JP2015164085A - Optical information recording and reproducing apparatus, phase mask used in optical information recording and reproducing apparatus, and method of recording and reproducing optical information - Google Patents

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大輔 茨田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize the even consumption of the recording material of an information recording medium, the improvement of shift selectivity, and the extraction of a phase value using the spatial phase shifting method.SOLUTION: An optical information recording and reproducing apparatus comprises: a recording light generation unit 2 generating a signal light component in which two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source by a spatial light modulator is carried on a light wave, and a reference light component containing no information; an information recording medium 6 recording variations of light and shade of interference fringes formed by the signal light component and the reference light component; and a spatial frequency filtering mechanism 29 filtering the spatial frequency of the signal light component between the spatial light modulator and information recording medium, the recording light generation unit 2 including a phase mask constituted by pixels of four rows by four columns for dividing each pixel of the phase page data of the signal light component into 16 pieces, the phase mask changing the phase of the signal light component, the spatial frequency filtering mechanism 29 dividing the signal light component to outside of a focal point of the signal light component subjected to spatial frequency filtering and radiating the signal light component at a position corresponding to the focal point.

Description

本発明は、光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及び光情報の記録再生方法に関し、さらに詳しくは、情報記録媒体の記録材料の消費を均等化、シフト選択性の向上及び空間的位相シフト法を用いた位相値の抽出を実現する光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及びこの位相マスクを用いた光情報の記録再生方法に関する。   The present invention relates to an optical information recording / reproducing apparatus, a phase mask used in the optical information recording / reproducing apparatus, and an optical information recording / reproducing method. More specifically, the present invention relates to equalization of consumption of recording material of an information recording medium, improvement of shift selectivity, and The present invention relates to an optical information recording / reproducing apparatus that realizes extraction of a phase value using a spatial phase shift method, a phase mask used in the optical information recording / reproducing apparatus, and an optical information recording / reproducing method using the phase mask.

ホログラムを利用したホログラフィックメモリは、光学的に情報を記録すると共に記録された情報を再生する方法の1つである。近年、ホログラフィックメモリは、流通する情報量の増大に伴って、従来から存在する、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc、HD−DVD(High−Definition Digital Versatile Disc)、BD(Blue−ray Disc)等の情報記録媒体に代わる情報記録媒体として研究されている。   A holographic memory using a hologram is one of methods for optically recording information and reproducing the recorded information. 2. Description of the Related Art In recent years, holographic memory has been increasing in the amount of information distributed. Conventionally, CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), HD-DVD (High-Definition Digital Versatile Disc), BD (Blue-) ray Disc) and the like as an information recording medium replacing the information recording medium.

ホログラフィックメモリは、情報を持った信号光と情報を持たない参照光とを互いに干渉させて情報記録媒体に照射することによって情報をホログラムとして情報記録媒体に記録する。一方、参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって情報を持った再生光を再生させる。当該ホログラフィックメモリは、情報を情報記録媒体中に3次元屈折率分布として三次元的に記録することによって、情報記録媒体の厚みを活用する方式であり、大容量の情報を記録することができる。   The holographic memory records information on the information recording medium as a hologram by causing the signal light having information and the reference light not having information to interfere with each other and irradiating the information recording medium. On the other hand, reproduction light having information is reproduced by irradiating the information recording medium with reference light or signal light. The holographic memory is a system that utilizes the thickness of the information recording medium by recording information three-dimensionally as a three-dimensional refractive index distribution in the information recording medium, and can record a large amount of information. .

また、相互に偏光状態にある信号光と参照光とを利用した偏光ホログラフィックメモリが、ホログラフィックメモリ応用した方式として提案されている(例えば、特許文献1、非特許文献1及び非特許文献2)。   In addition, a polarization holographic memory that uses signal light and reference light that are in a mutually polarized state has been proposed as a method that applies holographic memory (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1, and Non-Patent Document 2). ).

偏光ホログラフィックメモリは、任意の偏光状態をもつ信号光及び参照光を、偏光感受性を有する情報記録媒体に照射して情報記録媒体に情報を記録している。具体的には、偏光に応じた光学異方性が情報記録媒体内で誘起され、偏光ホログラムとして情報が記録される。すなわち、この偏光ホログラフィックメモリは、光のベクトル波としての性質を利用することによって、情報を情報記録媒体に3次元複屈折分布として記録する。なお、記録された情報を再生する場合、通常のホログラフィック記録と同様に参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって行っている。   The polarization holographic memory records information on an information recording medium by irradiating an information recording medium having polarization sensitivity with signal light and reference light having an arbitrary polarization state. Specifically, optical anisotropy corresponding to the polarization is induced in the information recording medium, and information is recorded as a polarization hologram. That is, this polarization holographic memory records information on an information recording medium as a three-dimensional birefringence distribution by utilizing the property of light as a vector wave. In addition, when reproducing the recorded information, it is performed by irradiating the information recording medium with the reference light or the signal light in the same manner as in the normal holographic recording.

特開2013−37751号公報JP 2013-37751 A

Takanori Ochiai et al., “Angular multiplex recording of data pages by dual− channel polarization holography”, OPTICS LETTERS/Vol.38, No.5/March 1,2013, p748−750Takanori Ochiai et al. , “Angular multiplex recording of data pages by dual-channel polarization holography”, OPTICS LETTERS / Vol. 38, no. 5 / March 1,2033, p748-750 Daisuke Barada et al.,“Dual−channel polarization holography:a technique for recording two complex amplitude components of a vector wave”,Optics Letters,Vol.37,Issue 21,pp. 4528−4530(2012)Daisuke Barada et al. , “Dual-channel polarization holography: a technical for recording two complex components of a vector wave”, Optics Letters, Vol. 37, Issue 21, pp. 4528-4530 (2012)

ホログラフィックメモリでは、参照光の光強度は信号光の光強度よりも大きいことが望ましい。ところが、信号光を絞って照射した場合、信号光は1箇所の光強度が大きく、その周囲の光強度が小さい態様で照射される。そのため、光強度が大きな1箇所の信号光よりも大きな光強度で参照光を照射することが必要になる。   In the holographic memory, it is desirable that the light intensity of the reference light is larger than the light intensity of the signal light. However, when the signal light is focused and irradiated, the signal light is irradiated in such a manner that the light intensity at one place is large and the light intensity around it is small. For this reason, it is necessary to irradiate the reference light with a light intensity greater than that of the signal light at one location where the light intensity is large.

一方、記録媒体に含まれた光反応性分子は、光強度に依存して消費される。そのため、光強度が大きな1箇所の信号光よりも大きな光強度の参照光が記録媒体の大部分の領域に照射された場合、記録される情報量が少ないときでも大量の光反応性分子が消費される。その結果、情報記録媒体の記録容量が低下する。   On the other hand, photoreactive molecules contained in the recording medium are consumed depending on the light intensity. For this reason, when reference light having a light intensity greater than that of one signal light having a high light intensity is applied to a large area of the recording medium, a large amount of photoreactive molecules are consumed even when the amount of recorded information is small. Is done. As a result, the recording capacity of the information recording medium is reduced.

その他に、光情報記録再生装置にインラインホログラフィ、又はインライン型の偏光ホログラフィ(リターダグラフィ)を利用した場合、シフト多重記録におけるシフト選択性を大きくすることは困難である。また、転送レートを向上させるためには、空間的位相シフト法を用いて位相値を抽出することが好ましい。そのため、光情報記録再生装置は、空間的位相シフト法を用いて位相値を抽出することができる装置であることが好ましい。   In addition, when inline holography or inline polarization holography (retardography) is used in the optical information recording / reproducing apparatus, it is difficult to increase the shift selectivity in shift multiplex recording. In order to improve the transfer rate, it is preferable to extract a phase value using a spatial phase shift method. Therefore, the optical information recording / reproducing apparatus is preferably an apparatus that can extract a phase value using a spatial phase shift method.

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、情報記録媒体の材料の消費を抑制すると共に均等に消費させること、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させること、及び空間的位相シフト法により位相値を抽出することができる光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及び光情報の記録再生方法を提供することにある。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to suppress consumption of the material of the information recording medium and to consume it uniformly, to improve shift selectivity in shift multiplex recording, And an optical information recording / reproducing apparatus capable of extracting a phase value by a spatial phase shift method, a phase mask used in the optical information recording / reproducing apparatus, and an optical information recording / reproducing method.

上記課題を解決するための本発明に係る光情報記録再生装置は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分、及び情報を持たない参照光成分を生成する記録光生成部と、前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体と、前記空間光変調器と前記情報記録媒体との間で、前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構と、を備え、前記記録光生成部は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を16分割する4行4列の画素からなる位相マスクを有し、前記位相マスクは、前記信号光成分の位相を変化させ、前記空間周波数フィルタリング機構は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする。   In order to solve the above problems, an optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention is a signal light component in which two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source with a spatial light modulator is placed on a light wave. And a recording light generation unit that generates a reference light component having no information, and information for recording light and darkness of interference fringes formed by the signal light component and the reference light component as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution A recording medium, and a spatial frequency filtering mechanism that filters a spatial frequency of the signal light component between the spatial light modulator and the information recording medium, and the recording light generation unit includes the signal light component. A phase mask composed of pixels of 4 rows and 4 columns that divide each pixel of the phase page data into 16, the phase mask changing the phase of the signal light component, and the spatial frequency filtering device It is at a position corresponding to the focus of the signal light component spatial frequency filtering, and then irradiating said signal light component whose phase is changed by dividing outside the position corresponding to the focal point.

また、上記課題を解決するための本発明に係る位相マスクは、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分と、を干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として情報記録媒体に記録する光情報記録再生装置に用いられる位相マスクであって、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を16分割する4行4列の画素で、前記信号光成分の位相を変化させて前記信号光成分を分割することを特徴とする。   In addition, a phase mask according to the present invention for solving the above problems includes a signal light component in which two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source with a spatial light modulator is placed on a light wave, and Used in an optical information recording / reproducing apparatus that forms interference fringes by interfering with a reference light component having no information and records the light and darkness of the interference fringes on an information recording medium as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution. A phase mask, which is a 4-by-4 pixel that divides each pixel of the phase page data of the signal light component into 16, and divides the signal light component by changing the phase of the signal light component. And

また、上記課題を解決するための本発明に係る光情報記録再生方法は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分とを生成する記録光生成工程と、前記空間光変調器から出力された前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング工程と、前記信号光成分と前記参照光成分とを情報記録媒体に照射して前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録工程とを備え、前記記録光生成工程は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を4行4列の画素に分割する位相マスクによって前記信号光成分の位相を変化させ、前記空間周波数フィルタリング工程は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする。   Also, an optical information recording / reproducing method according to the present invention for solving the above-described problem is a signal in which two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source with a spatial light modulator is placed on a light wave. A recording light generation step for generating a light component and a reference light component having no information, a spatial frequency filtering step for filtering a spatial frequency of the signal light component output from the spatial light modulator, and the signal light component And an information recording step of irradiating the information recording medium with the reference light component and recording the light and darkness of interference fringes formed by the signal light component and the reference light component as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution. And the recording light generation step changes the phase of the signal light component by a phase mask that divides each pixel of the phase page data of the signal light component into pixels of 4 rows and 4 columns, and the space The wave number filtering step divides and irradiates the signal light component whose phase has been changed at a position corresponding to the focal point of the signal light component subjected to spatial frequency filtering, by dividing it outside the position corresponding to the focal point. And

この発明によれば、上記の構成を有する位相マスクを用いて情報記録媒体に情報を記録するので、信号光が情報記録媒体に分散して照射され、信号光の光強度が相対的に弱められる。また、焦点に近い位置でも位相マスクを使用しない場合に比べ、信号光が分散する。そのため、参照光の光強度を相対的に弱めることができる。その結果、情報記録媒体の記録材料の無駄な消費を抑制することができる。また、インラインホログラフィおよびリターダグラフィの場合、前記信号光の焦点に相当する位置で参照光が中心に局在し、その外側の信号光と重なり合わないが、焦点に近い位置で干渉する。そのとき、両者の距離が大きいほど干渉縞の間隔が狭くなる。信号光が分割して照射されるので、信号光が照射される位置と参照光が照射される位置との距離を相対的に大きくすることができる。そのため、信号光と参照光とが干渉して形成される干渉縞の間隔を狭くすることができる。その結果、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させることができる。また、情報記録媒体に記録された情報を再生する際に、空間位相シフト法を用いて情報の位相を抽出することができる。   According to the present invention, since information is recorded on the information recording medium using the phase mask having the above-described configuration, the signal light is distributed and irradiated on the information recording medium, and the light intensity of the signal light is relatively weakened. . In addition, the signal light is dispersed even when the phase mask is not used even at a position close to the focal point. Therefore, the light intensity of the reference light can be relatively weakened. As a result, useless consumption of the recording material of the information recording medium can be suppressed. In the case of inline holography and retarderography, the reference light is localized in the center at a position corresponding to the focal point of the signal light and does not overlap with the signal light on the outside, but interferes at a position close to the focal point. At that time, the larger the distance between the two, the narrower the interval between the interference fringes. Since the signal light is divided and irradiated, the distance between the position where the signal light is irradiated and the position where the reference light is irradiated can be relatively increased. Therefore, the interval between the interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light can be reduced. As a result, shift selectivity in shift multiplex recording can be improved. Further, when reproducing the information recorded on the information recording medium, the phase of the information can be extracted using the spatial phase shift method.

本発明によれば、情報記録媒体の材料の消費を抑制すると共に均等に消費させること、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させること、及び空間的位相シフト法により位相値を抽出することができる。   According to the present invention, the consumption of the material of the information recording medium can be suppressed and evenly consumed, the shift selectivity in the shift multiplex recording can be improved, and the phase value can be extracted by the spatial phase shift method. .

本発明に係る第1実施形態の光情報記録再生装置の概要を示す構成図である。1 is a configuration diagram showing an outline of an optical information recording / reproducing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 図1の光情報記録再生装置が備える信号光生成部の概略図である。It is the schematic of the signal light production | generation part with which the optical information recording / reproducing apparatus of FIG. 1 is provided. オフアクシスホログラフィの光学系を利用した光情報記録再生装置の概要を示す構成図である。It is a block diagram which shows the outline | summary of the optical information recording / reproducing apparatus using the optical system of off-axis holography. 図2に示した信号光生成部とは異なる形態の信号光生成部の概略図である。It is the schematic of the signal light generation part of a form different from the signal light generation part shown in FIG. 信号光生成部が生成した位相ページデータの一例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows an example of the phase page data which the signal light production | generation part produced | generated. 撮像部の開略図である。It is a schematic diagram of an imaging part. 信号生成部により生成された信号光の照射された状態を説明するための説明図である。It is explanatory drawing for demonstrating the state irradiated with the signal light produced | generated by the signal generation part. 本発明に係る第2実施形態の光情報記録再生装置が備える信号光生成部の概略図である。It is the schematic of the signal light production | generation part with which the optical information recording / reproducing apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention is provided. 本発明に係る第2実施形態の光情報記録再生装置が備える撮像部の概略図である。It is the schematic of the imaging part with which the optical information recording / reproducing apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention is provided. 本発明に係る第2実施形態の光情報記録再生装置の変形例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the modification of the optical information recording / reproducing apparatus of 2nd Embodiment which concerns on this invention. (式1)のm及びmに代入する値を示すマトリックスである。It is a matrix that shows the value to be substituted into m x and m y (Formula 1). 本発明に係る4タイプの位相マスク(偏光依存位相マスク)を示す図であり各位相マスクによってずらされる位相をそれぞれ示した説明図である。It is a figure which shows four types of phase masks (polarization dependence phase mask) which concern on this invention, and is explanatory drawing which each showed the phase shifted by each phase mask. 第1形態の位相マスク(偏光依存位相マスク)の構成の概略図である。It is the schematic of the structure of the phase mask (polarization dependence phase mask) of a 1st form. 第1形態の位相マスク(偏光依存位相マスク)に用いられている波長板アレイと補償板の第1行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 1st row | line of the wavelength plate array and compensation plate which are used for the phase mask (polarization dependence phase mask) of a 1st form. 第1形態の位相マスク(偏光依存位相マスク)に用いられている波長板アレイと補償板の第2行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 2nd row of the wavelength plate array and compensation plate which are used for the phase mask (polarization dependence phase mask) of a 1st form. 第1形態の位相マスク(偏光依存位相マスク)に用いられている波長板アレイと補償板の第3行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 3rd row | line of the wavelength plate array and compensation plate which are used for the phase mask (polarization dependence phase mask) of a 1st form. 第1形態の位相マスク(偏光依存位相マスク)に用いられている波長板アレイと補償板の第4行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 4th line of the wavelength plate array and compensation plate which are used for the phase mask (polarization dependence phase mask) of a 1st form. 第2形態の位相マスク(偏光依存位相マスク)の構成の概略図である。It is the schematic of the structure of the phase mask (polarization dependence phase mask) of a 2nd form. (A)は第3形態の位相マスク(偏光依存位相マスク)の構成の概略図であり、(B)は使用されている配向板の構成を示す斜視図である。(A) is the schematic of the structure of the phase mask (polarization dependence phase mask) of a 3rd form, (B) is a perspective view which shows the structure of the orientation plate currently used. 位相マスク(偏光依存位相マスク)が組み込まれた空間光変調器の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the spatial light modulator incorporating the phase mask (polarization dependence phase mask). 偏光無依存位相マスクの構成の概略図である。It is the schematic of the structure of a polarization independent phase mask. 偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第1行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 1st line of the dielectric material plate used for the polarization independent phase mask. 偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第2行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 2nd row of the dielectric material plate used for the polarization independent phase mask. 偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第3行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 3rd line of the dielectric material plate used for the polarization independent phase mask. 偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第4行の構成概略を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure outline of the 4th line of the dielectric material plate used for the polarization independent phase mask. 情報再生部の構成の概略図である。It is the schematic of the structure of an information reproduction part.

[基本構成]
まず、本発明に係る光情報記録再生装置の基本構成について説明する。この光情報記録再生装置は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分、及び情報を持たない参照光成分を生成する記録光生成部と、信号光成分と参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体と、空間光変調器と情報記録媒体との間で、信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構とを備えている。
[Basic configuration]
First, the basic configuration of the optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention will be described. In this optical information recording / reproducing apparatus, a signal light component in which two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source with a spatial light modulator is placed on a light wave, and a reference light component having no information are included. A recording light generation unit for generating, an information recording medium for recording light and darkness of interference fringes formed by a signal light component and a reference light component as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution, a spatial light modulator, and an information recording medium And a spatial frequency filtering mechanism for filtering the spatial frequency of the signal light component.

記録光生成部は、信号光成分の位相ページデータの各画素を16分割する4行4列の画素からなる位相マスクを有し、位相マスクは、信号光成分の位相を変化させている。また、空間周波数フィルタリング機構は、空間周波数フィルタリングされた信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射する。   The recording light generation unit has a phase mask composed of pixels of 4 rows and 4 columns that divide each pixel of the phase page data of the signal light component into 16, and the phase mask changes the phase of the signal light component. Further, the spatial frequency filtering mechanism irradiates the signal light component whose phase is changed at a position corresponding to the focal point of the signal light component subjected to spatial frequency filtering by dividing it outside the position corresponding to the focal point.

なお、位相マスクは、信号光成分のみの位相を変化させると共に、参照光成分の位相をそのまま透過させるように構成することができる。また、位相マスクは記信号光成分に含まれる第1直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、この第1直線偏光成分に直交する第2直線偏光成分の位相をそのまま透過させるように構成することもできる。さらに、   The phase mask can be configured to change the phase of only the signal light component and transmit the phase of the reference light component as it is. Further, the phase mask is configured to change only the phase of the first linearly polarized light component included in the signal light component and to transmit the phase of the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component as it is. You can also. further,

前記位相マスクの画素は、前記信号光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に1/2πずつずらし、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されるように構成することもできる。位相マスクをこのように構成した場合、空間周波数フィルタリング機構において、空間周波数フィルタリング機構を構成するフーリエ変換レンズの焦点に相当する位置で信号光を4つの領域に分割して照射することができる。 The pixels of the phase mask shift the phase of the linearly polarized light component forming the signal light component by ½π from each other between adjacent pixels, and negatively shift the phase of the linearly polarized light component in the positive direction. Rows shifted in the direction may be alternately arranged, and columns that shift the phase of the linearly polarized light component in the positive direction and columns that shift in the negative direction may be alternately arranged. When the phase mask is configured as described above, the spatial light filtering mechanism can irradiate the signal light divided into four regions at a position corresponding to the focal point of the Fourier transform lens constituting the spatial frequency filtering mechanism.

また、位相マスクは、空間光変調器とは別体に設け、光源から出力された光の光路の光源と空間光変調器との間に配置して設けるか、又は、前記空間光変調器に組み込むことによって設けることができる。   The phase mask is provided separately from the spatial light modulator, and is disposed between the light source and the spatial light modulator in the optical path of the light output from the light source, or in the spatial light modulator. It can be provided by incorporating.

次に本発明に係る位相マスクの基本構成について説明する。この位相マスクは、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分と、を干渉させて干渉縞を形成し、干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として情報記録媒体に記録する光情報記録再生装置に用いられる位相マスクである。この位相マスクは、信号光成分の位相ページデータの各画素を16分割する4行4列の画素で、信号光成分の位相を変化させて信号光成分を分割する。   Next, the basic configuration of the phase mask according to the present invention will be described. This phase mask interferes with the signal light component in which the two-dimensional phase page data generated by modulating the light output from the light source with the spatial light modulator is placed on the light wave and the reference light component without information The phase mask is used in an optical information recording / reproducing apparatus that forms interference fringes and records the light and darkness of the interference fringes on an information recording medium as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution. This phase mask is a 4-by-4 pixel that divides each pixel of the phase page data of the signal light component into 16, and divides the signal light component by changing the phase of the signal light component.

位相マスクは、信号光成分の位相のみを変化させると共に、参照光成分の位相をそのまま透過させているように構成したり、信号光成分に含まれる第1直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、第1直線偏光成分に直交する第2直線偏光成分の位相をそのまま透過させるように構成したりすることができる。   The phase mask is configured to change only the phase of the signal light component and transmit the phase of the reference light component as it is, or to change only the phase of the first linearly polarized light component included in the signal light component. The phase of the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component can be transmitted as it is.

また、位相マスクの画素は、信号光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に1/2πずつずらし、かつ、直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、第1直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されるように構成することもできる。位相マスクをこのように構成した場合、空間周波数フィルタリング機構において、空間周波数フィルタリング機構を構成するフーリエ変換レンズの焦点に相当する位置で信号光を4つの領域に分割して照射することができる。   The pixels of the phase mask shift the phase of the linearly polarized light component forming the signal light component by ½π from each other between adjacent pixels, and the row and the negative direction shift the phase of the linearly polarized light component in the positive direction. It is also possible to arrange so that the rows shifted in a negative direction are alternately arranged, and the columns that shift the phase of the first linearly polarized light component in the positive direction and the columns that are shifted in the negative direction are alternately arranged. When the phase mask is configured as described above, the spatial light filtering mechanism can irradiate the signal light divided into four regions at a position corresponding to the focal point of the Fourier transform lens constituting the spatial frequency filtering mechanism.

次に、本発明に係る光情報記録再生方法の基本構成について説明する、この光情報記録再生方法は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分とを生成する記録光生成工程と、空間光変調器から出力された信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング工程と、信号光成分と参照光成分とを情報記録媒体に照射して信号光成分と参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録工程とを備えている。記録光生成工程は、信号光成分の位相ページデータの各画素を4行4列の画素に分割する位相マスクによって信号光成分の位相を変化させている。空間周波数フィルタリング工程は、空間周波数フィルタリングされた信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された信号光成分を信号光成分の焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射する。   Next, the basic configuration of the optical information recording / reproducing method according to the present invention will be described. In this optical information recording / reproducing method, two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source with a spatial light modulator is described. A recording light generation step for generating a signal light component carried on the light wave and a reference light component having no information, and a spatial frequency filtering step for filtering the spatial frequency of the signal light component output from the spatial light modulator, An information recording step of irradiating the information recording medium with the signal light component and the reference light component to record the light and darkness of the interference fringes formed by the signal light component and the reference light component as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution; It has. In the recording light generation step, the phase of the signal light component is changed by a phase mask that divides each pixel of the phase page data of the signal light component into 4 × 4 pixels. The spatial frequency filtering step irradiates the signal light component whose phase has been changed at a position corresponding to the focal point of the signal light component subjected to spatial frequency filtering by dividing it outside the position corresponding to the focal point of the signal light component.

記録光生成工程は、位相マスクが、信号光成分のみの位相を変化させると共に、参照光成分の位相をそのまま透過させるように構成することができる。また、記録光生成工程は、位相マスクが信号光に含まれる第1直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、第1直線偏光成分に直交する第2直線偏光成分の位相をそのまま透過させるように構成することができる。   The recording light generation step can be configured such that the phase mask changes the phase of only the signal light component and transmits the phase of the reference light component as it is. In the recording light generation step, the phase mask changes the phase of only the first linearly polarized light component included in the signal light, and transmits the phase of the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component as it is. Can be configured.

位相マスクは、記録光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に1/2πずつずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を行ごとに交互ずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を列ごとに交互にずらすように構成することができる。位相マスクをこのように構成した場合、空間周波数フィルタリング機構において、空間周波数フィルタリング機構を構成するフーリエ変換レンズの焦点に相当する位置で信号光を4つの領域に分割して照射することができる。   The phase mask shifts the phase of the linearly polarized light component constituting the recording light component by ½π from each other between adjacent pixels, alternately shifts the phase in the positive direction and the negative direction for each row, and The phase can be alternately shifted for each column in the negative direction and the negative direction. When the phase mask is configured as described above, the spatial light filtering mechanism can irradiate the signal light divided into four regions at a position corresponding to the focal point of the Fourier transform lens constituting the spatial frequency filtering mechanism.

この光情報記録再生装置によれば、情報記録媒体の材料の消費を抑制すると共に均等に消費させること、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させること、及び空間的位相シフト法により位相値を抽出することができる。   According to this optical information recording / reproducing apparatus, the consumption of the material of the information recording medium is suppressed and evenly consumed, the shift selectivity in the shift multiplex recording is improved, and the phase value is extracted by the spatial phase shift method. can do.

本発明に係る光情報記録再生装置は、単一光波の中の、信号光と参照光とを同一の経路を進行させ、かつ、2つの偏光成分を信号光と参照光として利用するリターダグラフィの光学系、信号光と参照光とを同一の経路を進行させ、かつ、ホログラム面に対して参照光を垂直に照射させるインラインホログラフィの光学系、及び信号光と参照光とを異なる経路を進行させるオフアクシスホログラフィに適用される。ホログラフィの光学系は、1つの空間光変調器のみを用いて信号光を生成するシングルチャネル偏光ホログラフィ及び2つの中間光変調器を用いて信号光を生成するデュアルチャネル偏光ホログラフィを含んでいる。   An optical information recording / reproducing apparatus according to the present invention is a retarderographic apparatus that uses signal light and reference light in a single light wave to travel the same path and uses two polarization components as signal light and reference light. Optical system, in-line holography optical system for causing signal light and reference light to travel in the same path and irradiating the reference light perpendicularly to the hologram surface, and for causing signal light and reference light to travel in different paths Applies to off-axis holography. Holographic optical systems include single channel polarization holography that generates signal light using only one spatial light modulator and dual channel polarization holography that generates signal light using two intermediate light modulators.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の技術的範囲は、以下の記載や図面にのみ限定されるものではない。なお、本明細書では、信号光成分を単に信号光といい、参照光成分を単に参照光という。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The technical scope of the present invention is not limited only to the following description and drawings. In this specification, the signal light component is simply referred to as signal light, and the reference light component is simply referred to as reference light.

[第1実施形態]
光情報記録再生装置1Aの全体構成について、図1を参照して、インラインホログラフィの光学系を利用した装置、特に、デュアルチャネルの装置を例にして説明する。
[First Embodiment]
The overall configuration of the optical information recording / reproducing apparatus 1A will be described with reference to FIG. 1, taking as an example an apparatus using an in-line holographic optical system, particularly a dual channel apparatus.

この光情報記録再生装置1Aは、信号光及び参照光からなる記録光を生成する記録光生成部2と、この記録光生成部2によって生成された信号光及び参照光を照射するための照射部3と、この照射部3によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体6と、この情報記録媒体6に形成された干渉縞を撮像する撮像部7とを備えている。   The optical information recording / reproducing apparatus 1A includes a recording light generation unit 2 that generates recording light including signal light and reference light, and an irradiation unit that irradiates the signal light and reference light generated by the recording light generation unit 2. 3 and the information recording medium 6 that records the light and darkness of the interference fringes formed by the signal light and the reference light irradiated by the irradiation unit 3 as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution, and the information recording medium 6 And an imaging unit 7 for imaging the formed interference fringes.

記録光生成部2は、記録用レーザ光を出力するレーザ照射部10と、レーザ照射部10から照射されたレーザ光から信号光を生成する信号光生成部20と、この信号生成部によって生成された信号光及び信号生成部を通過した参照光との空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構29とを備えている。   The recording light generation unit 2 is generated by a laser irradiation unit 10 that outputs recording laser light, a signal light generation unit 20 that generates signal light from the laser light emitted from the laser irradiation unit 10, and the signal generation unit. And a spatial frequency filtering mechanism 29 that filters the spatial frequency of the signal light and the reference light that has passed through the signal generation unit.

レーザ照射部10は、レーザ光源11と、1/2波長板12と、2つのコリメータレンズ13,15と、空間フィルタ14とから構成されている。なお、レーザ光源11は、直線偏光を出力する光源である。1/2波長板12は、波長板の入射面内に光学軸を配置することで、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分に分離し、その屈折率差によって位相差をπだけ生じさせている。その結果、直線偏光の偏光方位を任意に調整することができる。任意の偏光方位に調整された直線偏光は、コリメータレンズ13、空間フィルタ14及びコリメータレンズ15によって形成されるビームエクスパンダによってビーム径が拡大されて出力されている。   The laser irradiation unit 10 includes a laser light source 11, a half-wave plate 12, two collimator lenses 13 and 15, and a spatial filter 14. The laser light source 11 is a light source that outputs linearly polarized light. The half-wave plate 12 is divided into a polarization component parallel to the optical axis and a polarization component perpendicular to the optical axis by arranging the optical axis in the incident surface of the wave plate, and a phase difference of π is generated by the difference in refractive index. I am letting. As a result, the polarization direction of linearly polarized light can be arbitrarily adjusted. The linearly polarized light adjusted to an arbitrary polarization direction is output with a beam diameter expanded by a beam expander formed by the collimator lens 13, the spatial filter 14, and the collimator lens 15.

このレーザ照射部10と信号光生成部20との間には、2つのミラー17,18と、これら2つのミラー17,18によって反射されることによって形成された楕円偏光を直線偏光に調整する1/4波長板16と、直線偏光の偏光方位を調整する1/2波長板19が配置されている。レーザ照射部10から出力され、この1/2波長板19を通過した直線偏光は、信号光生成部20に入射される。   Between the laser irradiation unit 10 and the signal light generation unit 20, two mirrors 17 and 18 and elliptically polarized light formed by being reflected by the two mirrors 17 and 18 are adjusted to linearly polarized light 1 A quarter-wave plate 16 and a half-wave plate 19 for adjusting the polarization direction of linearly polarized light are disposed. The linearly polarized light output from the laser irradiation unit 10 and passed through the half-wave plate 19 is incident on the signal light generation unit 20.

信号光生成部20は、図2に示すように、偏光ビームスプリッタ21と2つの空間光変調器23,24とを備えている。   As shown in FIG. 2, the signal light generation unit 20 includes a polarization beam splitter 21 and two spatial light modulators 23 and 24.

偏光ビームスプリッタ21は、その内部に透過面22を備えており、入射した偏光に含まれるs偏光成分及びp偏光成分をs偏光とp偏光とに分離している。分離されたs偏光は、透過面22によって反射され、空間光変調器23に向けて照射され、分離されたp偏光は、透過面22を透過して空間光変調器24に照射される。   The polarization beam splitter 21 includes a transmission surface 22 therein, and separates the s-polarized component and the p-polarized component included in the incident polarized light into s-polarized light and p-polarized light. The separated s-polarized light is reflected by the transmission surface 22 and irradiated toward the spatial light modulator 23, and the separated p-polarized light is transmitted through the transmission surface 22 and applied to the spatial light modulator 24.

空間光変調器23,24は、格子状に配列された複数の画素を有し、各画素に出射光の位相を変調することができるように構成されている。空間光変調器23,24としては、例えば、液晶素子を有する液晶空間光変調器と1/4波長板とを組み合わせたものを用いることができる。棒状の分子構造をもつ液晶分子が一定方向に配向した場合、その分子配向に平行な軸と垂直な軸を主軸とした複屈折が生じる。その複屈折により、二つの直交する直線偏光に位相差を与える。また、その分子配向の配向度は電気的に変調することができるため、可変位相子となる。空間光変調器は、画素毎に印加電圧を変えることで、二次元的な位相分布を与える。液晶素子を用いる場合、直線偏光基底に対する可変位相子になる。   The spatial light modulators 23 and 24 have a plurality of pixels arranged in a lattice pattern, and are configured to be able to modulate the phase of emitted light to each pixel. As the spatial light modulators 23 and 24, for example, a combination of a liquid crystal spatial light modulator having a liquid crystal element and a quarter wavelength plate can be used. When liquid crystal molecules having a rod-like molecular structure are aligned in a certain direction, birefringence occurs with an axis parallel to the molecular alignment as a main axis. Due to the birefringence, a phase difference is given to two orthogonal linearly polarized lights. Moreover, since the degree of orientation of the molecular orientation can be electrically modulated, it becomes a variable phase shifter. The spatial light modulator gives a two-dimensional phase distribution by changing the applied voltage for each pixel. When a liquid crystal element is used, it becomes a variable phase shifter for a linearly polarized light base.

上記液晶空間光変調器の前面に1/4波長板を配置した場合、s偏光又はp偏光の左右円偏光成分の一方の位相が変調される。信号光生成部20は、位相が変調された第1の円偏光成分を信号光として利用し、第1の円偏光成分に直交する第2の円偏光成分を参照光として利用する。2つの空間光変調器23,24から生成された2つの信号光及び2つの参照光は、透過面22で反射されることによってs偏光の信号光及び参照光となり、透過面22を透過することによってp偏光の信号光及び参照光となる。   When a quarter-wave plate is disposed in front of the liquid crystal spatial light modulator, one phase of the left and right circularly polarized components of s-polarized light or p-polarized light is modulated. The signal light generation unit 20 uses the first circularly polarized component whose phase is modulated as signal light, and uses the second circularly polarized component orthogonal to the first circularly polarized component as reference light. The two signal lights and the two reference lights generated from the two spatial light modulators 23 and 24 are reflected by the transmission surface 22 to become s-polarized signal light and reference light, and pass through the transmission surface 22. To p-polarized signal light and reference light.

以上の構成を有する記録光生成部2は、情報記録媒体6に情報を記録するときには、信号光と参照光とを照射部3に向けて照射し、情報記録媒体6に記録された情報を再生するときには、参照光のみを照射部3に向けて照射する。具体的には、記録時の入力偏光は、偏光ビームスプリッタ21の透過面22を透過する直線偏光の偏光方位に対して垂直をなすか又は平行をなす偏光以外の偏光であり、出力偏光は、偏光ビームスプリッタ21の透過面22を透過する直線偏光の偏光方位に対して垂直をなす偏光及び平行をなす偏光を重ね合わせている。なお、再生時の入力偏光も記録時の入力偏光と同じであり、再生時の出力偏光は、p偏光の参照光とs偏光の参照光とを重ね合わせたものである。   When recording information on the information recording medium 6, the recording light generating unit 2 having the above configuration irradiates the irradiation unit 3 with signal light and reference light, and reproduces information recorded on the information recording medium 6. When performing, only the reference light is irradiated toward the irradiation unit 3. Specifically, the input polarized light at the time of recording is a polarized light other than the polarized light that is perpendicular or parallel to the polarization direction of the linearly polarized light that is transmitted through the transmission surface 22 of the polarization beam splitter 21, and the output polarized light is Polarized light that is perpendicular to the polarization direction of linearly polarized light that is transmitted through the transmission surface 22 of the polarizing beam splitter 21 and polarized light that is parallel to the polarization direction are superimposed. The input polarization at the time of reproduction is the same as the input polarization at the time of recording, and the output polarization at the time of reproduction is a superposition of the p-polarized reference light and the s-polarized reference light.

なお、図3に示す参照光が信号光生成部を通過せずに信号光とは別の光路を進行するオフアクシス型デュアルチャネル偏光ホログラフィの場合、信号光生成部は、図4に示すように構成することもできる。   In the case of off-axis dual channel polarization holography in which the reference light shown in FIG. 3 does not pass through the signal light generation unit and travels on an optical path different from that of the signal light, the signal light generation unit is configured as shown in FIG. It can also be configured.

図3は、オフアクシス型デュアルチャネル偏光ホログラフィの光学系を使用した光情報記録再生装置1Dの概要を示している。なお、光情報記録再生装置1Dについては、図1に示した光情報記録再生装置1Aと同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成のみについて説明をする。この光情報記録再生装置1Dは、信号光を生成する記録光生成部2aと、この記録光生成部2aによって生成された信号光を照射するための照射部3と、この照射部3によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体6と、この情報記録媒体6に形成された干渉縞を撮像する撮像部7とを備えている。   FIG. 3 shows an outline of an optical information recording / reproducing apparatus 1D using an off-axis dual channel polarization holography optical system. In the optical information recording / reproducing apparatus 1D, the same components as those in the optical information recording / reproducing apparatus 1A shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different components are described. The optical information recording / reproducing apparatus 1D is irradiated with the recording light generation unit 2a that generates the signal light, the irradiation unit 3 for irradiating the signal light generated by the recording light generation unit 2a, and the irradiation unit 3. Information recording medium 6 that records the light and darkness of the interference fringes formed by the signal light and the reference light as an optical anisotropy distribution or refractive index distribution, and an imaging unit that images the interference fringes formed on the information recording medium 6 7.

記録光生成部2aは、偏光ビームスプリッタ130を備えており、偏光ビームスプリッタ130で信号光と参照光とを分離している。参照光の光路は、1/2波長板19、1/4波長板、ガルバノミラー4、リレーレンズ5及びミラー3aを備えている。偏光ビームスプリッタ130から出力された参照光は、1/2波長板19及び1/4波長板を通り、ガルバノミラー4によって反射され、次いで、リレーレンズ5によって集光されその後、ミラー3aで反射されて照射部3に入射される。照射部3は、記録時には信号光及び参照光を情報記録媒体に照射し、再生時には、参照光を記録媒体に照射する。   The recording light generation unit 2a includes a polarization beam splitter 130, and the polarization beam splitter 130 separates the signal light and the reference light. The optical path of the reference light includes a half-wave plate 19, a quarter-wave plate, a galvano mirror 4, a relay lens 5, and a mirror 3a. The reference light output from the polarization beam splitter 130 passes through the half-wave plate 19 and the quarter-wave plate, is reflected by the galvano mirror 4, is then collected by the relay lens 5, and is then reflected by the mirror 3a. Is incident on the irradiation unit 3. The irradiation unit 3 irradiates the information recording medium with signal light and reference light during recording, and irradiates the recording medium with reference light during reproduction.

信号光生成部30は、図4に示すように、直線偏光と参照波とを反射する反射ミラー31と、4つのリレーレンズ32,33,34,35と、2つの空間光変調器36,37とで構成されている。反射ミラー31で反射された信号光は、リレーレンズ32により集光され、集光された後に広がった信号光は、リレーレンズ33により平行光に変換されて空間光変調器36に入射される。空間光変調器36は、入射された平行光のうち、ある偏光成分を有する第1直線偏光成分のみを変調し2次元の位相ページデータを載せて第1信号光成分を生成する。また、空間光変調器36から出力された信号光は、リレーレンズ33により集光され、集光された後に広がった信号光は、リレーレンズ34によって平行光に変換され、1/2波長板38を通過して偏光方位を90度回転され、空間光変調器37に入射される。空間光変調器37は、入射された平行光のうち上記の第1直線偏光成分と垂直を成す偏光成分を有する第2直線偏光成分のみを変調し2次元の位相ページデータを載せて第2信号光成分を生成する。空間光変調器37から出力された信号光は、リレーレンズ34及びリレーレンズ35を通り、信号光生成部30から出力される。なお、必要に応じて、リレーレンズ35よりも出力側に1/4波長板39を設けてもよい。   As shown in FIG. 4, the signal light generation unit 30 includes a reflection mirror 31 that reflects linearly polarized light and a reference wave, four relay lenses 32, 33, 34, and 35, and two spatial light modulators 36 and 37. It consists of and. The signal light reflected by the reflection mirror 31 is collected by the relay lens 32, and the signal light spread after being collected is converted into parallel light by the relay lens 33 and is incident on the spatial light modulator 36. The spatial light modulator 36 modulates only the first linearly polarized light component having a certain polarization component in the incident parallel light, and carries the two-dimensional phase page data to generate the first signal light component. Further, the signal light output from the spatial light modulator 36 is collected by the relay lens 33, and the signal light spread after being collected is converted into parallel light by the relay lens 34, and the half-wave plate 38 is obtained. , The polarization direction is rotated by 90 degrees, and is incident on the spatial light modulator 37. The spatial light modulator 37 modulates only the second linearly polarized light component having a polarization component perpendicular to the first linearly polarized light component of the incident parallel light, and places the second signal on the two-dimensional phase page data. Generate light components. The signal light output from the spatial light modulator 37 passes through the relay lens 34 and the relay lens 35 and is output from the signal light generation unit 30. If necessary, a quarter wavelength plate 39 may be provided on the output side of the relay lens 35.

この信号光生成部30を利用する場合、記録時の入力偏光及び出力偏光は、2つの空間光変調器36,37の軸に対して平行又は垂直以外の状態である。また、再生時の入力偏光及び出力偏光は前記第1直線偏光成分と前記第2直線偏光成分の重ね合わせた状態である。なお、1/4波長板39を設けた場合、第1直線偏光成分が第1の円偏光成分に変換されると共に、前記第2直線偏光成分が前記第1の円偏光成分に直交する円偏光成分に変換される。記録時及び再生時の出力偏光は、前記した第1円偏光成分と前記第2円偏光成分の重ね合わせとなる。   When this signal light generation unit 30 is used, the input polarization and output polarization during recording are in a state other than parallel or perpendicular to the axes of the two spatial light modulators 36 and 37. Further, the input polarization and output polarization during reproduction are in a state in which the first linear polarization component and the second linear polarization component are superimposed. When the quarter wavelength plate 39 is provided, the first linearly polarized component is converted into the first circularly polarized component, and the second linearly polarized component is orthogonally polarized to the first circularly polarized component. Converted into components. The output polarization at the time of recording and reproduction is a superposition of the first circular polarization component and the second circular polarization component.

以上の構成を有する信号光生成部20から出力された出力光が2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光である。図5は、この信号光の一例を示しており、4値位相ページデータを成している。この位相ページデータは、4段階の濃淡で情報を表している。   The output light output from the signal light generation unit 20 having the above configuration is signal light in which two-dimensional phase page data is placed on a light wave. FIG. 5 shows an example of this signal light, which forms quaternary phase page data. This phase page data represents information in four levels of shading.

参照光と信号光とは、信号光生成部20から出力された後に、空間周波数フィルタリング機構29によって空間周波数をフィルタリングされる。この空間周波数フィルタリング機構29は、一対のフーリエ変換レンズ26,28と空間フィルタ27とを有している。参照光と信号光とは、フーリエ変換レンズ26によって空間フィルタ27の位置に焦点が合わされている。そして、参照光と信号光とは、空間フィルタ27の位置では参照光と信号光の空間周波数分布に対応するパターンとなり、空間フィルタ27とフーリエ変換レンズ28を通過することによって、空間周波数フィルタリングされた信号光及び参照光になる。   The reference light and the signal light are output from the signal light generation unit 20, and then spatial frequency is filtered by the spatial frequency filtering mechanism 29. The spatial frequency filtering mechanism 29 has a pair of Fourier transform lenses 26 and 28 and a spatial filter 27. The reference light and the signal light are focused on the position of the spatial filter 27 by the Fourier transform lens 26. The reference light and the signal light have a pattern corresponding to the spatial frequency distribution of the reference light and the signal light at the position of the spatial filter 27, and are spatial frequency filtered by passing through the spatial filter 27 and the Fourier transform lens 28. It becomes signal light and reference light.

照射部3は、情報の記録時には、感光性を有する情報記録媒体6に信号光生成部20によって生成された信号光及び信号光生成部20をそのまま通過した参照光又は信号光生成部30を通過しない参照光を照射することによって情報を光学異方性分布又は屈折率分布して記録する情報記録媒体6に記録する光学系として機能する。一方、照射部3は、情報の再生時には、感光性を有し、かつ光学異方性分布又は屈折率分布として情報が記録された情報記録媒体6に参照光を照射する光学系として機能する。   The irradiating unit 3 passes the signal light generated by the signal light generating unit 20 and the reference light or the signal light generating unit 30 that has passed through the signal light generating unit 20 to the photosensitive information recording medium 6 when recording information. It functions as an optical system that records information on the information recording medium 6 that records information with an optical anisotropy distribution or refractive index distribution by irradiating the reference light. On the other hand, the irradiating unit 3 functions as an optical system that irradiates the information recording medium 6 having photosensitivity and recording information as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution when information is reproduced.

情報記録媒体6は、感光性を有し、照射部3と撮像部7との間に配置される。感光性を有する情報記録媒体6のうち、偏光感受性を有さないホログラフィック記録用の情報記録媒体6としては、光重合性高分子材料などが知られている。一方、感光性を有する情報記録媒体6のうち、偏光感受性を有する偏光ホログラフィック記録用の情報記録媒体6の材料としては、アゾベンゼン系材料、軸選択的光反応性分子添加ポリマー、光架橋性高分子液晶などが知られている。   The information recording medium 6 has photosensitivity and is disposed between the irradiation unit 3 and the imaging unit 7. Of the information recording medium 6 having photosensitivity, a photopolymerizable polymer material or the like is known as the information recording medium 6 for holographic recording having no polarization sensitivity. On the other hand, among the information recording medium 6 having photosensitivity, the material of the information recording medium 6 for polarization holographic recording having polarization sensitivity includes an azobenzene-based material, an axially selective photoreactive molecule-added polymer, a high photocrosslinking property. Molecular liquid crystals are known.

特に、偏光感受性を有する情報記録媒体6は、直線偏光又は楕円偏光を照射すると、照射した偏光の偏光方位に対応する主軸をもつ複屈折又は二色性等の光学異方性が誘起されるという性質を有する。このため、偏光感受性を有する情報記録媒体6を用いれば、原理的に偏光状態が互いに同一でない信号光と参照光を重ね合わせて照射してもホログラムとして情報を記録することが可能である。つまり、偏光ホログラフィック記録の場合には、情報記録媒体6に、3次元複屈折分布又は3次元二色性分布等の3次元光学異方性分布として情報を記録することができる。一方、偏光感受性のない情報記録媒体6を用いるホログラフィック記録の場合には、3次元屈折率分布として情報が記録される。   In particular, when the information recording medium 6 having polarization sensitivity is irradiated with linearly polarized light or elliptically polarized light, optical anisotropy such as birefringence or dichroism having a principal axis corresponding to the polarization direction of the irradiated polarized light is induced. Has properties. For this reason, if the information recording medium 6 having polarization sensitivity is used, it is possible to record information as a hologram even if signal light and reference light whose polarization states are not identical in principle are superimposed and irradiated. That is, in the case of polarization holographic recording, information can be recorded on the information recording medium 6 as a three-dimensional optical anisotropy distribution such as a three-dimensional birefringence distribution or a three-dimensional dichroism distribution. On the other hand, in the case of holographic recording using the information recording medium 6 having no polarization sensitivity, information is recorded as a three-dimensional refractive index distribution.

記録した情報は、ホログラムに記録時の参照光と同一方向から再生信号光を照射することによって再生される。このとき、ホログラムから再生信号光が発生する。また、位相値の抽出のために、同時に記録時の信号光と同一方向から一様な位相パターンをもつ位相抽出用参照光を照射する。図1の構成例のようなインライン型の場合は、再生信号光を位相抽出用参照光としてもよい。   The recorded information is reproduced by irradiating the reproduction signal light on the hologram from the same direction as the reference light at the time of recording. At this time, reproduction signal light is generated from the hologram. Further, in order to extract the phase value, phase extraction reference light having a uniform phase pattern from the same direction as the signal light at the time of recording is simultaneously irradiated. In the case of the inline type as in the configuration example of FIG. 1, the reproduction signal light may be used as phase extraction reference light.

撮像部7は、図6に示すように、撮像素子8を用いて、再生信号光と位相抽出用参照光とを重ね合わせた状態で撮像するシステムである。この撮像部7は、記録時に位相変調を行った信号光と同一の位相変調情報をもつ再生信号光と参照光との干渉縞を2次元画像として撮影するように構成されている。なお、撮像素子8としては、例えば、CCDやCMOS等を用いることができる。   As shown in FIG. 6, the imaging unit 7 is a system that uses the imaging device 8 to capture an image in a state where the reproduction signal light and the phase extraction reference light are superimposed. The imaging unit 7 is configured to capture an interference fringe between the reproduction signal light having the same phase modulation information as the signal light subjected to phase modulation during recording and the reference light as a two-dimensional image. For example, a CCD or CMOS can be used as the image sensor 8.

そして、この光情報記録再生装置1Aは、以上に説明した構成の他に、位相マスクを備えている。この位相マスクは、ページデータを構成する各画素をさらに4行4列の画素に分割する機能を有している。この位相マスクは、フーリエ変換レンズ26の焦点位置である空間フィルタ27の位置で、空間周波数フィルタリング機構29が備えるフーリエ変換レンズ26によってページデータが乗せられた信号光を、焦点から一定の距離だけ離れた焦点の周囲に4分割して照射させている。この光情報記録再生装置1Aは、この位相マスクが空間光変調器23,24に組み込まれている。   The optical information recording / reproducing apparatus 1A includes a phase mask in addition to the configuration described above. This phase mask has a function of further dividing each pixel constituting page data into pixels of 4 rows and 4 columns. This phase mask separates the signal light on which the page data is placed by the Fourier transform lens 26 included in the spatial frequency filtering mechanism 29 at a certain distance from the focus at the position of the spatial filter 27 that is the focal position of the Fourier transform lens 26. The area around the focal point is divided into four parts. In the optical information recording / reproducing apparatus 1A, the phase mask is incorporated in the spatial light modulators 23 and 24.

図7は、位相マスクを組み込んだ空間光変調器23,24を備える信号光生成部20から出力した信号光を空間周波数フィルタリング機構29によって空間周波数をフィルタリングされた状態を示している。なお、図7は、説明を容易にするために、一つの空間光変調器、例えば、空間光変調器23から出力された信号光のみを示している。図7の上段は、空間周波数フィルタリング機構29のフーリエ変換レンズ26とのフーリエ変換レンズ28との間での、信号光の光路の概要を示し、図7の下段は、焦点P付近のA部における信号光の状態を部分的に示している。   FIG. 7 shows a state in which the spatial frequency is filtered by the spatial frequency filtering mechanism 29 of the signal light output from the signal light generation unit 20 including the spatial light modulators 23 and 24 incorporating the phase mask. FIG. 7 shows only signal light output from one spatial light modulator, for example, the spatial light modulator 23, for ease of explanation. The upper part of FIG. 7 shows an outline of the optical path of the signal light between the Fourier transform lens 26 and the Fourier transform lens 28 of the spatial frequency filtering mechanism 29, and the lower part of FIG. The state of signal light is shown partially.

信号光は、図7に示すように、空間周波数フィルタリング機構29を構成するフーリエ変換レンズ26で集光されることによって、フーリエ変換レンズ26から焦点Pに向かうにつれて面積が徐々に小さくなる。そして、焦点Pの位置では、信号光は、本来信号光の焦点Pとなる点よりも外側に一定の距離だけ離れた領域に4分割されている。このように、信号光が4分割されることによって、信号光の焦点面での光強度を弱くすることができる。   As shown in FIG. 7, the signal light is collected by the Fourier transform lens 26 that constitutes the spatial frequency filtering mechanism 29, so that the area gradually decreases from the Fourier transform lens 26 toward the focal point P. Then, at the position of the focal point P, the signal light is divided into four regions that are separated by a certain distance outside the point that originally becomes the focal point P of the signal light. Thus, by dividing the signal light into four, the light intensity at the focal plane of the signal light can be reduced.

ホログラフィックメモリでは、参照光の光強度は信号光の光強度よりも強いことが望ましい。しかしながら、信号光を集光して照射した場合、従来のホログラフィックメモリでは、信号光は1箇所の光強度が相対的に強く、その周囲の光強度が弱い態様で照射される。そのため、光強度が大きな1箇所の信号光よりも大きな光強度で参照光を照射することが必要になる。   In the holographic memory, it is desirable that the light intensity of the reference light is higher than the light intensity of the signal light. However, when the signal light is collected and irradiated, in the conventional holographic memory, the signal light is irradiated in such a manner that the light intensity at one place is relatively strong and the light intensity around it is weak. For this reason, it is necessary to irradiate the reference light with a light intensity greater than that of the signal light at one location where the light intensity is large.

これに対し、この実施形態の光情報記録再生装置1Aのように、焦点Pの位置で信号光を4分割させた場合、光強度が相対的に弱くなる。そのため、この実施形態の光情報記録再生装置1Aでは、参照光の光強度が相対的に弱い参照光を用いることができる。その結果、情報を記録する際、情報記録媒体6の光反応性分子の消費を抑制することができる。また、信号光が本来の焦点Pの位置よりも外側に分散されるため、光反応性分子の消費を均等化することができる。   On the other hand, when the signal light is divided into four at the position of the focal point P as in the optical information recording / reproducing apparatus 1A of this embodiment, the light intensity becomes relatively weak. For this reason, in the optical information recording / reproducing apparatus 1A of this embodiment, it is possible to use reference light having relatively weak light intensity. As a result, when recording information, consumption of the photoreactive molecules of the information recording medium 6 can be suppressed. Further, since the signal light is dispersed outside the original position of the focal point P, the consumption of photoreactive molecules can be equalized.

また、信号光が本来の焦点Pとなる点よりも外側に一定の距離だけ離れた領域に4分割されることにより、当該光情報記録再生装置1Aは、信号光と参照光との干渉により形成される干渉縞の間隔を相対的に狭くすることができる。すなわち、参照光は、空間周波数フィルタリング機構29のフーリエ変換レンズ26で集光されることにより、信号光の本来の焦点Pの位置と同じ位置に焦点が合わされて照射される。ただし、信号光は焦点面において焦点Pを中心に分布しており、中心以外の点から広がる信号光と焦点Pから広がる参照光が干渉縞を形成する。この参照光の焦点Pの位置と、信号光の焦点P以外の位置とが接近している場合、信号光と参照光とが干渉して形成する干渉縞の間隔は相対的に広くなる。干渉縞の間隔を狭くするためには、信号光の分布の中心が焦点P以外とし、かつ、その中心位置と参照光の焦点Pの位置とを一定の距離だけ離すことが必要である。   In addition, the optical information recording / reproducing apparatus 1A is formed by interference between the signal light and the reference light by dividing the signal light into four regions that are separated by a certain distance outward from the point where the original focus P becomes. The interval between interference fringes can be made relatively narrow. That is, the reference light is condensed by the Fourier transform lens 26 of the spatial frequency filtering mechanism 29, so that the reference light is focused at the same position as the original focal point P of the signal light and irradiated. However, the signal light is distributed around the focal point P in the focal plane, and the signal light that spreads from a point other than the center and the reference light that spreads from the focal point P forms interference fringes. When the position of the focus P of the reference light and a position other than the focus P of the signal light are close to each other, the interval between the interference fringes formed by the interference between the signal light and the reference light is relatively wide. In order to narrow the interval between the interference fringes, it is necessary that the center of the distribution of the signal light is other than the focal point P, and that the center position and the position of the focal point P of the reference light are separated by a certain distance.

本実施形態の光情報記録再生装置1Aは、信号光を参照光の焦点Pよりも外側に一定の距離だけ離れた領域に4分割して照射するので、信号光の分布する4つの中心の位置と参照光の焦点Pの位置とを離すことができる。その結果、干渉縞の間隔を相対的に狭くすることができる。このように、干渉縞の間隔を相対的に狭くした場合、情報記録媒体6に記録される情報のシフト多重記録におけるシフト選択性を向上させることができる。すなわち、情報記録媒体6に情報を多重的に記録するときに、情報記録媒体6のシフト量を小さくすることができる。その結果、情報記録媒体6に記録することができる情報量を多くすることができる。   Since the optical information recording / reproducing apparatus 1A of the present embodiment irradiates the signal light into four regions divided by a certain distance outside the focal point P of the reference light, the positions of the four centers where the signal light is distributed. And the position of the focal point P of the reference light can be separated. As a result, the interval between the interference fringes can be relatively narrowed. Thus, when the interval between the interference fringes is relatively narrow, the shift selectivity in the shift multiplex recording of the information recorded on the information recording medium 6 can be improved. That is, when information is recorded on the information recording medium 6 in a multiplexed manner, the shift amount of the information recording medium 6 can be reduced. As a result, the amount of information that can be recorded on the information recording medium 6 can be increased.

なお、位相マスクの詳細については後述する。   Details of the phase mask will be described later.

[第2実施形態]
次に、図1、図8及び図9を参照して、単一光波の中の、信号光と参照光とを同一の経路を進行させ、かつ、2つの偏光成分を信号光と参照光として利用するリターダグラフィの光学系を利用した光情報記録再生装置1Bの概要を説明する。なお、光情報記録再生装置1Bの基本的な構成は、図1に示した光情報記録再生装置1Aと同様なので、光情報記録再生装置1Bの全体構成については、図1を参照して説明する。
[Second Embodiment]
Next, referring to FIGS. 1, 8, and 9, the signal light and the reference light in the single light wave travel on the same path, and the two polarization components are used as the signal light and the reference light. An outline of the optical information recording / reproducing apparatus 1B using the retarder optical system to be used will be described. Since the basic configuration of the optical information recording / reproducing apparatus 1B is the same as that of the optical information recording / reproducing apparatus 1A shown in FIG. 1, the entire configuration of the optical information recording / reproducing apparatus 1B will be described with reference to FIG. .

この光情報記録再生装置1Bは、図1に示すように、信号光及び参照光からなる記録光を生成する記録光生成部2と、この記録光生成部2によって生成された信号光及び参照光を照射するための照射部3と、この照射部3によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体6と、この情報記録媒体6に形成された干渉縞を撮像する撮像部7とを備えている。   As shown in FIG. 1, the optical information recording / reproducing apparatus 1B includes a recording light generation unit 2 that generates recording light including signal light and reference light, and signal light and reference light generated by the recording light generation unit 2. And an information recording medium 6 for recording the light and darkness of interference fringes formed by the signal light and reference light irradiated by the irradiation unit 3 as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution And an imaging unit 7 that images the interference fringes formed on the information recording medium 6.

記録光生成部2は、記録用レーザ光を出力するレーザ照射部10と、レーザ照射部10から照射されたレーザ光から信号光を生成する信号光生成部20と、この信号光生成部20によって生成された信号光及び信号生成部を通過した参照光の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構29とを備えている。   The recording light generation unit 2 includes a laser irradiation unit 10 that outputs recording laser light, a signal light generation unit 20 that generates signal light from the laser light emitted from the laser irradiation unit 10, and the signal light generation unit 20. And a spatial frequency filtering mechanism 29 that filters the generated signal light and the spatial frequency of the reference light that has passed through the signal generation unit.

レーザ照射部10は、レーザ光源11と、1/2波長板12と、2つのコリメータレンズ13,15と、空間フィルタ14とから構成されている。なお、レーザ光源は、直線偏光を出力する光源である。このレーザ照射部10は、その構成及び作用は、第1実施形態の光情報記録再生装置1Aのレーザ照射部10と同様である。   The laser irradiation unit 10 includes a laser light source 11, a half-wave plate 12, two collimator lenses 13 and 15, and a spatial filter 14. The laser light source is a light source that outputs linearly polarized light. The configuration and operation of the laser irradiation unit 10 are the same as those of the laser irradiation unit 10 of the optical information recording / reproducing apparatus 1A of the first embodiment.

このレーザ照射部10と信号光生成部20との間には、2つのミラー17,18と、これら2つのミラー17,18によって反射され直線偏光に位相差を生じさせる1/2波長板19及び図示しない1/4波長板が配置されている。1/4波長板は、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分に分離し、その屈折率差によって位相差をπ/2だけ生じさせている。その結果、光学軸の向きを調整することによって、ミラー17,18を通過して楕円偏光となった偏光状態を直線偏光に戻すことができる。1/2波長板19は、さらにその直線偏光の方位を調整することができる。   Between the laser irradiation unit 10 and the signal light generation unit 20, there are two mirrors 17, 18, a half-wave plate 19 that is reflected by the two mirrors 17, 18 and causes a phase difference in linearly polarized light, and A quarter wavelength plate (not shown) is arranged. The quarter-wave plate is separated into a polarization component parallel to the optical axis and a polarization component perpendicular to the optical axis, and a phase difference of π / 2 is generated due to the difference in refractive index. As a result, by adjusting the direction of the optical axis, the polarization state that has passed through the mirrors 17 and 18 and has become elliptically polarized light can be returned to linearly polarized light. The half-wave plate 19 can further adjust the direction of the linearly polarized light.

以上の光路を経てレーザ照射部10から出力された直線偏光は、互いに直交する偏光成分を有する信号波用の直線偏光と参照波とに分離され、信号光生成部20に入射される。   The linearly polarized light output from the laser irradiation unit 10 through the optical path described above is separated into a signal wave linearly polarized light having a polarization component orthogonal to each other and a reference wave, and is incident on the signal light generation unit 20.

信号光生成部20は、図8に示すように、信号波用の直線偏光と参照波とを反射する反射ミラー41と、反射された信号波用の直線偏光と参照波と集光するリレーレンズ42と、リレーレンズ42により集光された後に広がった信号波用の直線偏光と参照波とを平行光に変換するリレーレンズ43とを備えている。また、信号光生成部20は、変換された平行光が入射され、入射された平行光のうち信号波用の直線偏光のみを変調し2次元の位相ページデータを光波に載せて信号光を生成するための空間光変調器45を備えている。さらに、信号光生成部20は、空間光変調器45から出力され、リレーレンズ43によって絞られた参照光と信号光とを平行光に変換する出力用のリレーレンズ44を備えている。   As shown in FIG. 8, the signal light generation unit 20 includes a reflection mirror 41 that reflects linearly polarized light for signal waves and a reference wave, and a relay lens that collects reflected linearly polarized light for signal waves and a reference wave. 42, and a relay lens 43 that converts the linearly polarized wave for the signal wave and the reference wave that are spread after being collected by the relay lens 42 into parallel light. The signal light generation unit 20 receives the converted parallel light, modulates only the linearly polarized light for the signal wave among the incident parallel light, and generates the signal light by placing the two-dimensional phase page data on the light wave. A spatial light modulator 45 is provided. Further, the signal light generation unit 20 includes an output relay lens 44 that converts the reference light and the signal light output from the spatial light modulator 45 and narrowed by the relay lens 43 into parallel light.

この光情報記録再生装置1Bの記録光生成部2では、記録時の入力偏光は、空間光変調器45の軸に対して平行又は垂直以外の偏光であり、記録時の出力偏光は、信号光の偏光成分が空間光変調器45の軸に対して平行をなす偏光である。一方、再生時入力偏光は、空間光変調器45の軸に対して垂直であり、再生時の出力偏光は、空間光変調器45の軸に対して垂直である。なお、必要に応じ、出力用のリレーレンズ44よりも光路の後ろ側に1/4波長板46を配置してもよい。その場合、記録時の出力偏光は、第1円偏光成分の信号光成分と前記第1円偏光成分に直交する第2円偏光成分の参照光成分との重ね合わせになる。また、再生時の出力偏光は、前記した第2円偏光成分と同じ円偏光になる。   In the recording light generator 2 of the optical information recording / reproducing apparatus 1B, the input polarization during recording is a polarization other than parallel or perpendicular to the axis of the spatial light modulator 45, and the output polarization during recording is signal light. Is a polarized light that is parallel to the axis of the spatial light modulator 45. On the other hand, the input polarization during reproduction is perpendicular to the axis of the spatial light modulator 45, and the output polarization during reproduction is perpendicular to the axis of the spatial light modulator 45. If necessary, a quarter-wave plate 46 may be disposed behind the output relay lens 44 in the optical path. In this case, the output polarization at the time of recording is a superposition of the signal light component of the first circular polarization component and the reference light component of the second circular polarization component orthogonal to the first circular polarization component. Further, the output polarization during reproduction is the same circular polarization as the second circular polarization component described above.

参照光と信号光とは、信号光生成部20から出力された後に、空間周波数フィルタリング機構29によって空間周波数をフィルタリングされる。この空間周波数フィルタリング機構29は、一対のフーリエ変換レンズ26,28と、空間フィルタ27とを有し、参照光及び信号光を、フーリエ変換レンズ26で空間フィルタ27の位置に焦点を合わさせている。空間フィルタの位置では参照光と信号光の空間周波数分布に対応するパターンとなり、空間フィルタ27とフーリエ変換レンズ28を通過することによって、空間周波数フィルタリングされた参照光と信号光になる。   The reference light and the signal light are output from the signal light generation unit 20, and then spatial frequency is filtered by the spatial frequency filtering mechanism 29. The spatial frequency filtering mechanism 29 includes a pair of Fourier transform lenses 26 and 28 and a spatial filter 27, and focuses the reference light and the signal light on the position of the spatial filter 27 by the Fourier transform lens 26. . At the position of the spatial filter, a pattern corresponding to the spatial frequency distribution of the reference light and the signal light is obtained. By passing through the spatial filter 27 and the Fourier transform lens 28, the reference light and the signal light subjected to spatial frequency filtering are obtained.

照射部3、情報記録媒体6の構成は、第1実施形態の光情報記録再生装置1Aと同様なので、その説明は省略する。   Since the configuration of the irradiation unit 3 and the information recording medium 6 is the same as that of the optical information recording / reproducing apparatus 1A of the first embodiment, the description thereof is omitted.

撮像部7は、図9に示すように、撮像素子8の直前に配置された検光子9を備えている。情報記録媒体6に記録された情報を再生し、再生した情報を撮像する際に、当該撮像部7は、検光子9の透過軸を再生信号光及び位相検出用参照光となった再生照明光の両方が一部透過する方向に調整することにより、撮像素子8上で、再生信号光と位相検出用参照光を干渉させている。また、検光子9の直前に図示しない1/4波長板を配置してもよい。情報記録媒体6に記録された情報を再生し、再生した情報を撮像する際に、1/4波長板は、再生された信号と再生のために用いた参照光との強度比を調整することができる。ただし、この1/4波長板は、必要に応じて設ければよく、必須の構成ではない。   As shown in FIG. 9, the imaging unit 7 includes an analyzer 9 disposed immediately before the imaging element 8. When the information recorded on the information recording medium 6 is reproduced and the reproduced information is imaged, the imaging unit 7 uses the transmission axis of the analyzer 9 as reproduction signal light and reproduction illumination light that has become phase detection reference light. By adjusting in a direction in which both of these are partially transmitted, the reproduction signal light and the phase detection reference light are caused to interfere on the image sensor 8. Further, a quarter wavelength plate (not shown) may be disposed immediately before the analyzer 9. When reproducing the information recorded on the information recording medium 6 and imaging the reproduced information, the quarter-wave plate adjusts the intensity ratio between the reproduced signal and the reference light used for reproduction. Can do. However, this quarter-wave plate may be provided as necessary, and is not an essential configuration.

この光情報記録再生装置1Bは、以上に説明した構成の他に、偏光依存位相マスクを備えている。偏光依存位相マスクは、空間光変調器45に組み込まれている。ただし、偏光依存位相マスクは、空間光変調器45に組み込んで設けることには限定されず、偏光依存位相マスクを空間変調器45とは別体の1つのデバイスとして設け、偏光依存位相マスクのデバイスを光情報記録再生装置に設けることもできる。   This optical information recording / reproducing apparatus 1B includes a polarization-dependent phase mask in addition to the configuration described above. The polarization dependent phase mask is incorporated in the spatial light modulator 45. However, the polarization-dependent phase mask is not limited to be provided by being incorporated in the spatial light modulator 45, and the polarization-dependent phase mask is provided as one device separate from the spatial modulator 45, and the polarization-dependent phase mask device is provided. Can also be provided in the optical information recording / reproducing apparatus.

[第2実施形態の変形例]
図10は、リターダグラフィの光学系を利用した光情報記録再生装置1Cが独立した1つの偏光依存位相マスクのデバイスを有する装置の一例を示している。なお、この光情報記録再生装置1Cの基本的な構成は、図1に示した光情報記録再生装置1Bと同様なので、同様の構成については、図面に同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。
[Modification of Second Embodiment]
FIG. 10 shows an example of an apparatus in which the optical information recording / reproducing apparatus 1C using the retarder optical system has a single polarization-dependent phase mask device. Since the basic configuration of the optical information recording / reproducing apparatus 1C is the same as that of the optical information recording / reproducing apparatus 1B shown in FIG. 1, the same components are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Only different configurations will be described.

この光情報記録再生装置1Cは、信号光及び参照光からなる記録光を生成する記録光生成部50と、この記録光生成部50によって生成された信号光及び参照光を照射するための照射部3と、この照射部3によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体6と、この情報記録媒体に形成された干渉縞を撮像する撮像部7とを備えている。   The optical information recording / reproducing apparatus 1C includes a recording light generation unit 50 that generates recording light including signal light and reference light, and an irradiation unit that irradiates the signal light and reference light generated by the recording light generation unit 50. 3 and the information recording medium 6 for recording the light and darkness of the interference fringes formed by the signal light and the reference light irradiated by the irradiation unit 3 as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution, and formed on the information recording medium And an imaging unit 7 for imaging the interference fringes.

光情報記録再生装置1Cの記録光生成部50は、偏光依存位相マスク60が独立した1つのデバイスとして設けられている。記録光生成部50は、直線偏光を出力するレーザ照射部10と、偏光依存位相マスクとの間に4つのミラー51,52,53,54を備えており、レーザ照射部10が出力した直線偏光を4つのミラー51,52,53,54で順番に反射して直線偏光を偏光依存位相マスク60に入射している。また、記録光生成部50は、2つのリレーレンズ55,56と、これらリレーレンズ55,56の間に位置するミラー57と、空間光変調器58とを備えている。偏光依存位相マスク60から出力された偏光は、リレーレンズ55を透過し、ミラー57によって反射される。反射された偏光は、リレーレンズ56を透過して空間光変調器58に入射される。空間光変調器58から出力された偏光は、リレーレンズ56を再度透過して照射部3に向かって進行する。   The recording light generation unit 50 of the optical information recording / reproducing apparatus 1C is provided as a single device with the polarization-dependent phase mask 60 independent. The recording light generation unit 50 includes four mirrors 51, 52, 53, and 54 between the laser irradiation unit 10 that outputs linearly polarized light and the polarization-dependent phase mask, and the linearly polarized light output from the laser irradiation unit 10. Are reflected in turn by the four mirrors 51, 52, 53 and 54, and linearly polarized light is incident on the polarization-dependent phase mask 60. Further, the recording light generation unit 50 includes two relay lenses 55 and 56, a mirror 57 positioned between the relay lenses 55 and 56, and a spatial light modulator 58. The polarized light output from the polarization dependent phase mask 60 passes through the relay lens 55 and is reflected by the mirror 57. The reflected polarized light passes through the relay lens 56 and enters the spatial light modulator 58. The polarized light output from the spatial light modulator 58 passes through the relay lens 56 again and travels toward the irradiation unit 3.

この光情報記録再生装置1Cの記録光生成部50では、記録時の入力偏光は、空間光変調器の軸に対して平行又は垂直以外の偏光であり、記録時の出力偏光のうち信号光成分は、偏光方位が空間光変調器の軸に対して平行をなす偏光であり、参照光成分は、偏光光方位が空間光変調器の軸に対して垂直をなす偏光である。一方、再生時入力偏光は、空間光変調器の軸に対して垂直であり、再生時の出力偏光は、空間光変調器の軸に対して垂直である。   In the recording light generation unit 50 of the optical information recording / reproducing apparatus 1C, the input polarization at the time of recording is a polarization other than parallel or perpendicular to the axis of the spatial light modulator, and the signal light component of the output polarization at the time of recording Is the polarization whose polarization direction is parallel to the axis of the spatial light modulator, and the reference light component is the polarization whose polarization light direction is perpendicular to the axis of the spatial light modulator. On the other hand, the input polarization during reproduction is perpendicular to the axis of the spatial light modulator, and the output polarization during reproduction is perpendicular to the axis of the spatial light modulator.

次に、光情報記録再生装置1Bに設けられる偏光無依存位相マスク及び光情報記録再生装置1A,1B,1Cに設けられる偏光依存位相マスク60の詳細について説明する。   Next, details of the polarization independent phase mask provided in the optical information recording / reproducing apparatus 1B and the polarization dependent phase mask 60 provided in the optical information recording / reproducing apparatuses 1A, 1B, 1C will be described.

偏光無依存位相マスクは、これまでに説明した図面には現れていないが、4行4列の画素によって構成されている。この偏光無依存位相マスクには信号光のみを照射し、信号光の位相を変化させる。一方、偏光依存位相マスク60は、4行4列の画素によって構成されている。この偏光依存位相マスク60は、信号光に含まれるある第1直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、第1直線偏光成分に直交する第2直線偏光成分の位相をそのまま透過させる。   Although the polarization-independent phase mask does not appear in the drawings described so far, the polarization-independent phase mask is constituted by pixels of 4 rows and 4 columns. This polarization-independent phase mask is irradiated with only signal light to change the phase of the signal light. On the other hand, the polarization dependent phase mask 60 is composed of pixels of 4 rows and 4 columns. The polarization-dependent phase mask 60 changes the phase of only a certain first linearly polarized light component included in the signal light, and transmits the phase of the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component as it is.

なお、偏光無依存位相マスク及び偏光依存マスクを4行4列以外の構成にした場合、隣り合う位置での位相差を一定値としたときに、信号光を対称的に4分割したり、又は均等に分割したりすることができ,偏りが生じてしまう。これに対し、偏光無依存位相マスク及び偏光依存マスクを4行4列に構成した場合、信号光を対称的に4分割することができる。そのため、本実施形態の偏光無依存位相マスク及び偏光依存マスクは、4行4列の構成を採用している。   When the polarization-independent phase mask and the polarization-dependent mask have a configuration other than 4 rows and 4 columns, when the phase difference between adjacent positions is a constant value, the signal light is divided into four symmetrically, or It can be divided evenly, resulting in bias. On the other hand, when the polarization-independent phase mask and the polarization-dependent mask are configured in 4 rows and 4 columns, the signal light can be symmetrically divided into four. Therefore, the polarization-independent phase mask and the polarization-dependent mask of this embodiment adopt a configuration of 4 rows and 4 columns.

この偏光無依存位相マスク及び偏光依存位相マスク60は、(式1)によって表された位相分布の式において、s11,s31,s13,s33のうち、1つが−1であり、他の3つが1となるように設計されている。その際、(式1)のmとmとに図11に示すマトリックスにより与えられた数値を代入して偏光無依存位相マスク及び偏光依存位相マスク60の位相分布が計算される。図11に示したマトリックスの各マスに示された値のうち、左側に配置された値がmに代入される値であり、右側に配置された値がmに代入される値である。 In this phase-independent phase mask and polarization-dependent phase mask 60, one of s 11 , s 31 , s 13 , and s 33 is −1 in the phase distribution equation expressed by (Equation 1), and the others The three are designed to be 1. At that time, the phase distribution of (Equation 1) of the m x and m in the y by substituting the numerical values given by the matrix shown in FIG. 11 polarization-dependent phase mask and polarization dependent phase mask 60 are calculated. Of the values shown in each cell of the matrix shown in FIG. 11, a value which is disposed on the left side value is assigned to m x, is the value that the value placed on the right side is substituted into m y .

上記の(式1)を用いて設計された偏光無依存位相マスク及び偏光依存位相マスク60は、図12(A)から図12(D)の4つのタイプに分類することができる。以下、この偏光依存位相マスク60の詳細を図12(A)の偏光無依存位相マスクを例にして説明する。なお、以下の説明において、偏光無依存位相マスクの符号を「60」として説明する。   The polarization-independent phase mask and the polarization-dependent phase mask 60 designed using the above (Equation 1) can be classified into four types shown in FIGS. 12 (A) to 12 (D). Hereinafter, details of the polarization-dependent phase mask 60 will be described using the polarization-independent phase mask of FIG. 12A as an example. In the following description, the code of the polarization-independent phase mask is described as “60”.

各行及び各列において、隣り合う列の画素同士が、当該偏光無依存位相マスク60に入射された光の位相を、1/2πずらして出力するように形成されている。例えば、最も上段に位置する第1行の各画素は、左から右に向かって正の方向に1/2πずつ位相がずれ、最も左側に位置する第4列の各画素は、上から下に向かって負の方向に1/2πずつ位相がずれている。また、偏光無依存位相マスク60の画素の行は、最も上段に位置する第1行から順番に、正の方向に位相が1/2πずらす行と負の方向に位相が1/2πずつずらす行とが交互に配列されている。一方、偏光無依存位相マスク60の画素の列は、最も左側に位置する第1列から順番に、負の方向に位相が1/2πずつずらす列と正の方向に位相が1/2πずつずらす列とが交互に配列されている。   In each row and each column, pixels in adjacent columns are formed so that the phase of light incident on the polarization-independent phase mask 60 is shifted by 1 / 2π and output. For example, each pixel in the first row located in the uppermost row is shifted in phase by ½π in the positive direction from left to right, and each pixel in the fourth column located on the leftmost side is from top to bottom. The phase is shifted by 1 / 2π in the negative direction. The rows of pixels of the polarization-independent phase mask 60 are rows in which the phase is shifted by 1 / 2π in the positive direction and the phase by 1 / 2π in the negative direction in order from the first row located at the top. And are arranged alternately. On the other hand, the columns of pixels of the polarization-independent phase mask 60 are shifted in sequence from the first column located on the leftmost side by a phase of 1 / 2π in the negative direction and by a phase of 1 / 2π in the positive direction. The columns are arranged alternately.

この図12(A)に示した偏光無依存位相マスク60及び偏光依存位相マスク60の具体的な構造について、図13〜図20を参照して説明する。なお、説明の順番は、先に偏光依存位相マスク60について説明し、次に偏光無依存位相マスク60について説明する。   Specific structures of the polarization-independent phase mask 60 and the polarization-dependent phase mask 60 shown in FIG. 12A will be described with reference to FIGS. The order of description will be described first for the polarization-dependent phase mask 60 and then for the polarization-independent phase mask 60.

[偏光依存位相マスク]
図13〜図20を参照して、偏光依存マスク60について説明する。なお、偏光依存マスク60は、主に、インラインホログラフィの光学系及びリターダグラフィの光学系に用いられる位相マスクである。
[Polarization-dependent phase mask]
The polarization dependent mask 60 will be described with reference to FIGS. The polarization-dependent mask 60 is a phase mask mainly used for an inline holographic optical system and a retarder optical system.

(第1形態の偏光依存位相マスク)
第1形態の偏光依存位相マスク61は、図13に示すように、基板71と、この基板71に積層された波長板アレイ72と、波長板アレイ72と一定の間隔を空けて配置された補償板73とから構成されている。基板71は平坦な板状の部材によって構成されている。波長板アレイ72と補償板73とは、偏光依存位相マスク61の各行及び各列によって異なる形状をそれぞれ有している。以下、図14〜図17を参照して各行の波長板アレイ及び補償板の構造について説明する。
(Polarization-dependent phase mask of the first form)
As shown in FIG. 13, the polarization-dependent phase mask 61 of the first form includes a substrate 71, a wave plate array 72 laminated on the substrate 71, and a compensation arranged at a certain interval from the wave plate array 72. It is comprised from the board 73. FIG. The board | substrate 71 is comprised by the flat plate-shaped member. The wave plate array 72 and the compensation plate 73 have different shapes depending on each row and each column of the polarization-dependent phase mask 61. Hereinafter, the structure of the wave plate array and the compensation plate in each row will be described with reference to FIGS.

図14は、図12(A)に示した偏光依存位相マスク61の第1行を構成する波長板アレイ72及び補償板73の構造を示している。波長板アレイ72は、図14に示した状態で、底面が平坦に形成され、この底面と上面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。波長板アレイ72の厚さは、図14の最も左側に位置する第1列から最も右側に位置する第4列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。この波長板アレイ72は、速相軸と遅相軸とに沿った偏光成分同士の間に位相差を付与している。これに対し、補償板73は、図14に示した状態の上面が平坦に形成され、この上面と底面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。補償板73の厚さは、図14の最も左側に位置する第1列から最も右側に位置する第4列に向かうにしたがって段階的に厚くなるように形成されている。この補償板73は、速相軸と遅相軸とに沿った偏光成分の一方の位相が変化させずに透過させている。   FIG. 14 shows the structure of the wave plate array 72 and the compensation plate 73 constituting the first row of the polarization dependent phase mask 61 shown in FIG. In the state shown in FIG. 14, the wave plate array 72 is formed such that the bottom surface is flat and the thickness between the bottom surface and the top surface is different for each column. The thickness of the wave plate array 72 is formed so as to gradually decrease from the first column located on the left side of FIG. 14 toward the fourth column located on the right side. This wave plate array 72 gives a phase difference between polarized components along the fast axis and the slow axis. On the other hand, the compensation plate 73 is formed so that the upper surface in the state shown in FIG. 14 is flat and the thickness between the upper surface and the bottom surface is different for each column. The thickness of the compensation plate 73 is formed so as to gradually increase from the first row located on the left side of FIG. 14 toward the fourth row located on the right side. The compensation plate 73 transmits one of the polarization components along the fast axis and the slow axis without changing.

図15は、図12(A)に示した偏光依存位相マスク61の第2行の構造を示しており、波長板アレイ74は、その厚さが第1列から第4列に向かうにしたがって段階的に厚くなるように形成されている。これに対し、補償板75は、第1列から第4列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。   FIG. 15 shows the structure of the second row of the polarization-dependent phase mask 61 shown in FIG. 12A, and the wave plate array 74 has a thickness that increases from the first column to the fourth column. It is formed to be thicker. On the other hand, the compensation plate 75 is formed so as to become thinner stepwise from the first row to the fourth row.

図16は、図12(A)に示した偏光依存位相マスク61の第3行の構造を示している。波長板アレイ76は、図16の最も左側に位置する第1列の厚さが2番目に薄く、第2列の厚さが最も薄く形成されている。また、第3列の厚さが最も厚く、図16の最も右側に位置する第4列の厚さが2番目に厚く形成されている。これに対し、補償板77は、図16の最も左側に位置する第1列の厚さが2番目に厚く、第2列の厚さが最も厚く形成されている。また、第3列の厚さが最も薄く、図16の最も右側に位置する第4列の厚さが2番目に薄く形成されている。   FIG. 16 shows the structure of the third row of the polarization dependent phase mask 61 shown in FIG. In the wave plate array 76, the first column located on the leftmost side in FIG. 16 has the second smallest thickness, and the second column has the smallest thickness. Further, the thickness of the third row is the thickest, and the thickness of the fourth row located on the rightmost side in FIG. 16 is the second thickest. On the other hand, the compensation plate 77 is formed such that the thickness of the first row located on the leftmost side in FIG. 16 is the second thickest and the thickness of the second row is the thickest. Further, the thickness of the third row is the thinnest, and the thickness of the fourth row located on the rightmost side in FIG. 16 is the second thinnest.

図17は、図12(A)に示した偏光依存位相マスク61の第4行の構造を示している。波長板アレイ78は、図17の最も左側に位置する第1列の厚さが2番目に厚く、第2列の厚さが最も厚く形成されている。また、第3列の厚さが最も薄く、図17の最も右側に位置する第4列の厚さが2番目に薄く形成されている。これに対し、補償板79は、図17の最も左側に位置する第1列の厚さが2番目に薄く、第2列の厚さが最も薄く形成されている。また、第3列の厚さが最も厚く、図17の最も右側に位置する第4列の厚さが2番目に厚く形成されている。   FIG. 17 shows the structure of the fourth row of the polarization dependent phase mask 61 shown in FIG. In the wave plate array 78, the first column located on the leftmost side in FIG. 17 has the second largest thickness, and the second column has the largest thickness. Further, the thickness of the third row is the smallest, and the thickness of the fourth row located on the rightmost side in FIG. 17 is the second smallest. On the other hand, in the compensation plate 79, the thickness of the first row located on the leftmost side in FIG. 17 is the second smallest, and the thickness of the second row is the thinnest. Further, the thickness of the third row is the thickest, and the thickness of the fourth row located on the rightmost side in FIG. 17 is the second thickest.

(第2形態の偏光依存位相マスク)
第2形態の偏光依存位相マスク62は、図18に示すように、基板81と、この基板81上に積層された反射膜82と、反射膜82の上に積層された誘電体板83と、誘電体板83と隙間を空けて配置されたワイヤーグリッド偏光子84とで構成されている。基板81及び反射膜82は、厚さが一定に形成されている。これに対し、誘電体板83は、各行及び各列によって厚さが異なっている。ワイヤーグリッド偏光子84は、2つの直交する直線偏光成分のうち一方の直線偏光成分を透過させ、他方を反射している。そして、このワイヤーグリッド偏光子84を透過した直線偏光成分は誘電体板83によって位相が与えられる。
(Polarization-dependent phase mask of the second form)
As shown in FIG. 18, the polarization-dependent phase mask 62 of the second form includes a substrate 81, a reflective film 82 laminated on the substrate 81, a dielectric plate 83 laminated on the reflective film 82, It consists of a dielectric plate 83 and a wire grid polarizer 84 arranged with a gap. The substrate 81 and the reflective film 82 are formed with a constant thickness. On the other hand, the thickness of the dielectric plate 83 differs depending on each row and each column. The wire grid polarizer 84 transmits one linearly polarized light component of two orthogonal linearly polarized light components and reflects the other. The phase of the linearly polarized light component transmitted through the wire grid polarizer 84 is given by the dielectric plate 83.

(第3形態の偏光依存位相マスク)
第3形態の偏光依存位相マスク64は、液晶位相マスクである。第3形態の偏光依存位相マスク64は、図19(A)に示すように、基板91と、この基板91上に配置された2層からなる配向膜92.94と、配向膜94上に積層された補償膜95とを備えている。基板91は平坦に形成されている。2層からなる配向膜92,94のうち、基板91上に積層された第1配向膜92は、第1列から第4列に向かうにしたがって厚さが段階的に薄くなるように形成されている。一方、第1配向膜92の上に積層された第2配向膜94は、厚さが一定に形成されている。これらの第1配向膜92と第2配向膜94との間には、液晶層93が形成されている。この液晶層93は、第2列から第4列に向かうしたがって厚さが段階的に厚く形成されている。そして、補償膜95は厚さが一定に形成されている。
(Polarization-dependent phase mask of the third form)
The polarization-dependent phase mask 64 of the third form is a liquid crystal phase mask. As shown in FIG. 19A, the polarization-dependent phase mask 64 of the third form is laminated on a substrate 91, a two-layer alignment film 92.94 disposed on the substrate 91, and the alignment film 94. The compensation film 95 is provided. The substrate 91 is formed flat. Of the two alignment films 92 and 94, the first alignment film 92 stacked on the substrate 91 is formed so that the thickness gradually decreases from the first row to the fourth row. Yes. On the other hand, the second alignment film 94 laminated on the first alignment film 92 has a constant thickness. A liquid crystal layer 93 is formed between the first alignment film 92 and the second alignment film 94. The liquid crystal layer 93 is formed so as to increase in thickness from the second column to the fourth column. The compensation film 95 is formed with a constant thickness.

図19(B)を参照して、第1配向膜92の構造を具体的に説明する。図19(B)に示す第1配向膜92は、図12(A)に示した偏光依存位相マスク61の第1行の位相分布を与える構造である。第1配向膜92は、図19(B)に示した状態で、底面が平坦に形成され、この底面と上面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。第1配向膜92の厚さは、図19(B)の最も左側に位置する第1列から最も右側に位置する第4列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。なお、第2行から第4行の構造も、偏光依存位相マスクの各行の位相分布に対応した構造にそれぞれ形成されている。   With reference to FIG. 19B, the structure of the first alignment film 92 will be specifically described. The first alignment film 92 shown in FIG. 19B has a structure that gives the phase distribution of the first row of the polarization-dependent phase mask 61 shown in FIG. In the state shown in FIG. 19B, the first alignment film 92 is formed such that the bottom surface is flat and the thickness between the bottom surface and the top surface is different for each column. The thickness of the first alignment film 92 is formed so as to gradually decrease from the first column located on the left side of FIG. 19B toward the fourth column located on the right side. The structures from the second row to the fourth row are also formed in a structure corresponding to the phase distribution of each row of the polarization-dependent phase mask.

以上の構成を備えた第3形態の偏光依存位相マスク64は、液晶分子の配向方位に平行をなす偏光成分に対し、液晶層の厚さに応じた位相を与えている。補償膜95は、図19の紙面に対して垂直な偏光成分の位相が変化しないように補償している。   The polarization-dependent phase mask 64 of the third embodiment having the above configuration gives a phase corresponding to the thickness of the liquid crystal layer to the polarization component parallel to the orientation direction of the liquid crystal molecules. The compensation film 95 compensates so that the phase of the polarization component perpendicular to the paper surface of FIG. 19 does not change.

次に、図20を参照して、空間光変調器に偏光依存位相マスクを組み込んで、一体に構成された一体型空間光変調器100について説明する。   Next, an integrated spatial light modulator 100 that is integrally configured by incorporating a polarization-dependent phase mask into the spatial light modulator will be described with reference to FIG.

図20に示した一体型空間光変調器100は、液晶空間光変調器106に偏光依存位相マスク62を組み込んで構成した例である。液晶空間光変調器106は、図20の下から第1透明電極層101、第1配向膜102、液晶層103、第2配向膜104及び第2透明電極層105がこの順番で積層されて構成されている。偏光依存位相マスク62は、図20において、第1透明電極層101の下側に配置されている。偏光依存位相マスク62は、図18に示した第2形態の偏光依存位相マスク62と同一の構造であり、ワイヤーグリッド偏光子84が第1透明電極層101の下側に積層されている。なお、偏光依存位相マスク自体62の構成及び作用は第2形態の偏光依存位相マスク62と同一なので、その説明はここでは省略する。   The integrated spatial light modulator 100 shown in FIG. 20 is an example in which a polarization dependent phase mask 62 is incorporated in a liquid crystal spatial light modulator 106. The liquid crystal spatial light modulator 106 is configured by laminating a first transparent electrode layer 101, a first alignment film 102, a liquid crystal layer 103, a second alignment film 104, and a second transparent electrode layer 105 in this order from the bottom of FIG. Has been. The polarization dependent phase mask 62 is disposed below the first transparent electrode layer 101 in FIG. The polarization-dependent phase mask 62 has the same structure as the polarization-dependent phase mask 62 of the second form shown in FIG. 18, and a wire grid polarizer 84 is laminated below the first transparent electrode layer 101. Since the configuration and operation of the polarization dependent phase mask 62 are the same as those of the polarization dependent phase mask 62 of the second embodiment, the description thereof is omitted here.

[偏光無依存位相マスク]
次に、図21〜図25を参照して偏光無依存位相マスク60について説明する。なお、偏光無依存位相マスク60は、主に、オフアクシス型の光学系を利用する場合に用いられる位相マスクである。
[Polarization-independent phase mask]
Next, the polarization-independent phase mask 60 will be described with reference to FIGS. The polarization independent phase mask 60 is a phase mask mainly used when an off-axis optical system is used.

偏光無依存位相マスク60は、図21に示すように、基盤121と、この基板121に積層された誘電体板122とから構成されている。なお、偏光無依存位相マスク60は、必要に応じて反射膜126を設けることができる。反射膜126を設ける場合、反射膜126は、基板121と誘電体板122との間に積層される。誘電体板122は、偏光無依存位相マスク60の各行と各列によって異なる形状をそれぞれ有している。以下図22〜図25を参照して各行の誘電体板の構造について説明する。   As shown in FIG. 21, the polarization-independent phase mask 60 includes a base 121 and a dielectric plate 122 stacked on the substrate 121. The polarization-independent phase mask 60 can be provided with a reflective film 126 as necessary. When the reflective film 126 is provided, the reflective film 126 is laminated between the substrate 121 and the dielectric plate 122. The dielectric plate 122 has a different shape for each row and each column of the polarization-independent phase mask 60. Hereinafter, the structure of the dielectric plates in each row will be described with reference to FIGS.

図22は、図12(A)に示した偏光無依存位相マスク60の第1行を構成する誘電体板122の構造を示している。誘電体板は、図22に示した状態で、底面が平坦に形成され、この底面と上面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。誘電体板122の厚さは、図22の最も左側に位置する第1列から最も右側に位置する第4列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。   FIG. 22 shows the structure of the dielectric plate 122 constituting the first row of the polarization independent phase mask 60 shown in FIG. In the state shown in FIG. 22, the dielectric plate is formed so that the bottom surface is flat and the thickness between the bottom surface and the top surface is different for each column. The thickness of the dielectric plate 122 is formed so as to gradually decrease from the first row located on the left side of FIG. 22 toward the fourth row located on the right side.

図23は、図12(A)に示した偏光無依存位相マスク60の第2行の構造を示しており、誘電体板123は、その厚さが第1列から第4列に向かうにしたがって段階的に厚くなるように形成されている。   FIG. 23 shows the structure of the second row of the polarization-independent phase mask 60 shown in FIG. 12A, and the thickness of the dielectric plate 123 increases from the first column to the fourth column. It is formed to become thicker in stages.

図24は、図12(A)に示した偏光無依存位相マスク60の第3行の構造を示している。誘電体板124は、図24の最も左側に位置する第1列の厚さが2番目に薄く、第2列の厚さが最も薄く形成されている。また、第3列の厚さが最も厚く、図24の最も右側に位置する第4列の厚さが2番目に厚く形成されている。   FIG. 24 shows the structure of the third row of the polarization-independent phase mask 60 shown in FIG. The dielectric plate 124 is formed such that the first row located on the leftmost side in FIG. 24 has the second smallest thickness and the second row has the smallest thickness. Further, the thickness of the third row is the thickest, and the thickness of the fourth row located on the rightmost side in FIG. 24 is the second thickest.

図25は、図12(A)に示した偏光無依存位相マスク60の第4行の構造を示している。誘電体板125は、図25の最も左側に位置する第1列の厚さが2番目に厚く、第2列の厚さが最も厚く形成されている。また、第3列の厚さが最も薄く、図25の最も右側に位置する第4列の厚さが2番目に薄く形成されている。   FIG. 25 shows the structure of the fourth row of the polarization-independent phase mask 60 shown in FIG. The dielectric plate 125 is formed such that the thickness of the first row located on the leftmost side in FIG. 25 is the second thickest and the thickness of the second row is the thickest. Further, the thickness of the third row is the thinnest, and the thickness of the fourth row located on the rightmost side in FIG. 25 is the second smallest.

以上に説明した偏光無依存位相マスク60又は偏光依存位相マスク60を用いて情報記録媒体に多値位相ページデータを記録した場合、空間的位相シフト法を用いて、記録された情報の位相値を抽出することができる。また、情報記録媒体の記憶容量の向上及び転送レートの向上を実現できる。さらに、冒頭に説明したように、オフアクシスホログラフィ方式に対しても位相ページデータを情報記録媒体に記録することができる。   When multi-level phase page data is recorded on an information recording medium using the polarization-independent phase mask 60 or the polarization-dependent phase mask 60 described above, the phase value of the recorded information is calculated using a spatial phase shift method. Can be extracted. In addition, the storage capacity of the information recording medium and the transfer rate can be improved. Furthermore, as described at the beginning, the phase page data can be recorded on the information recording medium even for the off-axis holography method.

以下では、空間的位相シフト法によって、情報記録媒体に記録された情報から位相値を抽出する原理について説明する。   Hereinafter, the principle of extracting the phase value from the information recorded on the information recording medium by the spatial phase shift method will be described.

位相値の抽出は、図26に示す情報再生部110により行われる。情報再生部110は、撮像部7に接続されており、情報記録媒体6に参照光を照射して再生され、撮像部7によって撮像された情報に基づいて処理を行っている。この情報再生部6は、例えば、コンピュータにより構成されており、入力装置112と、表示装置113と、演算処理部11等を有している。   The extraction of the phase value is performed by the information reproducing unit 110 shown in FIG. The information reproducing unit 110 is connected to the imaging unit 7, and is reproduced by irradiating the information recording medium 6 with reference light and performing processing based on information captured by the imaging unit 7. The information reproducing unit 6 is configured by a computer, for example, and includes an input device 112, a display device 113, an arithmetic processing unit 11, and the like.

以下、シングルチャネルの光学系で情報を記録した場合とデュアルチャネルの光学系で情報を記録した場合について、位相値の抽出方法を順番に説明する。   Hereinafter, a method of extracting phase values will be described in order for a case where information is recorded with a single channel optical system and a case where information is recorded with a dual channel optical system.

[シングルチャネルの場合]
シングルチャネルの光学系で情報を記録した場合、情報記録媒体6に記録された情報を再生したときの再生信号光Us(m、m)は、(式2)のように表すことができる。この再生信号光の位相は、位相抽出用参照光の位相を基準としたものである。
[Single channel]
When information is recorded by a single channel optical system, the reproduction signal light Us (m x , m y ) when information recorded on the information recording medium 6 is reproduced can be expressed as (Equation 2). . The phase of the reproduction signal light is based on the phase of the reference light for phase extraction.

また、再生に使用した位相抽出用参照光U(m、m)は、その位相を0とした場合、次の(式3)のように表すことができる。 Further, the phase extraction reference light U R (m x , m y ) used for reproduction can be expressed as the following (Equation 3) when the phase is 0.

撮像素子8上での再生信号光と位相抽出用参照光とによる強度I(m、m)は、次の(式4)のように表すことができる。 The intensity I (m x , m y ) due to the reproduction signal light and the phase extraction reference light on the image sensor 8 can be expressed as the following (Equation 4).

したがって、位相φは、(式4)における偏角を求める式を用いて求めることができる。具体的に、位相φSは、(式5)により求めることができる。 Therefore, the phase φ S can be obtained using the equation for obtaining the declination in (Equation 4). Specifically, the phase φS can be obtained by (Equation 5).

[デュアルチャネルの場合]
デュアルチャネルの光学系で情報を記録した場合、情報記録媒体6に記録された情報を再生したときの各再生信号光Us(m、m),Us(m、m)は、(式6)のように表すことができる。この各再生信号光の位相は、それぞれに対応する偏光状態を有する各位相抽出用参照光の位相を基準としたものである。
[Dual channel]
When information is recorded by the dual channel optical system, the reproduction signal lights Us 1 (m x , m y ) and Us 2 (m x , m y ) when the information recorded on the information recording medium 6 is reproduced are (Expression 6). The phase of each reproduction signal light is based on the phase of each phase extraction reference light having a polarization state corresponding to each reproduction signal light.

また、再生に使用した位相抽出用参照光UR1(m、m),UR2(m、m)は、その位相を0とした場合、次の(式7)のように表すことができる。 The phase extraction reference beams U R1 (m x , m y ) and U R2 (m x , m y ) used for reproduction are expressed as the following (Expression 7) when the phase is set to 0. be able to.

撮像素子8上での再生信号光と位相抽出用参照光とによる強度I(m、m)は、次の(式8)のように表すことができる。 The intensity I (m x , m y ) due to the reproduction signal light and the phase extraction reference light on the image sensor 8 can be expressed as the following (Equation 8).

したがって、各位相抽出用参照光によって再生された再生信号の位相φS1及び位相φS2は、(式8)における偏角を求める式を用いてそれぞれ求めることができる。具体的に、位相φSは、(式9)により求めることができる。 Therefore, the phase φ S1 and the phase φ S2 of the reproduction signal reproduced by each phase extraction reference beam can be obtained using the equations for obtaining the declination in (Equation 8). Specifically, the phase φS can be obtained by (Equation 9).

1A,1B,1C 光情報記録再生装置
2 記録光生成部
3 照射部
3a ミラー
4 ガルバノミラー
5 リレーレンズ
6 情報記録媒体
7 撮像部
8 撮像素子
9 検光子
10 レーザ照射部
11 レーザ光源
12 1/2波長板
13 コリメータレンズ
14 空間フィルタ
15 コリメータレンズ
16 1/4波長板
17,18 ミラー
19 1/2波長板
20 信号光生成部
21 偏光ビームスプリッタ
22 透過面
23,24 空間光変調器
26,28 フーリエ変換レンズ
27 空間フィルタ
29 空間周波数フィルタリング機構
30 信号光生成部
31 反射ミラー
32,33,34,35 リレーレンズ
36,37 空間光変調器
38 1/2波長板
39 1/4波長板
40 信号光生成部
41 反射ミラー
42,43,44 リレーレンズ
45 空間光変調器
46 1/4波長板
50 記録光生成部
51,52,53,54 ミラー
55,56 リレーレンズ
57 ミラー
58 空間光変調部
60,61,62,63,64 位相マスク
71,81,91 基板
72,74,76,78 波長板アレイ
73,75,77,79 補償板
82 反射膜
83 誘電体板
84 ワイヤーグリッド偏光子
92,94 配向膜
93 液晶層
95 補償膜
100 一体型空間光変調器
101,105 透明電極層
102,104 配向膜
103 液晶層
106 液晶空間光変調器
110 情報再生部
111 演算処理部
112 入力装置
113 表示装置
121 基板
122,123,124,125 誘電体板
126 反射膜
130 偏光ビームスプリッタ
1A, 1B, 1C Optical information recording / reproducing apparatus 2 Recording light generation unit 3 Irradiation unit 3a Mirror 4 Galvano mirror 5 Relay lens 6 Information recording medium 7 Imaging unit 8 Imaging element 9 Analyzer 10 Laser irradiation unit 11 Laser light source 12 1/2 Wavelength plate 13 Collimator lens 14 Spatial filter 15 Collimator lens 16 1/4 wavelength plate 17, 18 Mirror 19 1/2 wavelength plate 20 Signal light generator 21 Polarizing beam splitter 22 Transmitting surface 23, 24 Spatial light modulator 26, 28 Fourier Conversion lens 27 Spatial filter 29 Spatial frequency filtering mechanism 30 Signal light generation unit 31 Reflection mirror 32, 33, 34, 35 Relay lens 36, 37 Spatial light modulator 38 1/2 wavelength plate 39 1/4 wavelength plate 40 Signal light generation Part 41 Reflection mirror 42, 43, 44 Relay lens 45 Space Modulator 46 1/4 wavelength plate 50 Recording light generator 51, 52, 53, 54 Mirror 55, 56 Relay lens 57 Mirror 58 Spatial light modulator 60, 61, 62, 63, 64 Phase mask 71, 81, 91 Substrate 72, 74, 76, 78 Wavelength plate array 73, 75, 77, 79 Compensation plate 82 Reflective film 83 Dielectric plate 84 Wire grid polarizer 92, 94 Alignment film 93 Liquid crystal layer 95 Compensation film 100 Integrated spatial light modulator 101 , 105 Transparent electrode layer 102, 104 Alignment film 103 Liquid crystal layer 106 Liquid crystal spatial light modulator 110 Information reproduction unit 111 Operation processing unit 112 Input device 113 Display device 121 Substrate 122, 123, 124, 125 Dielectric plate 126 Reflective film 130 Polarization Beam splitter

Claims (14)

光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分、及び情報を持たない参照光成分を生成する記録光生成部と、
前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体と、
前記空間光変調器と前記情報記録媒体との間で、前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構と、を備え、
前記記録光生成部は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を16分割する4行4列の画素からなる位相マスクを有し、
前記位相マスクは、前記信号光成分の位相を変化させ、
前記空間周波数フィルタリング機構は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする光情報記録再生装置。
A recording light generation unit for generating a signal light component in which two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source with a spatial light modulator is placed on a light wave, and a reference light component having no information;
An information recording medium for recording light and darkness of interference fringes formed by the signal light component and the reference light component as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution;
A spatial frequency filtering mechanism for filtering a spatial frequency of the signal light component between the spatial light modulator and the information recording medium,
The recording light generation unit has a phase mask composed of pixels of 4 rows and 4 columns that divide each pixel of the phase page data of the signal light component into 16 parts,
The phase mask changes the phase of the signal light component,
The spatial frequency filtering mechanism irradiates the signal light component whose phase has been changed at a position corresponding to the focal point of the signal light component subjected to spatial frequency filtering by dividing it outside the position corresponding to the focal point. An optical information recording / reproducing apparatus.
前記位相マスクは、前記信号光成分のみの位相を変化させると共に、前記参照光成分の位相をそのまま透過させている、請求項1に記載の情報記録再生装置。   The information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the phase mask changes the phase of only the signal light component and transmits the phase of the reference light component as it is. 前記位相マスクが前記信号光成分に含まれる第1直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、前記第1直線偏光成分に直交する第2直線偏光成分の位相をそのまま透過させている、請求項1又は2に記載の光情報記録再生装置。   The phase mask changes the phase of only the first linearly polarized light component included in the signal light component, and transmits the phase of the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component as it is. Or the optical information recording / reproducing apparatus according to 2 above. 前記位相マスクの画素は、前記信号構成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に1/2πずつずらし、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されている、請求項1に記載の光情報記録再生装置。   The pixels of the phase mask shift the phase of the linearly polarized light component constituting the signal component by ½π from each other between adjacent pixels, and negatively shift the phase of the linearly polarized light component in the positive direction. The optical information according to claim 1, wherein rows shifted in a direction are alternately arranged, and columns that shift the phase of the linearly polarized light component in a positive direction and columns that are shifted in a negative direction are alternately arranged. Recording / playback device. 前記位相マスクは、前記空間光変調器とは別体であり、
前記光源から出力された光の光路の前記光源と前記空間光変調器との間に配置されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光情報記録再生装置。
The phase mask is separate from the spatial light modulator;
The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the optical information recording / reproducing apparatus is disposed between the light source and the spatial light modulator in an optical path of light output from the light source.
前記位相マスクが前記空間光変調器に組み込まれている、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光情報記録再生装置。   The optical information recording / reproducing apparatus according to claim 1, wherein the phase mask is incorporated in the spatial light modulator. 光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分と、を干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として情報記録媒体に記録する光情報記録再生装置に用いられる位相マスクであって、
前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を16分割する4行4列の画素で、前記信号光成分の位相を変化させて前記信号光成分を分割することを特徴とする位相マスク。
Interference fringes are produced by interfering the signal light component on which the two-dimensional phase page data generated by modulating the light output from the light source with the spatial light modulator is put on the light wave and the reference light component having no information. A phase mask used in an optical information recording / reproducing apparatus that records and records the light and darkness of the interference fringes on an information recording medium as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution,
A phase mask, wherein the signal light component is divided by changing the phase of the signal light component in four rows and four columns of pixels that divide each pixel of the phase page data of the signal light component into 16.
前記信号光成分の位相のみを変化させると共に、前記参照光成分の位相をそのまま透過させている、請求項7に記載の位相マスク。   The phase mask according to claim 7, wherein only the phase of the signal light component is changed and the phase of the reference light component is transmitted as it is. 前記信号光成分に含まれる第1直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、前記第1直線偏光成分に直交する第2直線偏光成分の位相をそのまま透過させる、請求項7に記載の位相マスク。   8. The phase mask according to claim 7, wherein the phase of only the first linearly polarized light component included in the signal light component is changed, and the phase of the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component is transmitted as it is. 前記位相マスクの画素は、前記信号光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に1/2πずつずらし、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、前記第1直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されている、請求項7に記載の位相マスク。   The pixels of the phase mask shift the phase of the linearly polarized light component forming the signal light component by ½π from each other between adjacent pixels, and negatively shift the phase of the linearly polarized light component in the positive direction. The rows shifted in the direction are alternately arranged, and the columns that shift the phase of the first linearly polarized light component in the positive direction and the columns that are shifted in the negative direction are alternately arranged. Phase mask. 光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された2次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分とを生成する記録光生成工程と、
前記空間光変調器から出力された前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング工程と、
前記信号光成分と前記参照光成分とを情報記録媒体に照射して前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録工程とを備え、
前記記録光生成工程は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を4行4列の画素に分割する位相マスクによって前記信号光成分の位相を変化させ、
前記空間周波数フィルタリング工程は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする光情報記録再生方法。
A recording light generation step for generating a signal light component in which two-dimensional phase page data generated by modulating light output from a light source with a spatial light modulator is placed on a light wave, and a reference light component having no information; ,
A spatial frequency filtering step of filtering a spatial frequency of the signal light component output from the spatial light modulator;
Information for irradiating the information recording medium with the signal light component and the reference light component and recording the light and darkness of interference fringes formed by the signal light component and the reference light component as an optical anisotropy distribution or a refractive index distribution A recording process,
In the recording light generation step, the phase of the signal light component is changed by a phase mask that divides each pixel of the phase page data of the signal light component into pixels of 4 rows and 4 columns,
The spatial frequency filtering step irradiates the signal light component whose phase has been changed at a position corresponding to the focal point of the signal light component subjected to spatial frequency filtering by dividing it outside the position corresponding to the focal point. An optical information recording / reproducing method.
前記記録光生成工程は、前記位相マスクが、前記信号光成分のみの位相を変化させると共に、前記参照光成分の位相をそのまま透過させている、請求項11に記載の光情報記録再生方法。   12. The optical information recording / reproducing method according to claim 11, wherein, in the recording light generation step, the phase mask changes the phase of only the signal light component and transmits the phase of the reference light component as it is. 前記記録光生成工程は、前記位相マスクが前記信号光に含まれる第1直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、前記第1直線偏光成分に直交する第2直線偏光成分の位相をそのまま透過させている、請求項12に記載の光情報記録方法。   In the recording light generation step, the phase mask changes the phase of only the first linearly polarized light component included in the signal light, and transmits the phase of the second linearly polarized light component orthogonal to the first linearly polarized light component as it is. The optical information recording method according to claim 12. 前記位相マスクは、前記記録光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に1/2πずつずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を行ごとに交互ずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を列ごとに交互にずらしている、請求項11に記載の情報記録方法。   The phase mask shifts the phase of the linearly polarized light component forming the recording light component by ½π from each other between adjacent pixels, and alternately shifts the phase for each row in the positive direction and the negative direction, and The information recording method according to claim 11, wherein the phase is alternately shifted for each column in a positive direction and a negative direction.
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