JP2014203500A - 光情報記録再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高速制御可能な光学素子を用い、損失光を低減し、光利用効率を向上して高品質な再生データ及び高速な記録／再生が可能な光情報記録再生装置を提供する。【解決手段】角度多重記録方式のホログラムを利用した光情報記録再生装置であって、光ビームを出射する光源１と、光源から出射した光ビームを信号光と参照光に分岐する分岐部１０と、光情報記録媒体１００に入射する参照光の角度を変えるための角度可変部と、信号光に情報を付加するための空間光変調部２５と、光情報記録媒体に信号光を照射するための対物レンズと、光情報記録媒体に参照光を照射したときに光情報記録媒体内の記録領域から発生する回折光を検出するための撮像部５０と、参照光の光束の形状を整形するための光学素子９１と、を備え、前記光学素子は、多重方向における参照光の光束径がピッチ方向における参照光の光束径よりも大きくなるように参照光の光束の形状を整形する。【選択図】図１１

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し、光情報記録媒体から情報を再生する、装置及び方法に関する。

現在、青紫色半導体レーザを用いた、Ｂｌｕ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ（ＴＭ）規格により、民生用においても５０ＧＢ程度の記録密度容量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 Ｄｉｓｋ 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、短波長化と対物レンズ高ＮＡ化による高密度化技術とは異なる新しい方式による高密度化技術が必要である。

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を、記録媒体の内部で参照光と重ね合わせ、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媒体に記録する技術である。

情報の再生時には、記録時に用いた参照光を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技術は、１つのホログラムによって２次元的な情報を一気に光記録媒体に記録し、さらにこの情報を再生することを可能とするものであり、そして、記録媒体のある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を果たすことができる。

ホログラム記録方法の１つに、角度多重記録がある。これは、参照光の光情報記録媒体への入射角度を変化させて多重記録を行う方法である。ホログラム記録では、信号光と参照光を光情報記録媒体の同じ領域に照射する場合に最も効率良く、さらに媒体の不必要な感光を防ぎ、高密度記録できる。ところが角度多重記録では、参照光の媒体への入射角を走査する際に有効光束径が変化するため媒体を照射する面積が変化する。これにより記録に寄与しない領域まで媒体を感光させてしまい、記録容量が低下するという課題がある。

本課題に対する光情報記録再生技術として、例えば特開２００６−１７８９８号公報（特許文献１）がある。本公報には、「角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光の入射角度が変化してもこの参照光がホログラム記録媒体を照射する範囲を常に一定とするために、記録時、レーザ光源から出射されたレーザ光はビームスプリッタで信号光と参照光に分岐され、参照光はズーム式ビームエキスパンダーにより平行光になる。その際、制御装置は、可変式回転ミラーの回転角に応じてズーム式ビームエキスパンダーの倍率を変化させて参照光ビームの径を変化させることにより、参照光が記録媒体へ入射する角度に拘らず、参照光の記録媒体上の照射範囲を一定とする。」と記載されている。

また、例えば特開２００６−２３４４５号公報には「参照光２００のホログラム記録材料１５への入射角度を変化させるためにスキャンミラー１２の角度を変化させる際に、スリット１１も連動してその角度を変化させることにより、参照光２００の入射角度の変化によりホログラム記録材料１５上の照射範囲が変化せずに一定になるように参照光２００のビーム径をスリット１１により変化させる。これにより、角度多重記録方式によるホログラムの記録時に、参照光２００の入射角度が変化してもこの参照光２００がホログラム記録材料１５を照射する面積を常に一定にすることができる。」と記載されている。

特開２００６−１７８９８号公報 特開２００６−２３４４５号公報

ところで、効率良く記録再生するため信号光と参照光を光情報記録媒体の同じ領域に照射する場合に参照光の媒体への入射角に応じて参照光の倍率を変化させたい方向は、参照光が媒体に入射される方向の特定の方向である。しかしながら、特許文献１記載のようなズーム式ビームエキスパンダーを用いて倍率を変化させる方式は、参照光の縦横比を一定としたまま倍率を変化するために、更なる効率化が望まれる。

また、特許文献２で述べられている照射範囲固定手段とは、具体的には、参照光の光路中において、当該参照光の入射角θと同じ角度だけ傾けた円形のスリットである。即ち、当該従来技術では、入射角度によらず、参照光の照射面積を一定にすることを目的としており、当該スリットによりをθだけ傾斜させることにより入射する円形の参照光のビーム径を絞って正射影形状にすることにより、光情報記録媒体の照射範囲でのビーム径を一定とするものである。即ち、記録に寄与しない領域の参照光を反射または吸収させて減衰させることを原理とするものであり、これによれば、スリットでは、常に、参照光ビームのケラレが発生することから、光学系の光利用効率が低下するという問題が生じてしまう。また、当該スリットを参照光の入射角θと同じ角度だけ傾斜するための機構も必要となり、光情報記録再生装置として高価なものとなってしまう。

そのため、２光束角度多重記録方式のホログラム記録、及び／又は、再生においては、ＳＮ比が高い高品質なデータの高速記録、及び／又は、再生を実現するため、光源からの出射光をより有効に利用可能であり、即ち、高効率であり、そして、安価に実現可能な光学系を有する光情報記録再生装置が強く求められている。

そこで、本発明では、上述した従来技術における問題点に鑑みて達成されたものであり、より詳細には、比較的簡単な構成により、光学系の光利用効率を向上することが可能な光情報記録再生装置を提供することをその目的とする。

上記課題は、例えば請求項の範囲に記載の発明により解決される。

本発明によれば、２光束角度多重記録方式のホログラム記録、及び／又は、再生において、ＳＮ比が高い高品質なデータの高速記録、及び／又は、再生を実現するため、光源からの出射光をより有効に利用可能であり、そして、安価に実現可能な光学系を有する光情報記録再生装置が提供されるという優れた効果が得られる。

本発明の第一の実施例（実施例１）になるホログラム用ピックアップ装置の光学系の一例を示す図である。 上記実施例１におけるガルバノミラー又はＭＥＭＳによる１次元２次元の走査方向を示す図である。 上記実施例１におけるガルバノミラー又はＭＥＭＳによる２次元の走査方向を示す図である。 上記実施例１における参照光の光情報記録媒体への入射角度の変化による、空気中と媒体中での有効光束径の変化の一例を示す図である。 上記実施例１における参照光ビーム、及び、開口の形状を示す図である。 上記実施例１における参照光ビームの整形倍率と光利用効率の関係を示す図である。 上記実施例１における垂直方向の半径を０．５倍に整形した参照光ビーム及び開口の形状を示す図である。 本発明の第二の実施例（実施例２）における光学系を示す図である。 本発明の第三の実施例（実施例３）における光学系を示す図である。 上記実施例３におけるリレーレンズが有する樽型歪曲収差と、当該樽型歪曲収差を有するリレーレンズによるビーム整形の一例を示す図である。 上記実施例３におけるリレーレンズが有する樽型歪曲収差と、当該樽型歪曲収差を有するリレーレンズによるビーム整形の一例を示す図である。 本発明の第四の実施例（実施例４）における光学系を示す図である。 本発明の第五の実施例（実施例５）における光学系を示す図である。 上記ホログラム用ピックアップ装置をその一部に備えた光情報記録再生装置の全体構成を示すブロック図である。 本発明の第六の実施例（実施例６）における光学系を示す図である。 上記実施例６における反射膜を有するウェッジプリズムを示す図である。 上記実施例６における反射膜を有するウェッジプリズムを示す図である。 上記実施例６における反射膜を有するウェッジプリズムの出射光角度に応じた出力される光束の回転方向の長さの変化を示す図である。 上記実施例６における反射膜を有するウェッジプリズムの回転軸を示す図である。 上記実施例６における反射膜を有するウェッジプリズムの回転軸の位置に応じた出力される光束の中心位置のばらつき範囲の変化を示す図である。

以下、本発明を実施するための複数の実施の形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下においては、本発明になるホログラムを利用してデジタル情報を再生、又は、記録／再生する光情報記録再生装置の全体的な構成の説明に先立ち、とこの特徴となるピックアップ装置の光学系について説明する。

＜ホログラム用ピックアップ装置の光学系＞
図１は、本発明の第１の実施の形態（実施例１）になる２光束角度多重記録方式のホログラム用ピックアップ装置の、特に、かかる装置における光学系を含む構成を示したものである。

まず、本実施例（実施例１）の記録方法について説明する。光源１を出射した光ビームは、コリメートレンズ２を透過し、所望のビーム径に変換される。その後、シャッタ３を通り、ビームシェーパ４に入射する。ここで、ビームシェーパ４は、特に、光源１がレーザの場合には出射ビームの形状は真円ではないため、当該ビームシェーパを透過させることによりビームを真円に整形するためのものである。当該ビームシェーパ４を透過した光は、光アイソレータ５に入射する。ここで、光が光学素子に入射する時には、一般的に、光学素子の表面で表面反射が生じ、例えば、この表面反射光が光源へ戻る場合がある。かかる光源への戻り光があると、光が光源で吸収されて熱となり、発光状態が不安定になる場合がある。そのため、光アイソレータ５は、光が光源１へ戻るのを防ぐための素子である。光ビームは、その後、例えば１／２波長板などから構成される偏光可変素子６によって、Ｐ偏光とＳ偏光の光量比が所望の値になるようにその偏光方向が制御された後、ＰＢＳプリズム１０に入射する。なお、本実施例では、当該偏光可変素子６によって、光が、記録時には、Ｐ偏光とＳ偏光に、そして、再生時には、Ｓ偏光に変換されるものとする。

一方、上述したＰＢＳプリズム１０は、Ｐ偏光を透過させ、Ｓ偏光を反射させる特性を持つ。なお、以下の説明では、それぞれ、ＰＢＳプリズム１０を透過した光ビームを「信号光」と、他方、当該ＰＢＳプリズム１０で反射した光ビームを「参照光」と呼ぶ。そして、ＰＢＳプリズム１０を透過した信号光は、ビームエキスパンダー２０によって所望のビーム径に変換された後、シャッタ２１、位相マスク２２、リレーレンズ２３、ＰＢＳプリズム２４を経て、空間光変調器２５に入射し、ここで、２次元情報が付加される。また、空間光変調器２５は、信号光に２次元情報を付加するための光学素子であり、例えば、ＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、ＧＬＶ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）等が使用される。ここで、信号光ビームは、空間光変調器の画素に応じた形状に変換される。例えば、画素が正方形であれば、信号光ビームは正方形形状となる。その後、空間光変調器２５によって２次元情報が付加された信号光は、ＰＢＳプリズム２４で反射し、リレーレンズ２６、空間フィルタ２７、対物レンズ２８を経て、光情報記録媒体１００内に集光する。

一方、ＰＢＳプリズム１０を反射した参照光は、ミラー３０、ミラー３１を反射し、開口３２でビーム径を絞られた後、ガルバノミラー３３に入射する。ここで、開口３２の形状や寸法については、上述したように、信号光がそのビーム断面が正方形である場合は、光情報記録媒体１００の内部において信号光にオーバーラップさせながら記録が行われる参照光も、同様に、その断面形状が正方形になるように整形されることが好ましい。これによれば、光の利用効率の更なる向上が可能となる。なお、ここでは、参照光の有効光束径は、基本的には、光情報記録媒体１００の内部で上記信号光とオーバーラップするのに必要な最小限の径に設定されている。これは、光情報記録媒体１００上での余分な領域での感光を防止し、即ち、その記録容量を有効に活用し、もって、高密度記録を実現するためである。

ガルバノミラー３３は、光ビームの入射角度を制御するためのミラー素子であり、これにより、光情報記録媒体１００への参照光の入射角制御が可能となる。即ち、これにより、角度多重記録の実現が可能となる。なお、ガルバノミラー３３は、一般的に用いる光学ガラスに反射コーティングを施して形成しても良いく、又は、Ａｌや銀の上にＳｉＯ２やＴｉＯ２等の誘電体多層膜を蒸着して形成しても良い。特に、後者の材料を用いることによれば、高反射率化と酸化防止の両方が実現可能となる。また、ガルバノミラー３３の代替品として、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）を用いても良い。かかるＭＥＭＳを用いることで、より高速駆動が出来、記録／再生の高速化を図ることが出来る。また、ガルバノミラー又はＭＥＭＳは、図２（ａ）に示すように、１次元走査させても良く、或いは、図２（ｂ）に示すように２次元走査させても良い。特に、２次元走査させることによれば、２軸方向に多重記録することが可能になり、更なる高密度記録が実現できる。

ガルバノミラー３３を反射した参照光は、スキャナレンズ３４を経て、光情報記録媒体１００内で、略平行光として入射する。このとき、光情報記録媒体１００内に、信号光と参照光とが、互いに重なり合うように入射することで、光情報記録媒体１００内に干渉縞パターンが形成される。そして、この干渉縞パターンが、光情報記録媒体１００内にホログラムとして記録される。本実施例では、２次元情報が記録されたホログラムを「ページ」と呼び、そして、ページが多重化されている領域を「ブック」と呼ぶこととする。

光情報記録媒体１００に情報が記録された後、シャッタ３が閉じ、そして、次に記録される情報が、空間光変調器２５によって表示される。同時に、ガルバノミラー３３が微小角度φだけ回転し、光情報記録媒体１００への参照光の入射角度が変更される。その後、シャッタ３が開くと、次に記録される情報が、光情報記録媒体１００の同一ブックの次のページに、前に記録した角度と異なる角度で、記録される。これを繰り返すことにより、角度多重記録が行われる。そして、かかる角度多重記録の数が所定数に達すると、次のブックへ移動する。

以下、ブックの移動方法について説明する。まず、偏光可変素子６を出射した光ビームの偏光がＳ偏光となるよう、偏光可変素子６を制御する。これにより、偏光可変素子６を透過した光ビームはＰＢＳプリズム１０を反射し、その結果、ディスク上に参照光のみが照射されることになる。そして、対物レンズ２８に対して光情報記録媒体１００の位置をずらす（移動する）。これにより、光情報記録媒体１００上の未記録領域を、信号光と参照光が重なり合う記録可能な位置に配置する（一致させる）ことが出来る。

次に、本実施例の再生方法について説明する。光源１を出射した光ビームは、コリメートレンズ２を透過して所望のビーム径に変換された後、シャッタ３、ビームシェーパ４、及び、光アイソレータ５を通過し、さらに、偏光可変素子６に入射する。そして、光ビームは、偏光可変素子６によってＳ偏光に変換され、ＰＢＳプリズム１０で反射する。ここで、本実施例では、当該ＰＢＳプリズム１０を反射した参照光を「再生光」と呼ぶ。当該再生光は、ミラー３０、ミラー３１、開口３２、ガルバノミラー３３、スキャナレンズ３４、光情報記録媒体１００、そして、１／４波長板４０を経て、ガルバノミラー４１に入射する。

ガルバノミラー４１は、その反射面への入射光が、常に、略垂直となるよう制御されており、その結果、ガルバノミラー４１に入射した再生光は略反対方向に反射され、１／４波長板４０を再び通って、光情報記録媒体１００に入射する。ここで、１／４波長板４０を二度過するため、再生光は、Ｓ偏光からＰ偏光に変換される。その後、再生光は対物レンズ２８、空間フィルタ２７、更には、リレーレンズ２６を通過し、ＰＢＳプリズム２４に入射する。なお、空間フィルタ２７は、再生するブックの再生光のみが透過できる開口と、それ以外のブックからの回折光は反射するミラーとにより構成される。その後、再生光は、Ｐ偏光であるため、ＰＢＳプリズム２４を透過し、撮像素子５０に入射する。そして、撮像素子５０に入射した再生光に基づいて、再生画像データが生成される。

次に、ガルバノミラー３３が微小角度φだけ回転し、その結果、再生光の光情報記録媒体１００への入射角度が変更される。これにより、光情報記録媒体１００内の角度の異なるページの再生画像データが生成される。上述した再生手順を繰り返すことにより、角度多重記録された情報が再生されることとなる。

以下、上述した本実施例の特徴について、更に詳細に説明する。本光ピックアップ装置は、光情報記録媒体１００への参照光ビームの入射角度を変化させて角度多重記録を行う。参照光について、情報を多重記録する方向（多重方向）と、それに直交するピッチ方向を考える。角度制御を簡単化するために、ピッチ方向は参照光を光情報記録媒体１００に垂直入射させるものとすると、媒体中の光束径は、空気中の光束径に等しくなる。一方、多重方向はある所定の角度で光情報記録媒体１００に入射するものとする。以下、多重方向について詳細に記述する。光情報記録媒体１００に所定の角度で入射した参照光は、スネルの法則に従って光情報記録媒体１００中で屈折する。入射角が変化すると屈折角も変化するため、即ち、参照光の入射角度によって光ビームの有効光束径も変化する。例えば図３に示すように、参照光が光情報記録媒体１００へ垂直入射（Θ_１＝０）した時の空気中と媒体中の有効光束径をそれぞれＤ_１、Ｄ_１’、Θ_２で入射した時をＤ_２、Ｄ_２’、Θ_３で入射した時をＤ_３、Ｄ_３’とし、空気中では光束径が全て等しいとすると、これらの変数の間には、以下の式（１）の関係が成り立つ。

（数１）
Θ_１＜Θ_２＜Θ₃、Ｄ₁＝Ｄ₂＝Ｄ₃ のとき
Ｄ_３’＞Ｄ_２’＞Ｄ_１’・・・ 式（１）
すなわち、空気中の有効光束径が等しい場合は、入射角度が大きくなるほど媒体中の有効光束径が大きくなる。

ホログラム記録において重要なのは、光情報記録媒体中で信号光と参照光がオーバーラップする（＝記録に寄与する）領域の面積と、そして、当該領域に照射されるエネルギーである。信号光の有効光束径は一意的に決まるため、記録するのに最小限必要な参照光の有効光束径も、角度毎に、一意的に決まる。但し、参照光は、記録に必要な光束径と同等またはそれより大きい径で光路中を伝搬するため、光情報記録媒体の余分な領域への照射を防ぐためには、ビームシェーパ６０、即ち、光学素子により、ビームの断面形状（径）を自在に任意の形状（径）に変形（整形）できることが望ましく、かかる場合、理想的は、開口によるケラレが全くなくなることから、効率も更に向上することとなる。

しかしながら、収差等から、ビームシェーパ６０だけでビームの断面形状（径）を自在に任意の形状（径）に変形することは難しく、そのため、実用的には、ケラレを最小限に低減し、光束の形状及び／又は光束の径を、光情報記録媒体中における信号光と参照光が記録に寄与する領域だけを照射するように整形する光学素子を、参照光又は信号光の光路中に配置する。更に、本実施例では、当該光学素子は、その一部に開口３２を含んでおり、なお、この開口のサイズは、以下にも説明するように、多重方向及びピッチ方向において記録に必要な媒体中の光束径を空気中の光束径に換算したものとすれば良い。ここで、多重方向とピッチ方向の記録に寄与する空気中の光束径を、それぞれ、φ_{ａｉｒ−ｍｕｌｔｉ}、φ_{ａｉｒ−ｐｉｔｃｈ}とすると、以下の式（２）で表わされる関係が成り立つ。

（数２）
φ_{ａｉｒ−ｍｕｌｔｉ}≧ φ_{ａｉｒ−ｐｉｔｃｈ}・・・ 式（２）
このため、開口３２の形状は矩形とするのが望ましい。但し、参照光は、上述したように、開口寸法と同等またはそれより大きい径を有しており、且つ、ビームの断面形状は真円または楕円で開口３２に到達するため、当該開口３２でケラレが生じる光が存在する。これが、光学系の効率が低下する要因となる。そこで、上記の開口３２を、以下に述べる形状及び寸法に設定する。

図４（ａ）には、参照光ビーム及び開口３２の形状を示す。例えば、φ２．３（ｍｍ）の光ビームが、縦１ｍｍ×横２ｍｍの矩形開口に入射した場合、光利用効率は４８％となり、大幅に光を損失してしまう。そこで、本発明では、損失光を低減するために、参照光の光束を、所望の形状及び／又は光束径に整形する。より具体的には、例えば、参照光の開口３２の前にビームシェーパ６０を配置し、真円ビームを楕円ビームに変換することで、矩形開口３２に入射する光束を増加させることにより、光利用効率の向上を実現することができる。図４（ｂ）には、ビームの整形倍率と光利用効率との関係を示す。例えば、縦１ｍｍ×横２ｍｍの矩形開口３２の形状に合わせて、真円ビームの垂直方向（ピッチ方向）を縮小するようにビーム整形することにより、光利用効率が向上されることが分かる。更に、図４（ｃ）に示すように、真円ビームを、例えば、その垂直方向の半径が０．５倍となる楕円に整形すると、光利用効率は８６％となり、大幅な光利用効率の向上が見込める。なお、ここでは、ビームの制御方向は、少なくとも多重記録方向に直交する方向（ピッチ方向）に制御するものとする。

即ち、本発明では、上記ビームシェーパ６０及び／又は開口３２により構成され、参照光の光束を所望の形状及び／又は光束径に整形可能な光学素子により、出来る限り、最終的には記録に寄与する領域だけを照射するように整形することにより、光情報記録媒体の余分な領域への照射を防ぐものである。また、このことによれば、開口３２を可変とする必要もなく、即ち、固定の開口により実現されるため、より簡単な構成で実現可能である。なお、これらのことは、以下の実施例２〜５においても同様である。なお、開口３２に到達する参照光ビーム形状は真円や楕円に限らず、正方形や矩形、又は、その他の多角形であっても良い。

図５は、本発明の第２の実施例（実施例２）に係る２光束角度多重記録方式のホログラム用ピックアップ装置の光学系を示したものである。本実施例２では、実施例１と比較して、記録及び／又は再生方法、ならびに角度多重方式における光学素子についての考え方は同様であるが、その特徴は、信号光の光束を所望の形状及び／又は光束径に整形する光学素子を備える点にある。

具体的には、本実施例２では、実施例１におけるビームシェーパ４を配置せず、信号光の光路中に、例えば、ＰＢＳプリズム１０とビームエキスパンダー２０との間に、ビームシェーパ６１を配置して真円ビームとする。一方、参照光はビームを整形せず（即ち、実施例１のビームシェーパ６０は設けない）、光源１を出射したままの楕円形状のビームとして開口３２を通過させる。例えば、光源１が半導体レーザの場合は、参照光の矩形開口３２の形状に、光源１を出射する楕円ビームの長軸及び短軸方向が合うように半導体レーザを配置する。これにより、開口３２での光利用効率の向上と、ビームシェーパを通さない光路が出来ることにより、更に高い光利用効率の向上を実現することができる。

図６は、本発明の第３の実施例（実施例３）に係る２光束角度多重記録方式のホログラム用ピックアップ装置の光学系を示したものである。本実施例３も、上記の実施例１に比較して、記録及び／又は再生方法、ならびに角度多重方式による矩形開口の考え方は同様であるが、その特徴は、参照光が生成する像を離れた点に転送する光学素子を参照光路中に配置する点にある。

具体的には、本実施例３の特徴は、参照光路の開口３２の前に、例えば、歪曲収差を故意に持たせたリレーレンズ７０を配置する。ここで、歪曲収差とは、像が物体に対して相似形とならず、歪むことを言い、図７（ａ）に示すように、特に、画面周辺ほど像が縮む場合を、樽型歪曲収差という。かかる樽型歪曲収差を持つリレーレンズ７０に真円ビームを透過させることによれば、図７（ｂ）に示すように、リレーレンズ７０を出射した光は正方形に近い形状となる。このように、リレーレンズ７０に続き、更に、ビームシェーパ６２を配置することによって、正方形に変換された光ビームを矩形に整形することができ、これにより、矩形開口３２を通過する際の光の利用効率の更なる向上を図ることを可能とする。なお、開口３２を通過させた後、リレーレンズ７０で故意に持たせた収差を補正する光学素子を配置しても良い。

図８は、本発明の第４の実施例（実施例４）に係る２光束角度多重記録方式のホログラム用ピックアップ装置の光学系を示したものである。本実施例４も、上記実施例１に比較し、記録及び／又は再生方法、ならびに角度多重方式による矩形開口の考え方は同様であるが、その特徴は、参照光の光束径を所望の大きさに拡大または縮小可能な光学素子を配置する点である。

具体的には、本実施例４では、参照光の光路中の開口３２の前に、例えば、光束径を可変とするビームエキスパンダー８０を配置し、参照光ビームが開口３２を通過するように拡大または縮小して開口３２でケラレが生じる光を少なくする。これにより、上記の実施例と同様に、光の利用効率を向上する。

なお、角度多重記録を行う際に、参照光の多重方向は、入射角度に応じて記録に寄与する有効光束径が変化するため、当該参照光が光情報記録媒体を照射する面積も変化する。一方、実施例１のように、開口３２の寸法が固定の場合には、当該開口３２を通過して光情報記録媒体１００に照射する総エネルギーは一定となる。そのため、記録に寄与するエネルギー密度は角度毎に変化する。一方で、信号光の有効光束径及び光エネルギーは一意的に決まる。

従って、記録時間を全ての角度で一定とした場合には、ある角度では大きいエネルギー密度で情報が記録され、また、ある別の角度では小さいエネルギー密度で記録されるため、角度によってＳＮ比の異なる情報が記録されてしまい、その結果、再生時において、全ての角度において一定の品質の再生情報が得られないという課題が発生する。また、小さいエネルギー密度で記録された情報は、ＳＮ比のノイズ成分が大きくなることが予想されるため、再生に時間を要するという課題も発生することとなる。

そこで、本発明の第５の実施例（実施例５）では、上記課題を解決するため、参照光の入射角度範囲内において、記録に寄与するエネルギー密度が略一定になるようにしたものである。

即ち、上記の本実施例４で配置されたビームエキスパンダー２０によって入射角度毎に有効光束径を変化させることにより、ＳＮ比が略一定となる高品質な再生データを得ることが可能であるが、更に、本実施例５では、光情報記録媒体中でのエネルギー密度を略一定にするための他の解決手段として、信号光と参照光のエネルギー比を変化させる方法を採用したものである。

より具体的には、例えば、図１に示したＰＢＳプリズム１０の前に配置した１／２波長板などから構成される偏光可変素子６を回転させ、これにより参照光の入射角度毎に信号光と参照光のエネルギー比を変化させることで、全ての入射角度において、エネルギー密度が略一定になるようにエネルギーを調整することが可能である。さらに調整が必要な場合には、開口を配置しても良い。これによれば、光学系の高効率化と同時に、高品質な再生データを得ることが可能となる。

図９は、上述した本発明の第５の実施例（実施例５）に係る２光束角度多重記録方式のホログラム用ピックアップ装置の光学系を示したものである。なお、この実施例５においても、上述した実施例１に比較し、その記録及び／又は再生方法は同様である。

なお、本実施例の特徴は、参照光の光束を所望の形状及び／又は光束径に整形可能な開口を、１つ又はそれ以上、備える点である。例えば、参照光の光路中に可変開口９０を配置する。なお、以上の実施例１に述べた開口３２の寸法は、光情報記録媒体１００内で記録に寄与する光束にケラレが生じない程度の大きさで固定としている。しかしながら、本実施例においては、参照光の光情報記録媒体１００への入射角度の変化に伴って記録に寄与するエネルギー密度が変化することから、記録される情報のＳＮ比は一定にならず、上記の実施例４に述べたような課題が発生する。

かかる課題を解決するためには、例えば、以下の方法が考えられる。即ち、参照光の走査角度範囲を例えばΘ_Ｏ〜Θｘとすると、これをｎ分割した範囲における、空気中と光情報記録媒体中の記録に寄与する光束径の平均値をそれぞれφ_{ａｉｒ−ｍｕｌｔｉ}、φ_{ｍｅｄｉａ−ｍｕｌｔｉ}とし、そして、開口９０の寸法を、ｎ個の角度範囲におけるエネルギー密度が略同等となるように決定する。

より具体的には、光情報記録媒体上に照射するエネルギーをＰ、光情報記録媒体中のエネルギー密度をＥ、光情報記録媒体中のピッチ方向の記録に寄与する光束径をφ_{ｍｅｄｉａ−ｐｉｔｃｈ}とすると、開口９０の多重方向の寸法は次の式（３）を使って求められる。

（数３）
多重方向の寸法 ＝Ｐ×φ_{ａｉｒ−ｍｕｌｔｉ}／Ｅ×φ_{ｍｅｄｉａ−ｍｕｌｔｉ}×φ_{ｍｅｄｉａ−ｐｉｔｃｈ}
・・・ 式（３）
その結果、上記式（３）で求めた寸法を一辺とする開口９０を、それぞれの走査角度範囲について、合計ｎ個用意する。そして、上述した角度範囲を走査する間には、対応する開口９０を参照光の光路中に挿入し、もって、参照光を通過させる。これにより、光利用効率の向上と共に、高品質な情報の記録再生を実現することが可能となる。なお、開口９０の光路中への配置（挿入）は、電気的に行っても、又は、機械的に行っても良く、その方法は問わない。

また、可変開口９０は、参照光ビームに合わせて、矩形や正方形、楕円や真円などの形状とすることも出来るが、例えば、光束の中心に直交する２つの軸形状で開口で構成した場合には、これら２つの軸形状の開口の寸法を、機械的に、又は、電気的に動かしても良い。電気的に動かす一例としては、例えば、可変開口９０を複数の液晶の画素などから構成して、光を通過させる範囲に相当する画素の透過率を略１００％とし、他方、光を遮断する範囲に相当する画素の反射率または吸収率を略１００％とする方法などが挙げられる。しかしながら、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、上述した可変の開口９０は様々な方法で実現することが出来ることは、当業者であれば明らかであろう。

図１１は、本発明の第６の実施例（実施例６）に係る２光束角度多重記録方式のホログラム用ピックアップ装置の光学系を示したものである。本実施例は、上記実施例１に比較し、記録及び／又は再生方法、ならびに角度多重方式による矩形開口の考え方は同様であるが、その特徴は、参照光の光束の一辺を参照光の記録媒体への入射角度に応じて拡大または縮小可能な光学素子を配置する点である。

具体的には、本実施例６では、参照光の光路中のガルバノミラー３３の替わりに、ガルバノモーターで回転制御される反射膜を有し、傾斜した光学面を持つウェッジプリズム９１を配置し、ウェッジプリズム９１から矩形形の参照光ビームが出射される際、参照光の媒体入射方向に垂直な方向（ピッチ方向）の長さを一定に保ちながら参照光が媒体に入射される方向（多重方向）の長さを記録媒体への入射角に合わせて、つまりウェッジプリズム９１の回転角に合わせて拡大変化する。また原理的にウェッジプリズム９１が出射する参照光の総エネルギーはウェッジプリズム９１の回転角に依らず一定であるため、整形された参照光ビームの多重方向の長さの変化に応じて記録媒体に入射する参照光ビームの面積あたりの光量は変化する。またウェッジプリズム９１の回転軸は、参照光走査範囲内で出射する参照光の中心位置のばらつきが略最小となる位置としてもよい。これにより、前記実施例同様に、光の利用効率を向上させることができる。ここでウェッジプリズム９１に付加された反射膜は、一般的に用いる反射コーティングを施して形成しても良いし、又は、Ａｌや銀の上にＳｉＯ２やＴｉＯ２等の誘電体多層膜を蒸着して形成しても良い。

図１２は実施例６における反射膜９２を有するウェッジプリズム９１を示す図である。ウェッジプリズム９１では入射角θｉや入射位置に応じて、レンズの厚みが変化するため、破線で示される参照光ビームのウェッジプリズムへの入射角θｉが小さいとき（図１２（ａ））と大きいとき（図１２（ｂ））では出射角θｏと出射光のビーム径が変化する。また本ウェッジプリズムの入射光の波面が一様であり、光束内のパワー密度が一様である場合には、本ウェッジプリズムの出射光の波面はやはり一様であり、パワー密度は一様となる。

参照光角度範囲を３０．０°とした場合、光情報記録媒体１００の内部で信号光とオーバーラップするのに必要な最小限の径は参照光角度に応じて変化する。具体的には（中心角＋１５．０°）の参照光ビーム径を１．０とした場合、（中心角−１５．０°）で必要となる参照光ビーム径は約１．６となる。図１３は図１２における出射角θｏに対する出射光の多重方向の長さを示している。本計算ではウェッジプリズム９１の中心の厚みを１ｍｍ、傾きを１０°、屈折率を１．５とし、また入射角θｉの中心を２３．３°とした。本結果から±１５°の走査範囲で参照光ビームの多重方向の長さは１．６倍変化することがわかる。

また図１５は反射膜９２を有するウェッジプリズム９１の回転軸の位置に応じ、出射される参照光ビームの光束の中心が走査範囲±１５°内でどの範囲でばらつくかを計算した結果である。本図における基準点は図１４の基準点９３同様に入射光を媒体内に延長して反射面と交差するウェッジプリズムの反射面９２から０．５ｍｍ離した位置に設定した。回転中心を本基準点９３から水平に移動しながら、±１５°の走査範囲で参照光ビームの中心のばらつきを調べたところ、約−１．３ｍｍの位置で参照光ビームの中心ばらつきを性能上問題の発生しない２２μｍ程度まで抑えることができた。通常のガルバノミラーに用いられる厚み１．０ｍｍのミラーでは参照光ビームの中心ばらつきを最小化する位置が０．０１２ｍｍであることから、本実施例では参照光ビームの中心のばらつきを最小化する位置でウェッジプリズムを回転させることが重要であることがわかる。
＜光情報記録再生装置＞
更に、図１０は、上述したホログラム用ピックアップ装置を採用することにより、ホログラムを利用してデジタル情報を再生または記録／再生する光情報記録再生装置の全体的な構成を示したブロック図である。

光情報記録再生装置は、例えば、図１に示すような構成の光ピックアップ装置２００と位相共役光学系２０１、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系２０２、光情報記録媒体位置検出光学系２０３、並びに、光情報記録媒体駆動素子２０４を備えており、かかる構成において、光情報記録媒体１００は、光ピックアップ装置に対して相対的な記録位置が変化可能な構成となっている。

即ち、光ピックアップ装置２００は、参照光と信号光を光情報記録媒体１００へ出射し、ホログラムを利用してデジタル情報を記録する役割を持つ。その際、記録する情報信号は、コントローラ２０５によって信号生成回路２０６を介して光ピックアップ装置２００内の空間光変調器に送り込まれ、信号光は空間光変調器によって変調される。

一方、光情報記録媒体１００に記録した情報を再生する場合には、光ピックアップ装置２００から出射された参照光の位相共役光を位相共役光学系２０１によって生成する。ここで、位相共役光学系２０１とは、例えば、図１の場合には１、／４波長板４０とガルバノミラー４１を指す。また、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。位相共役光によって再生される再生光を、光ピックアップ装置内の撮像素子によって検出し、そして、信号処理回路２２０によって信号を生成する。

情報を記録する際の、光情報記録媒体への信号光と参照光の照射時間は、光ピックアップ装置２００内の後述するシャッタの開閉時間をコントローラ２０５によって、シャッタ制御回路２０７を介して制御（調整）される。

光情報媒体Ｃｕｒｅ光学系２０２は、光情報記録媒体１００のプリキュア及びポストキュアに用いる光ビームを生成する役割を持つ。ここで、プリキュアとは、光情報記録媒体１００内の所望の位置に情報を記録する際、所望位置に信号光と参照光を照射する前に、あらかじめ、所定の光ビームを照射する前処理のことをいう。また、ポストキュアとは、光情報記録媒体１００内の所望の位置に情報を記録した後、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処理のことをいう。

光情報記録媒体位置検出光学系２０３は、光情報記録媒体１００の位置を検出するために用いられる。光情報記録媒体１００を所定の位置に調整する場合は、光情報記録媒体位置検出光学系２０３によって、光ピックアップ装置２００内で生成された光情報記録媒体１００の位置に応じた信号を検出し、当該検出された信号を用い、コントローラ２０５によって位置制御回路２０８を介して光情報記録媒体１００の位置を制御する。

光源駆動回路２１０からは、所定の光源駆動電流が、光ピックアップ装置２００、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系２０２、光情報記録媒体位置検出光学系２０３内の各光源に、それぞれ、供給され、各々の光源は所定の光量で光ビームを発する。

ところで、ホログラフィを利用した記録技術は、超高密度な情報を記録可能な技術であるため、例えば、光情報記録媒体１００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。それ故、光ピックアップ装置２００内において、例えば、光情報記録媒体１００の傾きや位置ずれなど、所謂、許容誤差が小さい要因のずれ量を検出するための機構を設けることにより、サーボ信号生成回路２１２にてサーボ制御用の信号を生成し、サーボ制御回路２１３を介してずれ量を補正するための機構である、サーボ機構を光情報記録再生装置内に備えても良い。

また、光ピックアップ装置２００、位相共役光学系２０１、光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系２０２、光情報記録媒体位置検出光学系２０３は、これらを複数の光学系の構成としてもよく、又は、これらの光学系構成を全て１つに纏めて簡素化しても構わない。

また、この光情報記録再生装置の特徴として、当該装置内には、参照光のビームを整形するための制御回路２４０を備えており、必要に応じて、光ピックアップ装置２００内に配置された参照光の形状及び／又は光束径や、ビームの拡大または縮小、可変開口９０の形状や寸法を制御することが出来る。

なお、上述した実施例は、本発明を分り易くするために詳細に説明したものであり、そのため、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれ、例えば、必ずしも上記で説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。更に、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…光源、２…コリメートレンズ、３…シャッタ、４…ビームシェーパ、５…光アイソレータ、６…偏光可変素子、１０…ＰＢＳプリズム、２０…ビームエキスパンダー、２１…シャッタ、２２…位相マスク、２３…リレーレンズ、２４…ＰＢＳプリズム、２５…空間光変調器、２６…リレーレンズ、２７…空間フィルタ、２８…対物レンズ、１００…光情報記録媒体、３０…ミラー、３１…ミラー、３２…開口、３３…ガルバノミラー、３４…スキャナレンズ、４０…１／４波長板、４１…ガルバノミラー、５０…撮像素子、６１…ビームシェーパ、７０…リレーレンズ、６２…ビームシェーパ、９０…可変開口、９１…反射膜付きウェッジプリズム、２００…光ピックアップ装置、２０１…位相共役光学系、２０２…光情報記録媒体Ｃｕｒｅ光学系、２０３…光情報記録媒体位置検出光学系、２０４…光情報記録媒体駆動素子、２０５…コントローラ、２０６…信号生成回路、２０７…シャッタ制御回路、２０８…位置制御回路、２１０…光源駆動回路、２１２…サーボ信号生成回路、２１３…サーボ制御回路、２２０…信号処理回路、２３０…アクセス制御回路、２４０…参照光のビーム整形制御回路。

Claims (14)

1. 角度多重記録方式のホログラムを利用した光情報記録再生装置であって、
   光ビームを出射する光源と、
   光源から出射した光ビームを信号光と参照光に分岐する分岐部と、
   光情報記録媒体に入射する参照光の角度を変えるための角度可変部と、
   信号光に情報を付加するための空間光変調部と、
   光情報記録媒体に信号光を照射するための対物レンズと、
   光情報記録媒体に参照光を照射したときに光情報記録媒体内の記録領域から発生する回折光を検出するための撮像部と、
   参照光の光束の形状を整形するための光学素子と、を備え、
   前記光学素子は、多重方向における参照光の光束径がピッチ方向における参照光の光束径よりも大きくなるよう、参照光の光束の形状を整形することを特徴とする光情報記録再生装置。
2. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
   前記光学素子は、参照光の入射角度に応じて、参照光の光束の形状を変化させるとを特徴とする光情報記録再生装置。
3. 請求項２に記載の光情報記録再生装置において、
   前記光学素子は、参照光の入射角度範囲内において、光情報記録媒体における記録に寄与するエネルギー密度が略一定となるように、参照光の光束の形状を整形することを特徴とする光情報記録再生装置。
4. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
   前記光学素子は、光情報記録媒体に入射する参照光の総光量と前記光源が出射する参照光の総光量とを略同じとなるよう、参照光の光束の形状を整形することを特徴とする光情報記録再生装置。
5. 請求項２に記載の光情報記録再生装置において、
   前記光学素子は、参照光の光束の形状を一次の方向のみ、変化させることを特徴とする光情報記録再生装置。
6. 前記請求項５に記載の光情報記録再生装置において、
   前記光学素子が整形する方向は多重方向であることを特徴とする光情報記録再生装置。
7. 請求項２に記載した光情報記録再生装置において、
   前記光学素子は、参照光の入射角度に応じて、参照光の光束の形状を多重方向に変化させるとともに、ピッチ方向の参照光の光束の形状を固定することを特徴とする光情報記録再生装置。
8. 請求項１に記載した光情報記録再生装置において、
   前記光学素子は、少なくともビームシェーパと矩形の開口の一方を備えていることを特徴とする光情報記録再生装置。
9. 前記請求項８に記載した光情報記録再生装置において、
   前記光学素子を構成する前記開口は、固定の開口であることを特徴とする光情報記録再生装置。
10. 請求項９に記載した光情報記録再生装置において、
    前記光学素子は、前記ビームシェーパに加え、又は、代えて、樽型樽型歪曲収差を持つリレーレンズ、又は、ビームエキスパンダを備えていることを特徴とする光情報記録再生装置。
11. 請求項１０に記載した光情報記録再生装置において、
    前記光学素子を構成する前記開口は、可変の開口であることを特徴とする光情報記録再生装置。
12. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
    前記光学素子は、ウェッジプリズムであることを特徴とする光情報記録再生装置。
13. 請求項１２に記載の光情報記録再生装置において、
    前記角度可変部には、前記ウェッジプリズムから出射される参照光の光束の中心のばらつきが略最小となる位置に回転軸が設けらていることを特徴とする光情報記録再生装置。
14. 請求項１に記載の光情報記録再生装置において、
    空気中と光情報記録媒体中の記録に寄与する光束径の平均値をそれぞれφ_{ａｉｒ−ｍｕｌｔｉ}、φ_{ｍｅｄｉａ−ｍｕｌｔｉ}とし、光情報記録媒体上に照射するエネルギーをＰ、光情報記録媒体中のエネルギー密度をＥ、光情報記録媒体中のピッチ方向の記録に寄与する光束径をφ_{ｍｅｄｉａ−ｐｉｔｃｈ}とした場合、
    多重方向の寸法 ＝Ｐ×φ_{ａｉｒ−ｍｕｌｔｉ}／Ｅ×φ_{ｍｅｄｉａ−ｍｕｌｔｉ}×φ_{ｍｅｄｉａ−ｐｉｔｃｈ}
    となるように、前記光学素子は、照光の光束の形状を整形することを特徴とする光情報記録再生装置。

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