JP2005322387A - 情報処理装置および情報記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】情報の記録時および再生時において迷光の発生を抑え、高い品質で情報の記録および再生を行うことができる情報処理装置を提供する。
【解決手段】放射光源２と、光源から出射した光束を、感光層１１ｂを有する情報記録媒体１１へ向けて収束させる集光部であって、光束を、少なくとも点光軸Ｌを含む平面によって分割される第１および第２の空間をそれぞれ透過する第１および第２の光束３’、３に分割し、第１および第２の光束３’、３を情報記録媒体１１中であって感光層１１ｂを挟む第１および第２の点１２’、１２にそれぞれ収束させる集光部とを備え、第１の点１２’と第２の点１２との間において、第１および第２の光束３’、３が互いに干渉することにより干渉縞を形成し、干渉縞により情報記録媒体１１の感光層１１ｂに情報を記録する情報処理装置。
【選択図】図１

Description

本発明は情報を記録する情報記録媒体、および、情報記録媒体に情報を記録し、または、情報記録媒体に記録された情報を再生する情報処理装置に関する。

大容量の情報を記録する技術として、ＣＤやＤＶＤなど光ディスクを用いた情報の記録・再生技術が従来から広く用いられている。この技術によれば、図１０（ａ）に示すように、記録すべき情報を０と１とからなる１ビットのデジタルデータ列１０１に変換する。そして、光をデジタルデータ列１０１によって変調し、変調された光を情報記録媒体１００に照射すことにより、デジタルデータ列１０１に対応するスペースおよび記録マーク１０２を情報記録媒体１００に形成する。この技術によれば、数十ギガバイトの情報記録媒体１００に記録したり、情報記録媒体１００から情報を再生することが可能である。

これに対し、近年さらに大容量の情報を記録する方法として、ホログラフィーを利用した情報の記録・再生技術が注目されている。この技術によれば、たとえば、図１０（ｂ）に示すように、２次元に配列されたページデータ１１１を光の干渉を利用し、記録媒体１１０の所定の３次元領域１１２に記録することができる。ページデータ１１１はたとえば数十キロバイトの容量を有するため、３次元領域１１２を情報記録媒体１００のトラック上にオーバーラップさせながら多数形成することにより、テラバイトのデータを記録媒体１１０に記録することが可能となる。以下、このホログラフィーを利用した従来の情報の記録・再生技術を説明する。

図１１は、特許文献１において提案されているホログラフィーを利用した情報記録再生装置の要部の構成を模式的に示している。まず、図示しない半導体レーザー等の放射光源から出射されるＰ偏光のレーザー光はコリメートレンズ（図示せず）で平行光となり、ハーフミラー（図示せず）で２つの経路に分割された後、分割された光の一方が１／２波長板（図示せず）を透過してＳ偏光の光束３’となる。分割された光の他方はＰ偏光の光束３となる。

光束３’は情報光とも呼ばれ、以下で説明するように、情報の記録時には記録すべき情報により変調される。一方、光束３は参照光とも呼ばれ、情報の記録時には情報光と干渉することにより、情報光が持つ情報が干渉縞として情報記録媒体に記録される。情報の再生時には、情報記録媒体に形成された干渉縞に参照光を照射することにより、記録された情報により変調された回折光を得る。

光束３’は、空間変調器５を透過後、凸レンズ２０によって破線で示すように弱い集光性が与えられる。光束３’は偏光ビームスプリッタ１９に入射し、その偏光面１９ａを反射して光軸Ｌに沿って接合ジャイレーター１８を透過する。さらに、光束３’は対物レンズ１０により集光され、情報記録媒体１１において反射層１１ｄの表面の手前の点１２’に収束する。

接合ジャイレーター１８は、旋光方向の異なる２つの旋光子を接合することにより形成されている。具体的には、光軸Ｌに垂直な平面上において、光軸Ｌを通る直線で２つの領域１８ａ、１８ｂに分割され、領域１８ａには透過光の偏光方向を時計回りに４５度回転させる旋光子が設けられている。また、領域１８ｂには透過光の偏光方向を反時計回りに４５度回転させる旋光子が設けられている。

空間変調器５はたとえば強誘電液晶パネルによって構成される。空間変調器５の光束３’が透過する領域は格子状に分割されており、それぞれの領域において独立して透過光の位相をπだけシフトさせたり（位相変調）、光の透過率がゼロとなるように（振幅変調）空間変調器５は駆動される。これにより、前述したページデータを示す変調パターンが空間変調器５により形成される。変調パターンは外部の信号に基づき更新される。

一方、Ｐ偏光の光束３は、光軸Ｌに沿って偏光ビームスプリッタ１９に入射し、その偏光面１９ａを透過して光軸Ｌに沿って接合ジャイレーター１８を透過する。さらに、対物レンズ１０により集光されて情報記録媒体１１の反射層１１ｄの表面上の点１２に収束する。光束３’のみ凸レンズ２０を透過するため、光束３と光束３’とでは収束点の位置が異なっている。

情報記録媒体１１は、透明基板１１ａとフォトポリマー等の感光層１１ｂと透明層１１ｃと反射層１１ｄとを含み、感光層１１ｂは点１２と点１２’とのほぼ中間に位置する。

図１２（ａ）は、情報記録媒体１１へ向かって照射される光束３および光束３’の情報記録媒体１１内での光路を示している。光束３’は点１２’を境に光軸Ｌに対して反転する。このため、感光層１１ｂ中の円１３ａ内で光束３および光束３’が交差あるいは重なる。円１３ａ内の光束３は、接合ジャイレーター１８の領域１８ｂによる旋光性により、Ｐ偏光に対して反時計回りに４５度回転している。一方、光束３’は、接合ジャイレーター１８の領域１８ａによる旋光性により、Ｓ偏光に対して時計回りに４５度回転している。このため、感光層１１ｂ中の円１３ａ内において、光束３および光束３’の偏光方向は一致している。感光層１１ｂ中において光軸Ｌに関して円１３ａと対称な円１３ｂ内においても、同様に光束３および光束３’の偏光方向は一致している。

このように光束３および光束３’の偏光方向が一致しているので、これらの光束は感光層１１ｂ内で互いに干渉し、干渉縞を形成する。レーザー光源の出力が大きい場合には感光層１１ｂを感光させ、干渉縞の光強度分布に対応した屈折率分布を有する干渉パターン１３を形成する。この干渉パターン１３は空間変調器５の変調パターン（ページデータ）によって変化する。

情報記録媒体１１はディスクモータに取り付けられ、図１１の矢印１４に沿って回転している。反射層１１ｄの表面には、径方向に周期性を有し、回転方向に沿って延びる案内溝（グレーティング）が等ピッチで形成され、光束３が収束する点１２はこの案内溝上に位置するよう制御されている。したがって、ディスクの回転にともなって光束３および光束３’の収束位置も相対的に反射層１１ｄの表面上の案内溝および反射層１１ｄと平行な面に沿って回転移動する。案内溝を螺旋形状にすれば、一回転することにより光束３が収束する点１２を隣の案内溝に移動させることもできる。

図１２（ｂ）は、光束３および光束３’が情報記録媒体１１の反射層１１ｄで反射する場合の情報記録媒体１１内での光路を示している。光束３’は反射層１１ｄの表面において反射することにより、反射面に対する点１２’の共役像である共役収束点１２”を仮想発光点とする破線で示した反射光束３ａ’となる。また、光束３は点１２が位置している反射層１１ｄの表面において反射することにより、実線で示すように、光束３に対して反転した光束３ａとなる。これらの反射光束３ａ’および３ａは、いずれもその一部が干渉パターン１３を透過する。

反射光束３ａは情報記録媒体１１を透過した後、対物レンズ１０を透過することにより平行光に変換され、接合ジャイレーター１８に入射する。往路時に接合ジャイレーター１８の領域１８ａを透過し、偏光方向が時計回りに４５度回転した光は、復路時には領域１８ｂを透過して元の偏光方向に戻される。往路時に領域１８ｂを透過して反時計回りに４５度回転した光も、復路時には領域１８ａを透過して元の偏光方向に戻される。したがって、接合ジャイレーター１８を透過することで、反射光束３ａはＰ偏光の光に戻り、偏光ビームスプリッタ１９の偏光面１９ａを透過して、ホログラム等の分岐部により検出器（図示せず）に導かれる。検出器は反射光束３ａを受け取り、検出信号を生成する。この検出信号を用いて、光束３の反射層１１ｄ上でのフォーカス状態を制御するためのフォーカシングエラー信号と、光束３が案内溝を追随するよう制御するためのトラッキングエラー信号とを生成し、これらの信号を基に光束３の収束点が反射層１１ｄの表面上の案内溝に制御されるよう対物レンズ１０を駆動させている。

次に図１３および図１４（ａ）、（ｂ）を参照して、特許文献１に開示された情報記録再生装置を用いて、情報記録媒体１１に記録された情報を再生する方法を説明する。図１３に示すように、信号を再生する場合、前述したように半導体レーザーを用いて生成したＰ偏光の光束３のみを用いる。光束３は、光軸Ｌに沿って偏光ビームスプリッタ１９に入射し、その偏光面１９ａを透過して光軸Ｌに沿って接合ジャイレーター１８を透過する。前述したように、接合ジャイレーター１８の領域１８ａおよび領域１８ｂにおいて光束３はそれぞれ偏光方向が回転し、さらに、対物レンズ１０により集光されて情報記録媒体１１の反射層１１ｄの表面上の点１２に収束する。

図１４（ａ）に示すように、光束３が反射層１１ｄの表面において反射し、反射光束３ａが生じる。反射光束３ａは干渉パターン１３内の円１３ａ内を伝搬することにより、回折光３Ａを発生する。回折光３Ａの偏光状態は入力光３ａの偏光状態と一致しており、この回折光３Ａは点１２’に収束した後、光軸Ｌに対して反転して対物レンズ１０により弱い発散性の光となる。回折光３Ａが接合ジャイレーター１８を透過する際、回折光３Ａの偏光状態が変えられる。

したがって、光束３のうち、接合ジャイレーター１８の領域１８ａを通過した光は、時計回りに４５度回転したＰ偏光を有し、円１３ａ内において偏光方向を保ったまま回折光３Ａを生成する。回折光３Ａは点１２’に収束した後、再び接合ジャイレーター１８の領域１８ａを通過する。接合ジャイレーター１８において回折光３Ａの偏光方向がさらに４５度時計回りに回転するため、接合ジャイレーター１８を透過した回折光３Ａの偏光方向はＰ偏光から９０度時計回りに回転している。つまりＳ偏光の光束３Ｂとなる。

同様に接合ジャイレーター１８の領域１８ｂを通過した光は、反時計回りに４５度回転したＰ偏光を有し、円１３ｂ内において偏光方向を保ったまま回折光３Ａを生成する。回折光３Ａは点１２’に収束した後、再び接合ジャイレーター１８の領域１８ｂを通過する。接合ジャイレーター１８において回折光３Ａの偏光方向がさらに４５度反時計回りに回転するため、接合ジャイレーター１８を透過した回折光３Ａの偏光方向はＰ偏光から９０度反時計回りに回転している。つまりＳ偏光の光束３Ｂとなる。

光束３Ｂは、ビームスプリッタ１９の偏光面１９ａにおいて反射し、凸レンズ２０により平行光に変換され、空間変調器５を透過する。空間変調器５は前述したように強誘電液晶パネル等によって構成されており、情報の再生時では外部の信号に基づき光束３Ｂを変調せずにそのまま透過させる。空間変調器５を透過する光３Ｃは干渉パターン１３の再生情報が反映され、記録時の空間変調器５の変調パターンが光強度分布パターンとして再現される。この光束３Ｃをホログラムやハーフミラー等を用いて往路時の光路から分岐させて光検出器に導く。検出器は、空間変調器５の格子状分割パターンに対応する検出領域を備えており、光束３Ｃを検知して、記録時の変調パターン（ページデータ）を再生する。

一方、反射光束３ａのうち、干渉パターン１３の領域内における伝搬で回折光３Ａとならなかった残りの成分は、情報記録媒体１１を透過した後、対物レンズ１０を透過して平行光に変換され、接合ジャイレーター１８に入射する。往路時に接合ジャイレーター１８の領域１８ａを透過し、偏光方向が時計回りに４５度回転した光は、復路時には領域１８ｂを透過して元の偏光方向に戻される。往路時に領域１８ｂを透過して反時計回りに４５度回転した光も、復路時には領域１８ａを透過して元の偏光方向に戻される。したがって、接合ジャイレーター１８を透過することで、反射光束３ａの残りの成分はＰ偏光の光に戻り、偏光ビームスプリッタ１９の偏光面１９ａを透過して、ホログラム等の分岐部により検出器（図示せず）に導かれる。情報記録時と同様、この反射光束３ａの残りの成分を検出器によって検出し、この検出信号を用いて、フォーカシングエラー信号およびトラッキングエラー信号とを生成し、これらの信号をもとに光束３の収束点が反射層１１ｄの表面上の案内溝に制御されるよう対物レンズ１０を駆動させる。
特開平１１−３１１９３８号公報

このような従来の情報記録再生装置において、情報記録時および情報再生時においてそれぞれで以下の問題があった。

具体的には、図１２（ｂ）に示すように、情報を記録する際、反射光束３ａおよび反射光束３ａ’は、いずれもその一部が干渉パターン１３の領域を透過する。したがって、円１３ａ内には光束３および光束３’以外に、反射光束３ａおよび反射光束３ａ’が存在している。光束３、光束３’、反射光束３ａおよび反射光束３ａ’の各光束の光強度は光束の総面積に反比例するので、点１２’および共役収束点１２”の反射面からの距離をともにｄとし、円１３ａの中心と反射面からの距離をｄ’とすると、光束３の光強度Ｉ₁はｄ’の２乗に反比例し、光束３’の光強度Ｉ₂はｄ−ｄ’の２乗に反比例し、光束３ａ’の光強度Ｉ₃はｄ＋ｄ’の２乗に反比例し、光束３ａの光強度Ｉ₄はｄ’の２乗に反比例する。仮にｄ’＝ｄ／２とすると
Ｉ₁：Ｉ₂：Ｉ₃：Ｉ₄＝１：１：１／９：１ … （式１）
が成立する。反射層１１ｄの反射率は１００％を越えないので、光強度Ｉ₃はより小さくなるが、光強度Ｉ₄は依然としてＩ₁、Ｉ₂と同レベルの強さである。従って、円１３ａ内での干渉は実質上、光束３、光束３’および反射光束３ａとの３光束間の干渉となり、この反射光束３ａがノイズ成分となり、従来の情報記録再生装置では原理的に記録した干渉縞に大きなノイズが含まれることになる。

また、情報を再生する場合、図１４（ｂ）に示すように、円１３ａ内に入射する光束３は、干渉パターン１３と位相整合条件を満たす関係にあるので、点１２’を仮想発光点とする回折光３Ａ’を発生させる。この回折光３Ａ’は光束３の偏光状態（Ｐ偏光の光束３が接合ジャイレーター１８の領域１８ｂを透過することによって反時計回りに４５度偏光方向が回転している状態）と同じであり、反射層１１ｄの表面において反射し、反射光束３Ａ”となる。反射光束３Ａ”はその後、対物レンズ１０により集光され、接合ジャイレーター１８の領域１８ｂを透過することにより、その偏光方向が反時計回りに９０度回転している状態に変換される。つまり反射光束３Ａ”はＳ偏光の光となる。

一方、光軸Ｌに関して円１３ａと対称な位置にある円１３ｂ内に入射する光束３により発生する回折光３Ａ’は、光束３の偏光状態（Ｐ偏光の光束３が接合ジャイレーター１８の領域１８ａを透過することによって時計回りに４５度偏光方向が回転している状態）と同じであり、反射層１１ｄの表面において反射し、反射光束３Ａ”となる。反射光束３Ａ”はその後、対物レンズ１０により集光され、接合ジャイレーター１８の領域１８ａを透過することにより、その偏光方向が時計回りに９０度回転している状態に変換される。つまり反射光束３Ａ”はＳ偏光の光となる。

したがって反射光束３Ａ”は、ビームスプリッタ１９の偏光面１９ａで反射して光束３Ｃと同じ経路をたどり、光検出器上に投影される。このため、反射光束３Ａ”は、信号検出時でのノイズ成分となる。

また、図１４（ａ）に示すように、反射光束３ａが、干渉パターン１３を透過することにより回折光３Ａ’を生成するためには、反射光束３ａの波面が整っている必要がある。しかし、反射光束３ａは、光束３として干渉パターン１３内の円１３ｂ内を透過しており、この領域を伝搬することによって干渉パターン１３と位相整合し、その結果波面が乱されている。したがって、円１３ａ内での位相整合条件（回折光３Ａを発生させるための条件）完全には満たされず、発生した回折光３Ａの光品質も劣化し、強度ムラや位相ムラが発生する。このような光品質の劣化は光検出器上でのノイズ成分となる。このように、従来の情報記録再生装置では再生した情報にもノイズが含まれ、情報の品質の低下が問題となる。

本発明はかかる問題点に鑑み、情報の記録時および再生時において迷光の発生を抑え、高い品質で、情報の記録および再生を行うことのできる情報処理装置を提供することを目的とする。

本発明の情報処理装置は、放射光源と、前記光源から出射した光束を、感光層を有する情報記録媒体へ向けて収束させる集光部であって、前記光束を、少なくとも前記光軸を含む平面によって分割される第１および第２の空間をそれぞれ透過する第１および第２の光束に分割し、前記第１および第２の光束を前記情報記録媒体中であって前記感光層を挟む第１および第２の点にそれぞれ収束させる集光部とを備え、前記第１の点と第２の点との間において、前記第１および第２の光束が互いに干渉することにより干渉縞を形成し、前記干渉縞により前記情報記録媒体の感光層に情報を記録する。

ある好ましい実施形態において、前記第１の点は前記第２の点よりも前記集光部に近接しており、前記第１および第２の光束は、前記光軸に対し非回転対称で、前記第１および第２の収束点の間に位置する領域において互いに重なり合い、干渉縞を形成する。

ある好ましい実施形態において、情報処理装置は、前記第１および第２の光束を透過または反射し、情報の記録時において前記光束の一部の領域に入射する光の光量、位相および偏光状態の少なくともいずれか１つを変化させる空間変調器をさらに備える。

ある好ましい実施形態において、前記情報記録媒体は、透明層と、透明基板と、反射層とをさらに含み、前記透明基板および前記反射層は、前記感光層および前記透明層を挟むようにそれぞれ前記感光層側および透明層側に設けられており、前記第１の収束点は前記透明基板中に位置し、前記第２の収束点は前記反射層表面に位置する。

ある好ましい実施形態において、情報処理装置は、前記放射光源と集光部との間に位置しており、所定の偏光状態の光を回折する第１の光分岐部と、前記第１の光分岐部と前記情報記録媒体との間に位置する波長板と、第１の光検出器とをさらに備え、前記反射層の表面には、案内用凹凸構造が設けられており、前記第２の光束が前記反射層の表面において反射することにより得られる反射光が前記第１の空間を透過し、前記第１の光分岐部により前記第１の光検出器に入射するように分岐され、前記第１の光検出器が前記反射光を検出することにより得られる信号に基づいて、前記光源から出射した光束が所定の集光状態で前記情報記録媒体の凹凸構造を追跡するように制御する。

ある好ましい実施形態において、前記情報記録媒体は中心軸を有する円盤形状を備え、前記凹凸構造は前記中心軸に対して螺旋状または同心円状に形成されている。

ある好ましい実施形態において、情報処理装置は、第２の光分岐部と、第２の光検出器とをさらに備え、情報の再生時には、前記第１の光束が前記情報記録媒体の第２の点に収束するよう前記情報記録媒体が配置され、前記第１の光束が前記情報記録媒体の反射層において反射することによって得られる反射光が、前記感光層の干渉縞が形成された領域を透過することによって回折光を生成し、前記第２の光分岐部は、前記回折光を前記第２の光検出器へ向けて分岐させる。

ある好ましい実施形態において、前記空間変調器は、情報の再生時において、前記第２の光束が前記集光部へ到達しないように遮断する。

ある好ましい実施形態において、前記回折光は、前記第１の収束点を仮想発光点とし、前記第１の空間を透過する。

ある好ましい実施形態において、前記第１の光束が前記情報記録媒体の反射層において反射することによって得られる反射光の一部は前記第２の空間を透過し、前記第１の光分岐部により前記第１の光検出器に入射するように分岐され、前記第１の光検出器が前記反射光を検出することにより得られる信号に基づいて、前記光源から出射した第１の光束を所定の集光状態で前記情報記録媒体の凹凸構造を追跡するように制御する。

ある好ましい実施形態において、前記第１および第２の空間を分割する平面が前記凹凸構造の延びる方向と直交している。

ある好ましい実施形態において、前記情報記録媒体は、複数のピットまたはエンボスを含み、前記複数のピットまたはエンボスは、前記第１および第２の空間を分割する平面と直交する方向に配列されている。

ある好ましい実施形態において、情報処理装置は、前記第２の光分岐部と第２の光検出器との間の光路上に配置されており、ｎ個の側面ミラー部を有し、回転軸周りに回転するｎ角形（ｎは３以上の整数）のポリゴンミラーをさらに備え、前記第２の光分岐部により分岐した回折光は前記ポリゴンミラーの側面ミラー部において反射して第２の光検出器側に向かい、前記ポリゴンミラーの回転にともなって前記分岐した回折光内部の明暗分布が前記第２の光検出器上を走査し、前記明暗分布が読み取られる。

ある好ましい実施形態において、前記ポリゴンミラーのｎ個の側面ミラー部の法線は、前記回転軸に対してそれぞれ異なる角度をなしている。

ある好ましい実施形態において、前記集光部は、対向する第１および第２の主面を有する平行平板と対物レンズとを含み、前記平行平板の第１の空間または第２の空間に位置する第１の主面または第２の主面に、前記平行平板を透過する光の収束状態を変化させる回折格子が設けられている。

ある好ましい実施形態において、前記集光部は、対向する第１および第２の主面を有する平行平板と対物レンズとを含み、前記平行平板の第１の空間に位置する第１の主面または第２の主面において前記平行平板を透過する光の収束状態を変化させる第１の回折格子が設けられ、前記平行平板の第２の空間に位置する第１の主面または第２の主面において前記平行平板を透過する光の収束状態を変化させる第２の回折格子が設けられており、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子は光の回折角度が異なっている。

ある好ましい実施形態において、前記集光部は対物レンズを含み、前記対物レンズの第１の空間および第２の空間に位置する部分の曲率は互いに異なっている。

また、本発明の情報処理装置は、放射光源と、前記光源から出射した光束を、その光軸上を含む平面によって分割される２つの空間をそれぞれ透過する２つの光束に分割し、前記分割された光束の一方を所定の収束点に収束させる集光部とを備え、前記収束点が、３次元干渉パターンによって情報が記録された情報記録媒体の反射層上に位置するように、前記分割された光束を照射し、前記分割された光束が前記反射層の表面において反射することにより得られる反射光を前記３次元干渉パターンに透過させ、生成した回折光を検出する。

本発明の情報記録媒体は、透明層と、感光層と、前記感光層および透明層を挟むようにそれぞれ前記感光層側および透明層側に設けられた透明基板および反射層とを備え上記いずれかに規定される情報処理装置により、前記感光層に干渉縞による情報が記録されている。

本発明の情報記録媒体は、透明層と、感光層と、前記感光層および透明層を挟むようにそれぞれ前記感光層側および透明層側に設けられた透明基板および反射層とを備え、前記反射層と垂直な直線上であって、前記透明基板中の点に収束する第１の収束光と、前記反射層と垂直な直線上であって、前記反射層の前記透明層側の表面上の点に収束する第２の収束光との干渉により、前記感光層中に前記直線に対して回転非対称な領域に干渉縞の３次元干渉パターンが形成されており、前記第１の収束光または前記第２の収束光が記録すべき情報によって変調されていることにより、３次元干渉パターンが前記情報を含んでいる。

ある好ましい実施形態において、前記第１の収束光および第２の収束光は、前記反射層と垂直な直線を共通の光軸とし、前記光軸を含む平面によって分割される２つの領域をそれぞれ伝播している。

ある好ましい実施形態において、前記情報記録媒体は、中心軸を有する円盤形状を備え、前記円盤において前記３次元干渉パターンが複数配列され、前記中心軸に対して螺旋状または同心円状の凹凸構造を有する。

ある好ましい実施形態において、前記光軸を含む平面が前記凹凸構造の延びる方向と直交している。

ある好ましい実施形態において、前記情報記録媒体は、中心軸を有する円盤形状を備え、前記円盤は、複数のピットまたはエンボスを含み、前記複数のピットまたはエンボスは、前記光軸と直交する方向に配列されている。

本発明の情報処理装置によれば、情報の記録時には実質的に２つの光束により干渉縞を形成し、情報記録媒体にホログラム記録を行うことができるため、ノイズの発生を抑制し、高コントラストの記録を実現することができる。また信号の再生時にも干渉パターンへ照射する光束における波面の乱れが少なくなるため、発生する回折光の品質も高く、回折光に重畳する迷光の発生を抑えることができる。このため、良好な再生像を実現でき、情報の読み誤りを少なくすることができる。

さらに、ポリゴンミラーを用いて再生光を検出することにより、二次元に分布した情報を時系列的に検出することが可能となり、検出器を簡略化することが可能となる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の情報処理装置および情報記録媒体の第１の実施形態を説明する。図１は本実施形態による情報処理装置の要部の構造および情報記録時の記録原理を示している。図１１に示す従来の情報記録再生装置と関連した構成要素には同じ参照符号を付している。

まず情報の記録時における本発明の主要な特徴を概略的に説明する。図１に示すように情報処理装置は、放射光源２と、回折レンズ８および対物レンズ１０からなる集光部とを主要な構成要素として備える。また、情報記録媒体１１はフォトポリマー等の感光層１１ｂを備える。放射光源２から出射した光束は、光軸Ｌを含む平面により分割される第１の空間（図１では光軸Ｌを通り紙面に垂直な平面で切取られる上半分）および第２の空間（図１では光軸Ｌを通り紙面に垂直な平面で切取られる下半分）をそれぞれ透過する光束３’および光束３に分けられる。集光部は光束３’および光束３を記録媒体１１中の感光層１１ｂを挟む２点に集光させる。具体的には、集光部は、光束３’を情報記録媒体１１の第１の点１２’に収束させる。また、光束３を光軸Ｌ上の第１の点１２に収束させる。情報の記録時には、光束３’が情報光として用いられ、光束３が参照光として用いられる。光束３’および光束３は第１の空間および第２の空間を透過するという意味において、第１の光束３’および第２の光束３とも言える。

情報記録媒体１１は、感光層１１ｂ以外に透明層１１ｃと、感光層１１ｂおよび透明層１１ｃを挟むようにそれぞれ感光層１１ｂ側および透明層１１ｃ側に設けられた透明基板１１ａおよび反射層１１ｄとを含んでいる。第１の点１２’は透明基板１１ａ中に位置し、第２の点１２は反射層１１ｄの感光層１１ｂ側の表面上に位置する。このとき、光束３’は、第１の点１２’で収束した後、反転して感光層１１ｂ内の第２の空間内を透過する。一方、光束３は第２の点１２へ向けて収束しながら感光層１１ｂ内の第２の空間を透過する。このとき、感光層１１ｂの領域１３において、光束３’および光束３が互いに重なり合い、干渉し干渉縞を形成する。感光層１１ｂには干渉縞に対応した３次元の干渉パターン１３が形成される。光束３’または光束３を記録すべき情報を用いて空間変調しておけば、形成される干渉縞には、記録すべき情報が含まれる。図１から明らかなように光束３と光束３’とは光束３’が第１の点１２’において収束し、反転するまで互いに重ならない。

光束３は、第２の点において収束し、反射する。反射層１１ｄにおいて反射した光は第１の空間を透過し、干渉縞が形成された領域１３を含む第２の空間は透過しない。このため、干渉縞は反射層の表面で反射する光の影響を受けることがなく、ノイズ成分が抑制された干渉縞を情報記録媒体１１に記録することができる。

以下、本実施形態を詳細に説明する。情報処理装置は、放射光源２および集光部のほか光検出基板１、偏光ホログラム４、空間変調器５、ハーフミラー６、コメートレンズ７および１／４波長板９を備える。放射光源２は、半導体レーザーなどによって構成され、光検出基板１上に設けられている。以下において説明するよう、偏光ホログラム４およびハーフミラー６はそれぞれ光を分岐する第１および第２の分岐部として機能する。

放射光源２から出射するＰ偏光の光束は、前述したように光軸Ｌを含む平面により光束３’と光束３とを含む。光束３’および光束３はそれぞれ偏光ホログラム４、空間変調器５およびハーフミラー６を透過し、コリメートレンズ７により平行光に変換される。

空間変調器５の光束３’が透過する領域５ａは、たとえば格子状に分割されており、それぞれの領域において独立して透過光の光量、位相および偏光状態の少なくともいずれか１つを変化させる。これにより、記録すべき情報を示す変調パターンが空間変調器５により形成され、光束３’を記録すべき情報によって変調することができる。変調パターンは外部の信号に基づき更新される。空間変調器５の光束３が透過する領域５ｂでも同様に透過する光を変調することが可能であるが、情報の記録時には、領域５ｂを透過する光束３は変調されない。空間変調器５は例えば強誘電液晶パネルによって構成することができ、液晶に印加する電圧を変化させることにより透過光の位相または光量を変化させることができる。さらに他の偏光素子と組み合わせて、透過光の偏光状態を変化させてもよい。

空間変調器５を透過後、光束３は、回折レンズ８を透過し、１／４波長板９により円偏光に変換される。また、光束３は、対物レンズ１０により集光され、前述したように透明基板である情報記録媒体１１の反射層１１ｄの表面上の第２の点１２に収束する。光束３’は、偏光ホログラム４、空間変調器５およびハーフミラー６を透過し、コリメートレンズ７により平行光に変換される。さらに光束３’は、回折レンズ８で回折され、１／４波長板９により円偏光に変換される。その後、対物レンズ１０により集光され、情報記録媒体１１の透明基板１１ａ内に位置する第１の点１２’で収束する。

光束３’と光束３とで収束点が異なるのは、回折レンズ８にグレーティングが形成され、回折光を発生するか否かによる。具体的には、回折レンズ８は平行な２つの主面を有する板形状を備え、表面であって第１の空間内にある領域８ａには、回折格子が設けられている。この回折格子は、たとえば、光軸Ｌを中心軸とする同心円状グレーティングである。グレーティングの断面はたとえば鋸歯状である。回折格子は、光束３’から１次回折光を生成し、その他の成分の生成は抑制する。生成した１次回折光は、平行な光束３’に比べわずかに収束している。

対物レンズ１０は平行光を対物レンズ１０から距離ｍに位置する点に収束させる。しかし、わずかに収束した光（１次回折光）が入射した場合には、対物レンズ１０から距離ｍ’に位置する点に収束させる。情報記録媒体１１へ情報を記録する場合には、これらの点が情報記録媒体１１の第１の点１２’および第２の点１２と一致するよう、情報記録媒体１１と対物レンズ１０との間隔が調整される。

一方、回折レンズ８の表面であって第２の空間内にある領域８ｂには、グレーティングが形成されていない。このため、光束３は、回折せずにそのまま回折レンズ８を透過し、対物レンズ１０により第２の点１２に収束する。このようにして、異なる位置に光束３’および光束３は、収束する。

なお、図１（ｂ）に示した様に、回折レンズ８は領域８ａだけでなく、領域８ｂにも光軸Ｌを中心軸とする同心円に沿って鋸歯断面のグレーティングが形成されていてもよい。この場合、鋸歯の鋭角の方位が領域８ａと領域８ｂとでは光軸Ｌに対し反転しており、領域８ａでは１次回折光が強く回折するのに対し、領域８ｂでは−１次回折光が強く回折する、その結果、第１の点１２’はこれらの回折光の共役収束点となり、点１２で差別化させることができる。なお、これらの鋸歯形状の断面は図１（ｂ）の円内で拡大しているように、鋸歯形状の断面の斜面に内接する階段形状に置き換えることも可能である。これらの回折格子は平行な板の同一面に形成する必要はなく、例えば領域８ａのグレーティングを表面に設け、領域８ｂのグレーティングを裏面に設けることができる。さらに、回折レンズ８の上述したグレーティングの構造を対物レンズ１０の表面に設けてもよい。さらに図１（ｃ）に示したように、例えば対物レンズ１０を第１の空間に位置する領域１０ａおよび第２の空間に位置する領域１０ｂとに分割し、領域１０ａと領域１０ｂとでレンズの曲率を異なる値にすることによって、各領域での収束点距離を異ならせてよい。

図２（ａ）は、情報記録媒体１１内の光の光路を模式的に示している。図２（ａ）に示すように、光束３’は第１の点１２’を境に反転し、第２の空間内を透過する。第２の空間内には光束３が透過しており、第２の空間内を光束３’は反射層１１ｄまで進む。このため図２（ａ）中に示した円１３ａ内では光束３および光束３’が互いに重なり合う。光束３および光束３’の偏光状態は互いに一致しているため、感光層１１ｂの第２の空間内においてこれらの光束が互いに干渉し、干渉縞を形成する。放射光源２の出力が大きい場合には感光層１１ｂを感光させ、３次元干渉パターン１３（干渉縞の光強度分布に対応して屈折率に分布のあるパターン）が形成される。図２（ａ）に示すように、この干渉パターン１３の領域は、光束３および３’の光軸Ｌに対して回転非対称である。前述したようにこの干渉パターン１３は空間変調器５の変調パターンによって変化する。

情報記録媒体１１はディスクモータに取り付けられ、図１の矢印方向１４に沿って回転している。反射層１１ｄの表面には回転方向に沿って、径方向に周期的な案内用凹凸構造、たとえば、案内溝（グレーティング）が等ピッチで形成され、光束３が収束する第２の点１２はこの案内溝を追随するように位置制御されている。この案内溝の上方にある感光層１１ｂに前述した干渉パターン１３が位置をずらしながらオーバーラップするように記録される。

情報記録媒体１１の回転にともない、光束３および光束３’の収束位置（第２の点１２および第１の点１２’）も相対的に反射層１１ｄの表面上の案内溝、およびこれと平行な面に沿って回転移動する。案内溝を螺旋形状にすれば、一回転することにより光束３の収束位置１２を隣の案内溝に移動させることができる。なお、情報記録媒体１１の回転は間欠的であり、記録、すなわち干渉パターン１３を形成する間、情報記録媒体１１は回転せず静止している。したがって、レーザーの出力、変調パターンの更新および情報記録媒体の回転は、たとえば反射層１１ｄ表面に設けられたピット、案内溝あるいは、案内溝のウォブルによって生成する信号等の基準信号に同期して行われる。具体的には、情報記録媒体の回転が止まっている間にレーザー放射光源の出力が高められ、記録が可能となる。また、レーザーの出力が低下している間に空間変調器に表示する変調パターンの更新がなされる。このため、干渉パターン１３は走査方向および径方向において一定の間隔を隔てて情報記録媒体２２の感光層に成される。干渉パターン１３は３次元空間に形成されるため、冗長性が高く、その一部が隣接する干渉パターンと重なっていても、適切に情報を記録し、また、記録された情報を生成することができる。

図２（ｂ）は、情報記録媒体１１内にける反射光の光路を模式的に示している。光束３’は反射層１１ｄの表面において反射することで、反射面に関し第１の点１２’の共役像である共役収束点１２”を仮想発光点とする反射光束３ａ’となる。また、光束３は第１の点１２が位置する反射層１１ｄの表面において反射することで、実線で示すように反転した反射光束３ａとなる。この反射光束３ａは第２の空間を透過するため、干渉パターン１３と重なることなく、情報記録媒体１１を透過する。したがって、円１３ａ内には光束３および光束３’以外に反射光束３ａ’が存在するだけである。光束３、光束３’および反射光束３ａ’の各光束の光強度は光束総面積に反比例するので、第１の点１２’および共役収束点１２”からそれぞれの反射層１１ｄの反射面までの距離をともにｄとし、円１３ａの中心と反射層１１ｄの反射面との距離をｄ’とすると、光束３の光強度Ｉ₁はｄ’の２乗に反比例し、光束３’の光強度Ｉ₂はｄ−ｄ’の２乗に反比例し、反射光束３ａ’の光強度Ｉ₃はｄ＋ｄ’の２乗に反比例する。例えば、ｄ’＝ｄ／２とすると以下の式が成立する。

Ｉ₁：Ｉ₂：Ｉ₃＝１：１：１／９ … （式２)

なお、反射層１１ｄの反射率は１００％を越えないので、光強度Ｉ₃は光強度Ｉ₁、Ｉ₂に比べてさらに小さくなり、円１３ａ内での干渉は実質上、光束３と光束３’との２光束間の干渉となる。したがって、本発明によれば、従来例に比べはるかにノイズの少ない高品位の干渉縞を形成することができる。

図１（ａ）に示すように、反射光束３ａは情報記録媒体１１から出射し、第１の空間内において、対物レンズ１０および１／４波長板９を透過してＳ偏光の平行光に変換される。さらに、回折レンズ８のグレーティングが形成された領域８ａにおいて回折する。この回折により反射光束３ａはやや収束し、反射光束３ｂとなり、コリメートレンズ７およびハーフミラー６を透過後、空間変調器５に入射する。ハーフミラー６の分離膜６ａは、Ｐ偏光の光をほぼ１００％透過し、Ｓ偏光の光はたとえば１０％透過し、９０％反射させるという偏光に対し選択的な反射特性を備えている。したがって、復路時にハーフミラー６に入射する反射光束３ｂはその一部、たとえば１０％しか空間変調器５へ透過しない。

空間変調器５が強誘電液晶パネル等の複屈折性の材料によって構成される場合、空間変調に偏光依存性を持たせることができ、Ｐ偏光の光は空間変調されるが、Ｓ偏光の光は空間変調されないような構成が可能である。このような偏光依存性を備えることによって、空間変調器５に入射する反射光束３ｂはＳ偏光であるため、空間変調されることなく透過し、偏光ホログラム４に入射する。

偏光ホログラム４も複屈折性の材料を用いることにより、Ｐ偏光の光は回折しない（したがって、往路時の光束３は回折せずに透過する）が、Ｓ偏光の光は回折するように構成できる。偏光ホログラム４に入射する反射光束３ｂはＳ偏光であるため回折し、反射光束３ｃとなって光検出基板１の表面に入射する。この反射光束３ｃを光検出基板１で検出することによって、反射層１１ｄへのフォーカシングエラー信号と案内溝に対するトラッキングエラー信号とを生成する。これらの信号を基に、光束３の第２の点１２が反射層１１ｄの表面上の案内溝に制御されるよう対物レンズ１０を駆動する。つまり、第２の収束部３が所定の集光状態で案内溝を追随するように制御する。空間変調器５に偏光依存性がない場合には、たとえば変調パターンの更新時に一時的に変調パターンを解除して変調のない均一パターンとし、この期間内での反射光束３ｃを光検出基板１によって検出すれば、光束３の反射層１１ｄへのフォーカシングエラー信号と案内溝に対するトラッキングエラー信号を生成することができる。

次に本実施形態の情報処理装置における情報の再生を説明する。図３は、信号再生時の情報処理装置の要部の構成およびその再生原理を示している。情報再生時には、図１に示す情報記録時と比べて空間変調器５の変調パターンが異なり、第１の空間を参照光として光束３を透過させ、情報記録媒体１１の反射層１１ｄの表面に位置する第２の点１２に収束させる。このために、情報記録媒体１１と対物レンズ１０との距離を情報の記録時とは変化させ、反射層１１ｄの表面と対物レンズ１０との距離がｍ’となるように情報記録媒体１１を配置する。。反射層１１ｄにおいて反射することにより光束３は光束３ａとなって第２の空間を透過し、情報記録媒体１１の変調パターン１３を透過する。この際、回折によって、変調パターン１３に記録されていた情報により変調された回折光３Ａが生成し、第１の空間を透過する。

このように、光束３は、反射層１１ｄにおいて反射する前には情報記録媒体１１の変調パターン１３を透過しないため、反射光束３ａの波面が乱れることがなく、ノイズの少ない回折光が得られる。

以下、図３を参照して、さらに詳しく説明する。記録時と同様、放射光源２から出射したＰ偏光の光束は、光軸Ｌを含む平面により分割される第１の空間（図１では光軸Ｌを通り紙面に垂直な平面で切取られる上半分）および第２の空間（図１では光軸Ｌを通り紙面に垂直な平面で切取られる下半分）をそれぞれ透過する光束３および光束３’に分けられる。光束３および光束３’はそれぞれ第１および第２の空間を透過するという意味においてそれぞれ第１の光束３および第２の光束３’とも言える。

第１の空間を透過する光束３は、偏光ホログラム４と空間変調器５とハーフミラー６とを透過し、コリメートレンズ７により平行光に変換される。さらに、回折レンズ８の領域８ａを回折し、１／４波長板９により円偏光に変換され、対物レンズ１０により集光されて情報記録媒体１１の反射層１１ｄの表面上の点１２に収束する。

一方、第２の空間を透過する光束３’は、偏光ホログラム４を透過するが空間変調器５で光路を遮られる。空間変調器５は前述したようにたとえば強誘電液晶パネル等によって構成されており、情報の再生時には外部の信号に基づき光束３の通る領域５ａでＰ波の光を透過するが、Ｓ波の光には透過率がゼロになるように、また光束３’の通る領域５ｂではＳ波の光は通すが、Ｐ波の光には透過率がゼロになる様に変調パターンが決められている。

図４は、情報記録媒体１１内の光の光路を模式的に示している。光束３は第１の空間を透過してくるため、干渉パターン１３の領域を通過せずに反射層１１ｄの反射面に至り、第２の点１２での反射し、反転して反射光束３ａとなる。反射光束３ａは第２の空間に入り、干渉パターン１３を通過する。干渉パターン１３は、反射光束３ａに対し位相整合条件を満足する関係にあり、この領域内での伝搬により反射光束３ａから回折光３Ａが発生する。回折光束３Ａは第１の点１２’で集光した後、光軸Ｌの回りを反転して第１の空間に入射する。

図３に示すように、回折光３Ａは、さらに、対物レンズ１０および１／４波長板９を透過してＳ偏光の光に変換され、回折レンズ８のグレーティング領域８ａを回折する。この回折により回折光３Ａは発散気味の光束３Ｂとなって、コリメートレンズ７を透過し、その９０％がハーフミラー６の反射面６ａを反射して光束３Ｄとなる。反射面６ａを透過する残りの成分（本例では１０％）は、Ｓ波なので空間変調器５の領域５ａで遮光される。

反射光束３ａの内、干渉パターン１３の領域内での伝搬で回折光３Ａとならなかった残りの成分３ａは、第２の空間において対物レンズ１０および１／４波長板９を透過してほぼ平行なＳ偏光の光に変換される。さらに、回折レンズ８の領域８ｂを透過し、コリメートレンズ７で集光された後、その一部がハーフミラー６を透過し、空間変調器５に入射する。ハーフミラー６を反射する成分３ｄはマスク１５によって遮光される。この入射光はＳ波なので空間変調器５の領域５ｂをそのまま透過し、偏光ホログラム４を回折する。この回折光束３ｃは光検出基板１の表面に入射し、これを検出することで反射層１１ｄへのフォーカシングエラー信号と案内溝に対するトラッキングエラー信号とを生成し、これらの信号を基に光束３の収束点が反射層１１ｄの表面上の案内溝に制御されるよう対物レンズ１０が駆動される。

光束３Ｄを光検出基板１へ導くために、情報処理装置は光検出基板１とハーフミラー６との間の光路上に設けられたポリゴンミラー１６をさらに備えている。ポリゴンミラー１６は、ｎ個の側面ミラー部を有し、回転軸周りに回転するｎ角形（ｎは３以上の整数）の角柱形状を有している。光束３Ｄはポリゴンミラー１６の反射面を反射して、光検出基板１の表面に入射する。光検出基板１が光束３Ｄを検出することにより干渉パターン１３の情報が再生される。情報記録媒体１１は、ディスクモータの回転により図３に示した矢印方向１４に沿って回転している。光束３が収束する点１２は、ディスクモータの回転に伴い反射層１１ｄの表面の案内溝上に沿って移動し、反射層１１ｄの表面のピット信号や案内溝のウォブル信号等で同期信号を得て、この信号に同期させてポリゴンミラー１６を回転させている。信号再生時でのディスクモータの回転は連続的でも間欠的でもよく、間欠的な場合は干渉パターン１３の再生は回転が停止している間に行われる。

図４で示す様に円１３ａ内に存在する光束は反射光束１３ａのみであるため、干渉パターン１３から回折により得られる回折光束３Ａの品質は高い。しかも、反射光束１３ａは発生した回折光束３Ａに対し光軸Ｌに関し位置関係が反転する。したがって、回折光束３Ａとオーバーラップする光束は他に存在せず、光検出基板１上では光束３Ｄ以外の迷光は存在しない。

また、反射層１１ｄの反射面を反射する前の光束３は干渉パターン１３の領域を通過しないので、波面が乱されることなく反射面に至り、この面を反射して干渉パターン１３に入射する。仮に、光束３が例えば相隣接する位置に存在する２つの第２の点１２に基づき記録された隣接する干渉パターンの領域を通過することがあっても、そこでの干渉パターンは第２の点１２に向かって進む光束３に対しては位相整合条件から外れているので、波面が乱されることはない。したがって、参照光としての反射光束３ａの光品質が高く、発生する回折光３Ａの光品質も高い。以上のことにより、光検出基板１上の光束３Ｄで形成される再生像の光品質は極めて良好である。

図５は、信号記録時の空間変調器５に形成される変調パターンの一例を示す。灰色部が透過率がゼロになっており、その他の白色部の領域は変調されていない。つまり、透過率はゼロに比べて十分に大きい。灰色部において、位相をπずらすように空間変調を行うことも可能である。また、図５では灰色部および白色部が交互に並ぶチェッカーパターンとしたが、実際にはこれらの配列は、所定の情報を示すページデータに基づいている。

図６は、本実施形態における信号再生時の光検出基板１上での再生像２１である。灰色部が光量ゼロ、その他の白色部は光量がある領域に相当し、図５の空間変調器５を透過した直後の光量分布が縮尺されて再生される。光検出基板１上の方形の光検出器１ａは、光分布を構成する１つの方形（灰色部、又は白色部）パターンと同じかやや小さい形状を有している。ポリゴンミラー１６の回転（図３の矢印１７、紙面に直交する軸回りの回転）すると、光束３Ｄが照射されたミラー面の傾きが変化する。このミラー面の傾きの変化によって、再生像２１全体が−ｘ方向に移動し、光検出器１ａは相対的にｘ方向に移動する。これにより、再生像２１のｘ方向の方形パターンを検出する。

ポリゴンミラー１６のｎ個のミラー面（図３では一例としてｎ＝６を表示）は、回転軸に対しそれぞれ異なった傾斜角をなしている。つまり各ミラー面の法線と回転軸とがなす角度は異なっている。したがって、回転が進み、光束３Ｄが隣のミラー面を反射するようになると、光検出器１ａはいったんｘ軸の元の位置に戻り、ミラー面の傾斜角の差に応じてｙ方向に一目分（灰色部の方形の幅の分）だけシフトする。そして、上述したようにポリゴンミラー１６の回転によって相対的にｘ方向に移動する。

以上の動作をミラー面の数だけ繰り返し、結果として光検出器１ａは検出面１上の全ての灰色部の方形上および白色部の方形上を走査する。これにより、空間的な並びの再生像２１を時系列的な並びの信号（検出光量の大小関係）として置き換えることができる。検出光量の大小関係の判定は、ポリゴンミラー１６の回転角に応じて発生する信号に同期して行われる。本実施形態では空間的な並びの再生像を時系列的な並びの信号に置き換えられるので、光検出器の数を著しく少なくできると共に、配線等も簡単になるので従来例に比べ極めて安価な検出方法である。

図７は、信号再生時における案内溝と反射光との関係を説明する説明図である。光束３（図中の下側の半円内）が収束して反射層１１ｄの表面上に形成する光スポット２２は、案内溝２３（又は２３ａ、２３ｂ）の上に制御される。案内溝２３、２３ａ、２３ｂはダミー溝２５ａ、２５ｂを間に挟んで等周期に配置されている。案内溝２３、２３ａ、２３ｂの延長線上（ディスク回転方向）には、エンボス又はピットで形成した番地信号２４、２４ａ、２４ｂの並びが形成されている。番地信号２４、２４ａ、２４ｂはディスク回転方向に一定の間隔（案内溝部）を経て、案内溝が途切れた領域に形成されており、このような領域がディスクの一回転の間に複数存在する。このような周期的な案内溝からの反射はディスク径方向に溝回折を起こし、反射光束３ａ（図中の上側の半円内）には０次回折光３ａ０の上に１次回折光３ａＰと−１次回折光３ａＭとが重畳している。１次回折光３ａＰと−１次回折光３ａＭとはディスク径方向に回折分離し、この乖離量は案内溝とダミー溝とを含めた周期溝の径方向ピッチによって一義的に決まる。

案内溝のピッチ（２３と２３ａ、２３と２３ｂの間隔）は、回折再生像２１の再生品質が保たれるよう比較的広い間隔に設定されるので（例えば波長の３〜４倍程度）、ダミー溝がなければ１次回折光３ａＰは−１次回折光３ａＭと接近し、重なってしまう場合もある。本実施形態では各案内溝の間にダミー溝２５ａおよび２５ｂを挟むことで、１次回折光３ａＰと−１次回折光３ａＭとの乖離量を大きくし、間に挟むダミー溝の本数で乖離量を調節することも可能である。したがって、回折像２１は０次回折光３ａ０の波面部分だけで再生されており、案内溝での回折外乱（１次回折光３ａＰと−１次回折光３ａＭとの混入）が除去され、ノイズの少ない綺麗な再生が実現される。なお、番地信号はエンボスやピット以外にも案内溝のウォブル（ディスク径方向でのうねり）信号で与えることもできる。

（第２の実施形態）
図８および図９を参照し、本発明による情報処理装置の第２の実施形態を説明する。図８および図９に示す第２の実施形態において、第１の実施形態とおなじ構成要素には同一の参照番号を付している。本実施形態は第１の実施形態と一部の部品の配置が異なるだけで、情報記録媒体１１内での光束の光路や情報の記録・再生原理は同じである。

図８は信号記録時の情報処理装置の要部の構成とその記録原理を示している。情報記録媒体１１の内部での光束の光路は第１の実施形態において図２（ａ）および（ｂ）を参照して説明した通りである。

図８に示すように、光検出基板１上に取り付けられた半導体レーザー等の放射光源２を出射するＰ偏光の光束は、光軸Ｌを含む平面により分割される第１の空間（図９では光軸Ｌを通り紙面に垂直な平面で切取られる上半分）および第２の空間（図９では光軸Ｌを通り紙面に垂直な平面で切取られる下半分）をそれぞれ透過する光束３’および光束３に分けられる。第１の実施形態と同様、記録時には光束３は参照光として用いられ、光束３’は情報光として用いられる。

光束３は、空間変調器５と偏光ビームスプリッタ２６とを透過し（偏光ビームスプリッタ２はＰ波１００％透過、Ｓ波を１００％反射する）、コリメートレンズ７により平行光に変換される。さらに、回折レンズ８を透過し、１／４波長板９により円偏光に変換される。また、光束３はハーフミラー２７を透過した後（ハーフミラー２７は、例えば偏光によらず透過９０％、反射１０％といったものである）、対物レンズ１０により集光されて情報記録媒体１１の反射層１１ｄの表面上の第２の点１２に収束する。

本実施形態においても回折レンズ８および対物レンズ１０が集光部を構成している。集光部の構造は第１の実施形態で説明したように、図１（ｂ）や図１（ｃ）に示す構造を備えていてもよい。

一方、光束３’は、空間変調器５と偏光ビームスプリッタ２６とを透過し、コリメートレンズ７により平行光に変換され、回折レンズ８を回折し、１／４波長板９により円偏光に変換される。さらに、ハーフミラー２７を透過した後、対物レンズ１０により集光されて情報記録媒体１１の反射層１１ｄの手前に位置する第１の点１２’で収束する。

回折レンズ８の表面には、第１の空間内であって光束３’が入射する領域８ａにおいて、光軸Ｌを中心軸とする同心円に沿って鋸歯断面のグレーティングが形成されている。光束３’はこのグレーティングにより収束する側に１次光が回折し、１次回折光以外の成分は抑えられる。一方、光束３が入射する領域８ｂにはグレーティングが形成されていないため、光束３は回折せずにそのまま透過する。光束３と光束３’とで収束点が異なるのはこの回折の有無による。

第１の実施形態と同様、情報記録媒体１１は、透明基板１１ａとフォトポリマー等の感光層１１ｂと透明層１１ｃと反射層１１ｄを含み、感光層１１ｂは第２の点１２と第１の点１２’のほぼ中間に位置する。

空間変調器５は第１の実施形態と同様の構造を備え、外部からの信号に応じて、透過する光を変調する。また、第１の実施形態で説明したように、記録時および再生時において放射光源２から出射する光束の一部を遮断し、反射光の一部を遮断する。

図２（ａ）を参照して第１の実施形態で説明したように、光束３’は第１の点１２’を境に光束３が通過する第２の空間へ入射し、反射層１１ｄに到達する。このため、図２（ａ）中に示した円１３ａ内では光束３および光束３’が交差あるいは重なり合う。光束３および光束３’とも偏光状態は同じであるため、透明基板１１ａを透過して感光層１１ｂに入射すると干渉して干渉縞を形成し、レーザー光源の出力が大きい時には感光層１１ｂを感光させ、干渉パターン１３を形成する。この干渉パターン１３は、空間変調器５の変調パターンによって変化する。

情報記録媒体１１はディスクモータに取り付けられ、図８の矢印方向１４に沿って回転している。反射層１１ｄの表面には回転方向に沿って、径方向に周期的な案内溝（グレーティング）が等ピッチで形成され、光束３が収束する第２の点１２はこの案内溝上に位置制御されている。したがって、ディスクの回転に伴い、光束３および光束３’の収束位置も相対的に反射層１１ｄの表面上の案内溝、およびこれと平行な面に沿って回転移動し、案内溝を螺旋形状とすることで、一回転することにより光束３の収束位置１２を隣の案内溝に移動させることができる。

一方、図２（ｂ）に示したように、光束３’は反射層１１ｄの表面を反射することで、反射面に対して第１の点１２’の共役像の共役収束点１２”を仮想発光点とする反射光束３ａ’となる。光束３は第２の点１２が存在する反射層１１ｄの表面を反射することで、実線で示した反転した反射光束３ａとなる。この反射光束３ａは干渉パターン１３とはオーバーラップすることなく情報記録媒体１１を透過する。従って、円１３ａ内には光束３および光束３’以外では光束３ａ’が存在するだけである。光束３、光束３’および反射光束３ａ’の各光束の光強度は光束総面積に反比例する。第１の点１２’および共役収束点１２”から反射層１１ｄの反射面までの距離をともにｄとし、円１３ａの中心と反射層１１ｄの反射面との距離をｄ’とすると、光束３の光強度Ｉ₁はｄ’の２乗に反比例し、光束３’の光強度Ｉ₂はｄ−ｄ’の２乗に反比例し、光束３ａ’の光強度Ｉ₃はｄ＋ｄ’の２乗に反比例する。仮にｄ’＝ｄ／２とすると、前述の（式２）が成立する。なお、反射層１１ｄの反射率は１００％を越えないので、光強度Ｉ₃は更に小さくなり、円１３ａ内での干渉は実質上、光束３と光束３’との２光束間の干渉となり、実施の形態１と同様、従来例に比べ、はるかノイズの少ない高品位の干渉縞が形成できる。

図８に示すように、反射光束３ａは情報記録媒体１１を透過した後、対物レンズ１０により平行光束に変換され、その一部（例えば、１０％）がハーフミラー２７の反射面２７ａを反射して光束３ｂとなる。光束３ｂはホログラム４’を回折し、コリメートレンズ７’により集光され、光束３ｃとなって光検出器１’の表面に入射する。この光束３ｃを検出して、反射層１１ｄへのフォーカシングエラー信号と案内溝に対するトラッキングエラー信号とを生成し、これらの信号を基に、第２の点が反射層１１ｄの表面上の案内溝に制御されるよう対物レンズ１０が駆動される。

一方、反射光束３ａの内、ハーフミラー２７の反射面２７ａを透過する成分は、１／４波長板９を透過してＳ偏光の平行光に変換される。そして、回折レンズ８のグレーティング領域８ａで回折した後、全ての光が偏光ビームスプリッタ２６の偏光面２６ａを反射する。

次に、図９を参照して情報の再生時における情報処理装置の要部の構成を説明する。第１の実施形態と同様、情報の再生時には光束３は参照光として第１の空間を透過する。図９に示すように、放射光源２を出射する光束３は、空間変調器５および偏光ビームスプリッタ２６を透過する。さらに、コリメートレンズ７および回折レンズ８の領域８ａを回折し、やや発散した光となる。１／４波長板９により円偏光に変換され、ハーフミラー２７を経て、対物レンズ１０に入射する光束３は、情報記録媒体１１の反射層１１ｄの表面上の第２の点１２に収束する。一方、光束３’は、空間変調器５で光路を遮られる。

図４を用いて説明したように、光束３は第１の空間を伝播するため、干渉パターン１３の領域を通過せずに反射層１１ｄの反射面に至り、第２の点１２での反射を境に反転して反射光束３ａとなる。その後、第２の空間に入射し、干渉パターン１３を通過する。干渉パターン１３は、反射光束３ａに対し位相整合条件を満足する関係にあり、この領域内での伝搬により反射光束３ａから回折光３Ａが発生する。回折光束３Ａは第１の点１２’で集光した後、光軸Ｌの回りを反転して対物レンズ１０で集光され、ハーフミラー２７および１／４波長板９を透過してＳ偏光の光に変換される。さらに回折レンズ８のグレーティング領域８ａを回折する。この回折により光束３ｂは発散気味の光となって、コリメートレンズ７を透過し、全ての光が偏光ビームスプリッタ２６の偏光面２６ａを反射して、光束３Ｄとなる。回折光束３Ａの内、ハーフミラー２７の反射面２７ａを反射する成分は、ホログラム４’およびコリメートレンズ７’を経て光検出器１’に向かう。しかし、光検出器１’の検出面上で光束３Ｄｈａ大きな光スポットを形成するため、後述するフォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号等の検出への影響は少ない。

反射光束３ａの内、干渉パターン１３の領域内での伝搬で回折光と成らなかった残りの成分である光束３ａは対物レンズ１０で集光された後、その一部（例えば、１０％）がハーフミラー２７の反射面２７ａを反射して光束３ｂとなる。光束３ｂはホログラム４’を回折し、コリメートレンズ７’により集光され、光束３ｃとなって光検出器１’の表面に入射する。

光検出器１’で光束３ｃを検出することで、反射層１１ｄへのフォーカシングエラー信号と案内溝に対するトラッキングエラー信号とを生成し、これらの信号を基に光束３が収束する第２の点１２が反射層１１ｄの表面上の案内溝に対してフォーカスおよびトラッキング制御されるよう対物レンズ１０が駆動される。

一方、反射光束３ａの内、ハーフミラー２７の反射面２７ａを透過する残りの成分は、１／４波長板９を透過してＳ偏光の光に変換されるので、回折レンズ８の領域８ｂおよびコリメートレンズ７を透過した後、全ての光が偏光ビームスプリッタ２６の偏光面２６ａを反射し、遮光マスク１５により遮光される。

光束３Ｄは、ポリゴンミラー１６の反射面により反射され、光検出基板１の表面に入射する。光検出基板１が光束３Ｄを検出することにより、干渉パターン１３の情報が再生される。情報記録媒体１１はディスクモータの回転により、図９の矢印方向１４に沿って回転している。光束３の収束位置である第２の点１２は、情報記録媒体の矢印１４方向の回転によって、反射層１１ｄの表面の案内溝上に沿って移動する。したがって、光検出器１’によって反射層１１ｄの表面のピット信号や案内溝のウォブル信号を得て、これらの信号から同期信号を生成し、この同期信号に同期させてポリゴンミラー１６を回転させている。なお、信号再生時でのディスクモータの回転は連続的でも間欠的でもよく、間欠的な場合は干渉パターン１３の再生は回転が停止している間に行われる。

本実施形態においても図４を参照して説明したように、円１３ａ内に存在する光束は反射光束１３ａのみであるため、反射光束１３ａが干渉パターン１３を伝搬することで発生する回折光束３Ａの品質は高い。しかも、反射光束１３ａは光軸Ｌに関して発生した回折光束３Ａと位置関係が反転する。したがって、回折光束３Ａにオーバーラップする光束は他に存在せず、光検出器１上では再生信号光である光束３Ｄ以外に迷光は存在しない。

また、反射面を反射する前の光束３は干渉パターン１３の領域を通過しないので、波面が乱されることなく反射面に至り、この面を反射して干渉パターン１３に入射する。仮に、光束３が例えば相隣接する位置に存在する２つの点１２に基づき記録された隣接する干渉パターンの領域を通過することがあっても、そこでの干渉パターンは光束３に対しては位相整合条件から外れているため波面が乱されることはない。したがって、参照光としての反射光束３ａの光品質が高いことから、発生する再生光（回折光３Ａ）の光品質も高い。以上のことにより、実施の形態１と同様に、光検出器１上の光束３Ｄで形成される再生像の光品質は極めて良好である。

また、第１の実施形態において図５から図７を参照して説明したように、本実施形態においても情報記録媒体１１への情報および情報記録媒体１１に記録された情報の再生がおこなわれ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上、第１および第２の実施形態では、光源と光検出器とをユニット化した構成を挙げ説明したが、これらは別々の部品であってもよい。また、第１および第２の実施形態でポリゴンミラ−を使って空間的な並びの再生像を時系列的な並びの信号に置き換える光検出法を採用しているが、図６に示した再生像２１全体を２次元的複数の光検出器が配列された光検出器を用いて検出してもよい。また、第１の実施形態における回折レンズを、対物レンズと同じホルダーに構成し、一体的に駆動させてもよい。

さらに、第１および第２の実施形態ではフォーカス検出法やトラッキング検出法については詳細に説明していないが、これらは、たとえばＤＶＤやＣＤ等の光ディスク技術で使われているＳＳＤ法（Ｓｐｏｔ Ｓｉｚｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ、フォーカス検出法の一つ）やＰＰ法（Ｐｕｓｈ−Ｐｕｌｌ、ｄｅｔｅｃｔｉｏｎトラッキング検出法の一つ）等であってよい。

また、第１および第２の実施形態では、光源から出射する光束を光軸を含む平面で２つに分け、それぞれの空間を透過する光の収束位置を異ならせることによって干渉パターンを形成する例に基づいて説明した。しかし、光束の分割数は複数であればよく、２つ以上の場合、それぞれの集光位置が光軸に対して対角位置にある光束同士が干渉して干渉パターンを形成することになり、さらに分解能の向上した高密度記録再生を実現することが可能となる。

本発明は、情報記録媒体に超高密度で記録再生を行う情報処理装置に好適に用いられる。特に、大容量のハードディスクに代わる可換性の情報記録媒体および情報処理装置に公的に用いられる。

（ａ）は本発明の情報処理装置の第１の実施形態を示す図であって、情報記録時の要部の構成を示している。（ｂ）および（ｃ）は、（ａ）に示す情報処理装置の集光部の変形例を示している。 （ａ）および（ｂ）は、図１（ａ）に示す情報処理装置を用いて情報を記録する場合における情報記録媒体中の入射光束および回折光束をそれぞれ示す図である。 本発明の情報処理装置の第１の実施形態を示す図であって、情報再生時の要部の構成を示している。 図３に示す情報処理装置を用いて情報を再生する場合における情報記録媒体中の光束を示す図である。 第１の実施形態の情報録時における空間変調器の変調パターンを示す図である。 第１の実施形態の情報再生時における光検出器の検出面上での再生像を示す図である。 第１の実施形態の情報再生時における情報記録媒体の構成と反射光との関係を示す図である。 本発明の情報処理装置の第２の実施形態を示す図であって、情報記録時の要部の構成を示している。 本発明の情報処理装置の第２の実施形態を示す図であって、情報再生時の要部の構成を示している。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来のＤＶＤなどの光学装置および従来のホログラム記録装置を説明する模式図である。 従来の情報処理装置の情報記録時における要部の構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１１に示す従来の情報処理装置を用いて情報を記録する場合における情報記録媒体中の入射光束および回折光束をそれぞれ示す図である。 従来の情報処理装置の情報再生録時における要部の構成を示す図である。 （ａ）および（ｂ）は、図１３に示す従来の情報処理装置を用いて情報を再生する場合における情報記録媒体中の入射光束および回折光束をそれぞれ示す図である。

符号の説明

１ 光検出基板
２ 放射光源
３、３’ 放射光束
４ 偏光ホログラム
５ 空間変調器
６ ハーフミラー
７ コリメートレンズ
８ 回折レンズ
８ａ、８ｂ 領域
１０ 対物レンズ
１１ 情報記録媒体
１１ａ 透明基板
１１ｂ 感光層
１１ｃ 透明層
１１ｄ 反射層
１２，１２’ 点
１３ 干渉パターン

Claims (24)

1. 放射光源と、
   前記光源から出射した光束を、感光層を有する情報記録媒体へ向けて収束させる集光部であって、前記光束を、少なくとも前記光軸を含む平面によって分割される第１および第２の空間をそれぞれ透過する第１および第２の光束に分割し、前記第１および第２の光束を前記情報記録媒体中であって前記感光層を挟む第１および第２の点にそれぞれ収束させる集光部と、
   を備え、
   前記第１の点と第２の点との間において、前記第１および第２の光束が互いに干渉することにより干渉縞を形成し、前記干渉縞により前記情報記録媒体の感光層に情報を記録する情報処理装置。
2. 前記第１の点は前記第２の点よりも前記集光部に近接しており、前記第１および第２の光束は、前記光軸に対し非回転対称で、前記第１および第２の点の間に位置する領域において互いに重なり合い、干渉縞を形成する請求項１に記載の情報処理装置。
3. 前記第１および第２の光束を透過または反射し、情報の記録時において前記光束の一部の領域に入射する光の光量、位相および偏光状態の少なくともいずれか１つを変化させる空間変調器をさらに備える請求項２に記載の情報処理装置。
4. 前記情報記録媒体は、透明層と、透明基板と、反射層とをさらに含み、前記透明基板および前記反射層は、前記感光層および前記透明層を挟むようにそれぞれ前記感光層側および透明層側に設けられており、前記第１の点は前記透明基板中に位置し、前記第２の点は前記反射層表面に位置する請求項３に記載の情報処理装置。
5. 前記放射光源と集光部との間に位置しており、所定の偏光状態の光を回折する第１の光分岐部と、
   前記第１の光分岐部と前記情報記録媒体との間に位置する波長板と、
   第１の光検出器と、
   をさらに備え、
   前記反射層の表面には、案内用凹凸構造が設けられており、前記第２の光束が前記反射層の表面において反射することにより得られる反射光が前記第１の空間を透過し、前記第１の光分岐部により前記第１の光検出器に入射するように分岐され、前記第１の光検出器が前記反射光を検出することにより得られる信号に基づいて、前記光源から出射した光束が所定の集光状態で前記情報記録媒体の凹凸構造を追跡するように制御する請求項４に記載の情報処理装置。
6. 前記情報記録媒体は中心軸を有する円盤形状を備え、前記凹凸構造は前記中心軸に対して螺旋状または同心円状に形成されている請求項５に記載の情報処理装置。
7. 第２の光分岐部と、
   第２の光検出器と、
   をさらに備え、
   情報の再生時には、前記第１の光束が前記情報記録媒体の第２の点に収束するよう、前記情報記録媒体を配置し、前記第１の光束が前記情報記録媒体の反射層において反射することによって得られる反射光が、前記感光層の干渉縞が形成された領域を透過することによって回折光を生成し、前記第２の光分岐部は、前記回折光を前記第２の光検出器へ向けて分岐させる請求項４に記載の情報処理装置。
8. 前記空間変調器は、情報の再生時において、前記第２の光束が前記集光部へ到達しないように遮断する請求項７に記載の情報処理装置。
9. 前記回折光は、前記第１の収束点を仮想発光点とし、前記第１の空間を透過する請求項７に記載の情報処理装置。
10. 前記第１の光束が前記情報記録媒体の反射層において反射することによって得られる反射光の一部は前記第２の空間を透過し、前記第１の光分岐部により前記第１の光検出器に入射するように分岐され、前記第１の光検出器が前記反射光を検出することにより得られる信号に基づいて、前記光源から出射した第１の光束を所定の集光状態で前記情報記録媒体の凹凸構造を追跡するように制御する請求項７に記載の情報処理装置。
11. 前記第１および第２の空間を分割する平面が前記凹凸構造の延びる方向と直交している請求項６に記載の情報処理装置。
12. 前記情報記録媒体は、複数のピットまたはエンボスを含み、前記複数のピットまたはエンボスは、前記第１および第２の空間を分割する平面と直交する方向に配列されている請求項７に記載の情報処理装置。
13. 前記第２の光分岐部と第２の光検出器との間の光路上に配置されており、ｎ個の側面ミラー部を有し、回転軸周りに回転するｎ角形（ｎは３以上の整数）のポリゴンミラーをさらに備え、
    前記第２の光分岐部により分岐した回折光は前記ポリゴンミラーの側面ミラー部において反射して第２の光検出器側に向かい、前記ポリゴンミラーの回転にともなって前記分岐した回折光内部の明暗分布が前記第２の光検出器上を走査し、前記明暗分布が読み取られる請求項７記載の情報処理装置。
14. 前記ポリゴンミラーのｎ個の側面ミラー部の法線は、前記回転軸に対してそれぞれ異なる角度をなしている請求項１３記載の情報処理装置。
15. 前記集光部は、対向する第１および第２の主面を有する平行平板と対物レンズとを含み、前記平行平板の第１の空間または第２の空間に位置する第１の主面または第２の主面に、前記平行平板を透過する光の収束状態を変化させる回折格子が設けられている請求項１に記載の情報処理装置。
16. 前記集光部は、対向する第１および第２の主面を有する平行平板と対物レンズとを含み、
    前記平行平板の第１の空間に位置する第１の主面または第２の主面において前記平行平板を透過する光の収束状態を変化させる第１の回折格子が設けられ、前記平行平板の第２の空間に位置する第１の主面または第２の主面において前記平行平板を透過する光の収束状態を変化させる第２の回折格子が設けられており、前記第１の回折格子と前記第２の回折格子は光の回折角度が異なっている請求項１に記載の情報処理装置。
17. 前記集光部は対物レンズを含み、前記対物レンズの第１の空間および第２の空間に位置する部分の曲率は互いに異なっている請求項１に記載の情報処理装置。
18. 放射光源と、
    前記光源から出射した光束を、その光軸上を含む平面によって分割される２つの空間をそれぞれ透過する２つの光束に分割し、前記分割された光束の一方を所定の収束点に収束させる集光部と、
    を備え、
    前記収束点が、３次元干渉パターンによって情報が記録された情報記録媒体の反射層上に位置するように、前記分割された光束を照射し、前記分割された光束が前記反射層の表面において反射することにより得られる反射光を前記３次元干渉パターンに透過させ、生成した回折光を検出する情報処理装置。
19. 透明層と、感光層と、前記感光層および透明層を挟むようにそれぞれ前記感光層側および透明層側に設けられた透明基板および反射層とを備え、
    請求項１から１７のいずれかに規定される情報処理装置により、前記感光層に干渉縞による情報が記録された情報記録媒体。
20. 透明層と、感光層と、前記感光層および透明層を挟むようにそれぞれ前記感光層側および透明層側に設けられた透明基板および反射層とを備え、
    前記反射層と垂直な直線上であって、前記透明基板中の点に収束する第１の収束光と、前記反射層と垂直な前記直線上であって、前記反射層の前記透明層側の表面上の点に収束する第２の収束光との干渉により、前記感光層中に前記直線に対して回転非対称な領域に干渉縞の３次元干渉パターンが形成されており、
    前記第１の収束光または前記第２の収束光が記録すべき情報によって変調されていることにより、３次元干渉パターンが前記情報を含んでいる情報記録媒体。
21. 前記第１の収束光および第２の収束光は、前記反射層と垂直な前記直線を含む平面によって分割される２つの領域をそれぞれ伝播している請求項２０に記載の情報記録媒体。
22. 前記情報記録媒体は、中心軸を有する円盤形状を備え、前記円盤において前記３次元干渉パターンが複数配列され、前記中心軸に対して螺旋状または同心円状の凹凸構造を有する請求項２１に記載の情報記録媒体。
23. 前記光軸を含む平面が前記凹凸構造の延びる方向と直交している請求項２２に記載の情報記録媒体。
24. 前記情報記録媒体は、中心軸を有する円盤形状を備え、前記円盤は、複数のピットまたはエンボスを含み、前記複数のピットまたはエンボスは、前記光軸と直交する方向に配列されている請求項２１に記載の情報記録媒体。
    
    
    

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