JP2008226434A - 光ピックアップ、光情報記録再生装置および光学的情報記録再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】角度多重記録方式を利用したホログラム記録では、信号光と参照光が別の光路をたどるため、光学部品の点数が多く、従来の光ピックアップに比べ光学系の小型化に不向きである。また、光の干渉を利用するホログラム記録では、信号光と参照光の波面および光路長を波長オーダ（〜数１０ｎｍ）で合わす必要があるが、振動や空気の擾乱等による信号光と参照光の波面や光路長のずれで、記録信号品質が低下してしまう。
【解決手段】回折レンズなどの光学素子で光ビームを収束・発散度の異なる信号光と参照光の２光束に分離する。信号光と参照光を同一の対物レンズに入射し、光学素子または対物レンズを光軸に垂直な方向に動かすことで角度多重記録を実現する。光情報記録媒体が傾いた場合、光学素子または対物レンズを光情報記録媒体の傾いた方向に動かすことで、光情報記録媒体に入射する参照光の角度を変えて再生信号の劣化を補正する。
【選択図】図５

Description

本発明は、ホログラフィを用いて、光情報記録媒体に情報を記録する、および／または光情報記録媒体から情報を再生する、装置およびホログラム記録再生方法に関する。

現在、青紫色半導体レーザを用いた、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＢＤ）規格やＨｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ（ＨＤ ＤＶＤ）規格などにより、民生用においても５０ＧＢ程度の記録密度を持つ光ディスクの商品化が可能となってきた。
今後は、光ディスクでも１００ＧＢ〜１ＴＢというＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｃ Ｄｒｉｖｅ）容量と同程度まで大容量化が望まれる。
しかしながら、このような超高密度を光ディスクで実現するためには、今までのような短波長化と対物レンズ高ＮＡ化による従来の高密度技術のトレンドとは異なった新しいストレージ技術が必要となる。

次世代のストレージ技術に関する研究が行われる中、ホログラフィを利用してデジタル情報を記録するホログラム記録技術が注目を集めている。
ホログラム記録技術とは、空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）により２次元的に変調されたページデータの情報を有する信号光と、参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、その時に生じる干渉縞パターンによって記録媒体内に屈折率変調を生じさせることで情報を記録する技術である。
また情報の再生時には、記録時に用いた参照光を同じ配置で記録媒体に照射すると、記録媒体中に記録されているホログラムが回折格子のように作用して回折光を生じる。この回折光が記録した信号光と位相情報を含めて同一の光として再生される。
再生された信号光は、ＣＭＯＳやＣＣＤなどの光検出器を用いて２次元的に高速に検出される。このようにホログラム記録では、１つのホログラムで２次元的な情報を同時に記録／再生され、また同じ場所に複数のページデータを重ね書きすることができるため、大容量かつ高速な情報の記録再生に有効である。

ホログラム記録技術として、例えば特許文献１（特開２００４−２７２２６８号公報）がある。本公報には、信号光束をレンズで光情報記録媒体に集光すると同時に、平行光束の参照光を照射して干渉させてホログラムの記録を行い、さらに参照光の光情報記録媒体への入射角度を変えながら異なるページデータを空間光変調器に表示して多重記録を行う、いわゆる角度多重記録方式が記載されている。さらに本公報には、信号光をレンズで集光してそのビームウエストに開口（空間フィルタ）を配することにより、隣接するホログラムの間隔（ピッチ）を短くすることができ、従来の角度多重記録方式に比べて記録密度／容量を増大させる技術が記載されている。
また、光情報記録媒体に記録された情報を再生する際は、参照光の位相共役光を用いることで、信号検出用の光検出器を光情報記録媒体に対して他の光学部品と同じ側に配置され装置を小型化できると同時に、記録時と再生時に信号光が同じ光路を辿るため、光路中で生じる収差が打ち消され良好な信号再生が行われる方法が非特許文献１（Ｉａｎ Ｒｅｄｍｏｎｄ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ＯＤＳ（２００６）、ＭＡ１）に記載されている。

特開２００４−２７２２６８号公報 Ｉａｎ Ｒｅｄｍｏｎｄ：Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ ＯＤＳ（２００６）、ＭＡ１

ところで、特許文献１や非特許文献１などに示す角度多重記録方式の場合、信号光と参照光はビームスプリッタによって２光束に分離された後光情報記録媒体まで別の光路をたどるため、光学部品の点数が多く、ＢＤなど従来の光ピックアップに比べると光学系の小型化に不向きである。また、ホログラム記録は光の干渉を利用するため、信号光と参照光の波面および光路長を波長オーダ（〜数１０ｎｍ）で合わせる必要があるが、振動や空気の擾乱などにより信号光と参照光の波面や光路長にずれが生じ、記録される信号品質が低下してしまうため、実用には難があることが問題として挙げられる。
本発明は上記問題を鑑みなされたものであり、角度多重記録方式を用いて、（１）小型で（２）信頼性の高い光ピックアップ、光学的情報記録再生方法、および光情報記録再生装置を提供することを目的とする。

本発明の光ピックアップは、光源から出射した光ビームを第１の光束と第２の光束とに分離し、いずれか一方の光束を信号光として、もう一方の光束を参照光として、光情報記録媒体に照射し、ホログラムの為の干渉縞を媒体に形成することにより情報を記録する。この際、信号光に相当する光束は、収束光の状態で光情報記録媒体上に照射され、参照光に相当する光束は、平行光の状態で光情報記録媒体上に照射される。

本願発明においては、信号光を光情報記録媒体上に集光するためのレンズ（第１レンズ）と同一のレンズに参照光が入射する構成を取るが、上記のように、参照光は平行光の状態で媒体に照射される必要がある。このため、本願発明では、上記第２の光束の光路上に、上記参照光を上記集光レンズの前焦点面に集光するための第２のレンズを設け、これにより参照光が平行光の状態で媒体上に照射されるような構成とした。これにより、信号光と参照光の第１レンズから光情報記録媒体までの光路が共用される。
さらに、信号光と参照光は２光束に分離された後も同一の光軸を伝播する構成としてもよい。これにより、信号光と参照光は光源から光情報記録媒体までのすべての光路が共用される。
以上の構成の光ピックアップを用いることにより、小型の光ピックアップを実現するという前記（１）の目的が達成される。

更に、本発明の光ピックアップは、光学系のビーム照射条件の変動により発生する各種の影響を補正する手段を備える。光学系のビーム照射条件の変動要因としては、例えば、本発明が適用される光ピックアップと組み合わせて使用されるところの光情報記録媒体の傾き、あるいは光源から照射される光の波長のシフト量などがある。これにより、信頼性の高い光ピックアップを実現するという前記（２）の目的が達成される。
なお、本発明の光ピックアップが適用される光情報記録媒体は形状を問わない。例えば、ディスク、カード等各種の形状の光情報記録媒体に適用可能である。

本発明によれば、信号光と参照光がほぼ同じ光路を辿るため、従来の角度多重記録方式に比べて光学系の小型化に有利であり、かつ振動や空気の擾乱、伝播中における光学部品の位置ずれによって生じる信号光と参照光の波面や光路長のずれが緩和され、信号の記録品質を劇的に向上できる。また、光情報記録媒体が傾いた場合の再生信号の劣化を、レンズを光軸と垂直な方向に駆動することで補正することができる。また、波長シフトによる色収差を、レンズを光軸方向に駆動することで補正することができる。

以下、本発明の実施例について説明する。

［ホログラム情報記録再生装置の全体構成］
図１はホログラフィを利用してデジタル情報を記録および／または再生するホログラム情報記録再生装置の全体的な構成を示したものである。
ホログラム情報記録再生装置１０は、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３、媒体回転角度検出用光学系１４ならびに回転モータ５０を備えており、光情報記録媒体１は回転モータ５０によって回転可能な構成となっている。

ピックアップ１１は、参照光と信号光を光情報記録媒体１に出射してホログラフィを利用してデジタル情報を記録する役割を果たす。
この際、記録する情報信号はコントローラ８９によって信号生成回路８６を介してピックアップ１１内の後述する空間光変調器に送り込まれ、信号光はコントローラ８９によって制御される空間光変調器によって変調される。また、ピックアップ１１内の後述するアクチュエータは、信号処理回路８５からのサーボ信号に基づきコントローラ８９によって制御される。
光情報記録媒体１に記録した情報を再生する場合は、ピックアップ１１から出射された参照光の位相共役光を位相共役光学系１２によって生成する。ここで位相共役光とは、入力光と同一の波面を保ちながら逆方向に進む光波のことである。該位相共役光によって再生される再生光をピックアップ１１内の後述する光検出器によって検出し、信号処理回路８５によって信号を再生する。

光情報記録媒体１に照射する参照光と信号光の照射時間は、ピックアップ１１内の後述するシャッタの開閉時間をコントローラ８９によってシャッタ制御回路８７を介して制御することで調整できる。またはピックアップ１１内の光源をパルス駆動にすることによっても実現される。
媒体キュア光学系１３は、光情報記録媒体１のプリキュアおよびポストキュアに用いる光ビームを生成する役割を果たす。ここでプリキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録する際、該所望位置に参照光と信号光を照射する前に予め所定の光ビームを照射する前工程のことである。またポストキュアとは、光情報記録媒体１内の所望の位置に情報を記録した後、該所望の位置に追記不可能とするために所定の光ビームを照射する後工程のことである。

媒体回転角度検出用光学系１４は、光情報記録媒体１の回転角度を検出するために用いられる。光情報記録媒体１を所定の回転角度に調整する場合は、媒体回転角度検出用光学系１４によって回転角度に応じた信号を検出し、検出された信号を用いてコントローラ８９によって媒体回転モータ制御回路８８を介して光情報記録媒体１の回転角度を制御することができる。
光源駆動回路８２からは所定の光源駆動電流がピックアップ１１、媒体キュア光学系１３、媒体回転角度検出用光学系１４内の光源に供給され、各々の光源からは所定の光量で光ビームを発光することができる。

また、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３は、光情報記録媒体１の半径方向に位置をスライドできる機構が設けられており、アクセス制御回路８１を介して位置制御がおこなわれる。
なお、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３が大型でスライドするのが困難な場合は、これらの位置を光情報記録媒体１の半径方向にスライドする代わりに、光情報記録媒体１をスライドする構成でもかまわない。
ところで角度多重方式によるホログラム記録技術はＢｒａｇｇ回折の回折効率の強い波数ベクトル依存性を利用しているため、例えば光情報記録媒体１の傾き（特にＢｒａｇｇ回折方向の傾き）や位置ずれに対する許容誤差が極めて小さくなる傾向がある。それゆえピックアップ１１内に、例えば光情報記録媒体１の傾きや位置ずれ等、許容誤差が小さいずれ要因のずれ量を検出する機構を設けて、サーボ信号生成回路８３にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路８４を介して該ずれ量を補正するためのサーボ機構をホログラム情報記録再生装置１０内に備えても良い。

またピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３、媒体回転角度検出用光学系１４は、いくつかの光学系構成または全ての光学系構成をひとつに纏めて簡素化しても構わない。
また、光情報記録媒体１はディスク状の形態に限らず、例えばカード状の媒体でもかまわない。図２は、カード状の光情報記録媒体１を用いた場合の情報記録再生装置の全体的な構成を示したものである。ホログラム情報記録再生装置１０は、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３、媒体位置検出用光学系２０３ならびに媒体駆動モータ２０２を備えており、光情報記録媒体１はコントローラ８９によって媒体駆動制御回路２０１を介して媒体駆動モータ２０２によって駆動可能な構成となっている。媒体位置検出用光学系２０３は、光情報記録媒体１の位置を検出するために用いられる。なお、図２では光情報記録媒体１を駆動する構成となっているが、光情報記録媒体１を駆動する代わりに、ピックアップ１１、位相共役光学系１２、媒体キュア光学系１３の位置をスライドする機構を設け、アクセス制御回路８１を介して位置制御を行うのでも構わない。

［ピックアップ光学系構成］
図３は、ホログラム情報記録再生装置１０におけるピックアップ１１の光学系構成の一例を示したものである。
記録時の状態を図３（ａ）に示す。光源３０１を出射した光ビームは、コリメートレンズ３０２を透過しシャッタ３０３に入射する。シャッタ３０３が開いている時は、光ビームはシャッタ３０３を通過した後、例えば１／２波長板などで構成される偏光方向変換手段３０４によってＰ偏光とＳ偏光の光量比が所望の比になるように偏光方向を制御された後、偏光ビームスプリッタ３０５に入射する。

偏光ビームスプリッタ３０５を透過した光ビーム（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３０７を経由して１／４波長板の付加された空間光変調器３０８に入射する。ここで、空間光変調器とは、光の強度、位相、偏光等を変調できる素子のことである。空間光変調器３０８によって２次元で強度または位相変調された信号光３０６は、Ｓ偏光となって偏光ビームスプリッタ３０７で反射され、所定の入射角度の光ビームのみを通過させる角度フィルタ３０９を透過する。その後信号光３０６は、対物レンズ３１０によって光情報記録媒体１に集光される。

一方、偏光ビームスプリッタ３０５を反射された光ビーム（Ｓ偏光）は、参照光３１２として作用し、例えば１／２波長板などで構成される偏光方向変換手段３１９によって情報の記録時または再生時に応じて所定の偏光方向に設定された後、ミラー３１３ならびにミラー３１４を経由してレンズ３１５に入射する。記録時は、偏光方向変換手段３１９は信号光３０６と参照光３１２を光情報記録媒体１上で干渉させるため、参照光３１２を信号光３０６と同じＳ偏光のまま透過させる。レンズ３１５は参照光３１２を対物レンズ３１０のバックフォーカス面に集光させる役割を果たしており、対物レンズ３１０のバックフォーカス面にて一度集光した参照光３１２は、信号光と同一の対物レンズ３１０によって、再度略平行光となって光情報記録媒体１に入射される。これにより、光情報記録媒体１に対して信号光３０６が収束光として、参照光３１２が略平行光として入射する従来の角度多重方式と同じ光学系構成が実現される。また、信号光３０６と参照光３１２を同一の対物レンズ３１０に入射することで、特許文献１や非特許文献１に記載された角度多重方式に比べて、光学系を小型化することができる。

さらに、対物レンズ３１０または光学ブロック３２１は、対物レンズ用のアクチュエータ３１１または光学ブロック用のアクチュエータ３２２を備えている。アクチュエータ３１１およびアクチュエータ３２２は、所定の座標系に沿って駆動可能であり、例えば、アクチュエータ３１１およびアクチュエータ３２２においては、対物レンズの光学軸に垂直な方向３２０に駆動可能である。対物レンズ３１０または光学ブロック３２１の位置を駆動方向３２０に沿ってずらすことにより、対物レンズ３１０と対物レンズ３１０のバックフォーカス面における参照光３１２の集光点の相対位置が変化する。これにより、光情報記録媒体１に入射する参照光３１２の入射角度を所望の角度に制御することができる。
このように信号光３０６と参照光３１２を光情報記録媒体１において、互いに重ね合うように入射させることで、記録媒体内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを記録媒体に書き込むことで情報を記録する。また対物レンズ３１０または光学ブロック３２１の位置を駆動方向３２０に沿ってずらすことによって、光情報記録媒体１に入射する参照光３１２の入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能となる。

偏光方向変換手段３０４、３１９は例えば電圧の印加によって入射する光の偏光方向が切り替わる液晶素子や、回転機構を持つ１/２波長板、波長板の抜き差しなどで達成できる。
記録した情報を再生する場合は、図３（ｂ）に示すように光源３０１から出射した光ビームをすべて参照光として用いる。光ビームはシャッタ３０３を通過した後、偏光方向変換手段３０４によってＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ３０５で全て反射される。参照光によって再生される再生光３２３がＰ偏光として光検出器３１８に到達するよう、参照光３１２は偏光方向変換手段３１９によってＰ偏光とし、レンズ３１５、対物レンズ３１０を経て光情報記録媒体１に略平行光の状態で入射される。光情報記録媒体１を透過した参照光３１２はガルバノミラー３１６にて反射され、参照光３１２の位相共役光が生成される。この位相共役光によって再生された再生光３２３（Ｐ偏光）は、対物レンズ３１０、角度フィルタ３０９を伝播する。その後、再生光３２３は偏光ビームスプリッタ３０７を透過して光検出器３１８に入射し、記録した信号を再生することができる。

角度多重記録されたホログラムを再生する時は、対物レンズ３１０または光学ブロック３２１を符号３２０に示す光軸と垂直な方向に動かすと同時に、参照光３１２が正反射するようにアクチュエータ３１７によってガルバノミラー３１６の角度を変える。
従来の角度多重記録方式と同様、光情報記録媒体１に対して同じ入射角度の参照光３１２によって記録された隣接するホログラムも同時に再生されてしまう。当該ホログラムからの再生光は対物レンズ３１０を経た後、光軸と平行に伝播するのに対し、隣接ホログラムからの再生光（迷光）は、光軸と平行でない方向に伝播するため、角度フィルタ３０９を光軸に略平行な波面のみ透過するように設定することによって、隣接ホログラムからの再生光を除去することができる。なお、図３では角度フィルタ３１９によって隣接ホログラムからの迷光を除去する構成を示したが、対物レンズを通過した再生光３２３を一旦レンズで集光し、焦点位置にポリトピックフィルタを設けることで迷光を除去する、ポリトピック角度多重の構成としても良い。

さらに、前述のとおり、ホログラム記録は光情報記録媒体１の傾きに対する許容誤差が極めて小さい。光情報記録媒体１が角度多重記録で対物レンズ３１０または光学ブロック３２１を動かす方向と光学的に平行な方向（図３紙面内、以降Ｂｒａｇｇ方向）に傾いた場合は、対物レンズ３１０または光学ブロック３２１の位置を駆動方向３２０に沿ってずらすことにより、参照光３１２の光情報記録媒体１への入射角度を変えることができるので、前記光情報記録媒体１の傾きによる再生信号の劣化を補正することができる。また、光情報記録媒体１が角度多重記録の方向と垂直な方向（符号３２４方向、図３紙面に垂直な方向、以降Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ方向）に傾いた場合も、対物レンズ３１０または光学ブロック３２１の位置を紙面と垂直な方向（符号３２４方向）に沿ってずらすことによって、参照光３１２の光情報記録媒体１への入射角度を変えることができるので、光情報記録媒体１の傾きによる再生信号の劣化を補正することができる。
角度フィルタ３０９は、偏光ビームスプリッタ３０７と光検出器３１８の間に設置しても良い。

図３で示した光学系は、信号光と参照光を同一の対物レンズに入射させる構成とすることで、従来の角度多重方式の光学系に比して小型化できる利点を有する。また、対物レンズまたは参照光の集光レンズを光軸に対して垂直に動かすことで角度多重記録が実現できる。さらには、対物レンズまたは参照光の集光レンズをＢｒａｇｇ方向またはＤｅｇｅｎｅｒａｔｅ方向に動かすことで、光情報記録媒体の該方向への傾きによる再生信号の劣化を補正することができる。以降、本構成によるホログラム記録再生方式をモノキュラーシステムと呼ぶ。

図４に図３で示したモノキュラーシステムのピックアップ１１の光学系構成の別の一例を示す。記録時の状態を図４（ａ）に示す。光源３０１を出射した光ビームはコリメートレンズ３０２を透過し、シャッタ３０３に入射する。シャッタ３０３には光が通過する開口が設けられており、遮光板を抜き差しすることにより透過光量を調整することができる。シャッタ３０３が開いている時は、光ビームはシャッタ３０３を通過した後、信号光用のシャッタ４０１に入射する。シャッタ４０１によって入射した光ビームの一部は参照光３１２、別の一部は信号光３０６として領域分割される。
信号光３０６（Ｐ偏光）は、偏光ビームスプリッタ３０７を経由して１／４波長板の付加された空間光変調器３０８に入射する。空間光変調器３０８によって情報を付加された信号光３０６はＳ偏光となって偏光ビームスプリッタ３０７で反射され、所定の入射角度の光ビームのみを通過させる角度フィルタ３０９を伝播する。その後、信号光３０６は対物レンズ３１０によって光情報記録媒体１に集光される。

一方、参照光３１２（Ｐ偏光）は、レンズ４０２を透過し、１／４波長板４０６を経て空間光変調器３０８と略同一の面に集光される。焦点位置には反射ミラー４０７が設けられ、参照光３１２はミラー４０７で反射した後、再度１／４波長板４０６を透過してＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ３０７で反射される。その後、偏光方向変換手段４０８によって情報の記録時または再生時に応じて所定の偏光方向に変換された後、信号光と同一の対物レンズ３１０に入射する。記録時は、偏光方向変換手段４０８は信号光３０６と参照光３１２を光情報記録媒体１上で干渉させるため、参照光３１２を信号光３０６と同じＳ偏光のまま透過させる。対物レンズ３１０を透過した参照光３１２は、再度略平行光となって光情報記録媒体１に入射される。これにより、光情報記録媒体１に対して信号光３０６が収束光として、参照光３１２が略平行光として入射する光学系構成が実現される。また、信号光３０６と参照光３１２を同一の対物レンズ３１０に入射することで、特許文献１や非特許文献１に述べられる角度多重方式に比べて、光学系の小型化を図ることができる。

さらに、対物レンズ３１０またはレンズ４０２は、対物レンズアクチュエータ３１１またはアクチュエータ４０３によって符号３２０または符号４０４に示す光軸と垂直な方向に駆動可能であり、対物レンズ３１０またはレンズ４０２の位置を駆動方向３２０または４０４に沿ってずらすことにより、対物レンズ３１０とミラー４０７上における参照光３１２の集光点の相対位置関係が変化するため、光情報記録媒体１に入射する参照光３１２の入射角度を所望の角度に設定することができる。
このように信号光３０６と参照光３１２を光情報記録媒体１において、互いに重ね合うように入射させることで、記録媒体内には干渉縞パターンが形成され、このパターンを記録媒体に書き込むことで情報を記録する。また対物レンズ３１０またはレンズ４０２の位置を駆動方向３２０または４０４に沿ってずらすことによって、光情報記録媒体１に入射する参照光３１２の入射角度を変化させることができるため、角度多重による記録が可能である。

本実施例では、シャッタ３０３は遮光板を抜き差しする機械式シャッタとして説明したが、絞りなどその他の機構により透過光量（言い換えれば光がシャッタを通過する割合）を調整できるシャッタであってもよい。また、液晶素子などのように電圧印加により光透過率の変化する素子を用いて光量調整を行っても構わない。また、角度フィルタ３０９は偏光ビームスプリッタ３０７と光検出器３１８の間に設置しても良い。
偏光方向変換手段４０８は例えば電圧の印加によって入射する光の偏光方向が切り替わる液晶素子や、回転機構を持つ１／２波長板、波長板の抜き差しなどで達成できる。また、偏光方向変換手段４０８は１／４波長板とし、図４に示す代わりに光情報記録媒体１とガルバノミラー３１６の間に設置しても良い。この場合、電圧印加や波長板の回転などによる記録時と再生時での偏光方向の切替は不要となる。

記録した情報を再生する場合は、図４（ｂ）に示すように、光源３０１から出射した光ビームはシャッタ４０１によって参照光のみを通過させる。参照光３１２はレンズ４０２を透過し、１／４波長板４０６を経て空間光変調器３０８と略同一の面に集光される。参照光３１２はミラー４０７で反射した後再度１／４波長板４０６を透過してＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタ３０７で反射される。その後、参照光３１２によって再生される再生光３２３がＰ偏光として光検出器３１８に到達するよう、参照光３１２は偏光方向変換手段４０８によってＰ偏光となり、対物レンズ３１０を経て光情報記録媒体１に入射される。光情報記録媒体１を透過した参照光３１２をガルバノミラー３１６にて反射させることで、参照光３１２の位相共役光が生成される。

この位相共役光によって再生された再生光３２３（Ｐ偏光）は、対物レンズ３１０、角度フィルタ３０９を伝播する。その後、再生光３２３は偏光ビームスプリッタ３０７を透過して光検出器３１８に入射し、記録した信号を再生することができる。角度多重記録されたホログラムを再生する時は、対物レンズ３１０またはレンズ４０２を符号３２０または符号４０４に示す方向に動かすと同時に、参照光３１２が正反射するようにアクチュエータ３１７によってガルバノミラーの角度を変える。
さらに、前述のとおり、ホログラム記録は光情報記録媒体１の傾きに対する許容誤差が極めて小さい。光情報記録媒体１が角度多重記録を行う方向（Ｂｒａｇｇ方向、図４紙面内）に傾いた場合は、対物レンズ３１０またはレンズ４０２の位置を駆動方向３２０または４０４に沿ってずらすことにより、参照光３１２の光情報記録媒体１への入射角度を変えることができるので、前記光情報記録媒体１の傾きによる再生信号の劣化を補正することができる。また、光情報記録媒体１が角度多重記録の方向と垂直な方向（Ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅ方向、図４紙面に垂直な方向、符号３２４）に傾いた場合も、対物レンズ３１０またはレンズ４０２の位置を紙面と垂直な方向に沿ってずらすことによって、参照光３１２の光情報記録媒体１への入射角度を変えることができるので、光情報記録媒体１の傾きによる再生信号の劣化を補正することができる。

ホログラム記録では、周囲温度の変化により光情報記録媒体１が膨張または収縮するのに伴い、記録されたホログラム（回折格子）のピッチや傾きが変化し、再生信号が劣化してしまうことがある。これを解決するため、光源３０１の波長をシフトすることで補正する方法があるが、このように波長をシフトした場合、色収差によりレンズ４０２および対物レンズ３１０の焦点距離が変化し、対物レンズ３１０透過後の参照光３１２が平行光でなくなってしまう。角度多重記録方式において光情報記録媒体１に入射する参照光３１２は平行光であることが望ましい。これを解決するために、レンズ４０２や対物レンズ３１０を光軸方向４０５に動かすフィードバック機構を加え、光源３０１の波長シフト量に応じて色収差補正をしても良い。一般的にレンズの色収差は焦点距離をｆ、硝材の屈折率をｎ、光源の波長をλとして

で与えられる。例えばλ＝４０５ｎｍ、硝材をＢＫ７（ｎ＝１．５３０２、ｄｎ／ｄλ＝１．２７×１０^−４）、焦点距離ｆ＝２０ｍｍ、波長シフト量をΔλ＝５ｎｍとすると、焦点距離の変化量Δｆ＝２４μｍとなる。

図５に図３で示したモノキュラーシステムのピックアップ１１の光学系構成の別の一例を示す。図４で示したモノキュラーシステムのピックアップ１１の光学系と同じ機能のものに関しては説明を割愛する。記録時の状態を図５（ａ）に示す。光ビームは光学素子５０１によって信号光３０６となる平行光と、点線で示す参照光３１２となる収束光に分離される。例えば光学素子５０１は図６に示すような回折レンズ６０１とし、例えば０次光を信号光、１次回折光を参照光とすることによって実現される。上述の構成において、０次光を参照光、１次回折光を信号光としてもよい。このように、どちらかを０次光とし、もう一方を１次回折光とすることにより、光利用効率、光学的安定性の点で優れた光ピックアップを実現できる。参照光３１２は、１次回折光の光路上に設けられた１／４波長板４０６を透過して空間光変調器３０８と略同一面のミラー４０７に集光される。空間光変調器３０８で変調された信号光３０６とミラー４０７で反射された参照光３１２はＳ偏光となって、偏光ビームスプリッタ３０７で反射され、対物レンズ３１０に入射する。対物レンズ３１０を透過した信号光３０６は光情報記録媒体１に集光され、参照光３１２は平行光で光情報記録媒体１に照射する。
記録した情報を再生する場合は、図５（ｂ）に示すように、参照光３１２は光学素子５０１や偏光ビームスプリッタ３０７、ミラー４０７、対物レンズ３１０を経てＳ偏光の状態で光情報記録媒体１に入射する。光情報記録媒体１を透過した参照光３１２は１／４波長板５０２を透過してガルバノミラー３１６で正反射し、再び１／４波長板５０２を透過してＰ偏光として光情報記録媒体１に入射する。

この位相共役光によって再生された再生光３２３（Ｐ偏光）は、対物レンズ３１０、偏光ビームスプリッタ３０７、角度フィルタ３０９を透過して光検出器３１８に入射し、記録した信号を再生することができる。なお、再生時に信号光３０６は不要なので、空間光変調器３０８をＯｆｆにして反射光をなくすか、偏光ビームスプリッタ３０７と空間光変調器３０８の間にシャッタを設ける。
図６では回折レンズ６０１に入射する光ビーム全体を信号光３０６と参照光３１２に分離したが、例えば光学素子５０１は図７に示すような回折レンズ７０１とし、回折レンズ７０１の領域は信号光用と参照光用に完全に分離されていても良い。または、光学素子５０１は図８に示すような回折レンズ８０１とし、回折レンズ８０１の一部を透過する光を参照光として用いても良い。

［動作フロー］
図９は、実施例１から３で説明した光ピックアップを搭載したホログラム情報記録再生装置１０（図１または図２を参照）における記録、再生の動作フローを示したものである。
図９（ａ）は、ホログラム情報記録再生装置１０に光情報記録媒体１を挿入した後、記録または再生の準備が完了するまでの動作フローを示し、図９（ｂ）は準備完了状態から光情報記録媒体１に情報を記録するまでの動作フロー、図９（ｃ）は準備完了状態から光情報記録媒体１に記録した情報を再生するまでの動作フローを示したものである。
図９（ａ）に示すように媒体を挿入すると、ホログラム情報記録再生装置１０は光情報記録媒体１に設けられたコントロールデータを読み出し、例えば光情報記録媒体１に関する情報や、例えば記録や再生時における各種設定条件に関する情報を取得する。

コントロールデータの読み出し後は、コントロールデータに応じた各種調整やピックアップ１１に関わる学習処理を行い、ホログラム情報記録再生装置１０は、記録または再生の準備が完了する。
準備完了状態から情報を記録するまでの動作フローは図９（ｂ）に示すように、まず記録するデータを受信して、該データに応じた情報をピックアップ１１内の空間光変調器に送り込む。
その後、光情報記録媒体１に高品質の情報を記録できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行い、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ１１ならびに媒体キュア光学系１３の位置を光情報記録媒体１の所定の位置に配置する。
その後、媒体キュア光学系１３から出射する光ビームを用いて所定の領域をプリキュアし、ピックアップ１１から出射する参照光と信号光を用いてデータを記録する。
データを記録した後は、必要に応じてデータをベリファイし、媒体キュア光学系１３から出射する光ビームを用いてポストキュアを行う。

準備完了状態から記録された情報を再生するまでの動作フローは図９（ｃ）に示すように、光情報記録媒体１から高品質の情報を再生できるように、必要に応じて各種学習処理を事前に行う。その後、シーク動作ならびにアドレス再生を繰り返しながらピックアップ１１ならびに位相共役光学系１２の位置を光情報記録媒体１の所定の位置に配置する。
その後、ピックアップ１１から参照光を出射し、光情報記録媒体１に記録された情報を読み出す。

本実施例のホログラム記録再生装置によれば、信号光と参照光がほぼ同じ光路を辿るため、従来の角度多重記録方式に比べて光学系の小型化に有利であり、かつ振動や空気の擾乱、伝播中における光学部品の位置ずれによって生じる信号光と参照光の波面や光路長のずれが緩和され、信号の記録品質を劇的に向上できる。また、光情報記録媒体が傾いた場合の再生信号の劣化を、レンズを光軸と垂直な方向に駆動することで補正することができる。また、波長シフトによる色収差を、レンズを光軸方向に駆動することで補正することができる。

ホログラム情報記録再生装置の実施例を表す概略図。 ホログラム情報記録再生装置の実施例を表す概略図。 ホログラム情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図。 ホログラム情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図。 ホログラム情報記録再生装置内のピックアップの実施例を表す概略図。 本発明を実現する回折レンズの例を示す図。 本発明を実現する回折レンズの例を示す図。 本発明を実現する回折レンズの例を示す図。 ホログラム情報記録再生装置の動作フローの実施例を表す概略図。

符号の説明

１ 光情報記録媒体
１０ ホログラム情報記録再生装置
１１ ピックアップ
１２ 位相共役光学系
１３ 媒体キュア光学系
１４ 媒体回転角度検出用光学系
５０ 回転モータ
８１ アクセス制御回路
８２ 光源駆動回路
８３ サーボ信号生成回路
８４ サーボ制御回路
８５ 信号処理回路
８６ 信号生成回路
８７ シャッタ制御回路
８８ 媒体回転モータ制御回路
８９ コントローラ
２０１ 媒体駆動制御回路
２０２ 媒体駆動モータ
２０３ 媒体位置検出用光学系
３０１ 光源
３０２ コリメートレンズ
３０３ シャッタ
３０４ 偏光方向変換手段
３０５ 偏光ビームスプリッタ
３０６ 信号光
３０７ 偏光ビームスプリッタ
３０８ 空間光変調器
３０９ 角度フィルタ
３１０ 対物レンズ
３１１ 対物レンズアクチュエータ
３１２ 参照光
３１３ ミラー
３１４ ミラー
３１５ レンズ
３１６ ミラー
３１７ アクチュエータ
３１８ 光検出器
３１９ 偏光方向変換手段
３２０ 駆動方向
３２１ 光学ブロック
３２２ アクチュエータ
３２３ 再生光
３２４ 駆動方向
４０１ シャッタ
４０２ レンズ
４０３ アクチュエータ
４０４、４０５ 駆動方向
４０６ １／４波長板
４０７ ミラー
４０８ 偏光方向変換手段
５０１ 光学素子
５０２ １／４波長板
６０１、７０１、８０１ 回折レンズ

Claims (16)

1. 光情報記録媒体と組み合わせて使用される光ピックアップにおいて、
   光源と、
   当該光源から出射した光ビームを第１の光束と第２の光束とに分離する手段と、
   当該第１の光束を受光する空間光変調器と、
   当該空間光変調器によって変調された前記第１の光束を集光する第１のレンズと、
   前記第２の光束を前記第１のレンズのバックフォーカス面に集光する第２のレンズとを有し、
   前記第１のレンズを透過した前記第１の光束は、信号光として前記光情報記録媒体に収束光の状態で照射され、
   前記第１のレンズを透過した前記第２の光束は、参照光として前記光情報記録媒体に平行光の状態で照射され、
   前記信号光と前記参照光とを前記光情報記録媒体上で光学的に干渉させ、当該干渉により生じる干渉縞をホログラムとして前記光情報記録媒体に記録する光ピックアップ。
2. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
   前記第１の光束と第２との光束の分離手段が、偏光ビームスプリッタであることを特徴とする光ピックアップ。
3. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
   前記第１の光束と第２との光束の分離手段は、当該分離手段に入射した光を透過させる第１の領域と第２の領域とを有し、
   前記第１の領域の透過率が可変であることを特徴とする請求項１に記載の光ピックアップ。
4. 請求項３に記載の光ピックアップにおいて、
   前記信号光は前記第１の領域を通過し、
   前記参照光は前記第２の領域を通過し、
   前記光情報記録媒体に記録された情報を再生する時は、前記第１の領域の透過率が実質的に０であり、
   前記光情報記録媒体に情報を記録する時は、前記第１の領域の透過率を再生時に比べて高くすることを特徴とする光ピックアップ。
5. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
   前記第２のレンズと、前記第１の光束と第２との光束の分離手段とが、１つの回折レンズであることを特徴とする光ピックアップ。
6. 請求項５に記載の光ピックアップにおいて、
   前記信号光として前記回折レンズに入射する光ビームの０次光を用い、
   前記参照光として前記回折レンズに入射する光ビームの回折光を用いることを特徴とする光ピックアップ。
7. 請求項５に記載の光ピックアップにおいて、
   前記信号光として前記回折レンズに入射する光ビームの回折光を用い、
   前記参照光として前記回折レンズに入射する光ビームの０次光を用いることを特徴とする光ピックアップ。
8. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
   前記第１のレンズまたは前記第２のレンズの位置を駆動する手段を備え、
   前記第１のレンズまたは第２のレンズを、当該駆動手段によりレンズの光軸と垂直な方向に動かすことにより、前記参照光の前記光情報記録媒体への入射角度が変化させ、
   もって前記光情報記録媒体に記録するホログラムを角度多重化することを特徴とする光ピックアップ。
9. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
   前記光情報記録媒体に記録されたホログラムの再生時には、前記参照光または前記参照光の位相共役光を前記光情報記録媒体に照射して前記光情報記録媒体に記録されたホログラムの再生光を生成することを特徴とする光ピックアップ。
10. 請求項５に記載の光ピックアップにおいて、
    前記空間光変調器と前記光情報記録媒体との間に光遮蔽機構を具備し、
    前記ホログラムの再生時に、当該光遮蔽機構で前記信号光を遮蔽することを特徴とする光ピックアップ。
11. 請求項５に記載の光ピックアップにおいて、
    前記ホログラムの再生時に、前記空間光変調器の反射率を略０とし、前記信号光を遮蔽することを特徴とする光ピックアップ。
12. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
    前記光情報記録媒体の基準位置に対する傾きに応じて、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズの位置を、該レンズの光軸に垂直な面と、前記光情報記録媒体の傾きを含む面との交わる直線と光学的に平行な方向に補正駆動する手段を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
13. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
    前記光源の波長の基準波長からのシフト量に応じて、前記第１のレンズまたは前記第２のレンズの位置を、該レンズの光軸方向に補正駆動する手段を備えたことを特徴とする光ピックアップ。
14. 請求項１に記載の光ピックアップにおいて、
    角度フィルタを前記再生光に配置することを特徴とする光ピックアップ。
15. 干渉縞をホログラムとして光情報記録媒体に記録する光学的情報記録方法であって、
    光源で発生した光を第１の光束および第２の光束に分離し、
    前記第１の光束を強度変調して、レンズを用いて前記光情報記録媒体に収束光として照射し、
    前記第２の光束を前記レンズのバックフォーカス面に集光し、前記レンズにより前記光情報記録媒体に対して平行光として照射し、
    前記収束光の照射と平行光の照射により前記光情報記録媒体上に干渉縞を形成し、
    もって前記干渉縞を形成することを特徴とする光学的情報記録再生方法。
16. 干渉光を用いたホログラムが記録される光情報記録媒体と、
    当該ホログラムの記録または再生を行う光ピックアップとを備え、
    当該光ピックアップは、
    光源と、
    当該光源から出射した光ビームを第１の光束と第２の光束とに分離する手段と、
    当該第１の光束を受光する空間光変調器と、
    当該空間光変調器によって変調された前記第１の光束を集光する第１のレンズと、
    前記第２の光束を前記第１のレンズのバックフォーカス面に集光する第２のレンズとを有し、
    前記第１のレンズを透過した前記第１の光束は、信号光として前記光情報記録媒体に収束光の状態で照射され、
    前記第１のレンズを透過した前記第２の光束は、参照光として前記光情報記録媒体に平行光の状態で照射され、
    前記信号光と前記参照光とを前記光情報記録媒体上で光学的に干渉させ、当該干渉により生じる干渉縞をホログラムとして前記光情報記録媒体に記録することを特徴とする光情報記録再生装置。