JP2007316422A - 光情報記録方法及び記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】ホログラムサイズを小さくして記録密度を高めることが可能な光情報記録方法及び記録媒体を提供すること。
【解決手段】記録用参照光と、複数の画素１２を有する空間光変調器１１によって空間的に変調された情報光とを対物レンズ１３によって記録媒体に対して収束するように照射して記録用参照光と情報光との干渉縞を記録する光情報記録装置において、空間光変調器１１から対物レンズ１３に向かう情報光の光軸２２が、空間光変調器によって回折されるｍ次（ｍ＝０，±１，±２…）の回折光２３と一致せず、情報光用空間変調パターン１３０３は複数の基準マーク１３０６を含み、基準マーク１３０６の領域内における空間周波数が、空間光変調器の基本空間周波数よりも小さい空間周波数を含むように構成されている。
【選択図】図１３

Description

本発明は、情報光と参照光との干渉による干渉縞をホログラムとして記録媒体に記録する光情報記録方法及び干渉縞が記録された記録媒体に関する。

ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、記録用光を構成するイメージ情報を担持した情報光と記録用参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、その時にできる干渉パターンを記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に再生用参照光を照射することにより、干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される（特許文献１参照）。

近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、３次元的に干渉パターンを書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は２値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。このデジタルボリュームホログラフィでは、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタイズして、２次元デジタルパターン情報に展開し、これをイメージ情報として記録する。再生時は、この２次元デジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時にＳＮ比（信号対雑音比）が多少悪くても、微分検出を行ったり、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。

かかるホログラフィック記録を行う光記録再生装置として、情報光および参照光を対物レンズによって記録媒体の同一面側から、情報光の光軸と参照光の光軸とが同軸となるように記録媒体に照射する装置が提案されている（特許文献１）。

この光記録再生装置においては、格子状に配列された多数の画素を有する空間光変調器（ＳＬＭと略すこともある）に情報光用空間変調パターンおよび参照光用空間変調パターンを表示し、空間光変調器によって光の位相、強度、波長等の状態を各画素毎に変化させることで２次元デジタルパターン情報を担持した情報光および参照光を生成していた。空間光変調器として、液晶表示装置を使用することもあるが、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を使用することも考えられる。ＤＭＤは、複数の反射型の画素を有し、画素毎に反射方向を変えて反射することができる。

そして、空間的に変調された情報光および参照光は、対物レンズによって記録媒体に対し収束するように照射されるので、情報光用空間変調パターンおよび参照光用空間変調パターンのフーリエ変換された周波数成分同士が干渉縞を形成することになる。

ＤＭＤを使用した光情報記録再生装置のピックアップの構成を図１９に示す。ピックアップ１０１は、参照光および情報光を光情報記録媒体１５１に照射し、光情報記録媒体１５１からの再生光を受けるためのものである。ピックアップ１０１は、レーザ光源１０３、コリメータレンズ１０５、ミラー１０７、ＤＭＤ１０９、偏光ビームスプリッタ１１１、リレーレンズ１１３、１１５、開口１２７、ミラー１１７、４分の１波長板１１９、対物レンズ１２１、リングマスク１２３、光検出器１２５を備えている。

図１９の光情報記録再生装置によって情報を記録する場合、レーザ光源１０３からレーザ光を射出し、コリメータレンズ１０５によって平行光線とし、ミラー１０７によってＤＭＤ１０９に向かって反射される。ＤＭＤ１０９は、画素として複数の微小なミラーを有しており、画素毎にミラーの傾斜角を変更できる。ＤＭＤ１０９の複数の画素に情報光用空間変調パターンおよび参照光用空間変調パターンを表示すれば、その反射光１３３は、情報光用空間変調パターンおよび参照光用空間変調パターンによって空間的に変調された情報光および参照光となる。

情報光および参照光は、偏光ビームスプリッタ１１１を通過し、一対のリレーレンズ１１３、１１５によって対物レンズ１２１の入射瞳面に結像するように伝搬される。その途中、一対のリレーレンズ１１３、１１５の間の焦点面に配置された開口１２７によって回折光の一部が取り除かれ、ミラー１１７によって対物レンズ１２１に向けて反射され、４分の１波長板１１９を通過する。対物レンズ１２１は、情報光および記録用参照光を光情報記録媒体１５１のホログラム記録層１５３において干渉させ、ホログラフィを形成させる。

また、図１９の光情報記録再生装置によって情報を再生する場合は、ＤＭＤ１０９に再生用の参照光用空間変調パターンのみを表示して、再生用参照光を生成し、再生用参照光を対物レンズ１２１によって光情報記録媒体１５１のホログラム記録層１５３に形成された干渉縞に照射する。干渉縞から再生された再生光と再生用参照光は、光情報記録媒体１５１の反射層１５５によって反射され、逆方向に対物レンズ１２１、４分の１波長板１１９、ミラー１１７、一対のリレーレンズ１１３、１１５を経て伝搬される。ここで、再生光と再生用参照光は、４分の１波長板１１９を２回通過することによって、偏光が９０°変化しているので、偏光ビームスプリッタ１１１によって光検出器１２５に向かって反射され、リングマスク１２３によって再生用参照光が取り除かれ、再生光が光検出器１２５に入射する。

なお、干渉縞を記録するための光情報記録媒体１５１は、２枚の基板１５１ａ、１５１ｂ間に、ホログラム記録層１５３および反射層１５５が設けられている。ホログラム記録層１５３は、情報光および参照光に対して感光性を有するモノマーが混入されており、情報光および参照光が干渉して形成された干渉縞によってモノマーの一部が反応してポリマーとなることで、屈折率等の光学特性を変化させ、干渉縞（ホログラム）を記録する。つまり、干渉縞を記録することによって、ホログラム記録層中のモノマーの一部が消費される。また、記録された部分のモノマー濃度が減少すると、周囲からモノマーが拡散移動する。

特開２００５−３２３０７号公報

図２０に従来の情報光用空間変調パターン１４１の構成を示す。情報光用空間変調パターン１４１は、複数のブロック単位１４３を配列させて形成されており、各ブロック単位１４３は基準マーク１４７と一定量の２次元パターン情報のシンボル単位１４５とから構成されている。

２次元パターン情報のシンボル単位１４５は、記録する情報を一定情報量の単位毎に符号化して生成される。図２０においてシンボル単位１４５は、記録する情報を８ビット毎に、４×４の画素の中から３つの画素をオンの画素１４５ａ（図２０においては網掛けで示す）とし、オンの画素１４５ａの配置によって符号化したものである。

基準マーク１４７は、予め定められた形状の２次元パターンであり、空間変調パターン全体の位置、空間変調パターン全体の向き、空間変調パターンにおける２次元パターン情報の各シンボル単位１４５の位置または各シンボル単位の向き等の基準となるものである。従来、４×４の正方形状の画素を全てオン状態にして基準マーク１４７を表わしていた。図２０のシンボル単位１４５は、４×４の画素中３つの画素しかオンの画素とならないため、４×４の画素がオンとなっていれば、シンボル単位１４５と区別して認識することができ、基準とすることができる。

図２０においてブロック単位１４３は、中心に４×４のオン画素１４５ａを基準マーク１４７として配置し、その周囲を２画素分あけて、６×６個のシンボル単位分の領域（２４×２４画素）を埋めるようにシンボル単位１４５を３２個配置している。図２０においては、情報光用空間変調パターン１４１の中にブロック単位１４３が最上段に４個、２段目に６個、３〜６段目に各８個、７段目に６個、８段目に４個配置されている。最上段の一番左側のブロック単位１４３ａ（点線で示す）だけは、中心に基準マーク１４７のみ配置された構成であり、基準マーク１４７の周囲に２次元パターン情報のシンボル単位が配置されていない。このため、最上段の一番左側のブロック単位１４３ａは、他のブロック単位と区別することができ、情報光用空間変調パターン１４１自体の位置や向きの基準とすることができる。例えば、再生時において、情報光用空間変調パターン１４１を検出すると、ブロック単位１４３ａが左上となるように位置合わせをし、その後、ブロック単位１４３ａの右隣のブロック単位から順に復号化して再生することができる。

更に、各ブロック単位１４３については、基準マーク１４７を中心とした正方形状となるようにシンボル単位が配置されているので、基準マーク１４７との相対的な位置を特定することで、各シンボル単位１４５の配置を特定することができる。

空間光変調器は、周期構造を持った微小な画素の集合体であるため、一種の回折格子を形成する。回折格子は、回折格子の周期をａ、回折光の角度をθ_d、入射光の角度をθ₀、回折次数をｍ（ｍ＝０、±１、±２）、光の波長をλとすると、
式１：ａ（ｓｉｎθ_d−ｓｉｎθ₀）＝ｍλ
の関係を満たす。

図１９の光情報記録再生装置においては、ミラー１０７からの光１３１は、ＤＭＤ１０９に対して入射角θ₀を有して入射し、ＤＭＤ１０９から垂直（θ₁＝０°）に射出するように配置されている。この関係を図に示すと、図２１のようになる。ＤＭＤ１０９の画素１３５の間隔が回折格子の周期ａとなり、回折光１３２の角度θ_dは、画素１３５の間隔ａ、入射光１３１の波長λおよび入射角θ₀から式１によって決まり、ＤＭＤ１０９の画素１３５の傾斜角Ψには依存しない。他方、反射光１３３（図２１においては−３次の回折光と重なっている）の出射角θ₁は、入射光１３１の入射角θ₀およびＤＭＤ１０９の画素１３５の傾斜角度Ψから
式２：θ₁＝θ₀−２Ψ
によって決まる。図２１においては、反射光１３３の出射角θ₁は０°であるから出射角θ₁を示していない。

なお、図２１は、空間光変調器１０９の全ての画素１３５をオン状態とした場合であり、画素１３５の間隔ａが回折格子の周期となっている。ところが、情報光用空間変調パターンや参照光用空間変調パターンが表示された空間光変調器の場合、情報光用空間変調パターンや参照光用空間変調パターンは、オン画素とオフ画素が組み合わされて形成されているから、様々な周期成分を有し、回折格子の周期としては、隣接する画素の間隔ａだけではない。しかし、空間光変調器１０９において表示されるパターンは、画素１３５を基準の単位要素として構成されるため、回折格子の周期としては、画素の間隔ａが最小となる。そこで、全ての画素１３５をオン状態とした状態の空間周波数をその空間光変調器における基本空間周波数と呼ぶ。

従来では、ＤＭＤ１０９によって反射されて生成される情報光、記録用参照光および再生用参照光の光軸（θ₁）は、回折光１３２の内の一部の進行方向（θ_d）と一致するように定められていた（特許文献１の段落００２９）。つまり、ａ（ｓｉｎθ₁−ｓｉｎθ₀）＝ｍλを満たし、入射角θ₀が−ａ・ｓｉｎθ₀＝ｍλとなるように構成されていたのである。

なお、ＳＬＭとして透過型の液晶表示装置等を使用した場合は、ＳＬＭに対して光を垂直（θ₀＝０°）に入射させて、垂直（θ₁＝０°）に出射した光を利用していたため、入射角＝出射角であり、０次の回折光と光軸が一致していた。

本発明者は、特願２００５−３１２５１３号において、かかる従来の光情報記録再生装置に対して、空間光変調器から対物レンズに向かう情報光の光軸が、空間光変調器によって回折されるｍ次（ｍ＝０，±１，±２…）の回折光と一致しないように構成した光情報記録装置を提案した。情報光の光軸が回折光と一致しないように構成した場合は、対物レンズによってフーリエ変換された空間光変調器の基本空間周波数によって発生する輝点を最も光強度の強い領域に配置させることができ、干渉縞の強度を強くすることができ、ホログラムサイズを小さくすることが可能となる。

本発明は、かかる情報光の光軸が回折光と一致しないように構成した場合において、更にホログラムサイズを小さくすることを可能にし、記録密度を高めることが可能な光情報記録方法及び記録媒体を提供することを課題とする。また、本発明は、従来よりも記録再生の信頼性を高めることが可能な光情報記録方法及び記録媒体を提供することを課題とする。

以上のような課題を解決するため、本発明の光情報記録方法は、記録用参照光と、複数の画素を有する空間光変調器に表示された情報光用空間変調パターンによって空間的に変調された情報光とを対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射して前記記録媒体のホログラム記録層における前記記録用参照光と前記情報光との干渉縞を記録する光情報記録方法において、前記空間光変調器から前記対物レンズに向かう前記情報光の光軸が、前記空間光変調器によって回折されるｍ次（ｍ＝０，±１，±２…）の回折光と一致せず、前記情報光用空間変調パターンは複数の基準マークを含み、前記基準マークの領域内における空間周波数が、前記空間光変調器の基本空間周波数よりも小さい空間周波数を含むことを特徴とする。

更に、上記光情報記録方法において、前記情報光の光軸の方向は、（ｍ＋０．２）次乃至（ｍ＋０．８）次の回折光の進行方向の範囲内であることが好ましい。また、前記空間光変調器は、前記複数の画素が格子状に配置されており、前記情報光の光軸の方向は、前記複数の画素による格子の対角方向についての約（ｍ＋０．５）次の回折光の進行方向と一致することが好ましい。

更に、上記光情報記録方法において、前記基準マークの領域内における空間周波数が、前記空間光変調器の基本空間周波数の半分の空間周波数を含むことが好ましい。また、前記基準マークは属性の異なる画素を交互に配置したパターンを含むことが好ましい。

更に、上記光情報記録方法において、前記情報光の光軸の方向は、前記空間光変調器に対して垂直であることが好ましい。

また、本発明の記録媒体は、上記光情報記録方法によってホログラム記録層に干渉縞が記録されたことを特徴とするものである。

本発明の光情報記録方法では、対物レンズへ向かう出射光の光軸をｍ次の回折光とずらすことによって、最も強度の強い領域に複数の基本空間周波数による輝点を配置させることができ、干渉縞の強度を強くすることができる。また、画素の反射面の傾斜角度の誤差等によって、空間光変調器からの出射角θ₁にバラツキが生じて、形状成分パターンのフーリエ面における位置がずれたとしても、複数の基本空間周波数による輝点が存在するため、ホログラムの記録領域内において強い強度を保つことができ、信頼性が向上する。

更に、従来では、中心に非常に強い光強度の領域が局在化するため、光情報記録媒体のホログラム記録層中におけるモノマー濃度が部分的に枯渇してしまい多重記録の妨げとなることもあったが、本発明の光情報記録方法では、光強度の強い領域に複数の輝点を配置させているので、ホログラムの記録領域内における光強度分布を従来に比較すれば平均化することができる。この結果、モノマー濃度も平均的に減少し、多重記録特性を向上できるので、記録容量を増やすことができる。

また、本発明の光情報記録方法においては、光軸の近傍に位置する４つの輝点によって全ての空間周波数特性が示されるため、それら４つの輝点を含む大きさまでホログラムの記録領域を小さくすることができる。よって、一つ当たりのホログラムサイズを小さくできるので、その分、多くのホログラムを記録することができ、記録容量を増やすことができる。

加えて、本発明の光情報記録方法では、情報光用空間変調パターンが複数の基準マークを含み、基準マークの領域内における空間周波数が、空間光変調器の基本空間周波数よりも小さい空間周波数を含んでいるので、基準マークをフーリエ変換することによって発生する輝点が４つの基本空間周波数による輝点の内部に存在し、ホログラムサイズを小さくしても、基準マークが消えず信頼性を向上させることができる。そして、ホログラムの大きさをより小さくすることが可能となり、記録容量を向上させることも可能となる。

まず、図１を用いて、本発明の空間光変調器１１における入射光２１、出射光２２および回折光２３の関係を説明する。本発明の光情報記録再生装置は、記録時には、空間光変調器１１に情報光用空間変調パターンおよび記録用参照光用空間変調パターンを表示して、光を空間的に変調して情報光および記録用参照光を生成する。なお、記録用参照光は空間的に変調しなくてもよく、その場合は、空間光変調器１１に情報光用空間変調パターンのみを表示すればよい。そして、情報光と記録用参照光は、対物レンズ１３によって記録媒体（図示せず）に対して収束するように照射され、記録媒体のホログラム記録層において干渉することで、情報光と記録用参照光の干渉縞がホログラム記録層に記録される。次に、空間的に変調した記録用参照光を利用して記録した干渉縞を再生する時には、空間光変調器１１に記録時において記録用参照光を生成した記録用参照光用空間変調パターンと同じ再生用参照光用空間変調パターンを表示して、光を空間的に変調して再生用参照光を生成する。再生用参照光は、対物レンズ１３によって記録媒体に対して収束するように照射され、記録媒体のホログラム記録層に記録された干渉縞と干渉して再生光を発生させる。発生した再生光は、対物レンズ１３を含む光学系によって伝搬され、光検出器によってその空間変調パターンが検出される。

本発明においては、空間光変調器１１から対物レンズ１３に向かう出射光２２（情報光、記録用参照光または再生用参照光）の光軸が、空間光変調器１１によって回折されるｍ次（ｍ＝０，±１，±２…）の回折光２３と一致しないように構成されている。これは、出射光２２がｍ次と（ｍ＋１）次の回折光２３の間に位置することを意味する。図１においては、−１次の回折光と０次の回折光の間に出射光２２が位置している。また、空間光変調器１１に入射する光２１の入射角をθ₀、空間光変調器１１から出射される光２２の出射角をθ₁、光の波長をλ、空間光変調器１１における複数の画素１２の周期をａ、回折光２３の回折次数をｍ（ｍ＝０，±１，±２…）とすると、
式３：ｍλ≠ａ（ｓｉｎθ₁−ｓｉｎθ₀）
の関係式を満たすように装置を構成する。なお、図１においては、反射型の空間光変調器で例示したが、透過型の空間光変調器であっても同じである。

ここで、出射光２２の光軸の方向は、（ｍ＋０．２）次乃至（ｍ＋０．８）次の回折光２３の進行方向の範囲内であることが好ましく、特に約（ｍ＋０．５）次の回折光２３の進行方向であることが好ましい。つまり、（ｍ＋０．２）λ≦ａ（ｓｉｎθ₁−ｓｉｎθ₀）≦（ｍ＋０．８）の関係式を満たすことが好ましく、特に約（ｍ＋０．５）λ＝ａ（ｓｉｎθ₁−ｓｉｎθ₀）の関係式を満たすことがより好ましい。

また、図１においては、出射光２２の角度θ₁を分かりやすくするため、斜めに射出させているが、対物レンズ１３によって２次元パターン情報をフーリエ変換する際に、２次元パターン情報を表示する空間光変調器１１の表示面が対物レンズ１３の入射瞳面（光軸に対して垂直）と平行となることが好ましいので、出射角θ₁は０°であること、つまり出射光２２の光軸が空間光変調器１１に対して垂直となるように構成することが好ましい。この場合、ｓｉｎθ₁＝０となるので、式３は、ｍλ≠−ａ・ｓｉｎθ₀となり、入射角θ₀としては、（ｍ＋０．２）λ≦−ａ・ｓｉｎθ₀≦（ｍ＋０．８）の関係式を満たすことが好ましく、特に約（ｍ＋０．５）λ＝−ａ・ｓｉｎθ₀の関係式を満たすことがより好ましい。

更に、反射型の画素を有するＤＭＤの場合、画素の反射面の角度をΨとすると、出射角θ₁＝θ₀−２Ψとなるので、空間光変調器１１の画素１２の周期ａおよび傾斜角Ψがｍλ≠−ａ・ｓｉｎ２Ψの関係式を満たすと、出射光２２の光軸が、空間光変調器１１に対して垂直となり、且つ回折光と一致しない構成となる。空間光変調器１１の画素の周期ａおよび傾斜角Ψは、（ｍ＋０．２）λ≦−ａ・ｓｉｎ２Ψ≦（ｍ＋０．８）の関係式を満たすことが好ましく、特に約（ｍ＋０．５）λ＝−ａ・ｓｉｎ２Ψの関係式を満たすことがより好ましい。

図２は、出射光の角度θ₁がｍ次の回折光と一致する従来の光情報記録再生装置におけるフーリエ変換像を示し、図３は、出射光の角度θ₁がｍ次の回折光と一致しない本発明の光情報記録再生装置におけるフーリエ変換像を示す。

図２の左上に示すように、格子状に配列した複数の画素１３５を有する空間光変調器１０９の全ての画素１３５をオン状態とした場合、対物レンズによってフーリエ変換されると、同図右上に示すようなパターン１３７に変換される。図２において、空間光変調器１０９の全ての画素１３５がオン状態であるから、空間光変調器１０９に表示されたパターンは、基本空間周波数からなるパターンであり、そのフーリエ変換されたパターン１３７は、基本空間周波数の周波数成分を示すものとなる。パターン１３７における輝点１３８を「基本空間周波数による輝点」と呼ぶ。

各基本空間周波数による輝点１３８は、それぞれの方向におけるｍ次の回折光であり、各輝点１３８の位置は、前述した式１：ａ（ｓｉｎθ_d−ｓｉｎθ₀）＝ｍλにおける回折角θ_dによって求められる。図２においては、対物レンズへ向かう出射光の光軸がｍ次の回折光と一致するので、光軸上（中心）に基本空間周波数による輝点１３８が位置する。

空間光変調器１０９によって空間的に変調される光のフーリエ変換を解析するにあたって、空間光変調器１０９の成分は、画素１３５の配置に起因する配置成分１３５ａと画素１３５の形状に起因する形状成分１３５ｂとに分解することができる。なお、図２および図３において配置成分と形状成分の間の「＊」はコンボリューションの演算記号である。

配置成分１３５ａは、フーリエ変換すると、配置成分１３５ａと相似形に配置された輝点１３８ａを有する配置成分パターン１３７ａが得られ、形状成分１３５ｂは、フーリエ変換すると、画素の形状に起因した強度分布を有する形状成分パターン１３７ｂとなる。図２では、正方形状の画素１３５に対する形状成分パターン１３７ｂが示されている。形状成分パターン１３７ｂの強度分布は、中心部分に最も強度の強い領域が位置し、そこから画素１３５の正方形の各辺に対面する方向（図２の上下左右）に周期的に配置された領域では中心部分から遠ざかるにつれて徐々に強度が弱くなる。また、画素１３５の対角方向（図２の斜め方向）については、中心部分の近傍のみに領域が存在し、その領域の光強度も中心部分から遠ざかるにつれて徐々に弱くなる。形状成分パターン１３７ｂの位置は、前述した式２：θ₁＝θ₀−２Ψにおける出射角θ₁によって求められる。

パターン１３７は、配置成分パターン１３７ａと形状成分パターン１３７ｂとを重ね合わせて強度を掛け合わせたパターンである。この点をまずは１次元のフーリエ変換波形で説明すると、図４に示すように、形状成分に対応する矩形波をフーリエ変換した形状成分パターン４１に対し、配置成分に対応する周期的なピークを有する配置成分パターン４２を重ね合わせて強度を掛け合わせると合成パターン４４が得られる。つまり、配置成分パターン４２のピーク位置における形状成分パターン４１の強度が合成パターン４４となる。合成パターン４４において、点線で形状成分パターン４１を示している。合成パターン４４は、形状成分パターン４１の中心と配置成分パターン４２の中心とが一致している点で、従来の光情報記録再生装置におけるフーリエ変換パターン１３７に相当する。

図２においては、出射光の角度θ₁がｍ次の回折光の角度θ_dと一致するので、配置成分パターン１３７ａの中心と、形状成分パターン１３７ｂの中心とが一致する。フーリエ変換パターン１３７は、中心に位置するｍ次の回折光において最も光強度が強く、そこから上下左右の（ｍ±１、２…）次の各輝点１３８については、中心から遠ざかる（ｍとの差が大きくなる）につれて強度が弱まる。また、対角方向（図２の斜め方向）については、中心部分の近傍しか形状成分パターン１３７ｂが存在しないため、フーリエ変換パターン１３７の（ｍ±１、２…）次の各輝点も中心部分の近傍のみにしか存在せず、それらの輝点も中心から遠ざかる（ｍとの差が大きくなる）につれて強度が弱まる。

次に、図３の左上に示すように、本発明の記録再生方法において、格子状に配列した複数の画素１２を有する空間光変調器１１の全ての画素１２をオン状態とした場合、対物レンズによってフーリエ変換されると、同図右上に示すようなパターン３１に変換される。なお、図３では、空間光変調器１１が光軸を中心として４５°回転されているが、これはＤＭＤの各画素１２が図２における縦方向の対角線を回転軸１４として回動する構成となっており、回転軸を装置において垂直に配置したためである。空間光変調器１１を回転させると、そのフーリエ変換されたパターン３１も回転するが、パターン３１の形状それ自体に変化はなく、図３のパターン３１も基本空間周波数の周波数成分を示すものであり、パターン３１における輝点３３も基本空間周波数による輝点である。

図３の空間光変調器１１も、図２の時と同様に、画素１２の配置に起因する配置成分１２ａと画素１２の形状に起因する形状成分１２ｂとに分解することができる。配置成分１２ａは、フーリエ変換すると、配置成分１２ａと相似形に配置された輝点３３ａを有する配置成分パターン３１ａが得られ、形状成分１２ｂは、フーリエ変換すると、画素の形状に起因した強度分布を有する形状成分パターン３１ｂとなる。なお、図３の配置成分パターン３１ａおよび形状成分パターン３１ｂは、図２の配置成分パターン１３７ａおよび形状成分パターン１３７ｂを４５°回転させたものと同じである。

図３のように、対物レンズに向かう出射光の光軸をｍ次の回折光と一致しないように構成すると、配置成分パターン３１ａの輝点３３ａが光軸からずれる。これは、図４の形状成分パターン４１に対し、中心にピークが位置しない配置成分パターン４３を重ね合わせて掛け合わせたときの合成パターン４５の関係に相当する。合成パターン４５において、点線で形状成分パターン４１を示しており、中心に近い２つのピークが共に強い強度を示していることが分かる。

図３においては、画素１２の対角方向（図３においては横方向１５、図２においては斜め４５°の方向）におけるｍ＋０．５次の回折光の位置が光軸と一致するようにしており、光軸は４つの輝点３３ａの中心となる。ここで、対角方向についての回折次数を求める式３：ｍλ≠ａ（ｓｉｎθ₁−ｓｉｎθ₀）における周期ａは、図３に示すように、回転軸１４間の間隔（画素の対角線の半分）となる。つまり、画素の１辺の長さをＬとすると２^1/2・Ｌ／２となる。

他方、形状成分パターン３１ｂの位置は、前述した式２：θ₁＝θ₀−２Ψにおける出射角θ₁によって求められるので、形状成分パターン３１ｂの中心は、出射角θ₁の出射光の光軸と一致する。このため、配置成分パターン３１ａと形状成分パターン３１ｂとを重ね合わせて掛け合わせたパターン３１は、光軸近傍にある４つの基本空間周波数による輝点３３において強度が強く、それらから遠ざかるにつれて各基本空間周波数による輝点３３の強度が弱くなる。

このように、対物レンズに向かう出射光の光軸をｍ次の回折光と一致しないように構成すると、最も強度の強い領域に空間光変調器の基本空間周波数による輝点３３を複数個配置させることができ、干渉縞の強度を強くすることができる。

また、画素の反射面の傾斜角度の誤差等によって、出射角θ₁にバラツキが生じて、形状成分パターン３１ｂのフーリエ面における位置がずれたとしても、複数の基本空間周波数による輝点３３が存在するため、ホログラムの記録領域内において強い強度を保つことができ、信頼性が向上する。

更に、従来では、中心に非常に強い光強度の領域が局在化するため、光情報記録媒体のホログラム記録層中におけるモノマー濃度が部分的に枯渇してしまい多重記録の妨げとなることもあったが、本発明では、光強度の強い領域に複数の基本空間周波数による輝点３３を配置させているので、ホログラムの記録領域内における光強度分布を従来に比較すれば平均化することができる。この結果、モノマー濃度も平均的に減少し、多重記録特性を向上できるので、記録容量を増やすことができる。

別の利点として、対物レンズに向かう出射光の光軸をｍ次の回折光と一致しないように構成すると、ホログラムサイズを小さくすることも可能となる。図２のパターン１３７において、ホログラムの記録領域１３９を白丸で示す。図２においては、全ての空間周波数特性を得るためにはホログラムの記録領域１３９中に、少なくとも中心の輝点１３８とその四方に位置する輝点１３８を含める必要があった。これに対し、図３のパターン３１に示すように、本発明においては、光軸の近傍に位置する４つの輝点３３によって全ての空間周波数特性が示されるため、それら４つの輝点３３を含む大きさまでホログラムの記録領域３４（白丸で示す）を小さくすることができる。よって、一つ当たりのホログラムサイズを小さくできるので、その分、多くのホログラムを記録することができ、記録容量を増やすことができる。

具体的に、ＤＭＤにおいて、ＤＭＤから対物レンズに対して垂直に出射させ（θ₁＝０）、出射光の光軸が（ｍ＋０．５）次の回折光の進行方向とする場合、（ｍ＋０．５）λ＝−ａ・ｓｉｎ２Ψの関係式を満たすことになる。例えば、テキサス・インスツルメンツ社製０．７インチＸＧＡ（１０２４×７６８画素）型ＤＭＤの場合、正方形状の画素のピッチが１３．６８μｍであるから、対角方向における（ｍ＋０．５）次の回折光の進行方向を選択した場合、画素の周期ａは、２^1/2・１３．６８μｍ／２＝９．６５μｍとなる。図５は、このＤＭＤにおいて、波長５３２ｎｍの光と波長４１０ｎｍの光を使用したとき、対角方向における（ｍ＋０．５）次の回折光の進行方向となる画素の傾斜角および入射角である。このＤＭＤの傾斜角は１１〜１３°の設計であるから、その角度の範囲内としては、波長５３２ｎｍの光を使用する場合は、−７．５次光の進行方向となるように画素の傾斜角を１２．１８°としＤＭＤへの入射角を２４．３６°とし、波長４１０ｎｍの光を使用する場合は、−９．５次光の進行方向となるように画素の傾斜角を１１．８７°としＤＭＤへの入射角を２３．７４°とする。

図６乃至図９は、波長５３２ｎｍの光を使用し、画素の傾斜角が１１．４°、１２．０°、１２．２°、１２．４°のＤＭＤに対し、２４．４°の入射角で光を入射させた場合のフーリエ変換像を示す。なお、それぞれ上段が全ての画素をオン状態とした場合であり、下段がオン状態とオフ状態（斜線の網掛けを付している）の画素をランダムに配置した場合である。

図６は、ＤＭＤ６１の画素６２の傾斜角が１１．４°であるから、出射角は２４．４°−２×１１．４°＝１．６°である。出射角１．６°の回折次数は、９．６５μｍ×（ｓｉｎ（１．６°）−ｓｉｎ（２４．４°））／５３２ｎｍ＝−７．００次光である。従って、図６では、従来の光情報記録再生装置と同様、出射光の光軸が回折光と一致する。図６において、上段のフーリエ変換パターン６３は、中心より左側の基本空間周波数による輝点に光軸が位置しており、その位置で光強度が強くなっている。しかし、肝心のホログラム記録領域（白丸）６４では、光強度が弱く干渉縞の強度が弱くなる。また、オンの画素６２ａとオフの画素６２ｂをランダムに配置した下段のフーリエ変換パターン６５では、各輝点がぼやけており、光強度の分布が広がっている。しかし、やはりホログラム記録領域（白丸）６４の一部において光強度が弱くなっており、信頼性のある情報の記録再生が難しい。

図７は、ＤＭＤ７１の画素７２の傾斜角が１２．０°であるから、出射角は２４．４°−２×１２．０°＝０．４°である。出射角０．４°の回折次数は、９．６５μｍ×（ｓｉｎ（０．４°）−ｓｉｎ（２４．４°））／５３２ｎｍ＝−７．３７次光である。従って、図７では、出射光の光軸が回折光と一致していない。図７において、上段のフーリエ変換パターン７３は、中心近傍の４つの基本空間周波数による輝点のうち、左側の輝点の光強度が若干強いが、他の３つの輝点も十分光強度が強く、ホログラム記録領域（白丸）７４全体で干渉縞を記録することが可能である。オンの画素７２ａとオフの画素７２ｂをランダムに配置した下段のフーリエ変換パターン７５においても、中心より若干左側に偏っているが、ホログラム記録領域（白丸）７４の全体に光強度の分布が広がっているので、干渉縞を記録することができ、信頼性のある情報の記録再生をすることが可能である。

図８は、ＤＭＤ８１の画素８２の傾斜角が１２．２°であるから、出射角は２４．４°−２×１２．２°＝０°である。出射角０°の回折次数は、９．６５μｍ×（ｓｉｎ（０°）−ｓｉｎ（２４．４°））／５３２ｎｍ＝−７．４９次光である。従って、図８では、出射光の光軸が回折光と一致していない。図８において、上段のフーリエ変換パターン８３は、中心近傍の４つの基本空間周波数による輝点が均等に光強度が強くなっており、ホログラム記録領域（白丸）８４全体で均一な干渉縞を記録することが可能である。オンの画素８２ａとオフの画素８２ｂをランダムに配置した下段のフーリエ変換パターン８５においても、ホログラム記録領域（白丸）８４の全体に光強度の分布が広がっているので、均等に干渉縞を記録することができ、信頼性のある情報の記録再生をすることが可能である。

図９は、ＤＭＤ９１の画素９２の傾斜角が１２．４°であるから、出射角は２４．４°−２×１２．４°＝−０．４°である。出射角−０．４°の回折次数は、９．６５μｍ×（ｓｉｎ（−０．４°）−ｓｉｎ（２４．４°））／５３２ｎｍ＝−７．６２次光である。従って、図９では、出射光の光軸が回折光と一致していない。図９において、上段のフーリエ変換パターン９３は、中心近傍の４つの基本空間周波数による輝点のうち、右側の輝点の光強度が若干強いが、他の３つの輝点も十分光強度が強く、ホログラム記録領域（白丸）９４全体で干渉縞を記録することが可能である。オンの画素９２ａとオフの画素９２ｂをランダムに配置した下段のフーリエ変換パターン９５においても、中心より若干左側に偏っているが、ホログラム記録領域（白丸）９４の全体に光強度の分布が広がっているので、干渉縞を記録することができ、信頼性のある情報の記録再生をすることが可能である。

なお、上記傾斜角の範囲は一製品における設計値であり、上記数値に限定されるものではない。例えば、傾斜角を１０．５°とすれば、波長５３２ｎｍの光を使用する場合は、６．５次光の進行方向とすることができ、波長４１０ｎｍの光を使用する場合は、８．５次光の進行方向とすることができるので、汎用性の高いＤＭＤを製造することができる。また、画素の間隔が変更されれば、角度も再度設計する必要がある。

また、上ではＤＭＤのように、反射型の画素を有する空間光変調器を主に説明したが、透過型の空間光変調器にも適用できる。図１０は、透過型の空間光変調器１１における入射光２１、出射光２２および回折光２３の関係を示すものである。

まず、透過型の空間光変調器１１においても、入射する光２１の入射角をθ₀、空間光変調器１１から出射される光２２の出射角をθ₁、光の波長をλ、空間光変調器１１における複数の画素１２の周期をａ、回折光２３の回折次数をｍ（ｍ＝０，±１，±２…）とすると、式３：ｍλ≠ａ（ｓｉｎθ₁−ｓｉｎθ₀）の関係式を満たすように装置を構成する。ただし、図１０においては、射出角θ₁は０°のため図示していない。このため、透過型の空間光変調器１１は、屈折手段１６を有している。図１０において、入射光２１は、空間光変調器１１に対し、入射角θ₀で入射する。空間光変調器１１の複数の画素１２によって変調された出射光２２は、屈折手段１６を経て出射角θ₁で射出される。透過型の空間光変調器１１においては、屈折手段１６によって入射光２１が屈折されるので、出射光２２の入射光２１に対する角度をθ_rとすると、θ₁＝θ₀−θ_rとなる。他方、空間光変調器１１の複数の画素１２が回折格子として機能するので、式１：ａ（ｓｉｎθ_d−ｓｉｎθ₀）＝ｍλ（ｍ＝０，±１，±２…）にしたがって回折角θ_dの回折光２３が発生する。

図１０に示すように、出射光２２の角度θ₁は０°であること、つまり出射光２２の光軸が空間光変調器１１に対して垂直となるように構成することが好ましい。この場合、ｓｉｎθ₁＝０となるので、式３は、ｍλ≠−ａ・ｓｉｎθ₀となり、入射角θ₀としては、（ｍ＋０．２）λ≦−ａ・ｓｉｎθ₀≦（ｍ＋０．８）の関係式を満たすことが好ましく、特に約（ｍ＋０．５）λ＝−ａ・ｓｉｎθ₀の関係式を満たすことがより好ましい。ここで、θ₁＝θ₀−θ_rであるから、θ₁＝０の場合、θ₀＝θ_rであり、上記式３は、ｍλ≠−ａ・ｓｉｎθ_rとなり、出射光２２の入射光２１に対する角度θ_rとしては、（ｍ＋０．２）λ≦−ａ・ｓｉｎθ₀≦（ｍ＋０．８）の関係式を満たすことが好ましい。別の見方をすれば、出射光２２の入射光２１に対する角度θ_rが、ｍλ≠−ａ・ｓｉｎθ_rの関係式を満たすと、出射光２２の光軸が、空間光変調器１１に対して垂直となり、且つ回折光と一致しない構成となる。

屈折手段１６としては、角度の付いたエッヂや位相板を使用することが可能である。周囲の材質と屈折率が異なる透明部材のエッヂに角度を付けると、部分的に厚さが異なるので位相差を生じる。また、位相板とは、透明部材に部分的に屈折率の異なる部分を設けたものであり、屈折率の異なる部分の厚みによって、位相差を生じさせるものである。なお、図１０においては、空間光変調器１１の出射面側に屈折手段１６を配置したが、入射面側に屈折手段１６を配置してもよいし、空間光変調器１１内部の一機能として屈折手段１６を実現してもよい。

更に、本発明の光情報記録方法では、情報光用空間変調パターンが複数の基準マークを含み、基準マークの領域内における空間周波数が、空間光変調器の基本空間周波数よりも小さい空間周波数を含むようにする。別の見方をすれば、基準マークの領域内における画素の周期性が、空間光変調器の画素同士の周期性よりも大きくなればよい。例えば、オン画素とオフ画素を交互に配置したパターンの空間周波数は、基本空間周波数の半分になる。

図１１（Ａ）乃至（Ｃ）は、それぞれ上段に直線状に配列した８画素の空間変調パターンを示し、下段に光強度と周期性ｔとを示すものであり、空間変調パターンと周期性ｔの関係を説明するための図である。なお、図１１（Ａ）乃至（Ｃ）において、空間変調パターンはオン状態とオフ状態の２値から構成されている。

図１１（Ａ）は、８個の画素が全てオン状態の空間変調パターン１１０１であり、隣接する画素と画素の間隔ａの周期ｔ₁を有するので、その空間周波数は基本空間周波数となる。図１１（Ａ）において、画素と画素との間で光強度が０となっているのは、空間光変調器の画素と画素との間の隙間によるものである。図１１（Ｂ）は、オン画素とオフ画素が交互に配置された空間変調パターン１１０２であり、２画素分の間隔（２×ａ）の周期ｔ₂を有する。図１１（Ｂ）の空間変調パターン１１０２の周期ｔ₂は図１１（Ａ）の空間変調パターン１１０１の周期ｔ₁の２倍であるから、空間変調パターン１１０２の空間周波数は基本空間周波数の半分となる。図１１（Ｃ）は、オン画素とオフ画素が２画素づつ交互に配置された空間変調パターン１１０３であり、４画素分の間隔（４×ａ）の周期ｔ₃と１画素分の間隔ａの周期ｔ₁とを有している。このうち周期ｔ₃は周期ｔ₁の４倍であるから、空間変調パターン１１０３は基本空間周波数の四分の一の空間周波数を含んでいる。

空間変調パターンの周期が大きくなると、空間周波数が小さくなり、大きい周期を有する空間変調パターンをフーリエ変換すると、基本空間周波数による輝点と輝点の間に輝点が発生する。つまり、本発明においては、基準マークをフーリエ変換することで発生する輝点（以下「基準マークによる輝点」という）が、基本空間周波数による輝点と輝点の間に発生する。

図１２（Ａ）及び（Ｂ）は、図３と同様に、画素の対角方向におけるｍ＋０．５次の回折光の位置が光軸と一致する、即ち光軸が４つの基本空間周波数による輝点３３の中心となる状態で、全ての画素をオン状態とした空間変調パターン１２０１及び格子状に画素をオン状態とした空間変調パターン１２０２のフーリエ変換したパターンを示す。

図１２（Ａ）の全ての画素をオン状態とした空間変調パターン１２０１の場合は、基本空間周波数からなるので、パターン１２０３に示すように、４つの基本空間周波数による輝点１２０５の中心が光軸となる。図２０に示すとおり、従来の情報光用空間光変調パターンにおいて、基準マーク１４７は、４×４の正方形状の画素を全てオン状態（図２０においては網掛けで示す）としたパターンであった。このため、基準マーク１４７の領域内の空間周波数は基本空間周波数となり、フーリエ変換することで得られる基準マークによる輝点は、図１２（Ａ）のパターン１２０３となる。このため、図１２（Ａ）のパターン１２０３において、ホログラム１２０７の大きさを小さくしていくと、まず基準マークによる輝点がホログラム１２０７の範囲から外れるため、最初に基準マークのＳＮ比が悪くなる。さらにホログラム１２０７の大きさを小さくすると、再生した空間変調パターンから基準マークが消えて情報が再生できなくなる。

これに対し、図１２（Ｂ）に示すとおり、格子状に画素をオン状態とした空間変調パターン１２０２の場合は、空間周波数が基本空間周波数の半分であるから、パターン１２０４に示すように、隣接する４つの基本空間周波数による輝点１２０５によって形成される正方形（図１２（Ａ）及び（Ｂ）の点線１２０６を参照）の中心の位置にも輝点が発生する。このため、図１２（Ｂ）に示すような格子状の空間変調パターンを基準マークとして使用すると、その領域内の空間周波数は、基本空間周波数の半分となり、基準マークによる輝点は、図１２（Ｂ）のパターン１２０４のようになる。この結果、基準マークによる輝点が４つの基本空間周波数による輝点の内部に存在し、ホログラム１２０７の大きさを小さくしても、基準マークが消えず信頼性を向上させることができる。そして、ホログラムの大きさをより小さくすることが可能となり、記録容量を向上させることも可能となる。

特に、光軸上に基準マークによる輝点が位置すると、基準マークをより確実に再生することができるので好ましい。例えば、図１２（Ｂ）のように、画素の対角方向におけるｍ＋０．５次の回折光の位置が光軸と一致する、即ち光軸が４つの基本空間周波数による輝点３３の中心となる状態であれば、基準マークが基本空間周波数の半分の空間周波数を含むようにすればよい。

図１３（Ａ）は、従来の情報光用空間光変調パターン１３０１と参照光用空間光変調パターン１３０２を示し、図１３（Ｂ）は、本発明の一実施形態における情報光用空間光変調パターン１３０３と参照光用空間光変調パターン１３０２を示す。図１３（Ａ）及び（Ｂ）では、中央に情報光用空間光変調パターン１３０１、１３０３が配置され、その周囲に円環状の参照光用空間光変調パターン１３０２が配置されている。中央に情報光用空間光変調パターン１３０１、１３０３の全体的な構成は、記録する情報を一定情報量の単位毎に符号化して、２次元パターン情報のシンボル単位を生成し、一定量のシンボル単位と基準マークとを一つのブロック単位として構成し、複数のブロック単位を配列させて形成されている。

そして、図１３（Ａ）の従来の情報光用空間光変調パターン１３０１においては、同図左に示す一部拡大図から明らかなように、基準マーク１３０５が４×４の正方形状の画素を全てオン状態としたパターンであり、図１３（Ｂ）の情報光用空間光変調パターン１３０３においては、同図左に示す一部拡大図から明らかなように、基準マーク１３０６が画素を格子状にオン状態としたパターンである。なお、図１３（Ａ）及び（Ｂ）の拡大した部分は、基準マーク１３０５，１３０６だけが配置され、シンボル単位は配置されていないブロック単位の部分であり、情報光用空間光変調パターン１３０１、１３０３自体の位置や向きの基準となる箇所である。

図１４及び図１５は、実際に開口（図１８においては２２７の符号で示す）の大きさ（アパーチャーサイズとも呼ぶ）を変えて記録した干渉縞を再生した時の空間光変調パターンである。開口の大きさは、記録される干渉縞の大きさ（＝ホログラムサイズ）に影響し、開口が大きいと記録される干渉縞も大きく、開口が小さくなると記録される干渉縞も小さくなる。図１４では図１３（Ａ）の情報光用空間変調パターン１３０１及び参照光用空間変調パターン１３０２を使用し、図１５では図１３（Ｂ）の情報光用空間変調パターン１３０３及び参照光用空間変調パターン１３０２を使用してホログラムを記録した。図１４及び図１５において、上段の５つの再生像は左から順に開口の大きさが８．４ｍｍ、８．０ｍｍ、７．６ｍｍ、７．２ｍｍ及び６．８ｍｍの条件で記録再生したものであり、下段の４つの再生像は左から順に開口の大きさが６．４ｍｍ、６．０ｍｍ、５．６ｍｍ及び５．２ｍｍの条件で記録再生したものである。

図１４の従来の光情報記録方法を使用した場合は、上段では基準マークを確認することができるが、開口の大きさが６．４ｍｍ以下の下段では基準マークが消えており、基準マークを再生することができていない。図１５の本発明の光情報記録方法を使用した場合は、上段でも下段でも基準マークを確認することができ、開口を小さくしても基準マークを再生することができた。

図１６は、開口の大きさ（アパーチャーサイズ）と再生した基準マークのビットエラーレートとの関係を示す図である。開口を小さくすると、記録されるホログラムの大きさも小さくなる。図１６において、４×４の正方形状の画素を全てオン状態とした従来の基準マークの場合（●の折れ線）は、開口の大きさが６．４ｍｍ以下になると急激にビットエラーレートが増加し、全く再生できなくなってしまう。これに対し、格子状に画素をオン状態とした基準マークの場合（■の折れ線）は、開口の大きさが６．４ｍｍ以下になってもビットエラーレートがあまり増加せず、４ｍｍになってもビットエラーレートを約０．２に抑えることができた。

図１７（Ａ）乃至（Ｈ）は、本発明の基準マークの他の実施形態を示すものである。図１７（Ａ）乃至（Ｈ）において、白抜きの画素がオン状態であり、網掛けの画素がオフ状態である。図１７（Ａ）乃至（Ｄ）では４×４画素を基準マークの領域としているが、４×４画素に限定されるものではない。図１７（Ｆ）においては、基準マークの領域が３×４画素の場合であり、図１７（Ｇ）及び（Ｈ）においては、基準マークの領域が５×５画素の場合である。

反射型の空間光変調器を使用した本発明の光情報記録再生装置のピックアップ２０１の構成を図１８に示す。本発明のピックアップ２０１は、本発明の光情報記録再生装置のピックアップ２０１は、記録再生用光源２０３、コリメータレンズ２０５、ミラー２０７、空間光変調器２０９、偏光ビームスプリッタ２１１、リレーレンズ２１３、２１５、開口２２７、ミラー２１７、４分の１波長板２１９、対物レンズ２２１、リングマスク２２３、光検出手段２２５を備えている。

図１８のピックアップ２０１において、情報を記録または再生する場合、記録再生用光源２０３から射出された光は、コリメータレンズ２０５によって平行光線とされ、ミラー２０７によって空間光変調器２０９に向かって反射される。本発明では、空間光変調器２０９の出射光２３２が空間光変調器２０９による回折光２３３（点線で示す）と一致しないように、記録再生用光源２０３から射出される光の波長、ミラー２０７による空間光変調器に対する入射光２３１の入射角および空間光変調器の画素の周期が構成される。なお、図１８のように反射型の画素を有する空間光変調器を使用する場合は、画素の反射面の傾斜角も、空間光変調器の出射光２３２がその回折光２３３と一致しないように構成される。以下、光情報記録再生装置の各構成を順に説明する。

記録再生用光源２０３は、情報を記録するための情報光および記録用参照光を形成するための光および情報を再生するための再生用参照光を形成するための光を射出する。光源２０３としては、コヒーレントな直線偏光の光線束を発生する例えば半導体レーザを用いることができる。この記録再生用光源２０３としては、高密度記録を行うために波長が短い方が有利であり、青色レーザ（例えば波長５３２ｎｍ）やグリーンレーザ（例えば波長４１０ｎｍ）を採用することが好ましい。また、光源２０３として、固体レーザーを使用することもできる。

コリメータレンズ２０５は記録再生用光源６１からの発散光線束をほぼ平行光線とするものである。

ミラー２０７は、記録再生用光源２０３からの光を反射して空間光変調器２０９へ向けるものである。ミラー２０７によって、空間光変調器２０９に入射する光２３１の入射角を調整することができる。例えば、波長の異なる光に対し、ミラーの位置または角度を変更して、空間光変調器の出射光２３２がその回折光２３３と一致しないように調整可能に設けてもよい。

空間光変調器２０９は、複数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相または／および強度を変調することができる透過型または反射型の空間光変調器を使用することができる。空間光変調器２０９としては、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）やマトリクス型の液晶素子を使用することができる。ＤＭＤは、入射した光を画素ごとに反射方向を変えることで強度を空間的に変調したり、入射した光を画素ごとに反射位置を変えることで位相を空間的に変調することができる。液晶素子は、画素ごとに液晶の配向状態を制御することで、入射した光の強度や位相を空間的に変調することができる。例えば、各画素毎に出射光の位相を、互いにπラジアンだけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができる。図１８において空間光変調器２０９は、反射型であり、入射光を反射して空間光変調器に対して垂直に射出させるように配置されている。

そして、空間光変調器２０９の表示面に情報光用空間変調パターンを表示して、表示された情報光用空間変調パターンによって光を空間的に変調すれば、情報光を生成することができる。情報光用空間変調パターンは、記録する情報を符号化して得られる２次元パターン情報を含むものであり、多段階に属性を変化させた画素を２次元的に配置して表現される。情報光用空間変調パターンの各画素毎に、例えば、光の位相や強度等の状態を多段階に変化させる。以下の説明においては、各画素毎に光の強度をオン（白色の画素）とオフ（黒色または網掛けの画素）の２段階に変化させる方法で説明するが、この方法に限定されるものではない。例えば、光の位相を変化させてもよいし、２段階ではなく３段階以上に変化させてもよい。

記録用参照光は、空間的に変調されていてもよいし、空間的に変調されていなくてもよい。記録用参照光を空間的に変調すると、記録用参照光の空間変調パターンを変えることで、多重記録することができるし、記録用参照光の空間変調パターンをキーとすることで、情報の不正アクセスに対する安全性を高めることができる。参照光を空間的に変調する場合は、例えば、参照光用空間変調パターンを表示した空間光変調器に光を照射して、参照光用空間変調パターンによって空間的に変調された参照光を生成できる。一つの空間光変調器２０９によって、情報光および記録用参照光を生成する場合、空間光変調器２０９の表示面に情報光用の領域および参照光用の領域を設け、それぞれ情報光用空間変調パターンおよび記録用参照光用空間変調パターンを表示すればよい。情報光用の領域は、空間光変調器２０９の中心付近に配置し、情報光用の領域を囲うように参照光用の領域を環状に配置することが好ましい。なお、情報光と記録用参照光を生成する空間光変調器を別々に設けることもできる。例えば、光源２０３からの光をビームスプリッタ等により分割して、一方の光を第一の空間光変調器によって空間的に変調して情報光を生成し、他方の光を第二の空間光変調器によって空間的に変調して参照光を生成してもよい。この場合は、情報光用空間変調パターンと参照光用空間変調パターンを対物レンズ２２１の入射瞳面において結像させる必要があるため、情報光を生成する空間光変調器と参照光を生成する空間光変調器を共役な関係とし、一対のリレーレンズ２１３、２１５によって対物レンズ２２１の入射瞳面に伝搬させる。

空間光変調器２０９の複数の画素が格子状に配列されている場合、空間光変調器２０９から出射する出射光２３の光軸は、複数の画素による格子の対角方向についての回折次数をずらすと、図３の配置成分パターン３１ａに示したように、フーリエ面における輝点の対角方向に光軸が移動するので、光軸から近接する各輝点までの距離を均等化し易いので好ましい。特に、出射光２３の光軸の出射角が、画素による格子の対角方向についての（ｍ±０．５）次の回折角と等しくすると、近接する４つの輝点までの距離が等しくなり、フーリエ変換像の強度を平坦化することができる。なお、空間光変調器２０９の複数の画素が格子状ではない配列、例えば蜂の巣のように段違いにずらして配列させた場合、であっても、光軸をｍ次の回折光と一致しないようにすることで、フーリエ変換像における強度の強い領域に複数の輝点を配置させることができる。なお、配列を変更すると、図３における配置成分パターン３１ａが変更されることになる。

空間光変調器２０９の複数の画素は、正方形状以外の形状であってもよい。例えば、長方形、菱形、六角形、三角形、円形の場合であってもよい。この場合、図３の形状成分パターン３１ｂが形状に合わせて変化する。

偏光ビームスプリッタ２１１は、直線偏光（例えばＰ偏光）を反射または透過し、当該偏光に垂直な直線偏光（例えばＳ偏光）を透過または反射するような半反射面を有している。図１８において、偏光ビームスプリッタ２１１は、空間光変調器２０９から射出された情報光、記録用参照光または再生用参照光を透過し、記録媒体のホログラム記録層から発生した再生光および記録媒体によって反射された再生用参照光を光検出手段２２５に向けて反射する。

一対のリレーレンズ２１３、２１５は、空間光変調器２０９から対物レンズ２２１までの間に配置されており、空間光変調器２０９に表示された像を対物レンズ２２１の入射瞳面に結像するように配置されている。すなわち、空間光変調器２０９から第１のリレーレンズ２１３までの距離が第１のリレーレンズ２１３の焦点距離ｆ１となり、第２のリレーレンズ２１５から対物レンズ２２１の入射瞳面までの距離が第２のリレーレンズ２１５の焦点距離ｆ２となり、第１および第２のリレーレンズ２１３、２１５間の距離が第１のリレーレンズ２１３の焦点距離ｆ１と第２のリレーレンズ２１５の焦点距離ｆ２の和となるように配置されている。

また、図１８において、一対のリレーレンズ２１３、２１５は、対物レンズ２２１から光検出手段２２５までの間に配置されており、再生用の参照光によって記録媒体２５１のホログラム記録層２５３から発生した再生光の対物レンズ２２１の射出瞳面における像を再び光検出手段２２５において結像するように配置されている。すなわち、対物レンズ２２１の射出瞳面から第２のリレーレンズ２１５までの距離が焦点距離ｆ２となり、第１のリレーレンズ２１３から光検出手段２２５までの距離が焦点距離ｆ１となり、第１および第２のリレーレンズ２１３、２１５間の距離が焦点距離ｆ１と焦点距離ｆ２の和となるように配置されている。

なお、一対のリレーレンズ２１３、２１５の配置は、他の光学素子を適宜配置することで変化する。例えば、第１のリレーレンズ２１３から光検出手段２２５までの間に拡大レンズを配置すれば、第１のリレーレンズ２１３と拡大レンズの入射瞳面までの距離が焦点距離ｆ１となるように配置される。

開口２２７は、第１および第２のリレーレンズ２１３、２１５間の焦点位置に配置されており、高次の回折光を取り除くものである。開口２２７の大きさによって、ホログラムの記録領域の大きさを調節することができる。本発明においては、空間光変調器２０９からの出射光２３２の光軸が、ｍ次（ｍ＝０，±１，±２…）の回折光２３３と一致しないように構成されているため、ホログラムの記録領域を小さくすることができる。さらに、基準マークの領域内における空間周波数が、空間光変調器の基本空間周波数よりも小さい空間周波数を含むため、ホログラムの記録領域を小さくしても再生することができる。よって、開口２２７を小さくしてホログラムの記録領域を小さくしてもよい。図１８において、出射光２３２の光軸がｍ＋０．５次の回折光の進行方向と一致する場合、その近傍のｍ次とｍ＋１次の回折光２３３を通過させ、それ以上の次数が離れた回折光は遮断するようにしてもよい。なお、ホログラムの記録領域を調節する手段として、開口２２７に限定されるものではない。

ミラー２１７は、光の進行方向を対物レンズ２２１に向けて反射するものであり、光学系の構成によっては不要である。

４分の１波長板２１９は、互いに垂直な方向に振動する偏光の光路差を４分の１波長変化させる位相板である。４分の１波長板２１９によってＰ偏光の光は円偏光に変化され、更に、この円偏光の光が４分の１波長板２１９を通過するとＳ偏光に変化されることになる。この４分の１波長板２１９によって、再生時における再生用の参照光と再生光を偏光ビームスプリッタ２１１で分離することができる。

対物レンズ２２１は、記録時においては、入射瞳面に結像した情報光および記録用参照光を記録媒体２５１に照射し、ホログラム記録層２５３において干渉させて記録するものであり、また再生時においては、入射瞳面に結像した再生用参照光を記録媒体２５１に照射し、記録媒体２５１のホログラム記録層２５３から発生した再生光を入射して射出瞳面に結像させるものである。図１８では対物レンズ２２１として、一枚のレンズで示しているが、複合レンズを使用してもよい。

リングマスク２２３は、再生時に、再生光と一緒に記録媒体２５１の反射層２５５で反射された再生用参照光を除去するためのものである。

光検出手段２２５は、複数の受光画素を有し、各受光画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。光検出手段２２５としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出手段２２５として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇ（ギガ）ビット／秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。

記録媒体２５１は、干渉縞が記録されるホログラム記録層２５３を有しており、図１８においては、更に、第１基板２５１ａ、反射層２５５および第２透明基板２５１ｂを備えている。記録媒体２５１としては、ディスク状やカード状のものを使用することができ、記録媒体２５１を回転させながら記録および再生してもいいし、記録および再生の時には固定されていてもよい。記録媒体２５１として、ディスク状の記録媒体を使用し、回転させつつ記録再生を行う方式の場合は、ＣＤドライブやＤＶＤドライブにおいて使用されているディスク駆動機構を使用することができ、更には、ＣＤドライブやＤＶＤドライブとの互換性を持たせることも容易になるので好ましい。

また、記録媒体２５１に、位置決め用の情報を予め記録しておき、照射位置の位置決めにフィードバック機構を採用すると、より正確な位置決めを行うことができるので好ましい。例えば、記録媒体２５１の反射層２５５の表面に位置決め用の情報としてピットを形成し、位置決め用の情報を予め記録してもよい。なお、位置決め情報を読み取る光として、記録または再生用の光とは異なる波長の光を使用する場合は、ピットを形成した位置決め情報を読み取る光に対する反射層とは別に、記録または再生用の光を反射する波長選択反射層を設けてもよい。例えば、反射層とホログラム記録層との間に、記録または再生用の光を反射し、位置決め情報を読み取る光を透過する波長選択反射層を形成すれば、記録再生領域に重畳して位置決め情報を記録することができ、更に記録媒体の同一面側にピックアップ装置を配置できるので記録再生装置を小型化することができる。

光情報記録装置としての動作を説明すると、光源２０３から射出した光は、コリメータレンズ２０５によって平行光とされ、ミラー２０７によって空間光変調器２０９に向けて反射される。そして、空間光変調器２０９に表示された情報光用空間変調パターンおよび参照光用空間変調パターンによって情報光および記録用の参照光が生成される。本発明の光情報記録方法においては、情報光用空間変調パターンは複数の基準マークを有し、基準マークの領域内における空間周波数が、空間光変調器２０９の基本空間周波数よりも小さい空間周波数を含むようにする。さらに、空間光変調器２０９から対物レンズへ向かう光の光軸（図では中央の光線）は、ｍ次の回折光２３３の進行方向と一致しないように配置される。また、図１８において、中心部分に情報光が配置され、その周囲に環状の記録用参照光が配置されるので、情報光の光軸および記録用参照光の光軸は、同一線上に位置しておりｍ次の回折光２３３の進行方向と一致していない。

情報光および記録用参照光は、偏光ビームスプリッタ２１１を通過して、一対のリレーレンズ２１３、２１５によって、対物レンズ２２１の入射瞳面に空間光変調器２０９に表示された空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、開口２２７によって、高次の回折光は取り除かれ、ミラー２１７によって対物レンズ２２１に向けて反射され、４分の１波長板２１９を通過する。記録媒体２５１のホログラム記録層２５３に情報光および記録用参照光の干渉縞が記録される。

このように本発明の記録方法によって干渉縞が記録された記録媒体は、再生時において、ホログラムサイズが小さくしても基準マークを再生して情報を再生することができるので、情報記録媒体としての信頼性が向上し、また記録容量も向上する。

更に、光情報再生装置としての動作を説明すると、光源２０３から射出した光は、コリメータレンズ２０５によって平行光とされ、ミラー２０７によって空間光変調器２０９に向けて反射される。そして、空間光変調器２０９に表示された参照光用空間変調パターンによって再生用参照光が生成される。なお、再生時における再生用参照光の参照光用空間変調パターンは、記録媒体に記録された情報が記録される際に照射された記録用参照光の参照光用空間変調パターンである。ここで、空間光変調器２０９から対物レンズへ向かう光の光軸（図では中央の光線）は、ｍ次の回折光２３３の進行方向と一致しない。また、図１８において、環状の再生用参照光が配置され、その光軸は、ｍ次の回折光２３３の進行方向と一致していない。

空間光変調器２０９から射出した再生用参照光は、偏光ビームスプリッタ２１１を通過して、一対のリレーレンズ２１３、２１５によって、対物レンズ２２１の入射瞳面に空間光変調器２０９に表示された参照光用空間変調パターンが結像するように伝搬される。その途中、開口２２７によって、高次の回折光は取り除かれ、ミラー２１７によって対物レンズ２２１に向けて反射され、４分の１波長板２１９を通過する。そして、対物レンズ２２１によって記録媒体２５１に照射され、記録媒体２５１のホログラム記録層２５３に記録された干渉縞によって回折され、記録時における情報光と同じ情報を有する再生光を発生する。

再生光は、記録媒体２５１の反射層２５５に反射して記録媒体２５１から対物レンズ２２１に向かって射出し、対物レンズ２２１によってその射出瞳面に情報光用空間変調パターンを結像させ、かかる像を光検出手段２５５に再び結像されるように一対のリレーレンズ２１５、２１３によって伝搬される。その間に、再生光は、４分の１波長板２１９を通過し、ミラー２１７によって偏光ビームスプリッタ２１１に向けて反射される。再生光は、照射時の再生用の参照光と比べて４分の１波長板２１９を２回通過しているので偏光方向が９０°ずれているため、偏光ビームスプリッタ２１１によって、光検出手段２５５に向けて反射される。そして、リングマスク２２３によって再生用参照光が除去され、再生光の空間変調パターンが光検出手段２２５において検出される。検出された情報は、制御手段（図示せず）に送られ、制御手段においてデコードされ情報を再生する。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、図１８においては、情報光の光軸と参照光の光軸とが同軸となるように、記録媒体の同一面側から情報光と参照光を記録媒体に照射して、ホログラムを形成したが、情報光の光軸と参照光の光軸とが一定の角度で交差するように情報光と参照光を記録媒体に照射して、二光束干渉型のホログラムを形成してもよい。この場合、空間光変調器によって空間的に変調した光の少なくとも一つについて、上述したとおり、空間光変調器からの出射光がｍ次の回折光と一致しないように構成することが好ましい。

本発明の空間光変調器における光の関係を説明する図 従来の光情報記録再生装置におけるフーリエ変換像 本発明の光情報記録再生装置におけるフーリエ変換像 １次元のフーリエ変換波形によってフーリエ変換の合成を説明する図 本発明を実施できるＤＭＤの一条件を示す表 比較例におけるフーリエ変換像 本発明におけるフーリエ変換像 本発明におけるフーリエ変換像 本発明におけるフーリエ変換像 本発明の透過型の空間光変調器における光の関係を説明する図 （Ａ）乃至（Ｃ）は空間変調パターンと周期性ｔの関係を説明するための図 （Ａ）及び（Ｂ）は各空間変調パターンにおけるフーリエ変換像を示す図 （Ａ）は従来の（Ｂ）は本発明の一実施形態の空間光変調パターンを示す図 従来の方法で記録されたホログラムを再生した像 本発明の光情報記録方法で記録されたホログラムを再生した像 開口の大きさと再生した基準マークのビットエラーレートとの関係を示す図 （Ａ）乃至（Ｈ）は本発明の基準マークの他の実施形態を示す図 本発明の光情報記録再生装置のピックアップの構成を示す概略構成図 従来の光情報記録再生装置のピックアップの構成を示す概略構成図 従来の空間光変調器における光の関係を説明する図 従来の空間光変調器における光の関係を説明する図

符号の説明

１１ 空間光変調器
１２ 画素
１３ 対物レンズ
２１ 入射光
２２ 出射光
２３ 回折光
１３０２ 参照光用空間変調パターン
１３０３ 情報光用空間変調パターン
１３０６ 基準マーク

Claims (7)

1. 記録用参照光と、複数の画素を有する空間光変調器に表示された情報光用空間変調パターンによって空間的に変調された情報光とを対物レンズによって記録媒体に対して収束するように照射して前記記録媒体のホログラム記録層における前記記録用参照光と前記情報光との干渉縞を記録する光情報記録方法において、
   前記空間光変調器から前記対物レンズに向かう前記情報光の光軸が、前記空間光変調器によって回折されるｍ次（ｍ＝０，±１，±２…）の回折光と一致せず、
   前記情報光用空間変調パターンは複数の基準マークを含み、前記基準マークの領域内における空間周波数が、前記空間光変調器の基本空間周波数よりも小さい空間周波数を含むことを特徴とする光情報記録方法。
2. 前記情報光の光軸の方向は、（ｍ＋０．２）次乃至（ｍ＋０．８）次の回折光の進行方向の範囲内であることを特徴とする請求項１に記載の光情報記録方法。
3. 前記空間光変調器は、前記複数の画素が格子状に配置されており、前記情報光の光軸の方向は、前記複数の画素による格子の対角方向についての約（ｍ＋０．５）次の回折光の進行方向と一致することを特徴とする請求項１に記載の光情報記録方法。
4. 前記基準マークの領域内における空間周波数が、前記空間光変調器の基本空間周波数の半分の空間周波数を含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光情報記録方法。
5. 前記基準マークは属性の異なる画素を交互に配置したパターンを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光情報記録方法。
6. 前記情報光の光軸の方向は、前記空間光変調器に対して垂直であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の光情報記録方法。
7. 請求項１乃至６の何れか１項に記載の光情報記録方法によってホログラム記録層に干渉縞が記録されたことを特徴とする記録媒体。