和s偏振光的反射光。透过光由无偏振分束器109被分割为透过光和反射光，分别与记录时相同在记录介质的记录部位聚光。但是，经过中继透镜116的调整，透过光和反射光都不在记录介质中的反射面反射，直接在记录部位聚光。于是，反射光和透过光分别产生针对多重记录的两种数据的再生光，所以与实施例3相同，经由检测这些再生光，能够同时再生多重化的数据。

在本实施例的结构中，在记录时的参照光和信号光的垂直进行偏振这一点上与现有技术(例如专利文献8)不同，经由使用偏振分束器2302使信号光和偏振光合波，能够提高记录时的光利用效率。

(实施例7)

本实施例是从与上述实施例不同种类的记录介质中取得并检测进行了偏振多值调制的再生光的其他实施例。本实施例的结构成为图31，成为省略了实施例1中的仅在记录时需要的部位的形式。记录介质在图6所示的实施例1的记录介质的构造中，在记录驻波的部位，取而代之存在与文献Optics ExpressVol.16，No.13、9622所示的相同的排列了V型槽状的坑的记录层。当对该V型槽状坑会聚圆偏振光来进行照射时，作为再生光得到在V型槽的方向上具有长轴或短轴的椭圆偏振光。作为实际的再生动作，在偏振分束器107和非偏振效应分束器109之间插入的未图示的四分之一波板，使从激光二极管103出射的光束成为圆偏振光，在记录介质115处聚光照射，由检测光学系统128、129与实施例1同样地检测作为再生光生成的反射光。在信号处理部141执行图29的框图所示的运算，作为输出，得到作为输出信号的V型槽的角度(与再生光的椭圆偏振光的长轴角度一致)。在该运算中，为了根据p偏振光和s偏振光的电场E1、E2、相位φ1、φ2，得到椭圆偏振光的长轴角度，由运算求出斯托克斯参数(stokes parameter)s1、s2，根据它们的比和符号的正负运算长轴角度。该原理在Max Born，Emil Worf著「Principles of Optics」3版、Cambridge University Press、1965、p23-36中进行了记载。

【非专利文献3】Optics Express Vol.16，No.13、9622

【非专利文献4】Max Born，Emil Worf著「Principles of Optics」3版、Cambridge University Press、1965、p23-36

(实施例8)

本实施例是从与实施例3不同的记录介质，得到偏振多重记录的再生信号的其他实施例。本实施例的结构与实施例7相同，在图28中表示。记录介质在图6所示的实施例1的记录介质的构造中，在记录驻波的部位，取而代之存在与文献Peter Zijlstra，et al.，Nature 459、410-413中所示的相同的排列了金的纳米粒子的记录层。该记录介质进行偏振多重记录，当在再生时照射p偏振光的情况和照射s偏振光的情况下，得到各个强度调制信号。作为实际的再生的动作，由在偏振分束器107和无偏振效应分束器109之间插入的未图示的半波板，使从激光二极管103出射的光束成为+45度直线偏振光，在记录介质115聚光照射，由检测光学系统128、129与实施例3同样地检测作为再生光生成的反射光。在信号处理部141中在图18中省略相位运算，分别输出p偏振光成分的强度调制信号和s偏振光成分的强度调制信号。即，对照射到记录介质的光的p偏振光成分和s偏振光成分进行各自不同的强度调制，对其分离检测，能够一并再生偏振多重记录的数据。

【非专利文献5】Peter Zijlstra，et al.，Nature 459、410-413

根据本发明，能够提供兼顾大容量和高传送率的光信息记录再生装置，能够期待在产业中广泛应用大容量录像机、硬盘备份装置、保存信息存档装置等。

Claims (13)

1.一种光信息再生装置，其特征在于，具有：

干涉光学系统，其对于由记录介质生成的再生光的相互垂直的各个偏振光成分，使所述各个偏振光成分与从光源生成的再生参照光干涉，对于所述各个偏振光成分同时生成干涉相位相互不同的三个以上的干涉光；

检测器，其检测所述干涉光；以及

信号处理部，其根据所述检测器的输出，对再生光中包含的记录信息进行解调；

其中，所述信号处理部对于所述再生光的垂直的所述各个偏振光成分，输出强度或对于再生参照光的相位这两方中的至少一方。

2.根据权利要求1所述的光信息再生装置，其特征在于，

所述信号处理部输出所述再生光的偏振角。

3.根据权利要求2所述的光信息再生装置，其特征在于，

所述信号处理部输出所述再生光的强度或对于再生参照光的相位中的至少一方。

4.一种光信息记录装置，其特征在于，具备：

使来自相对的方向的两个光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录由所述两个光束的干涉所产生的驻波的单元；以及

为了对所述光信息记录介质进行多值记录，而把所述两个光束中的至少一方的偏振光调制为多阶段的、光相位调制量与偏振光的旋转角为线性关系的偏振调制单元。

5.根据权利要求4所述的光信息记录装置，其特征在于，

所述偏振调制单元是电光调制器。

6.根据权利要求4所述的光信息记录装置，其特征在于，

所述偏振调制单元是在所述两个光束在所述记录介质中聚光的部位，进行成为在相同的方向上光电场进行振动的直线偏振状态的调制的偏振调制单元。

7.根据权利要求4所述的光信息记录装置，其特征在于，

所述两个光束是由无偏振分割单元对单一的光束进行分割来生成的，所述偏振调制单元是对所述单一的光束的偏振状态进行调制的单一的偏振调制单元。

8.根据权利要求4所述的光信息记录装置，其特征在于，

具有光相位调制单元和强度调制单元中的至少一个，该光相位调制单元对所述两个光束的至少一方的相位状态进行调制，该强度调制单元对所述两个光束的至少一方的强度进行调制，所述光信息记录装置在所述记录介质中记录所述光相位调制单元和所述强度调制单元的至少一个、与所述偏振调制单元同时进行了调制动作的状态的所述驻波。

9.一种光信息记录装置，其特征在于，具备：

使来自相对的方向的第一记录光束以及第二记录光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录因所述第一记录光束以及第二记录光束的干涉而产生的驻波的单元；以及

对所述驻波的相位和大小的至少一方进行调制的调制单元，

对于所述第一记录光束和所述第二记录光束的偏振状态的两种组合，在同一记录介质中记录由所述调制单元调制后的驻波；

其中，所述第一记录光束和所述第二记录光束是相互垂直的偏振状态，

所述光信息记录装置具备把所述第一记录光束和所述第二记录光束进行合波的偏振光合波单元，

合波后的所述第一记录光束和所述第二记录光束从同一方向入射具备对光束进行反射的镜面的记录介质。

10.一种光信息记录装置，其特征在于，具备：

使来自相对的方向的第一记录光束以及第二记录光束在光信息记录介质的大体相同部位聚光，由此记录因所述第一记录光束以及第二记录光束的干涉而产生的驻波的单元；以及

对所述驻波的相位和大小的至少一方进行调制的调制单元，

对于所述第一记录光束和所述第二记录光束的偏振状态的两种组合，在同一记录介质中记录由所述调制单元调制后的驻波；

其中，所述第一记录光束是经由把相互不相干的第三记录光束和第四记录光束进行合波来生成的光束，

所述第二记录光束是经由把相互不相干的第五记录光束和第六记录光束进行合波来生成的光束，

所述第三记录光束和所述第五记录光束在记录介质中的聚光部位相互相干，

所述第四记录光束和所述第六记录光束在记录介质中的聚光部位相互相干，

所述第三记录光束和所述第五记录光束是与所述偏振状态的组合的一方相等的偏振状态，

所述第四记录光束和所述第六记录光束是与所述偏振状态的组合的另一方相等的偏振状态，

所述调制单元包括第一调制单元和第二调制单元，所述第一调制单元对由所述第三记录光束和所述第五记录光束所产生的驻波的强度和相位的至少一方进行调制，所述第二调制单元对由所述第四记录光束和所述第六记录光束所产生的驻波的强度和相位的至少一方进行调制，

所述光信息记录装置同时进行由所述第三记录光束和所述第五记录光束所产生的驻波的记录、和由所述第四记录光束和所述第六记录光束所产生的驻波的记录。

11.根据权利要求10所述的光信息记录装置，其特征在于，

具备光学系统，其把来自单一光源的光束分割为两个光束，伴随比光源的相干长度大的延迟进行合波，进而，对该合波后的光束进行二分，生成两个输出光束，

所述两个输出光束分别是所述第一记录光束和所述第二记录光束。

12.根据权利要求10所述的光信息记录装置，其特征在于，

具备光学系统，其把来自两个光源的光束进行合波，对该合波后的光束进行二分，生成两个输出光束，

所述两个输出光束分别是所述第一记录光束和所述第二记录光束。

13.一种信息记录方法，其特征在于，

从相对的方向使两个光束在被照射的光电场的振动方向和与其垂直的方向上产生相互逆向的折射率变化的记录介质的大体相同部位聚光，使用把所述两个光束的至少一方的偏振光调制为多阶段的、光相位调制量与偏振光的旋转角为线性关系的偏振调制单元，多值记录由所述两个光束的干涉而产生的驻波。