JP3639202B2 - 光情報記録装置および方法、光情報再生装置および方法、ならびに光情報記録再生装置および方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録する光情報記録装置および方法、ホログラフィを利用して光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生装置および方法、ならびにホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録すると共に光情報記録媒体から情報を再生する光情報記録再生装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、イメージ情報を持った光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉パターンを記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に参照光を照射することにより、干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される。
【０００３】
近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、３次元的に干渉パターンを書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は２値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。このデジタルボリュームホログラフィでは、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタイズして、２次元デジタルパターン情報に展開し、これをイメージ情報として記録する。再生時は、このデジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時に信号対雑音比（以下、ＳＮ比と記す。）が多少悪くても、微分検出を行ったり、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ホログラフィを利用して情報の記録および再生を行う従来の光情報記録再生方法では、記録しようとする情報に基づいて光の強度を空間的に変調して情報光を生成し、この情報光と記録用参照光との干渉パターンを記録媒体に記録することによって情報を記録するようになっている。このようにして記録された情報を再生する際には、記録媒体に再生用参照光を照射する。そして、この再生用参照光が干渉パターンによって回折されて、情報光に対応する再生光が生成される。この再生光は、情報光と同様に、光の強度が空間的に変調された光である。
【０００５】
ところで、従来の光情報記録再生方法では、再生光を検出する光検出器に、再生用参照光も入射してしまうと、再生情報のＳＮ比が劣化するという問題点があった。そのため、従来の光情報記録再生方法では、再生時に再生光と再生用参照光とを空間的に分離できるように、記録時には、情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる場合が多い。これにより再生時に発生する再生光は、再生用参照光に対して所定の角度をなす方向に進むため、再生光と再生用参照光とを空間的に分離することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、上述のように、記録時に情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させ、再生時に再生光と再生用参照光とを空間的に分離するようにした場合には、記録再生のための光学系が大型化するという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ホログラフィを利用して情報の記録または再生を行うと共に、記録または再生のための光学系を小さく構成でき、且つ再生情報のＳＮ比を向上させることができるようにした光情報記録装置および方法、光情報再生装置および方法、ならびに光情報記録再生装置および方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光情報記録装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録するための光情報記録装置であって、記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する情報光生成手段と、記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光生成手段によって生成された情報光と記録用参照光生成手段によって生成された記録用参照光とを情報記録層に照射する記録光学系とを備え、前記記録用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、前記情報光生成手段は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するものである。
【０００９】
本発明の光情報記録装置では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。
【００１０】
本発明の光情報記録装置において、記録光学系は、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００１１】
また、本発明の光情報記録装置において、情報光生成手段は、変調後の光の位相を２つの値のいずれかに設定してもよいし、３つ以上の値のいずれかに設定してもよい。
【００１３】
また、本発明の光情報記録装置は、更に、情報光生成手段、記録用参照光生成手段および記録光学系を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えていてもよい。
【００１４】
本発明の光情報記録方法は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録する光情報記録方法であって、記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する手順と、記録用参照光を生成する手順と、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを情報記録層に照射する記録手順とを備え、前記記録用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、前記情報光を生成する手順は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するものである。
【００１５】
本発明の光情報記録方法では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。
【００１６】
本発明の光情報記録方法において、記録手順は、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００１７】
また、本発明の光情報記録方法において、情報光を生成する手順は、変調後の光の位相を２つの値のいずれかに設定してもよいし、３つ以上の値のいずれかに設定してもよい。
【００１９】
本発明の光情報再生装置は、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体より、ホログラフィを利用して、情報を再生するための光情報再生装置であって、
再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、
再生用参照光生成手段によって生成された再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生光学系と、
再生光学系によって生成された合成光を検出する検出手段と
を備えたものである。
【００２０】
本発明の光情報再生装置では、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００２１】
本発明の光情報再生装置において、再生光学系は、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００２２】
また、本発明の光情報再生装置において、再生用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。
【００２３】
また、本発明の光情報再生装置は、更に、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えていてもよい。
【００２４】
本発明の光情報再生方法は、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体より、ホログラフィを利用して、情報を再生する光情報再生方法であって、
再生用参照光を生成する手順と、
再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生手順と、
合成光を検出する手順と
を備えたものである。
【００２５】
本発明の光情報再生方法では、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００２６】
本発明の光情報再生方法において、再生手順は、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００２７】
また、本発明の光情報再生方法において、再生用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。
【００２８】
本発明の光情報記録再生装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録すると共に、光情報記録媒体より情報を再生するための光情報記録再生装置であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する情報光生成手段と、
記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、
再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、
情報の記録時には、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光生成手段によって生成された情報光と記録用参照光生成手段によって生成された記録用参照光とを情報記録層に照射し、情報の再生時には、再生用参照光生成手段によって生成された再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する記録再生光学系と、
記録再生光学系によって生成された合成光を検出する検出手段と
を備えたものである。
【００２９】
本発明の光情報記録再生装置では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。また、情報の再生時には、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００３０】
本発明の光情報記録再生装置において、記録再生光学系は、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行ってもよい。この場合、情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段は、それぞれ、偏光方向が同じ直線偏光の情報光、記録用参照光、再生用参照光を生成し、記録再生光学系は、情報光および記録用参照光を第１の直線偏光から円偏光に変換して情報記録層に対して照射すると共に、情報記録層より発生される再生光を円偏光から、第１の直線偏光に対して偏光方向が直交する第２の直線偏光に変換する４分の１波長板と、偏光方向の違いによって、４分の１波長板を通過する前の情報光、記録用参照光および再生用参照光の光路と４分の１波長板を通過した後の光情報記録媒体からの戻り光の光路とを分離する偏光分離光学素子とを有していてもよい。
【００３１】
また、本発明の光情報記録再生装置において、記録用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、再生用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。この場合、情報光生成手段は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明の光情報記録再生装置は、更に、情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えていてもよい。
【００３３】
本発明の光情報記録再生方法は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録すると共に、光情報記録媒体より情報を再生する光情報記録再生方法であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する手順と、
記録用参照光を生成する手順と、
情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを情報記録層に照射する記録手順と、
再生用参照光を生成する手順と、
再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生手順と、
合成光を検出する手順と
を備えたものである。
【００３４】
本発明の光情報記録再生方法では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。また、情報の再生時には、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００３５】
本発明の光情報記録再生方法において、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集は、情報記録層の同一面側より行われてもよい。
【００３６】
また、本発明の光情報記録再生方法において、記録用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、再生用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。この場合、情報光を生成する手順は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理を示す説明図である。
【００３８】
始めに、図１を参照して、本実施の形態において用いられる光情報記録媒体の構成について説明する。本実施の形態における光情報記録媒体１は、ポリカーボネート等によって形成された円板状の透明基板２と、この透明基板２における光の入出射側とは反対側に、透明基板２から順に配置された情報記録層３、エアギャップ層４、反射膜５を備えている。情報記録層３は、ホログラフィを利用して情報が記録される層であり、光が照射されたときに光の強度に応じて屈折率、誘電率、反射率等の光学的特性が変化するホログラム材料によって形成されている。ホログラム材料としては、例えば、デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）社製フォトポリマ（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）ＨＲＦ−６００（製品名）や、アプリリス（Ａｐｒｉｌｓ）社製フォトポリマＵＬＳＨ−５００（製品名）等が使用される。反射膜５は、例えばアルミニウムによって形成されている。なお、光情報記録媒体１では、エアギャップ層４を設けずに、情報記録層３と反射膜５とが隣接するようにしてもよい。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報記録方法について説明する。本実施の形態では、情報光と記録用参照光を生成し、情報記録層３に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを光情報記録媒体１の情報記録層３に照射する。情報光は、記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって生成される。
【００４０】
以下、図１を参照して、本実施の形態に係る光情報記録方法について詳しく説明する。なお、図１では、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。この例における記録再生光学系は、光情報記録媒体１の透明基板２側に対向する対物レンズ１１と、この対物レンズ１１における光情報記録媒体１とは反対側に、対物レンズ１１側から順に配設されたビームスプリッタ１２および位相空間光変調器１３を有している。ビームスプリッタ１２は、その法線方向が対物レンズ１１の光軸方向に対して４５°傾けられた半反射面１２ａを有している。図１に示した記録再生光学系は、更に、光情報記録媒体１からの戻り光がビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射される方向に配置された光検出器１４を有している。位相空間光変調器１３は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相を選択することによって、光の位相を空間的に変調することができるようになっている。また、光検出器１４は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。
【００４１】
図１に示した例では、位相空間光変調器１３によって、情報光と記録用参照光とを生成するようになっている。位相空間光変調器１３には、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光が入射されるようになっている。情報の記録時において、位相空間光変調器１３は、一方の半分の領域１３Ａでは、記録する情報に基づいて画素毎に出射光の位相を選択することによって、光の位相を空間的に変調して情報光を生成し、他方の半分の領域１３Ｂでは、全ての画素について出射光の位相を同一にして記録用参照光を生成する。
【００４２】
位相空間光変調器１３は、領域１３Ａでは、画素毎に、変調後の光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相と基準位相に対する位相差が−π／２（ｒａｄ）となる第２の位相のいずれかに設定するようになっている。第１の位相と第２の位相との位相差はπ（ｒａｄ）である。なお、位相空間光変調器１３は、領域１３Ａにおいて、画素毎に、変調後の光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定してもよい。また、位相空間光変調器１３は、領域１３Ｂでは、全ての画素の出射光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相とするようになっている。なお、位相空間光変調器１３は、領域１３Ｂにおいて、全ての画素の出射光の位相を第２の位相としてもよいし、第１の位相および第２の位相のいずれとも異なる一定の位相としてもよい。
【００４３】
図１中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。なお、図１では、第１の位相を記号“＋”で表し、第２の位相を記号“−”で表している。また、図１では、強度の最大値を“１”で表し、強度の最小値“０”で表している。
【００４４】
図１に示した例では、情報の記録時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光２１が入射される。位相空間光変調器１３に入射した光のうち領域１３Ａを通過した光は、記録する情報に基づいて位相が空間的に変調されて情報光２２Ａとなる。なお、情報光２２Ａにおいて、第１の位相の画素と第２の位相の画素との境界部分では局所的に強度が低下する。一方、位相空間光変調器１３に入射した光のうち領域１３Ｂを通過した光は、位相が空間的に変調されず、記録用参照光２２Ｂとなる。これら情報光２２Ａおよび記録用参照光２２Ｂはビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する情報光２３Ａおよび収束する記録用参照光２３Ｂとなって、光情報記録媒体１に照射される。情報光２３Ａおよび記録用参照光２３Ｂは、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光２４Ａおよび記録用参照光２４Ｂは、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【００４５】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の情報光２３Ａと反射膜５で反射された後の記録用参照光２４Ｂとが干渉して干渉パターンを形成すると共に、反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと反射膜５で反射される前の記録用参照光２３Ｂとが干渉して干渉パターンを形成する。そして、これらの干渉パターンが情報記録層３内に体積的に記録される。
【００４６】
反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと記録用参照光２４Ｂは、光情報記録媒体１より出射され、対物レンズ１１によって平行光の情報光２５Ａと記録用参照光２５Ｂとなる。これらの光２５Ａ，２５Ｂは、ビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。
【００４７】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報再生方法について説明する。本実施の形態では、再生用参照光を生成し、この再生用参照光を光情報記録媒体１の情報記録層３に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層３より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出する。
【００４８】
以下、図２を参照して、本実施の形態に係る光情報再生方法について詳しく説明する。図２は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を示す説明図である。なお、図２では、図１と同様に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。
【００４９】
また、図２中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。図２における位相および強度の表し方は、図１と同様である。
【００５０】
図２に示した例では、情報の再生時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光３１が入射される。情報の再生時において、位相空間光変調器１３は、全ての画素について出射光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相にして再生用参照光３２を生成する。この再生用参照光３２はビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する再生用参照光３３となって、光情報記録媒体１に照射される。再生用参照光３３は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【００５１】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の再生用参照光３３によって、反射膜５とは反対側に進行する再生光が発生すると共に、反射膜５で反射された後の再生用参照光によって、反射膜５側に進行する再生光が発生する。反射膜５とは反対側に進行する再生光は、そのまま光情報記録媒体１より出射され、反射膜５側に進行する再生光は、反射膜５で反射されて、光情報記録媒体１より出射される。
【００５２】
このように、再生時には、光情報記録媒体１からの戻り光３４は、再生光と、反射膜５で反射された後の再生用参照光とを含んだものとなる。戻り光３４は、対物レンズ１１によって平行光の戻り光３５とされてビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。光検出器１４に入射する戻り光３５は、再生光３６と、反射膜５で反射された後の再生用参照光３７とを含んでいる。再生光３６は、情報記録層３に記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。図２では、便宜上、再生光３６と再生用参照光３７とを分け、それぞれについて位相および強度を示している。しかし、実際には、再生光３６と再生用参照光３７とが重ね合わせられて合成光が生成され、この合成光が光検出器１４によって受光される。合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光となる。従って、光検出器１４によって合成光の強度の２次元パターンが検出され、これにより情報が再生される。
【００５３】
図１および図２に示したように、本実施の形態に係る光情報記録再生装置では、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集は、情報記録層３の同一面側より行われる。なお、図１において、情報記録層３に照射される情報光２３Ａと記録用参照光２３Ｂは、断面が半円形状の光ビームとなるが、これらは、断面が円形の光ビームの半分ずつを構成するので、同軸的である。
【００５４】
ここで、図３を参照して、上記再生光３６、再生用参照光３７および合成光について詳しく説明する。図３において、（ａ）は再生光３６の強度、（ｂ）は再生光３６の位相、（ｃ）は再生用参照光３７の強度、（ｄ）は再生用参照光３７の位相、（ｅ）は合成光の強度を表している。図３は、情報光の各画素毎の位相を、基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相と基準位相に対する位相差が−π／２（ｒａｄ）となる第２の位相のいずれかに設定した場合についての例を示している。従って、図３に示した例では、再生光３６の各画素毎の位相は、情報光と同様に、第１の位相と第２の位相のいずれかになる。また、再生用参照光３７の各画素毎の位相は全て第１の位相となっている。ここで、再生光３６の強度と再生用参照光３７の強度が等しいとすれば、図３（ｅ）に示したように、再生光３６の位相が第１の位相となる画素では、合成光の強度は再生光３６の強度および再生用参照光３７の強度よりも大きくなり、再生光３６の位相が第２の位相となる画素では、原理的には合成光の強度はゼロとなる。
【００５５】
次に、記録時に情報光の位相を２つの値のいずれかに設定する場合と情報光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定する場合とを含めて、再生光の位相と合成光の強度との関係について詳しく説明する。
【００５６】
合成光は、再生光と再生用参照光という２つの光波を重ね合わせたものである。従って、再生光の振幅および再生用参照光の振幅を共にａ0とし、再生光と再生用参照光との位相差をδとすると、合成光の強度Ｉは次の式（１）で表される。
【００５７】
【００５８】
再生用参照光の位相は画素に依らずに一定であるから、上式より、再生光の位相に応じて合成光の強度Ｉが変化することが分かる。また、情報光の位相を、例えば＋π／２（ｒａｄ）から−π／２（ｒａｄ）の範囲内で、ｎ（ｎは２以上の整数）値のいずれかに設定すれば、合成光の強度Ｉもｎ値のいずれかになる。
【００５９】
このように、本実施の形態に係る光情報記録方法では、再生光と再生用参照光と重ね合わせて生成される合成光の強度の２次元パターンを検出することによって、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報記録層３に記録された情報を再生することができる。
【００６０】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置の構成について説明する。なお、本実施の形態に係る光情報記録再生装置は、本実施の形態に係る光情報記録装置と本実施の形態に係る光情報再生装置とを含んでいる。
【００６１】
図４は本実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。図４に示したように、本実施の形態では、位置決め情報を有する光情報記録媒体１を用いる。すなわち、本実施の形態における光情報記録媒体１では、図４に示したように、エアギャップ層４と反射膜５の境界面に、半径方向に線状に延びる複数のアドレス・サーボエリア６が所定の角度間隔で設けられている。隣り合うアドレス・サーボエリア６間の扇形の区間はデータエリア７になっている。アドレス・サーボエリア６には、サンプルドサーボ方式によってトラッキングサーボを行うための情報とアドレス情報とが、予めエンボスピット等によって記録されている。なお、後述するが、本実施の形態ではフォーカスサーボは行わない。
【００６２】
図４に示したように、本実施の形態に係る光情報記録再生装置は、光情報記録媒体１の透明基板２に対向するように配置される光ヘッド４０を備えている。この光ヘッド４０は、後述する各要素を収納し、光情報記録媒体１より浮上する浮上型ヘッド本体４１を有している。このヘッド本体４１内の底部には、支持台４２を介して半導体レーザ４３が固定されていると共に、反射型の位相空間光変調器４４と光検出器４５が固定されている。光検出器４５の受光面には、マイクロレンズアレイ４６が取り付けられている。また、ヘッド本体４１内において、位相空間光変調器４４および光検出器４５の上方にはプリズムブロック４８が設けられている。プリズムブロック４８の半導体レーザ４３側の端部近傍にはコリメータレンズ４７が設けられている。また、ヘッド本体４１の光情報記録媒体１に対向する面には開口部が形成され、この開口部に対物レンズ５０が設けられている。この対物レンズ５０とプリズムブロック４８との間には４分の１波長板４９が設けられている。
【００６３】
位相空間光変調器４４は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相を、互いにπ（ｒａｄ）だけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができるようになっている。位相空間光変調器４４は、更に、入射光の偏光方向に対して、出射光の偏光方向を９０°回転させるようになっている。
【００６４】
光検出器４５は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。また、マイクロレンズアレイ４６は、光検出器４５の各画素の受光面に対向する位置に配置された複数のマイクロレンズを有している。
【００６５】
光検出器４５としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出器４５として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇビット／秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。
【００６６】
プリズムブロック４８は、偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂを有している。偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂのうち偏光ビームスプリッタ面４８ａがコリメータレンズ４７寄りに配置されている。偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂは、共にその法線方向がコリメータレンズ４７の光軸方向に対して４５°傾けられ、且つ互いに平行に配置されている。
【００６７】
位相空間光変調器４４は偏光ビームスプリッタ面４８ａの下方の位置に配置され、光検出器４５は反射面４８ｂの下方の位置に配置されている。また、４分の１波長板４９と対物レンズ５０は、偏光ビームスプリッタ面４８ａの上方の位置に配置されている。なお、コリメータレンズ４７や対物レンズ５０は、ホログラムレンズであってもよい。
【００６８】
プリズムブロック４８は、本発明における偏光分離光学素子に対応する。すなわち、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａは、後で詳しく説明するように、偏光方向の違いによって、４分の１波長板４９を通過する前の情報光、記録用参照光および再生用参照光の光路と４分の１波長板４９を通過した後の光情報記録媒体１からの戻り光の光路とを分離する。
【００６９】
図５は本実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す斜視図である。図５に示したように、浮上型ヘッド本体４１は、光情報記録媒体１に対向する面において突出するように設けられた２つのレール部５１を有している。レール部５１の光情報記録媒体１側の面はエアベアリング面となっている。レール部５１における空気流入側の端部の近傍には、端部側ほど光情報記録媒体１より離れるように形成されたテーパー部５２が設けられている。ヘッド本体４１は、テーパー部５２より流入する空気によって、エアベアリング面と光情報記録媒体１との間に微小な空隙を形成しながら、光情報記録媒体１より浮上するようになっている。対物レンズ５０は、２つのレール部５１の間に配置されている。ヘッド本体４１の浮上時におけるエアベアリング面と光情報記録媒体１との間の空隙の大きさは０．０５μｍ程度であり、且つ安定している。従って、本実施の形態における光ヘッド４０では、ヘッド本体４１の浮上時には対物レンズ５０と光情報記録媒体１との間の距離がほぼ一定に保たれるので、フォーカスサーボが不要になっている。
【００７０】
図６は本実施の形態に係る光情報記録再生装置の外観を示す平面図である。図６に示したように、光情報記録再生装置は、光情報記録媒体１が取り付けられるスピンドル５４と、このスピンドル５４を回転させる図示しないスピンドルモータとを備えている。光情報記録再生装置は、更に、先端部が光情報記録媒体１のトラック横断方向に移動するキャリッジ５５と、このキャリッジ５５を駆動するボイスコイルモータ５６とを備えている。光ヘッド４０は、キャリッジ５５の先端部に取りつけられている。光情報記録再生装置では、キャリッジ５５およびボイスコイルモータ５６によって、光ヘッド４０が光情報記録媒体１のトラック横断方向に移動され、トラックの変更やトラッキングサーボが行われるようになっている。
【００７１】
次に、情報の記録時における光ヘッド４０の作用について説明する。半導体レーザ４３は、コヒーレントなＳ偏光の光を出射する。なお、Ｓ偏光とは偏光方向が入射面（図４おける紙面）に垂直な直線偏光であり、後述するＰ偏光とは偏光方向が入射面に平行な直線偏光である。
【００７２】
半導体レーザ４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ４７によって平行光とされ、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されて、位相空間光変調器４４に入射する。位相空間光変調器４４の出射光は、一方の半分の領域では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光となり、他方の半分の領域では、全ての画素について出射光の位相が同一の記録用参照光となる。また、位相空間光変調器４４の出射光は、偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光となる。
【００７３】
位相空間光変調器４４の出射光である情報光および記録用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過し、４分の１波長板４９を通過して円偏光の光となる。この情報光および記録用参照光は、対物レンズ５０によって集光されて光情報記録媒体１に照射される。この情報光および記録用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光および記録用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。半導体レーザ４３の出力が記録用の高出力に設定されると、図１を参照して説明したように、情報記録層３に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンが記録される。
【００７４】
光情報記録媒体１からの戻り光は、対物レンズ５０によって平行光とされ、４分の１波長板４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射され、更に反射面４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイ４６を経て、光検出器４５に入射する。
【００７５】
なお、情報の記録時において、対物レンズ５０からの光ビームが光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６を通過する期間では、半導体レーザ４３の出力は、再生用の低出力に設定されると共に、位相空間光変調器４４は、光の位相を変調せずに、全ての画素について位相が同一の光を出射する。このときの光検出器４５の出力に基づいて、アドレス情報およびトラッキングエラー情報を得ることができる。
【００７６】
次に、情報の再生時における光ヘッド４０の作用について説明する。情報の再生時には、半導体レーザ４３の出力は、再生用の低出力に設定される。半導体レーザ４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ４７によって平行光とされ、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されて、位相空間光変調器４４に入射する。位相空間光変調器４４の出射光は、全ての画素について出射光の位相が同一の再生用参照光となる。また、位相空間光変調器４４の出射光は、偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光となる。
【００７７】
位相空間光変調器４４の出射光である再生用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過し、４分の１波長板４９を通過して円偏光の光となる。この再生用参照光は、対物レンズ５０によって集光されて光情報記録媒体１に照射される。この再生用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。図２を参照して説明したように、再生用参照光によって、情報記録層３より再生光が発生される。
【００７８】
光情報記録媒体１からの戻り光は、再生光と再生用参照光とを含む。この戻り光は、対物レンズ５０によって平行光とされ、４分の１波長板４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射され、更に反射面４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイ４６を経て、光検出器４５に入射する。この光検出器４５の出力に基づいて、光情報記録媒体１に記録された情報を再生することができる。
【００７９】
なお、情報の再生時において、対物レンズ５０からの光ビームが光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６を通過する期間では、光検出器４５の出力に基づいて、アドレス情報およびトラッキングエラー情報を得ることができる。
【００８０】
次に、図７および図８を参照して、本実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法の一例について説明する。この例では、光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６には、トラッキングサーボに用いられる位置決め情報として、図７（ａ）に示したように、トラック８０に沿って光ビーム８２の進行方向の手前側から順に、２つのピット８１Ａ、１つのピット８１Ｂ、１つのピット８１Ｃが形成されている。２つのピット８１Ａは、図７において符号Ａで示した位置においてトラック８０を挟んで対称な位置に配置されている。ピット８１Ｂは、図７において符号Ｂで示した位置においてトラック８０に対して片側にずれた位置に配置されている。ピット８１Ｃは、図７において符号Ｃで示した位置において、トラック８０に対してピット８１Ｂとは反対側にずれた位置に配置されている。
【００８１】
図７（ａ）に示したように、光ビーム８２がトラック８０上を正確に進行する場合には、光ビーム８２が各位置Ａ，Ｂ，Ｃを通過する際の光検出器４５の全受光量は、図７（ｂ）に示したようになる。すなわち、位置Ａ通過時の受光量が最も大きく、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量は互いに等しく且つ位置Ａ通過時の受光量よりも小さくなる。
【００８２】
一方、図８（ａ）に示したように、光ビーム８２がトラック８０に対してピット８１Ｃ寄りにずれて進行する場合には、光ビーム８２が各位置Ａ，Ｂ，Ｃを通過する際の光検出器４５の全受光量は、図８（ｂ）に示したようになる。すなわち、位置Ａ通過時の受光量が最も大きく、次に位置Ｃ通過時の受光量が大きく、位置Ｂ通過時の受光量は最も小さくなる。位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差の絶対値は、光ビーム８２のトラック８０からのずれ量が大きくなるほど大きくなる。
【００８３】
なお、図示しないが、光ビーム８２がトラック８０に対してピット８１Ｂ寄りにずれて進行する場合には、位置Ａ通過時の受光量が最も大きく、次に位置Ｂ通過時の受光量が大きく、位置Ｃ通過時の受光量は最も小さくなる。位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差の絶対値は、光ビーム８２のトラック８０からのずれ量が大きくなるほど大きくなる。
【００８４】
以上のことから、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差から、トラック８０に対する光ビーム８２のずれの方向および大きさが分かる。従って、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差をトラッキングエラー信号とすることができる。ピット８１Ａは、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量を検出するタイミングの基準となる。
【００８５】
本例におけるトラッキングサーボは、具体的には、以下のようにして行われる。まず、光検出器４５の全受光量が最初にピークに達するタイミング、すなわち位置Ａ通過時のタイミングを検出する。次に、位置Ａ通過時のタイミングを基準にして、位置Ｂ通過時のタイミングと位置Ｃ通過時のタイミングを予測する。次に、予測した各タイミングで、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量を検出する。最後に、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差を検出し、これをトラッキングエラー信号とする。そして、光ビーム８２が常にトラック８０に追従するように、トラッキングエラー信号に基づいてボイスコイルモータ５６が駆動されて、トラッキングサーボが行われる。なお、光ビーム８２がデータエリア７を通過する際には、トラッキングサーボは行われず、直前のアドレス・サーボエリア６通過時の状態が保持される。
【００８６】
なお、本実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法は、上記の方法に限らず、例えばプッシュプル法を用いてもよい。この場合には、アドレス・サーボエリア６には、トラッキングサーボに用いられる位置決め情報として、トラック方向に沿った一列のピット列を形成しておき、光検出器４５の受光面における入射光の形状の変化を検出して、トラッキングエラー情報を生成する。
【００８７】
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態における位相空間光変調器４４の構成の一例について説明する。本例における位相空間光変調器４４は磁気光学効果を利用するものである。図９は本例における位相空間光変調器４４の要部を示す断面図、図１０は本例における位相空間光変調器４４とその周辺回路を示す説明図である。
【００８８】
図９および図１０に示したように、本例における位相空間光変調器４４は、光磁気材料よりなり、それぞれ独立に磁化の方向が設定され、磁気光学効果により、入射する光に対して磁化の方向に応じた偏光方向の回転を与える複数の画素を含む磁化設定層１１１と、この磁化設定層１１１の各画素毎に対応するように設けられ、各画素における磁化の方向を独立に設定するための磁界を発生する複数の磁界発生素子としての薄膜コイル１１２と、磁化設定層１１１と薄膜コイル１１２との間に設けられ、光を反射する反射層１１３とを備えている。
【００８９】
磁化設定層１１１には、隣接する画素の境界位置に、磁壁の移動を抑止する磁壁移動抑止部１１１ｂが設けられている。磁壁移動抑止部１１１ｂは、例えば図９に示したような突起でもよい。
【００９０】
図９および図１０において、符号１１１ａ0は磁化が下向きの画素（以下、オフの画素とも言う。）を示し、符号１１１ａ1は磁化が上向きの画素（以下、オンの画素とも言う。）を示している。
【００９１】
図１１は、薄膜コイル１１２の平面図である。図１１において、符号１１１Ａは１画素の領域を表している。
【００９２】
図９および図１０において、磁化設定層１１１の上側の面が、光の入射する面になっている。磁化設定層１１１は、少なくとも使用する光に対して透光性を有している。薄膜コイル１１２は、反射層１１３を介して、磁化設定層１１１における光の入射する面とは反対側の面に隣接するように配置されている。
【００９３】
反射層１１３は、導電性を有している。各薄膜コイル１１２の一方の端部、例えば内側の端部は、反射層１１３に接続されている。各薄膜コイル１１２の他方の端部、例えば外側の端部には、それぞれ端子１１４が接続されている。反射層１１３は、薄膜コイル１１２に通電するための２つの導電路のうちの一方を兼ねている。端子１１４は、薄膜コイル１１２に通電するための２つの導電路のうちの他方を構成する。
【００９４】
位相空間光変調器４４は、更に、軟磁性材料よりなり、薄膜コイル１１２における磁化設定層１１１とは反対側に配置され、薄膜コイル１１２によって発生される磁界に対応する磁路１２０の一部を形成する磁路形成部１１５を備えている。薄膜コイル１１２、端子１１４および磁路形成部１１５の周囲には、絶縁層１１６が形成されている。
【００９５】
位相空間光変調器４４は、更に、軟磁性材料よりなり、磁化設定層１１１における薄膜コイル１１２とは反対側の面に隣接するように設けられ、薄膜コイル１１２によって発生される磁界に対応する磁路１２０の他の一部を形成する軟磁性層１１７を備えている。軟磁性層１１７は、少なくとも使用する光に対して透光性を有している。
【００９６】
図１０に示したように、各薄膜コイル１１２は、それぞれ、端子１１４、反射層１１３およびこれらに接続された配線によって、各薄膜コイル１１２に独立に通電するための駆動部１０２に接続されるようになっている。駆動部１０２は、例えばナノ秒オーダーの周期で、正または負のパルス状の電流を薄膜コイル１１２に供給するようになっている。また、駆動部１０２は制御部１０３によって制御されるようになっている。
【００９７】
磁化設定層１１１は、大きな保磁力Ｈｃ，−Ｈｃを有している。そして、磁化設定層１１１は、正方向に磁化されているときには、絶対値がＨｃを越える負の磁界が印加されると磁化の方向が反転し、負方向に磁化されているときには、絶対値がＨｃを越える正の磁界が印加されると磁化の方向が反転する。薄膜コイル１１２は、絶対値がＨｃを越える正または負の磁界を発生する。これに対し、軟磁性層１１７の保磁力は極めて小さく、軟磁性層１１７では小さな印加磁界によって容易に磁化の方向が反転する。磁路形成部１１５の特性も、軟磁性層１１７と同様である。
【００９８】
磁化設定層１１１の材料としては、磁気光学効果を有する光磁気材料であればよいが、特に、磁性ガーネット薄膜または１次元磁性フォトニック結晶を用いるのが好ましい。
【００９９】
磁性ガーネット薄膜の代表的なものとしては、希土類鉄系ガーネット薄膜がある。磁性ガーネット薄膜を作製する方法としては、例えば、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）等の基板の上に、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）またはスパッタ法によって単結晶の磁性ガーネット薄膜を形成する方法がある。
【０１００】
図１２は、１次元磁性フォトニック結晶の構造を示す説明図である。この１次元磁性フォトニック結晶１３０は、磁性体層１３１の両面側に誘電体多層膜を形成した構造を有している。磁性体層１３１の材料には、希土類鉄ガーネットやビスマス置換希土類鉄ガーネット等が用いられる。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ2膜１３２とＴａ2Ｏ5膜１３３を交互に積層して構成される。１次元磁性フォトニック結晶１３０における層構造の周期は、使用する光の波長オーダーである。この１次元磁性フォトニック結晶１３０では、大きなファラデー回転角を得ることが可能になる。
【０１０１】
なお、本例における位相空間光変調器４４は、全ての構成要素をモノリシックに形成して製造してもよいし、複数の部分に分けて形成した後、複数の部分を組み合わせて製造してもよい。位相空間光変調器４４を複数の部分に分けて形成する場合には、例えば、軟磁性層１１７から反射層１１３までの部分と、他の部分とに分けてもよい。また、本例における位相空間光変調器４４の構成要素は、全て半導体製造プロセスを用いて製造することが可能である。
【０１０２】
次に、図１３を参照して、本例における位相空間光変調器４４の作用について説明する。本例における位相空間光変調器４４では、変調情報に従って選択的に、薄膜コイル１１２に正または負のパルス電流が供給され、その結果、薄膜コイル１１２によって磁化設定層１１１の各画素に対して独立に磁界が印加される。簡単な計算によれば、尖頭値４０ｍＡ程度のパルス電流を薄膜コイル１１２に供給することにより、薄膜コイル１１２の中心部に１００Ｏｅ程度のパルス状の磁界を発生させることができ、この磁界によって各画素における磁化を反転させることができる。
【０１０３】
各画素では、それまでの磁化の方向と反対方向の磁界が印加されると、印加磁界と同じ方向の磁化の磁区が生じ、この磁区が拡大する。この磁区の拡大は、磁壁が磁壁移動抑止部１１１ｂに達すると停止する。その結果、１つの画素全体が印加磁界と同じ方向の磁化となる。このようにして、薄膜コイル１１２によって磁化設定層１１１の各画素に対して独立に磁界を印加することにより、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向が独立に設定される。
【０１０４】
軟磁性層１１７側より位相空間光変調器４４に入射した光は、軟磁性層１１７を通過した後、磁化設定層１１１を通過する。この磁化設定層１１１を通過する光には、ファラデー効果により、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向に応じた偏光方向の回転、すなわちファラデー回転が与えられる。例えば、磁化が上向きのオンの画素１１１ａ1を通過する光の偏光方向が＋θFだけ回転されるとすると、磁化が下向きのオフの画素１１１ａ0を通過する光の偏光方向は−θFだけ回転される。
【０１０５】
磁化設定層１１１を通過した光は、反射層１１３で反射され、再度、磁化設定層１１１と軟磁性層１１７を通過し、位相空間光変調器４４より出射される。反射層１１３で反射されてから磁化設定層１１１を通過する光には、反射層１１３に達する前に磁化設定層１１１を通過する際と同様に、ファラデー効果により、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向に応じた偏光方向の回転が与えられる。従って、上述のように、オンの画素１１１ａ1を通過する光の偏光方向が＋θFだけ回転され、オフの画素１１１ａ0を通過する光の偏光方向が−θFだけ回転されるとすると、オンの画素１１１ａ1を往復で２回通過して位相空間光変調器４４より出射される光の偏光方向は＋２θFだけ回転され、オフの画素１１１ａ0を往復で２回通過して位相空間光変調器４４より出射される光の偏光方向は−２θFだけ回転される。
【０１０６】
位相空間光変調器４４では、磁化設定層１１１において、オンの画素１１１ａ1を往復で２回通過した光の偏光方向の回転角度＋２θFを９０°とし、オフの画素１１１ａ0を往復で２回通過した光の偏光方向の回転角度−２θFを−９０°としている。
【０１０７】
図１３に示したように、位相空間光変調器４４には、半導体レーザ４３より出射され、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されたＳ偏光の光が入射する。この光は、位相空間光変調器４４の磁化設定層１１１を通過し、反射層１１３で反射され、再度、磁化設定層１１１を通過して、プリズムブロック４８に戻ってくる。ここで、オンの画素１１１ａ1を往復で２回通過した光は、偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光となり、オフの画素１１１ａ0を往復で２回通過した光は、偏光方向が−９０°回転されてＰ偏光の光（図１３では符号Ｐ´で表す。）となる。従って、位相空間光変調器４４からの戻り光は、全て偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過する。
【０１０８】
位相空間光変調器４４からの戻り光は、全てＰ偏光であるが、オンの画素１１１ａ1を通過した光とオフの画素１１１ａ0を通過した光とでは、位相がπ（ｒａｄ）だけ異なっている。従って、本例における位相空間光変調器４４は、入射光の偏光方向に対して出射光の偏光方向を９０°回転させると共に、各画素毎に出射光の位相を、互いにπ（ｒａｄ）だけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって光の位相を空間的に変調することができる。
【０１０９】
本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２によって磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向を独立に設定することによって、磁化設定層１１１に入射する光に対して各画素における磁化の方向に応じた偏光方向の回転を与えて、磁化設定層１１１に入射する光を空間的に変調する。磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向の切り替えは、数ナノ秒程度で行うことができる。しかも、本例における位相空間光変調器４４では、各画素毎に薄膜コイル１１２を設け、各画素における磁化の方向を独立に設定できるようにしているので、全ての画素における磁化の方向の設定を同時に行うことが可能である。従って、本例における位相空間光変調器４４では、位相空間光変調器４４の全体の応答時間を、画素単位の応答時間と同様に数ナノ秒程度とすることが可能となり、極めて大きな動作速度を得ることが可能となる。
【０１１０】
また、本例における位相空間光変調器４４は、機械的な駆動部分のない簡単な構造であると共に、液晶のような流動体を含まないので、信頼性が高い。また、本例における位相空間光変調器４４は、構造が簡単で、半導体製造プロセスを用いて量産が可能であるので、製造コストを低減することができる。
【０１１１】
また、本例における位相空間光変調器４４では、反射層１１３が、薄膜コイル１１２に通電するための２つの導電路のうちの一方を兼ねているので、構造を簡単にすることができる。
【０１１２】
また、本例における位相空間光変調器４４では、磁化設定層１１１の画素内における材料の状態および磁化の状態を均一にできる。また、本例における位相空間光変調器４４では、画素の状態を切り替えるための薄膜コイル１１２が、磁化設定層１１１における光の入射する面とは反対側の面に対して反射層１１３を介して隣接するように配置されているので、薄膜コイル１１２が変調される光に影響を与えることがない。これらのことから、本例における位相空間光変調器４４によれば、変調情報以外の原因で出射光が不均一になることを防止することができる。
【０１１３】
また、本例における位相空間光変調器４４では、光の経路に透明電極が配置されることがないため、光の散乱による特性の劣化がなく、特に画素の微細化に有利である。
【０１１４】
また、本例における位相空間光変調器４４によれば、薄膜コイル１１２によって、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向を設定するための磁界を発生するようにしたので、画素における磁化を反転させるための電流を小さくすることができる。
【０１１５】
また、本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２によって発生される磁界に対応する磁路１２０の一部を形成する軟磁性層１１７と磁路形成部１１５とを備えているので、磁束を有効に絞ることができる。その結果、本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２によって発生される起磁力を有効に、画素における磁化の設定のために利用することができる。
【０１１６】
また、本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２を駆動しなければ、磁化設定層１１１の各画素における磁化の状態は保持されるので、位相空間光変調器４４によって変調情報を保持することができる。
【０１１７】
上述の位相空間光変調器４４は、各画素毎に出射光の位相を２つの値のいずれかに設定するものであったが、本実施の形態に係る光情報記録再生装置において、この位相空間光変調器４４の代りに、各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定できるものを用いてもよい。
【０１１８】
図１４は、各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定できる位相空間光変調器の構成の一例を示している。この位相空間光変調器１４４は、互いに対向するように配置された２枚のガラス基板１５１，１５２を備えている。ガラス基板１５１，１５２の互いに対向する面には、それぞれ透明電極１５３，１５４が形成されている。ガラス基板１５１，１５２は、スペーサ１５５によって所定の間隔で隔てられている。ガラス基板１５１，１５２およびスペーサ１５５によって形成される空間には、液晶が封入されて、液晶層１５７が形成されている。また、ガラス基板１５２の液晶層１５７側の面には、斜め方向に突き出た柱状の多数の配向部１５６が形成されている。この配向部１５６は、例えばガラス基板１５２に対して斜め方向から蒸着物質の蒸着を行うことで形成することができる。液晶層１５７内の液晶分子１５７ａは、その長軸方向が配向部１５６の長手方向を向くように、すなわちガラス基板１５２に対して斜め方向を向くように配向する。なお、液晶分子１５７ａは、誘電異方性が正であるものとする。また、ガラス基板１５２の外側の面には反射膜１５８が形成されている。
【０１１９】
次に、図１５および図１６を参照して、図１４に示した位相空間光変調器１４４の作用について説明する。光は、位相空間光変調器１４４に対して、ガラス基板１５１側より入射し、ガラス基板１５１、液晶層１５７、ガラス基板１５２を通過し、反射膜１５８で反射され、再度、ガラス基板１５２、液晶層１５７、ガラス基板１５１を通過して出射される。透明電極１５３，１５４は、各画素毎に独立に、透明電極１５３，１５４間に電圧を印加することができる。
【０１２０】
図１５に示したように、透明電極１５３，１５４間に電圧Ｖを印加しない状態では、液晶分子１５７ａは、その長軸方向がガラス基板１５１，１５２に対して斜め方向を向くように配向する。これに対し、図１６に示したように、透明電極１５３，１５４間に、液晶分子１５７ａの配向方向を変えるのに十分な電圧Ｖを印加すると、少なくとも一部の液晶分子１５７ａでは、その長軸方向がガラス基板１５１，１５２に対して垂直な方向に近づくように、配向方向が変化する。この場合、配向部１５６が形成されていないガラス基板１５１に近い液晶分子１５７ａほど配向方向が変化しやすい。また、電圧Ｖが大きくなるほど配向方向が変化する液晶分子１５７ａの数および配向方向の変化量が増加する。
【０１２１】
液晶分子１５７ａの配向方向が変化すると、入射する光の偏光方向と液晶分子１５７ａの長軸方向とのなす角度が変化する。液晶分子１５７ａは、それを通過する光の偏光方向が液晶分子１５７ａの長軸方向に平行な場合と垂直な場合とで屈折率が異なる。従って、電圧Ｖが印加された状態の液晶層１５７を通過した光は、電圧Ｖが印加されない状態の液晶層１５７を通過した光に対して位相差を有する。電圧Ｖの所定の範囲内では、電圧Ｖが大きいほど位相差も大きくなる。また、電圧Ｖが一定の場合では、液晶層１５７の厚みが大きいほど位相差も大きくなる。従って、光が液晶層１５７を往復で２回通過する際の位相差の最大値がπ（ｒａｄ）となるように液晶層１５７の厚みと電圧Ｖの最大値を設定すれば、電圧Ｖを制御することによって、位相差を０〜π（ｒａｄ）の範囲で任意に設定することができる。
【０１２２】
以上の作用により、位相空間光変調器１４４は、各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定することができる。
【０１２３】
なお、位相空間光変調器１４４は光の偏光方向を回転させないので、位相空間光変調器４４の代りに位相空間光変調器１４４を用いる場合には、図４におけるプリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを半反射面に変更する。あるいは、プリズムブロック４８と位相空間光変調器１４４との間に、４分の１波長板を設け、プリズムブロック４８からのＳ偏光の光を４分の１波長板によって円偏光の光に変換して位相空間光変調器１４４に入射させ、位相空間光変調器１４４からの円偏光の光を４分の１波長板によってＰ偏光の光に変換して、偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過させるようにしてもよい。
【０１２４】
各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定できる位相空間光変調器としては、上述の液晶を用いた位相空間光変調器１４４に限らず、例えば、マイクロミラーデバイスを用いて、入射光の進行方向について、各画素毎に反射面の位置を調整するようにした構成したものでもよい。
【０１２５】
以上説明したように、本実施の形態では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とを、光情報記録媒体１の情報記録層３に照射して、情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報記録層３に情報を記録する。また、情報の再生時には、再生用参照光を情報記録層３に照射し、これによって情報記録層３より発生される再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出して情報を再生する。
【０１２６】
従って、本実施の形態によれば、情報の再生時に再生光と再生用参照光とを分離する必要がない。そのため、情報の記録時に、情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる必要もない。実際、本実施の形態では、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集とが情報記録層３の同一面側より行われる。従って、本実施の形態によれば、記録および再生のための光学系を小さく構成することができる。
【０１２７】
また、従来の再生方法では、再生光と再生用参照光とを分離して、再生光のみを検出するため、再生光を検出する光検出器に再生用参照光も入射してしまうと、再生情報のＳＮ比が劣化するという問題点があった。これに対し、本実施の形態では、再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生するので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがない。従って、本実施の形態によれば、再生情報のＳＮ比を向上させることができる。
【０１２８】
また、本実施の形態に係る光情報記録再生装置では、光ヘッド４０は、記録再生光学系を収納する浮上型ヘッド本体４１を備えている。従って、本実施の形態によれば、記録再生光学系の対物レンズ５０と光情報記録媒体１との間の距離がほぼ一定に保たれるので、フォーカスサーボが不要になる。
【０１２９】
また、本実施の形態に係る光情報記録再生装置において、情報光の位相を２つの値のいずれかに設定する場合には、情報光および再生光は、１画素当たり１ビットの情報を担持することになる。情報光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定する場合には、情報光および再生光に、１画素当たり複数ビットの情報を担持させることも可能になる。例えば、情報光の位相を８つの値のいずれかに設定する場合には、情報光および再生光は、１画素当たり３ビットの情報を担持することになる。また、情報光および再生光において、複数の画素で１つのデータを表すようにしてもよい。例えば、情報光の位相を８つの値のいずれかに設定し、４つの画素で１つのデータを表すようにすれば、これら４つの画素で１２ビットのデータを表すことができる。
【０１３０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置について説明する。本実施の形態は、位相が空間的に変調された記録用参照光および再生用参照光を用いて、位相符号化多重方式による多重記録と、このように多重記録された情報の再生とを行うことができるようにしたものである。本実施の形態に係る光情報記録再生装置の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１３１】
以下、図１７を参照して、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報記録方法について説明する。なお、図１７は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。図１７に示した光学系の構成は図１と同様である。図１７中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。図１７における光の位相および強度の表し方は図１と同様である。
【０１３２】
情報の記録時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光２１が入射される。位相空間光変調器１３における一方の半分の領域１３Ａは、記録する情報に基づいて画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、位相が空間的に変調された情報光２２Ａを生成する。ここでは、説明を簡単にするために、領域１３Ａは、各画素毎に出射光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相と基準位相に対する位相差が−π／２（ｒａｄ）となる第２の位相のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調するものとする。一方、位相空間光変調器１３における他方の半分の領域１３Ｂは、各画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、位相が空間的に変調された記録用参照光２２Ｂを生成する。ここでは、説明を簡単にするために、領域１３Ｂは、各画素毎に出射光の位相を、基準位相と第１の位相と第２の位相のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調するものとする。
【０１３３】
情報光２２Ａおよび記録用参照光２２Ｂはビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する情報光２３Ａおよび収束する記録用参照光２３Ｂとなって、光情報記録媒体１に照射される。情報光２３Ａおよび記録用参照光２３Ｂは、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光２４Ａおよび記録用参照光２４Ｂは、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【０１３４】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の情報光２３Ａと反射膜５で反射された後の記録用参照光２４Ｂとが干渉して干渉パターンを形成すると共に、反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと反射膜５で反射される前の記録用参照光２３Ｂとが干渉して干渉パターンを形成する。そして、これらの干渉パターンが情報記録層３内に体積的に記録される。
【０１３５】
反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと記録用参照光２４Ｂは、光情報記録媒体１より出射され、対物レンズ１１によって平行光の情報光２５Ａと記録用参照光２５Ｂとなる。これらの光２５Ａ，２５Ｂは、ビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。
【０１３６】
次に、図１８を参照して、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報再生方法について説明する。図１８では、図１７と同様に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。また、図１８中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。図１８における位相および強度の表し方は、図１７と同様である。
【０１３７】
情報の再生時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光３１が入射される。位相空間光変調器１３における半分の領域１３Ｂは、画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、記録用参照光２２Ｂと同様の変調パターンで位相が空間的に変調された再生用参照光３２Ｂ1を生成する。一方、位相空間光変調器１３における半分の領域１３Ａは、画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、再生用参照光３２Ｂ1の変調パターンに対して、記録用参照光および再生用参照光を情報記録層３に照射する光学系の光軸の位置を中心として点対称なパターンで位相が空間的に変調された再生用参照光３２Ｂ2を生成する。
【０１３８】
これらの再生用参照光３２Ｂ1，３２Ｂ2はビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する再生用参照光３３Ｂ1，３３Ｂ2となって、光情報記録媒体１に照射される。再生用参照光３３Ｂ1，３３Ｂ2は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【０１３９】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の再生用参照光３３Ｂ2によって、反射膜５とは反対側に進行する再生光が発生すると共に、反射膜５で反射された後の再生用参照光３３Ｂ2によって、反射膜５側に進行する再生光が発生する。反射膜５とは反対側に進行する再生光は、そのまま光情報記録媒体１より出射され、反射膜５側に進行する再生光は、反射膜５で反射されて、光情報記録媒体１より出射される。これらの再生光を共に符号３４Ａ1で表す。
【０１４０】
また、情報記録層３では、反射膜５で反射される前の再生用参照光３３Ｂ1によって、反射膜５とは反対側に進行する再生光が発生すると共に、反射膜５で反射された後の再生用参照光３３Ｂ1によって、反射膜５側に進行する再生光が発生する。反射膜５とは反対側に進行する再生光は、そのまま光情報記録媒体１より出射され、反射膜５側に進行する再生光は、反射膜５で反射されて、光情報記録媒体１より出射される。これらの再生光を共に符号３４Ａ2で表す。
【０１４１】
一方、再生用参照光３３Ｂ1は、反射膜５で反射されて、再生光３４Ａ1と同じ方向に進む再生用参照光３４Ｂ1となる。また、再生用参照光３３Ｂ2は、反射膜５で反射されて、再生光３４Ａ2と同じ方向に進む再生用参照光３４Ｂ2となる。
【０１４２】
これらの再生光３４Ａ1，３４Ａ2および再生用参照光３４Ｂ1，３４Ｂ2は、対物レンズ１１によって平行光の再生光３５Ａ1，３５Ａ2および再生用参照光３５Ｂ1，３５Ｂ2とされてビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。
【０１４３】
再生光３５Ａ1，３５Ａ2は、いずれも、記録時の情報光と同様に位相が空間的に変調された光となる。ただし、再生光３５Ａ1，３５Ａ2の位相の変調パターンは互いに点対称となる。
【０１４４】
光検出器１４の一方の半分の領域には、再生光３５Ａ1と再生用参照光３５Ｂ1とが重ね合わせられて生成される合成光が入射する。光検出器１４の他方の半分の領域には、再生光３５Ａ2と再生用参照光３５Ｂ2とが重ね合わせられて生成される合成光が入射する。これらの２種類の合成光は、いずれも、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光となる。ただし、２種類の合成光の強度の変調パターンは互いに点対称となる。従って、光検出器１４において、２種類の合成光のうちのいずれか一方の強度の２次元パターンを検出することによって情報を再生することができる。ここでは、再生光３５Ａ1と再生用参照光３５Ｂ1とが重ね合わせられて生成される合成光の強度の２次元パターンを検出することによって情報を再生するものとする。
【０１４５】
次に、図１９を参照して、上記再生光、再生用参照光および合成光について詳しく説明する。図１９において、（ａ）は再生光の強度、（ｂ）は再生光の位相、（ｃ）は再生用参照光の強度、（ｄ）は再生用参照光の位相、（ｅ）は合成光の強度を表している。図１９は、情報光の各画素毎の位相を、第１の位相と第２の位相のいずれかに設定し、記録用参照光および再生用参照光の各画素毎の位相を、基準位相、第１の位相および第２の位相のいずれかに設定した場合についての例を示している。この場合、再生光の各画素毎の位相は、情報光と同様に、第１の位相と第２の位相のいずれかになる。従って、再生光と再生用参照光との位相差は、ゼロ、±π／２（ｒａｄ）、±π（ｒａｄ）のいずれかになる。ここで、再生光の強度と再生用参照光の強度が等しいとすれば、図１９（ｅ）に示したように、合成光の強度は、再生光と再生用参照光との位相差がゼロとなる画素では最も大きくなり、再生光と再生用参照光との位相差が±π（ｒａｄ）なる画素では原理的にはゼロとなり、再生光と再生用参照光との位相差が±π／２（ｒａｄ）となる画素では、位相差がゼロとなる画素における強度の１／２となる。図１９（ｅ）では、位相差が±π（ｒａｄ）となる画素における強度を“０”で表し、位相差が±π／２（ｒａｄ）となる画素における強度を“１”で表し、位相差がゼロとなる画素における強度を“２”で表している。
【０１４６】
図１７ないし図１９に示した例では、合成光の画素毎の強度が３値になる。そして、例えば、図１９（ｅ）に示したように、強度“０”は２ビットのデータ“００”に対応させ、強度“１”は２ビットのデータ“０１”に対応させ、強度“２”は２ビットのデータ“１０”に対応させることができる。このように、図１７ないし図１９に示した例では、図１ないし図３に示した例のように合成光の画素毎の強度が２値になる場合に比べて、再生光の強度や位相を同様にしながら、合成光が担持する情報量を増加させることができ、その結果、光情報記録媒体１の記録密度を向上させることができる。
【０１４７】
再生光と再生用参照光との位相差をδとすると、合成光の強度Ｉは前出の式（１）で表される。式（１）より、再生光と再生用参照光との位相差に応じて合成光の強度Ｉが変化することが分かる。従って、再生光と再生用参照光との位相差の絶対値、すなわち、情報光と再生用参照光との位相差の絶対値が、例えばゼロからπ（ｒａｄ）の範囲内でｎ（ｎは２以上の整数）値になるようにすれば、合成光の強度Ｉもｎ値となる。
【０１４８】
ところで、本実施の形態のように、位相が空間的に変調された情報光と位相が空間的に変調された記録用参照光とを用いて、光情報記録媒体１の情報記録層３に情報を記録する場合には、記録すべき情報と、その情報を記録する際に用いる記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて、情報光の位相の変調パターンを決定する。このことを、図１９を参照して詳しく説明する。情報記録層３に記録された情報は合成光の強度のパターンに基づいて再生されるので、記録すべき情報は、図１９（ｅ）に示したような所望の合成光の強度のパターンのデータに変換される。記録用参照光の位相の変調パターンは、図１９（ｄ）に示したような再生用参照光の位相の変調パターンと同様である。情報光の位相の変調パターンは、図１９（ｅ）に示したような所望の合成光の強度のパターンのデータと、図１９（ｄ）に示したような再生用参照光および記録用参照光の位相の変調パターンのデータとを用いた位相的な演算により、図１９（ｂ）に示したような所望の再生光の位相の変調パターンと同じか、点対称な変調パターンになるように決定される。
【０１４９】
上述のようにして位相の変調パターンが決定された情報光と記録用参照光とを用いて情報が記録された情報記録層３に対して、図１９（ｄ）に示したような、記録用参照光と同様の位相の変調パターンを有する再生用参照光を照射すれば、図１９（ｅ）に示したような強度のパターンを有する合成光が得られ、この合成光の強度のパターンに基づいて、情報記録層３に記録された情報が再生される。
【０１５０】
記録用参照光および再生用参照光の位相の変調パターンは、ユーザとなる個人の固有の情報に基づいて作成するようにしてもよい。個人の固有の情報としては、暗証番号、指紋、声紋、虹彩のパターン等がある。このようにした場合には、光情報記録媒体１に情報を記録した特定の個人のみが、その情報を再生することが可能になる。
【０１５１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、位相が空間的に変調された記録用参照光および再生用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式による多重記録と、このように多重記録された情報の再生とを行うことが可能になる。
【０１５２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１５３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光情報記録再生装置について説明する。図２０は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。本実施の形態に係る光情報記録再生装置では、第１の実施の形態における光ヘッド４０の代りに光ヘッド６０が設けられている。この光ヘッド６０は、記録再生光学系を収納する光ヘッド本体６１と、光情報記録媒体１に対して垂直な方向と、光情報記録媒体１におけるトラックを横断する方向とについて、それぞれ所定の範囲内で光ヘッド本体６１を移動可能なアクチュエータ６２とを備えている。本実施の形態における記録再生光学系の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１５４】
本実施の形態では、対物レンズ５０からの光ビームが光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６を通過する期間において、光検出器４５の出力に基づいて、アドレス情報、トラッキングエラー情報およびフォーカスサーボ情報を得る。本実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法は、第１の実施の形態と同様である。
【０１５５】
次に、図２１を参照して、本実施の形態におけるフォーカスエラー情報の生成方法の一例について説明する。図２１は、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭を示す説明図である。本例におけるフォーカスエラー情報の生成方法では、以下のようにして、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭の大きさに基づいてフォーカスエラー情報を生成する。まず、対物レンズ５０からの光ビームが、光情報記録媒体１におけるエアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束する合焦状態のときには、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭は、図２１において符号７０で示した輪郭となるものとする。対物レンズ５０からの光ビームが最も小径となる位置がエアギャップ層４と反射膜５の境界面よりも手前側へずれた場合には、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭は、図２１において符号７１で示したように径が小さくなる。逆に、対物レンズ５０からの光ビームが最も小径となる位置がエアギャップ層４と反射膜５の境界面よりも奥側へずれた場合には、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭は、図２１において符号７２で示したように径が大きくなる。従って、合焦状態を基準として、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭の径の変化に応じた信号を検出することによってフォーカスエラー信号を得ることができる。具体的には、例えば、合焦状態を基準として、光検出器４５の受光面における明部に対応する画素の増減数に基づいてフォーカスエラー信号を生成することができる。
【０１５６】
本実施の形態では、アクチュエータ６２は、光ビームが常に合焦状態となるように、フォーカスエラー信号に基づいて、光情報記録媒体１に対して垂直な方向についての光ヘッド本体６１の位置を調整して、フォーカスサーボを行う。また、アクチュエータ６２は、光ビームが常にトラックに追従するように、トラッキングエラー信号に基づいて、トラック横断方向についての光ヘッド本体６１の位置を調整して、トラッキングサーボを行う。なお、光ビームがデータエリア７を通過する際には、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボは行われず、直前のアドレス・サーボエリア６通過時の状態が保持される。
【０１５７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は第１または第２の実施の形態と同様である。
【０１５８】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施の形態では、光情報記録媒体１におけるアドレス・サーボエリア６に、アドレス情報等を予めエンボスピットによって記録しておくようにしたが、予めエンボスピットを設けずに、以下のようにしてアドレス情報等を記録するようにしてもよい。この場合には、光情報記録媒体１として、エアギャップ層４がなく、情報記録層３と反射膜５とが隣接した構成のものを用いる。そして、この光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６において、情報記録層３の反射膜５に近い部分に選択的に高出力のレーザ光を照射して、その部分の屈折率を選択的に変化させることによってアドレス情報等を記録してフォーマッティングを行う。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし７のいずれかに記載の光情報記録装置または請求項８ないし１３のいずれかに記載の光情報記録方法では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報を記録する。これにより、本発明によれば、情報の再生時には、再生用参照光を情報記録層に照射し、これによって情報記録層より発生される再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出して情報を再生することが可能になる。そのため、本発明によれば、情報の再生時に再生光と再生用参照光とを分離する必要がなくなり、情報の記録時に情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる必要もなくなる。従って、本発明によれば、ホログラフィを利用して情報の記録を行うことができると共に、記録のための光学系を小さく構成することが可能になるという効果を奏する。また、本発明によれば、情報の再生時に再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生することが可能になるので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがなくなり、再生情報のＳＮ比を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【０１６０】
また、請求項２記載の光情報記録装置または請求項９記載の光情報記録方法によれば、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を情報記録層の同一面側より行うようにしたので、記録のための光学系をより小さく構成することが可能になるという効果を奏する。
【０１６１】
また、請求項５または６記載の光情報記録装置もしくは請求項１２または１３記載の光情報記録方法によれば、位相が空間的に変調された記録用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式による多重記録を行うことが可能になるという効果を奏する。
【０１６２】
また、請求項７記載の光情報記録装置によれば、情報光生成手段、記録用参照光生成手段および記録再生光学系を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたので、フォーカスサーボが不要になるという効果を奏する。
【０１６３】
また、請求項１４ないし１７のいずれかに記載の光情報再生装置または請求項１８ないし２０のいずれかに記載の光情報再生方法では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層に対して再生用参照光を照射し、これによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出する。そのため、本発明では、再生光と再生用参照光とを分離する必要がない。従って、本発明によれば、ホログラフィを利用して情報の再生を行うことができると共に、再生のための光学系を小さく構成することが可能になるという効果を奏する。また、本発明によれば、再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生するので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがなくなり、再生情報のＳＮ比を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【０１６４】
また、請求項１５記載の光情報再生装置または請求項１９記載の光情報再生方法によれば、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行うようにしたので、再生のための光学系をより小さく構成することが可能になるという効果を奏する。
【０１６５】
また、請求項１６記載の光情報再生装置または請求項２０記載の光情報再生方法によれば、位相が空間的に変調された再生用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式によって多重記録された情報の再生が可能になるという効果を奏する。
【０１６６】
また、請求項１７記載の光情報再生装置によれば、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたので、フォーカスサーボが不要になるという効果を奏する。
【０１６７】
また、請求項２１ないし２６のいずれかに記載の光情報記録再生装置もしくは請求項２７ないし３０のいずれかに記載の光情報記録再生方法では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報を記録し、情報の再生時には、情報記録層に対して再生用参照光を照射し、これによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出する。そのため、本発明では、再生光と再生用参照光とを分離する必要がなく、情報の記録時に情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる必要もない。従って、本発明によれば、ホログラフィを利用して情報の記録および再生を行うことができると共に、記録および再生のための光学系を小さく構成することが可能になるという効果を奏する。また、本発明によれば、情報の再生時には再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生するので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがなく、再生情報のＳＮ比を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【０１６８】
また、請求項２２記載の光情報記録再生装置または請求項２８記載の光情報記録再生方法によれば、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行うようにしたので、記録および再生のための光学系をより小さく構成することが可能になるという効果を奏する。
【０１６９】
また、請求項２４または２５記載の光情報記録再生装置もしくは請求項２９または３０記載の光情報記録再生方法によれば、位相が空間的に変調された記録用参照光および再生用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式による多重記録と、このように多重記録された情報の再生とを行うことが可能になるという効果を奏する。
【０１７０】
また、請求項２６記載の光情報記録再生装置によれば、情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたので、フォーカスサーボが不要になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を詳しく説明するための波形図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置の外観を示す平面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法の一例を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法の一例を説明するための説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における位相空間光変調器の要部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における位相空間光変調器とその周辺回路を示す説明図である。
【図１１】図９に示した位相空間光変調器における薄膜コイルの平面図である。
【図１２】１次元磁性フォトニック結晶の構造を示す説明図である。
【図１３】図９に示した位相空間光変調器の作用について説明するための説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における位相空間光変調器の構成の他の例を示す断面図である。
【図１５】図１４に示した位相空間光変調器の作用について説明するための説明図である。
【図１６】図１４に示した位相空間光変調器の作用について説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理を示す説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を示す説明図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を詳しく説明するための波形図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態におけるフォーカスエラー情報の生成方法の一例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…光情報記録媒体、３…情報記録層、５…反射膜、６…アドレス・サーボエリア、７…データエリア、４０…光ヘッド、４１…浮上型ヘッド本体、４３…半導体レーザ、４４…位相空間光変調器、４５…光検出器、４７…コリメータレンズ、４８…プリズムブロック、４８ａ…偏光ビームスプリッタ面、４９…４分の１波長板、５０…対物レンズ。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録する光情報記録装置および方法、ホログラフィを利用して光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生装置および方法、ならびにホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録すると共に光情報記録媒体から情報を再生する光情報記録再生装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、イメージ情報を持った光と参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉パターンを記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に参照光を照射することにより、干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される。
【０００３】
近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、３次元的に干渉パターンを書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は２値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。このデジタルボリュームホログラフィでは、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタイズして、２次元デジタルパターン情報に展開し、これをイメージ情報として記録する。再生時は、このデジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時に信号対雑音比（以下、ＳＮ比と記す。）が多少悪くても、微分検出を行ったり、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ホログラフィを利用して情報の記録および再生を行う従来の光情報記録再生方法では、記録しようとする情報に基づいて光の強度を空間的に変調して情報光を生成し、この情報光と記録用参照光との干渉パターンを記録媒体に記録することによって情報を記録するようになっている。このようにして記録された情報を再生する際には、記録媒体に再生用参照光を照射する。そして、この再生用参照光が干渉パターンによって回折されて、情報光に対応する再生光が生成される。この再生光は、情報光と同様に、光の強度が空間的に変調された光である。
【０００５】
ところで、従来の光情報記録再生方法では、再生光を検出する光検出器に、再生用参照光も入射してしまうと、再生情報のＳＮ比が劣化するという問題点があった。そのため、従来の光情報記録再生方法では、再生時に再生光と再生用参照光とを空間的に分離できるように、記録時には、情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる場合が多い。これにより再生時に発生する再生光は、再生用参照光に対して所定の角度をなす方向に進むため、再生光と再生用参照光とを空間的に分離することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、上述のように、記録時に情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させ、再生時に再生光と再生用参照光とを空間的に分離するようにした場合には、記録再生のための光学系が大型化するという問題点がある。
【０００７】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ホログラフィを利用して情報の記録または再生を行うと共に、記録または再生のための光学系を小さく構成でき、且つ再生情報のＳＮ比を向上させることができるようにした光情報記録装置および方法、光情報再生装置および方法、ならびに光情報記録再生装置および方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の光情報記録装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録するための光情報記録装置であって、記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する情報光生成手段と、記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光生成手段によって生成された情報光と記録用参照光生成手段によって生成された記録用参照光とを情報記録層に照射する記録光学系とを備え、前記記録用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、前記情報光生成手段は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するものである。
【０００９】
本発明の光情報記録装置では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。
【００１０】
本発明の光情報記録装置において、記録光学系は、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００１１】
また、本発明の光情報記録装置において、情報光生成手段は、変調後の光の位相を２つの値のいずれかに設定してもよいし、３つ以上の値のいずれかに設定してもよい。
【００１３】
また、本発明の光情報記録装置は、更に、情報光生成手段、記録用参照光生成手段および記録光学系を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えていてもよい。
【００１４】
本発明の光情報記録方法は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録する光情報記録方法であって、記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する手順と、記録用参照光を生成する手順と、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを情報記録層に照射する記録手順とを備え、前記記録用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、前記情報光を生成する手順は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するものである。
【００１５】
本発明の光情報記録方法では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。
【００１６】
本発明の光情報記録方法において、記録手順は、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００１７】
また、本発明の光情報記録方法において、情報光を生成する手順は、変調後の光の位相を２つの値のいずれかに設定してもよいし、３つ以上の値のいずれかに設定してもよい。
【００１９】
本発明の光情報再生装置は、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体より、ホログラフィを利用して、情報を再生するための光情報再生装置であって、
再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、
再生用参照光生成手段によって生成された再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生光学系と、
再生光学系によって生成された合成光を検出する検出手段と
を備えたものである。
【００２０】
本発明の光情報再生装置では、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００２１】
本発明の光情報再生装置において、再生光学系は、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００２２】
また、本発明の光情報再生装置において、再生用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。
【００２３】
また、本発明の光情報再生装置は、更に、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えていてもよい。
【００２４】
本発明の光情報再生方法は、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体より、ホログラフィを利用して、情報を再生する光情報再生方法であって、
再生用参照光を生成する手順と、
再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生手順と、
合成光を検出する手順と
を備えたものである。
【００２５】
本発明の光情報再生方法では、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００２６】
本発明の光情報再生方法において、再生手順は、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行ってもよい。
【００２７】
また、本発明の光情報再生方法において、再生用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。
【００２８】
本発明の光情報記録再生装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録すると共に、光情報記録媒体より情報を再生するための光情報記録再生装置であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する情報光生成手段と、
記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、
再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、
情報の記録時には、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光生成手段によって生成された情報光と記録用参照光生成手段によって生成された記録用参照光とを情報記録層に照射し、情報の再生時には、再生用参照光生成手段によって生成された再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する記録再生光学系と、
記録再生光学系によって生成された合成光を検出する検出手段と
を備えたものである。
【００２９】
本発明の光情報記録再生装置では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。また、情報の再生時には、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００３０】
本発明の光情報記録再生装置において、記録再生光学系は、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行ってもよい。この場合、情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段は、それぞれ、偏光方向が同じ直線偏光の情報光、記録用参照光、再生用参照光を生成し、記録再生光学系は、情報光および記録用参照光を第１の直線偏光から円偏光に変換して情報記録層に対して照射すると共に、情報記録層より発生される再生光を円偏光から、第１の直線偏光に対して偏光方向が直交する第２の直線偏光に変換する４分の１波長板と、偏光方向の違いによって、４分の１波長板を通過する前の情報光、記録用参照光および再生用参照光の光路と４分の１波長板を通過した後の光情報記録媒体からの戻り光の光路とを分離する偏光分離光学素子とを有していてもよい。
【００３１】
また、本発明の光情報記録再生装置において、記録用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、再生用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。この場合、情報光生成手段は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するようにしてもよい。
【００３２】
また、本発明の光情報記録再生装置は、更に、情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えていてもよい。
【００３３】
本発明の光情報記録再生方法は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録すると共に、光情報記録媒体より情報を再生する光情報記録再生方法であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する手順と、
記録用参照光を生成する手順と、
情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを情報記録層に照射する記録手順と、
再生用参照光を生成する手順と、
再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生手順と、
合成光を検出する手順と
を備えたものである。
【００３４】
本発明の光情報記録再生方法では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報が記録される。また、情報の再生時には、再生用参照光が光情報記録媒体の情報記録層に対して照射され、これにより、情報記録層より再生光が発生される。この再生光は、記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。この再生光と再生用参照光とが重ね合わせられて合成光が生成される。この合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光である。この合成光が検出されることにより、情報が再生される。
【００３５】
本発明の光情報記録再生方法において、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集は、情報記録層の同一面側より行われてもよい。
【００３６】
また、本発明の光情報記録再生方法において、記録用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、再生用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成してもよい。この場合、情報光を生成する手順は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調するようにしてもよい。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理を示す説明図である。
【００３８】
始めに、図１を参照して、本実施の形態において用いられる光情報記録媒体の構成について説明する。本実施の形態における光情報記録媒体１は、ポリカーボネート等によって形成された円板状の透明基板２と、この透明基板２における光の入出射側とは反対側に、透明基板２から順に配置された情報記録層３、エアギャップ層４、反射膜５を備えている。情報記録層３は、ホログラフィを利用して情報が記録される層であり、光が照射されたときに光の強度に応じて屈折率、誘電率、反射率等の光学的特性が変化するホログラム材料によって形成されている。ホログラム材料としては、例えば、デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）社製フォトポリマ（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）ＨＲＦ−６００（製品名）や、アプリリス（Ａｐｒｉｌｓ）社製フォトポリマＵＬＳＨ−５００（製品名）等が使用される。反射膜５は、例えばアルミニウムによって形成されている。なお、光情報記録媒体１では、エアギャップ層４を設けずに、情報記録層３と反射膜５とが隣接するようにしてもよい。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報記録方法について説明する。本実施の形態では、情報光と記録用参照光を生成し、情報記録層３に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを光情報記録媒体１の情報記録層３に照射する。情報光は、記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって生成される。
【００４０】
以下、図１を参照して、本実施の形態に係る光情報記録方法について詳しく説明する。なお、図１では、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。この例における記録再生光学系は、光情報記録媒体１の透明基板２側に対向する対物レンズ１１と、この対物レンズ１１における光情報記録媒体１とは反対側に、対物レンズ１１側から順に配設されたビームスプリッタ１２および位相空間光変調器１３を有している。ビームスプリッタ１２は、その法線方向が対物レンズ１１の光軸方向に対して４５°傾けられた半反射面１２ａを有している。図１に示した記録再生光学系は、更に、光情報記録媒体１からの戻り光がビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射される方向に配置された光検出器１４を有している。位相空間光変調器１３は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相を選択することによって、光の位相を空間的に変調することができるようになっている。また、光検出器１４は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。
【００４１】
図１に示した例では、位相空間光変調器１３によって、情報光と記録用参照光とを生成するようになっている。位相空間光変調器１３には、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光が入射されるようになっている。情報の記録時において、位相空間光変調器１３は、一方の半分の領域１３Ａでは、記録する情報に基づいて画素毎に出射光の位相を選択することによって、光の位相を空間的に変調して情報光を生成し、他方の半分の領域１３Ｂでは、全ての画素について出射光の位相を同一にして記録用参照光を生成する。
【００４２】
位相空間光変調器１３は、領域１３Ａでは、画素毎に、変調後の光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相と基準位相に対する位相差が−π／２（ｒａｄ）となる第２の位相のいずれかに設定するようになっている。第１の位相と第２の位相との位相差はπ（ｒａｄ）である。なお、位相空間光変調器１３は、領域１３Ａにおいて、画素毎に、変調後の光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定してもよい。また、位相空間光変調器１３は、領域１３Ｂでは、全ての画素の出射光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相とするようになっている。なお、位相空間光変調器１３は、領域１３Ｂにおいて、全ての画素の出射光の位相を第２の位相としてもよいし、第１の位相および第２の位相のいずれとも異なる一定の位相としてもよい。
【００４３】
図１中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。なお、図１では、第１の位相を記号“＋”で表し、第２の位相を記号“−”で表している。また、図１では、強度の最大値を“１”で表し、強度の最小値“０”で表している。
【００４４】
図１に示した例では、情報の記録時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光２１が入射される。位相空間光変調器１３に入射した光のうち領域１３Ａを通過した光は、記録する情報に基づいて位相が空間的に変調されて情報光２２Ａとなる。なお、情報光２２Ａにおいて、第１の位相の画素と第２の位相の画素との境界部分では局所的に強度が低下する。一方、位相空間光変調器１３に入射した光のうち領域１３Ｂを通過した光は、位相が空間的に変調されず、記録用参照光２２Ｂとなる。これら情報光２２Ａおよび記録用参照光２２Ｂはビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する情報光２３Ａおよび収束する記録用参照光２３Ｂとなって、光情報記録媒体１に照射される。情報光２３Ａおよび記録用参照光２３Ｂは、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光２４Ａおよび記録用参照光２４Ｂは、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【００４５】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の情報光２３Ａと反射膜５で反射された後の記録用参照光２４Ｂとが干渉して干渉パターンを形成すると共に、反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと反射膜５で反射される前の記録用参照光２３Ｂとが干渉して干渉パターンを形成する。そして、これらの干渉パターンが情報記録層３内に体積的に記録される。
【００４６】
反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと記録用参照光２４Ｂは、光情報記録媒体１より出射され、対物レンズ１１によって平行光の情報光２５Ａと記録用参照光２５Ｂとなる。これらの光２５Ａ，２５Ｂは、ビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。
【００４７】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報再生方法について説明する。本実施の形態では、再生用参照光を生成し、この再生用参照光を光情報記録媒体１の情報記録層３に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層３より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出する。
【００４８】
以下、図２を参照して、本実施の形態に係る光情報再生方法について詳しく説明する。図２は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を示す説明図である。なお、図２では、図１と同様に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。
【００４９】
また、図２中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。図２における位相および強度の表し方は、図１と同様である。
【００５０】
図２に示した例では、情報の再生時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光３１が入射される。情報の再生時において、位相空間光変調器１３は、全ての画素について出射光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相にして再生用参照光３２を生成する。この再生用参照光３２はビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する再生用参照光３３となって、光情報記録媒体１に照射される。再生用参照光３３は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【００５１】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の再生用参照光３３によって、反射膜５とは反対側に進行する再生光が発生すると共に、反射膜５で反射された後の再生用参照光によって、反射膜５側に進行する再生光が発生する。反射膜５とは反対側に進行する再生光は、そのまま光情報記録媒体１より出射され、反射膜５側に進行する再生光は、反射膜５で反射されて、光情報記録媒体１より出射される。
【００５２】
このように、再生時には、光情報記録媒体１からの戻り光３４は、再生光と、反射膜５で反射された後の再生用参照光とを含んだものとなる。戻り光３４は、対物レンズ１１によって平行光の戻り光３５とされてビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。光検出器１４に入射する戻り光３５は、再生光３６と、反射膜５で反射された後の再生用参照光３７とを含んでいる。再生光３６は、情報記録層３に記録された情報に対応して光の位相が空間的に変調された光である。図２では、便宜上、再生光３６と再生用参照光３７とを分け、それぞれについて位相および強度を示している。しかし、実際には、再生光３６と再生用参照光３７とが重ね合わせられて合成光が生成され、この合成光が光検出器１４によって受光される。合成光は、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光となる。従って、光検出器１４によって合成光の強度の２次元パターンが検出され、これにより情報が再生される。
【００５３】
図１および図２に示したように、本実施の形態に係る光情報記録再生装置では、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集は、情報記録層３の同一面側より行われる。なお、図１において、情報記録層３に照射される情報光２３Ａと記録用参照光２３Ｂは、断面が半円形状の光ビームとなるが、これらは、断面が円形の光ビームの半分ずつを構成するので、同軸的である。
【００５４】
ここで、図３を参照して、上記再生光３６、再生用参照光３７および合成光について詳しく説明する。図３において、（ａ）は再生光３６の強度、（ｂ）は再生光３６の位相、（ｃ）は再生用参照光３７の強度、（ｄ）は再生用参照光３７の位相、（ｅ）は合成光の強度を表している。図３は、情報光の各画素毎の位相を、基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相と基準位相に対する位相差が−π／２（ｒａｄ）となる第２の位相のいずれかに設定した場合についての例を示している。従って、図３に示した例では、再生光３６の各画素毎の位相は、情報光と同様に、第１の位相と第２の位相のいずれかになる。また、再生用参照光３７の各画素毎の位相は全て第１の位相となっている。ここで、再生光３６の強度と再生用参照光３７の強度が等しいとすれば、図３（ｅ）に示したように、再生光３６の位相が第１の位相となる画素では、合成光の強度は再生光３６の強度および再生用参照光３７の強度よりも大きくなり、再生光３６の位相が第２の位相となる画素では、原理的には合成光の強度はゼロとなる。
【００５５】
次に、記録時に情報光の位相を２つの値のいずれかに設定する場合と情報光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定する場合とを含めて、再生光の位相と合成光の強度との関係について詳しく説明する。
【００５６】
合成光は、再生光と再生用参照光という２つの光波を重ね合わせたものである。従って、再生光の振幅および再生用参照光の振幅を共にａ0とし、再生光と再生用参照光との位相差をδとすると、合成光の強度Ｉは次の式（１）で表される。
【００５７】
再生用参照光の位相は画素に依らずに一定であるから、上式より、再生光の位相に応じて合成光の強度Ｉが変化することが分かる。また、情報光の位相を、例えば＋π／２（ｒａｄ）から−π／２（ｒａｄ）の範囲内で、ｎ（ｎは２以上の整数）値のいずれかに設定すれば、合成光の強度Ｉもｎ値のいずれかになる。
【００５９】
このように、本実施の形態に係る光情報記録方法では、再生光と再生用参照光と重ね合わせて生成される合成光の強度の２次元パターンを検出することによって、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報記録層３に記録された情報を再生することができる。
【００６０】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置の構成について説明する。なお、本実施の形態に係る光情報記録再生装置は、本実施の形態に係る光情報記録装置と本実施の形態に係る光情報再生装置とを含んでいる。
【００６１】
図４は本実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。図４に示したように、本実施の形態では、位置決め情報を有する光情報記録媒体１を用いる。すなわち、本実施の形態における光情報記録媒体１では、図４に示したように、エアギャップ層４と反射膜５の境界面に、半径方向に線状に延びる複数のアドレス・サーボエリア６が所定の角度間隔で設けられている。隣り合うアドレス・サーボエリア６間の扇形の区間はデータエリア７になっている。アドレス・サーボエリア６には、サンプルドサーボ方式によってトラッキングサーボを行うための情報とアドレス情報とが、予めエンボスピット等によって記録されている。なお、後述するが、本実施の形態ではフォーカスサーボは行わない。
【００６２】
図４に示したように、本実施の形態に係る光情報記録再生装置は、光情報記録媒体１の透明基板２に対向するように配置される光ヘッド４０を備えている。この光ヘッド４０は、後述する各要素を収納し、光情報記録媒体１より浮上する浮上型ヘッド本体４１を有している。このヘッド本体４１内の底部には、支持台４２を介して半導体レーザ４３が固定されていると共に、反射型の位相空間光変調器４４と光検出器４５が固定されている。光検出器４５の受光面には、マイクロレンズアレイ４６が取り付けられている。また、ヘッド本体４１内において、位相空間光変調器４４および光検出器４５の上方にはプリズムブロック４８が設けられている。プリズムブロック４８の半導体レーザ４３側の端部近傍にはコリメータレンズ４７が設けられている。また、ヘッド本体４１の光情報記録媒体１に対向する面には開口部が形成され、この開口部に対物レンズ５０が設けられている。この対物レンズ５０とプリズムブロック４８との間には４分の１波長板４９が設けられている。
【００６３】
位相空間光変調器４４は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相を、互いにπ（ｒａｄ）だけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができるようになっている。位相空間光変調器４４は、更に、入射光の偏光方向に対して、出射光の偏光方向を９０°回転させるようになっている。
【００６４】
光検出器４５は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。また、マイクロレンズアレイ４６は、光検出器４５の各画素の受光面に対向する位置に配置された複数のマイクロレンズを有している。
【００６５】
光検出器４５としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出器４５として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇビット／秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。
【００６６】
プリズムブロック４８は、偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂを有している。偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂのうち偏光ビームスプリッタ面４８ａがコリメータレンズ４７寄りに配置されている。偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂは、共にその法線方向がコリメータレンズ４７の光軸方向に対して４５°傾けられ、且つ互いに平行に配置されている。
【００６７】
位相空間光変調器４４は偏光ビームスプリッタ面４８ａの下方の位置に配置され、光検出器４５は反射面４８ｂの下方の位置に配置されている。また、４分の１波長板４９と対物レンズ５０は、偏光ビームスプリッタ面４８ａの上方の位置に配置されている。なお、コリメータレンズ４７や対物レンズ５０は、ホログラムレンズであってもよい。
【００６８】
プリズムブロック４８は、本発明における偏光分離光学素子に対応する。すなわち、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａは、後で詳しく説明するように、偏光方向の違いによって、４分の１波長板４９を通過する前の情報光、記録用参照光および再生用参照光の光路と４分の１波長板４９を通過した後の光情報記録媒体１からの戻り光の光路とを分離する。
【００６９】
図５は本実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す斜視図である。図５に示したように、浮上型ヘッド本体４１は、光情報記録媒体１に対向する面において突出するように設けられた２つのレール部５１を有している。レール部５１の光情報記録媒体１側の面はエアベアリング面となっている。レール部５１における空気流入側の端部の近傍には、端部側ほど光情報記録媒体１より離れるように形成されたテーパー部５２が設けられている。ヘッド本体４１は、テーパー部５２より流入する空気によって、エアベアリング面と光情報記録媒体１との間に微小な空隙を形成しながら、光情報記録媒体１より浮上するようになっている。対物レンズ５０は、２つのレール部５１の間に配置されている。ヘッド本体４１の浮上時におけるエアベアリング面と光情報記録媒体１との間の空隙の大きさは０．０５μｍ程度であり、且つ安定している。従って、本実施の形態における光ヘッド４０では、ヘッド本体４１の浮上時には対物レンズ５０と光情報記録媒体１との間の距離がほぼ一定に保たれるので、フォーカスサーボが不要になっている。
【００７０】
図６は本実施の形態に係る光情報記録再生装置の外観を示す平面図である。図６に示したように、光情報記録再生装置は、光情報記録媒体１が取り付けられるスピンドル５４と、このスピンドル５４を回転させる図示しないスピンドルモータとを備えている。光情報記録再生装置は、更に、先端部が光情報記録媒体１のトラック横断方向に移動するキャリッジ５５と、このキャリッジ５５を駆動するボイスコイルモータ５６とを備えている。光ヘッド４０は、キャリッジ５５の先端部に取りつけられている。光情報記録再生装置では、キャリッジ５５およびボイスコイルモータ５６によって、光ヘッド４０が光情報記録媒体１のトラック横断方向に移動され、トラックの変更やトラッキングサーボが行われるようになっている。
【００７１】
次に、情報の記録時における光ヘッド４０の作用について説明する。半導体レーザ４３は、コヒーレントなＳ偏光の光を出射する。なお、Ｓ偏光とは偏光方向が入射面（図４おける紙面）に垂直な直線偏光であり、後述するＰ偏光とは偏光方向が入射面に平行な直線偏光である。
【００７２】
半導体レーザ４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ４７によって平行光とされ、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されて、位相空間光変調器４４に入射する。位相空間光変調器４４の出射光は、一方の半分の領域では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光となり、他方の半分の領域では、全ての画素について出射光の位相が同一の記録用参照光となる。また、位相空間光変調器４４の出射光は、偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光となる。
【００７３】
位相空間光変調器４４の出射光である情報光および記録用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過し、４分の１波長板４９を通過して円偏光の光となる。この情報光および記録用参照光は、対物レンズ５０によって集光されて光情報記録媒体１に照射される。この情報光および記録用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光および記録用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。半導体レーザ４３の出力が記録用の高出力に設定されると、図１を参照して説明したように、情報記録層３に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンが記録される。
【００７４】
光情報記録媒体１からの戻り光は、対物レンズ５０によって平行光とされ、４分の１波長板４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射され、更に反射面４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイ４６を経て、光検出器４５に入射する。
【００７５】
なお、情報の記録時において、対物レンズ５０からの光ビームが光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６を通過する期間では、半導体レーザ４３の出力は、再生用の低出力に設定されると共に、位相空間光変調器４４は、光の位相を変調せずに、全ての画素について位相が同一の光を出射する。このときの光検出器４５の出力に基づいて、アドレス情報およびトラッキングエラー情報を得ることができる。
【００７６】
次に、情報の再生時における光ヘッド４０の作用について説明する。情報の再生時には、半導体レーザ４３の出力は、再生用の低出力に設定される。半導体レーザ４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ４７によって平行光とされ、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されて、位相空間光変調器４４に入射する。位相空間光変調器４４の出射光は、全ての画素について出射光の位相が同一の再生用参照光となる。また、位相空間光変調器４４の出射光は、偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光となる。
【００７７】
位相空間光変調器４４の出射光である再生用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過し、４分の１波長板４９を通過して円偏光の光となる。この再生用参照光は、対物レンズ５０によって集光されて光情報記録媒体１に照射される。この再生用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。図２を参照して説明したように、再生用参照光によって、情報記録層３より再生光が発生される。
【００７８】
光情報記録媒体１からの戻り光は、再生光と再生用参照光とを含む。この戻り光は、対物レンズ５０によって平行光とされ、４分の１波長板４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射され、更に反射面４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイ４６を経て、光検出器４５に入射する。この光検出器４５の出力に基づいて、光情報記録媒体１に記録された情報を再生することができる。
【００７９】
なお、情報の再生時において、対物レンズ５０からの光ビームが光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６を通過する期間では、光検出器４５の出力に基づいて、アドレス情報およびトラッキングエラー情報を得ることができる。
【００８０】
次に、図７および図８を参照して、本実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法の一例について説明する。この例では、光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６には、トラッキングサーボに用いられる位置決め情報として、図７（ａ）に示したように、トラック８０に沿って光ビーム８２の進行方向の手前側から順に、２つのピット８１Ａ、１つのピット８１Ｂ、１つのピット８１Ｃが形成されている。２つのピット８１Ａは、図７において符号Ａで示した位置においてトラック８０を挟んで対称な位置に配置されている。ピット８１Ｂは、図７において符号Ｂで示した位置においてトラック８０に対して片側にずれた位置に配置されている。ピット８１Ｃは、図７において符号Ｃで示した位置において、トラック８０に対してピット８１Ｂとは反対側にずれた位置に配置されている。
【００８１】
図７（ａ）に示したように、光ビーム８２がトラック８０上を正確に進行する場合には、光ビーム８２が各位置Ａ，Ｂ，Ｃを通過する際の光検出器４５の全受光量は、図７（ｂ）に示したようになる。すなわち、位置Ａ通過時の受光量が最も大きく、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量は互いに等しく且つ位置Ａ通過時の受光量よりも小さくなる。
【００８２】
一方、図８（ａ）に示したように、光ビーム８２がトラック８０に対してピット８１Ｃ寄りにずれて進行する場合には、光ビーム８２が各位置Ａ，Ｂ，Ｃを通過する際の光検出器４５の全受光量は、図８（ｂ）に示したようになる。すなわち、位置Ａ通過時の受光量が最も大きく、次に位置Ｃ通過時の受光量が大きく、位置Ｂ通過時の受光量は最も小さくなる。位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差の絶対値は、光ビーム８２のトラック８０からのずれ量が大きくなるほど大きくなる。
【００８３】
なお、図示しないが、光ビーム８２がトラック８０に対してピット８１Ｂ寄りにずれて進行する場合には、位置Ａ通過時の受光量が最も大きく、次に位置Ｂ通過時の受光量が大きく、位置Ｃ通過時の受光量は最も小さくなる。位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差の絶対値は、光ビーム８２のトラック８０からのずれ量が大きくなるほど大きくなる。
【００８４】
以上のことから、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差から、トラック８０に対する光ビーム８２のずれの方向および大きさが分かる。従って、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差をトラッキングエラー信号とすることができる。ピット８１Ａは、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量を検出するタイミングの基準となる。
【００８５】
本例におけるトラッキングサーボは、具体的には、以下のようにして行われる。まず、光検出器４５の全受光量が最初にピークに達するタイミング、すなわち位置Ａ通過時のタイミングを検出する。次に、位置Ａ通過時のタイミングを基準にして、位置Ｂ通過時のタイミングと位置Ｃ通過時のタイミングを予測する。次に、予測した各タイミングで、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量を検出する。最後に、位置Ｂ通過時の受光量と位置Ｃ通過時の受光量との差を検出し、これをトラッキングエラー信号とする。そして、光ビーム８２が常にトラック８０に追従するように、トラッキングエラー信号に基づいてボイスコイルモータ５６が駆動されて、トラッキングサーボが行われる。なお、光ビーム８２がデータエリア７を通過する際には、トラッキングサーボは行われず、直前のアドレス・サーボエリア６通過時の状態が保持される。
【００８６】
なお、本実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法は、上記の方法に限らず、例えばプッシュプル法を用いてもよい。この場合には、アドレス・サーボエリア６には、トラッキングサーボに用いられる位置決め情報として、トラック方向に沿った一列のピット列を形成しておき、光検出器４５の受光面における入射光の形状の変化を検出して、トラッキングエラー情報を生成する。
【００８７】
次に、図９および図１０を参照して、本実施の形態における位相空間光変調器４４の構成の一例について説明する。本例における位相空間光変調器４４は磁気光学効果を利用するものである。図９は本例における位相空間光変調器４４の要部を示す断面図、図１０は本例における位相空間光変調器４４とその周辺回路を示す説明図である。
【００８８】
図９および図１０に示したように、本例における位相空間光変調器４４は、光磁気材料よりなり、それぞれ独立に磁化の方向が設定され、磁気光学効果により、入射する光に対して磁化の方向に応じた偏光方向の回転を与える複数の画素を含む磁化設定層１１１と、この磁化設定層１１１の各画素毎に対応するように設けられ、各画素における磁化の方向を独立に設定するための磁界を発生する複数の磁界発生素子としての薄膜コイル１１２と、磁化設定層１１１と薄膜コイル１１２との間に設けられ、光を反射する反射層１１３とを備えている。
【００８９】
磁化設定層１１１には、隣接する画素の境界位置に、磁壁の移動を抑止する磁壁移動抑止部１１１ｂが設けられている。磁壁移動抑止部１１１ｂは、例えば図９に示したような突起でもよい。
【００９０】
図９および図１０において、符号１１１ａ0は磁化が下向きの画素（以下、オフの画素とも言う。）を示し、符号１１１ａ1は磁化が上向きの画素（以下、オンの画素とも言う。）を示している。
【００９１】
図１１は、薄膜コイル１１２の平面図である。図１１において、符号１１１Ａは１画素の領域を表している。
【００９２】
図９および図１０において、磁化設定層１１１の上側の面が、光の入射する面になっている。磁化設定層１１１は、少なくとも使用する光に対して透光性を有している。薄膜コイル１１２は、反射層１１３を介して、磁化設定層１１１における光の入射する面とは反対側の面に隣接するように配置されている。
【００９３】
反射層１１３は、導電性を有している。各薄膜コイル１１２の一方の端部、例えば内側の端部は、反射層１１３に接続されている。各薄膜コイル１１２の他方の端部、例えば外側の端部には、それぞれ端子１１４が接続されている。反射層１１３は、薄膜コイル１１２に通電するための２つの導電路のうちの一方を兼ねている。端子１１４は、薄膜コイル１１２に通電するための２つの導電路のうちの他方を構成する。
【００９４】
位相空間光変調器４４は、更に、軟磁性材料よりなり、薄膜コイル１１２における磁化設定層１１１とは反対側に配置され、薄膜コイル１１２によって発生される磁界に対応する磁路１２０の一部を形成する磁路形成部１１５を備えている。薄膜コイル１１２、端子１１４および磁路形成部１１５の周囲には、絶縁層１１６が形成されている。
【００９５】
位相空間光変調器４４は、更に、軟磁性材料よりなり、磁化設定層１１１における薄膜コイル１１２とは反対側の面に隣接するように設けられ、薄膜コイル１１２によって発生される磁界に対応する磁路１２０の他の一部を形成する軟磁性層１１７を備えている。軟磁性層１１７は、少なくとも使用する光に対して透光性を有している。
【００９６】
図１０に示したように、各薄膜コイル１１２は、それぞれ、端子１１４、反射層１１３およびこれらに接続された配線によって、各薄膜コイル１１２に独立に通電するための駆動部１０２に接続されるようになっている。駆動部１０２は、例えばナノ秒オーダーの周期で、正または負のパルス状の電流を薄膜コイル１１２に供給するようになっている。また、駆動部１０２は制御部１０３によって制御されるようになっている。
【００９７】
磁化設定層１１１は、大きな保磁力Ｈｃ，−Ｈｃを有している。そして、磁化設定層１１１は、正方向に磁化されているときには、絶対値がＨｃを越える負の磁界が印加されると磁化の方向が反転し、負方向に磁化されているときには、絶対値がＨｃを越える正の磁界が印加されると磁化の方向が反転する。薄膜コイル１１２は、絶対値がＨｃを越える正または負の磁界を発生する。これに対し、軟磁性層１１７の保磁力は極めて小さく、軟磁性層１１７では小さな印加磁界によって容易に磁化の方向が反転する。磁路形成部１１５の特性も、軟磁性層１１７と同様である。
【００９８】
磁化設定層１１１の材料としては、磁気光学効果を有する光磁気材料であればよいが、特に、磁性ガーネット薄膜または１次元磁性フォトニック結晶を用いるのが好ましい。
【００９９】
磁性ガーネット薄膜の代表的なものとしては、希土類鉄系ガーネット薄膜がある。磁性ガーネット薄膜を作製する方法としては、例えば、ガドリニウムガリウムガーネット（ＧＧＧ）等の基板の上に、液相エピタキシャル成長法（ＬＰＥ法）またはスパッタ法によって単結晶の磁性ガーネット薄膜を形成する方法がある。
【０１００】
図１２は、１次元磁性フォトニック結晶の構造を示す説明図である。この１次元磁性フォトニック結晶１３０は、磁性体層１３１の両面側に誘電体多層膜を形成した構造を有している。磁性体層１３１の材料には、希土類鉄ガーネットやビスマス置換希土類鉄ガーネット等が用いられる。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ2膜１３２とＴａ2Ｏ5膜１３３を交互に積層して構成される。１次元磁性フォトニック結晶１３０における層構造の周期は、使用する光の波長オーダーである。この１次元磁性フォトニック結晶１３０では、大きなファラデー回転角を得ることが可能になる。
【０１０１】
なお、本例における位相空間光変調器４４は、全ての構成要素をモノリシックに形成して製造してもよいし、複数の部分に分けて形成した後、複数の部分を組み合わせて製造してもよい。位相空間光変調器４４を複数の部分に分けて形成する場合には、例えば、軟磁性層１１７から反射層１１３までの部分と、他の部分とに分けてもよい。また、本例における位相空間光変調器４４の構成要素は、全て半導体製造プロセスを用いて製造することが可能である。
【０１０２】
次に、図１３を参照して、本例における位相空間光変調器４４の作用について説明する。本例における位相空間光変調器４４では、変調情報に従って選択的に、薄膜コイル１１２に正または負のパルス電流が供給され、その結果、薄膜コイル１１２によって磁化設定層１１１の各画素に対して独立に磁界が印加される。簡単な計算によれば、尖頭値４０ｍＡ程度のパルス電流を薄膜コイル１１２に供給することにより、薄膜コイル１１２の中心部に１００Ｏｅ程度のパルス状の磁界を発生させることができ、この磁界によって各画素における磁化を反転させることができる。
【０１０３】
各画素では、それまでの磁化の方向と反対方向の磁界が印加されると、印加磁界と同じ方向の磁化の磁区が生じ、この磁区が拡大する。この磁区の拡大は、磁壁が磁壁移動抑止部１１１ｂに達すると停止する。その結果、１つの画素全体が印加磁界と同じ方向の磁化となる。このようにして、薄膜コイル１１２によって磁化設定層１１１の各画素に対して独立に磁界を印加することにより、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向が独立に設定される。
【０１０４】
軟磁性層１１７側より位相空間光変調器４４に入射した光は、軟磁性層１１７を通過した後、磁化設定層１１１を通過する。この磁化設定層１１１を通過する光には、ファラデー効果により、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向に応じた偏光方向の回転、すなわちファラデー回転が与えられる。例えば、磁化が上向きのオンの画素１１１ａ1を通過する光の偏光方向が＋θFだけ回転されるとすると、磁化が下向きのオフの画素１１１ａ0を通過する光の偏光方向は−θFだけ回転される。
【０１０５】
磁化設定層１１１を通過した光は、反射層１１３で反射され、再度、磁化設定層１１１と軟磁性層１１７を通過し、位相空間光変調器４４より出射される。反射層１１３で反射されてから磁化設定層１１１を通過する光には、反射層１１３に達する前に磁化設定層１１１を通過する際と同様に、ファラデー効果により、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向に応じた偏光方向の回転が与えられる。従って、上述のように、オンの画素１１１ａ1を通過する光の偏光方向が＋θFだけ回転され、オフの画素１１１ａ0を通過する光の偏光方向が−θFだけ回転されるとすると、オンの画素１１１ａ1を往復で２回通過して位相空間光変調器４４より出射される光の偏光方向は＋２θFだけ回転され、オフの画素１１１ａ0を往復で２回通過して位相空間光変調器４４より出射される光の偏光方向は−２θFだけ回転される。
【０１０６】
位相空間光変調器４４では、磁化設定層１１１において、オンの画素１１１ａ1を往復で２回通過した光の偏光方向の回転角度＋２θFを９０°とし、オフの画素１１１ａ0を往復で２回通過した光の偏光方向の回転角度−２θFを−９０°としている。
【０１０７】
図１３に示したように、位相空間光変調器４４には、半導体レーザ４３より出射され、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されたＳ偏光の光が入射する。この光は、位相空間光変調器４４の磁化設定層１１１を通過し、反射層１１３で反射され、再度、磁化設定層１１１を通過して、プリズムブロック４８に戻ってくる。ここで、オンの画素１１１ａ1を往復で２回通過した光は、偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光となり、オフの画素１１１ａ0を往復で２回通過した光は、偏光方向が−９０°回転されてＰ偏光の光（図１３では符号Ｐ´で表す。）となる。従って、位相空間光変調器４４からの戻り光は、全て偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過する。
【０１０８】
位相空間光変調器４４からの戻り光は、全てＰ偏光であるが、オンの画素１１１ａ1を通過した光とオフの画素１１１ａ0を通過した光とでは、位相がπ（ｒａｄ）だけ異なっている。従って、本例における位相空間光変調器４４は、入射光の偏光方向に対して出射光の偏光方向を９０°回転させると共に、各画素毎に出射光の位相を、互いにπ（ｒａｄ）だけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって光の位相を空間的に変調することができる。
【０１０９】
本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２によって磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向を独立に設定することによって、磁化設定層１１１に入射する光に対して各画素における磁化の方向に応じた偏光方向の回転を与えて、磁化設定層１１１に入射する光を空間的に変調する。磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向の切り替えは、数ナノ秒程度で行うことができる。しかも、本例における位相空間光変調器４４では、各画素毎に薄膜コイル１１２を設け、各画素における磁化の方向を独立に設定できるようにしているので、全ての画素における磁化の方向の設定を同時に行うことが可能である。従って、本例における位相空間光変調器４４では、位相空間光変調器４４の全体の応答時間を、画素単位の応答時間と同様に数ナノ秒程度とすることが可能となり、極めて大きな動作速度を得ることが可能となる。
【０１１０】
また、本例における位相空間光変調器４４は、機械的な駆動部分のない簡単な構造であると共に、液晶のような流動体を含まないので、信頼性が高い。また、本例における位相空間光変調器４４は、構造が簡単で、半導体製造プロセスを用いて量産が可能であるので、製造コストを低減することができる。
【０１１１】
また、本例における位相空間光変調器４４では、反射層１１３が、薄膜コイル１１２に通電するための２つの導電路のうちの一方を兼ねているので、構造を簡単にすることができる。
【０１１２】
また、本例における位相空間光変調器４４では、磁化設定層１１１の画素内における材料の状態および磁化の状態を均一にできる。また、本例における位相空間光変調器４４では、画素の状態を切り替えるための薄膜コイル１１２が、磁化設定層１１１における光の入射する面とは反対側の面に対して反射層１１３を介して隣接するように配置されているので、薄膜コイル１１２が変調される光に影響を与えることがない。これらのことから、本例における位相空間光変調器４４によれば、変調情報以外の原因で出射光が不均一になることを防止することができる。
【０１１３】
また、本例における位相空間光変調器４４では、光の経路に透明電極が配置されることがないため、光の散乱による特性の劣化がなく、特に画素の微細化に有利である。
【０１１４】
また、本例における位相空間光変調器４４によれば、薄膜コイル１１２によって、磁化設定層１１１の各画素における磁化の方向を設定するための磁界を発生するようにしたので、画素における磁化を反転させるための電流を小さくすることができる。
【０１１５】
また、本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２によって発生される磁界に対応する磁路１２０の一部を形成する軟磁性層１１７と磁路形成部１１５とを備えているので、磁束を有効に絞ることができる。その結果、本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２によって発生される起磁力を有効に、画素における磁化の設定のために利用することができる。
【０１１６】
また、本例における位相空間光変調器４４では、薄膜コイル１１２を駆動しなければ、磁化設定層１１１の各画素における磁化の状態は保持されるので、位相空間光変調器４４によって変調情報を保持することができる。
【０１１７】
上述の位相空間光変調器４４は、各画素毎に出射光の位相を２つの値のいずれかに設定するものであったが、本実施の形態に係る光情報記録再生装置において、この位相空間光変調器４４の代りに、各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定できるものを用いてもよい。
【０１１８】
図１４は、各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定できる位相空間光変調器の構成の一例を示している。この位相空間光変調器１４４は、互いに対向するように配置された２枚のガラス基板１５１，１５２を備えている。ガラス基板１５１，１５２の互いに対向する面には、それぞれ透明電極１５３，１５４が形成されている。ガラス基板１５１，１５２は、スペーサ１５５によって所定の間隔で隔てられている。ガラス基板１５１，１５２およびスペーサ１５５によって形成される空間には、液晶が封入されて、液晶層１５７が形成されている。また、ガラス基板１５２の液晶層１５７側の面には、斜め方向に突き出た柱状の多数の配向部１５６が形成されている。この配向部１５６は、例えばガラス基板１５２に対して斜め方向から蒸着物質の蒸着を行うことで形成することができる。液晶層１５７内の液晶分子１５７ａは、その長軸方向が配向部１５６の長手方向を向くように、すなわちガラス基板１５２に対して斜め方向を向くように配向する。なお、液晶分子１５７ａは、誘電異方性が正であるものとする。また、ガラス基板１５２の外側の面には反射膜１５８が形成されている。
【０１１９】
次に、図１５および図１６を参照して、図１４に示した位相空間光変調器１４４の作用について説明する。光は、位相空間光変調器１４４に対して、ガラス基板１５１側より入射し、ガラス基板１５１、液晶層１５７、ガラス基板１５２を通過し、反射膜１５８で反射され、再度、ガラス基板１５２、液晶層１５７、ガラス基板１５１を通過して出射される。透明電極１５３，１５４は、各画素毎に独立に、透明電極１５３，１５４間に電圧を印加することができる。
【０１２０】
図１５に示したように、透明電極１５３，１５４間に電圧Ｖを印加しない状態では、液晶分子１５７ａは、その長軸方向がガラス基板１５１，１５２に対して斜め方向を向くように配向する。これに対し、図１６に示したように、透明電極１５３，１５４間に、液晶分子１５７ａの配向方向を変えるのに十分な電圧Ｖを印加すると、少なくとも一部の液晶分子１５７ａでは、その長軸方向がガラス基板１５１，１５２に対して垂直な方向に近づくように、配向方向が変化する。この場合、配向部１５６が形成されていないガラス基板１５１に近い液晶分子１５７ａほど配向方向が変化しやすい。また、電圧Ｖが大きくなるほど配向方向が変化する液晶分子１５７ａの数および配向方向の変化量が増加する。
【０１２１】
液晶分子１５７ａの配向方向が変化すると、入射する光の偏光方向と液晶分子１５７ａの長軸方向とのなす角度が変化する。液晶分子１５７ａは、それを通過する光の偏光方向が液晶分子１５７ａの長軸方向に平行な場合と垂直な場合とで屈折率が異なる。従って、電圧Ｖが印加された状態の液晶層１５７を通過した光は、電圧Ｖが印加されない状態の液晶層１５７を通過した光に対して位相差を有する。電圧Ｖの所定の範囲内では、電圧Ｖが大きいほど位相差も大きくなる。また、電圧Ｖが一定の場合では、液晶層１５７の厚みが大きいほど位相差も大きくなる。従って、光が液晶層１５７を往復で２回通過する際の位相差の最大値がπ（ｒａｄ）となるように液晶層１５７の厚みと電圧Ｖの最大値を設定すれば、電圧Ｖを制御することによって、位相差を０〜π（ｒａｄ）の範囲で任意に設定することができる。
【０１２２】
以上の作用により、位相空間光変調器１４４は、各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定することができる。
【０１２３】
なお、位相空間光変調器１４４は光の偏光方向を回転させないので、位相空間光変調器４４の代りに位相空間光変調器１４４を用いる場合には、図４におけるプリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを半反射面に変更する。あるいは、プリズムブロック４８と位相空間光変調器１４４との間に、４分の１波長板を設け、プリズムブロック４８からのＳ偏光の光を４分の１波長板によって円偏光の光に変換して位相空間光変調器１４４に入射させ、位相空間光変調器１４４からの円偏光の光を４分の１波長板によってＰ偏光の光に変換して、偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過させるようにしてもよい。
【０１２４】
各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定できる位相空間光変調器としては、上述の液晶を用いた位相空間光変調器１４４に限らず、例えば、マイクロミラーデバイスを用いて、入射光の進行方向について、各画素毎に反射面の位置を調整するようにした構成したものでもよい。
【０１２５】
以上説明したように、本実施の形態では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とを、光情報記録媒体１の情報記録層３に照射して、情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報記録層３に情報を記録する。また、情報の再生時には、再生用参照光を情報記録層３に照射し、これによって情報記録層３より発生される再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出して情報を再生する。
【０１２６】
従って、本実施の形態によれば、情報の再生時に再生光と再生用参照光とを分離する必要がない。そのため、情報の記録時に、情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる必要もない。実際、本実施の形態では、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集とが情報記録層３の同一面側より行われる。従って、本実施の形態によれば、記録および再生のための光学系を小さく構成することができる。
【０１２７】
また、従来の再生方法では、再生光と再生用参照光とを分離して、再生光のみを検出するため、再生光を検出する光検出器に再生用参照光も入射してしまうと、再生情報のＳＮ比が劣化するという問題点があった。これに対し、本実施の形態では、再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生するので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがない。従って、本実施の形態によれば、再生情報のＳＮ比を向上させることができる。
【０１２８】
また、本実施の形態に係る光情報記録再生装置では、光ヘッド４０は、記録再生光学系を収納する浮上型ヘッド本体４１を備えている。従って、本実施の形態によれば、記録再生光学系の対物レンズ５０と光情報記録媒体１との間の距離がほぼ一定に保たれるので、フォーカスサーボが不要になる。
【０１２９】
また、本実施の形態に係る光情報記録再生装置において、情報光の位相を２つの値のいずれかに設定する場合には、情報光および再生光は、１画素当たり１ビットの情報を担持することになる。情報光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定する場合には、情報光および再生光に、１画素当たり複数ビットの情報を担持させることも可能になる。例えば、情報光の位相を８つの値のいずれかに設定する場合には、情報光および再生光は、１画素当たり３ビットの情報を担持することになる。また、情報光および再生光において、複数の画素で１つのデータを表すようにしてもよい。例えば、情報光の位相を８つの値のいずれかに設定し、４つの画素で１つのデータを表すようにすれば、これら４つの画素で１２ビットのデータを表すことができる。
【０１３０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置について説明する。本実施の形態は、位相が空間的に変調された記録用参照光および再生用参照光を用いて、位相符号化多重方式による多重記録と、このように多重記録された情報の再生とを行うことができるようにしたものである。本実施の形態に係る光情報記録再生装置の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１３１】
以下、図１７を参照して、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報記録方法について説明する。なお、図１７は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。図１７に示した光学系の構成は図１と同様である。図１７中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。図１７における光の位相および強度の表し方は図１と同様である。
【０１３２】
情報の記録時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光２１が入射される。位相空間光変調器１３における一方の半分の領域１３Ａは、記録する情報に基づいて画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、位相が空間的に変調された情報光２２Ａを生成する。ここでは、説明を簡単にするために、領域１３Ａは、各画素毎に出射光の位相を、所定の基準位相に対する位相差が＋π／２（ｒａｄ）となる第１の位相と基準位相に対する位相差が−π／２（ｒａｄ）となる第２の位相のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調するものとする。一方、位相空間光変調器１３における他方の半分の領域１３Ｂは、各画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、位相が空間的に変調された記録用参照光２２Ｂを生成する。ここでは、説明を簡単にするために、領域１３Ｂは、各画素毎に出射光の位相を、基準位相と第１の位相と第２の位相のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調するものとする。
【０１３３】
情報光２２Ａおよび記録用参照光２２Ｂはビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する情報光２３Ａおよび収束する記録用参照光２３Ｂとなって、光情報記録媒体１に照射される。情報光２３Ａおよび記録用参照光２３Ｂは、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光２４Ａおよび記録用参照光２４Ｂは、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【０１３４】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の情報光２３Ａと反射膜５で反射された後の記録用参照光２４Ｂとが干渉して干渉パターンを形成すると共に、反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと反射膜５で反射される前の記録用参照光２３Ｂとが干渉して干渉パターンを形成する。そして、これらの干渉パターンが情報記録層３内に体積的に記録される。
【０１３５】
反射膜５で反射された後の情報光２４Ａと記録用参照光２４Ｂは、光情報記録媒体１より出射され、対物レンズ１１によって平行光の情報光２５Ａと記録用参照光２５Ｂとなる。これらの光２５Ａ，２５Ｂは、ビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。
【０１３６】
次に、図１８を参照して、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理、すなわち本実施の形態に係る光情報再生方法について説明する。図１８では、図１７と同様に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における記録再生光学系の一例における一部を示している。また、図１８中には、位相空間光変調器１３の入射光、位相空間光変調器１３の出射光、光情報記録媒体１に照射される前における対物レンズ１１の入射光、およびビームスプリッタ１２の半反射面１２ａで反射された光情報記録媒体１からの戻り光の位相および強度を示している。図１８における位相および強度の表し方は、図１７と同様である。
【０１３７】
情報の再生時には、位相空間光変調器１３に、位相および強度が一定でコヒーレントな平行光３１が入射される。位相空間光変調器１３における半分の領域１３Ｂは、画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、記録用参照光２２Ｂと同様の変調パターンで位相が空間的に変調された再生用参照光３２Ｂ1を生成する。一方、位相空間光変調器１３における半分の領域１３Ａは、画素毎に出射光の位相を２値または３つ以上の値の中から選択することによって、再生用参照光３２Ｂ1の変調パターンに対して、記録用参照光および再生用参照光を情報記録層３に照射する光学系の光軸の位置を中心として点対称なパターンで位相が空間的に変調された再生用参照光３２Ｂ2を生成する。
【０１３８】
これらの再生用参照光３２Ｂ1，３２Ｂ2はビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａを通過し、更に対物レンズ１１を通過して収束する再生用参照光３３Ｂ1，３３Ｂ2となって、光情報記録媒体１に照射される。再生用参照光３３Ｂ1，３３Ｂ2は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。
【０１３９】
情報記録層３では、反射膜５で反射される前の再生用参照光３３Ｂ2によって、反射膜５とは反対側に進行する再生光が発生すると共に、反射膜５で反射された後の再生用参照光３３Ｂ2によって、反射膜５側に進行する再生光が発生する。反射膜５とは反対側に進行する再生光は、そのまま光情報記録媒体１より出射され、反射膜５側に進行する再生光は、反射膜５で反射されて、光情報記録媒体１より出射される。これらの再生光を共に符号３４Ａ1で表す。
【０１４０】
また、情報記録層３では、反射膜５で反射される前の再生用参照光３３Ｂ1によって、反射膜５とは反対側に進行する再生光が発生すると共に、反射膜５で反射された後の再生用参照光３３Ｂ1によって、反射膜５側に進行する再生光が発生する。反射膜５とは反対側に進行する再生光は、そのまま光情報記録媒体１より出射され、反射膜５側に進行する再生光は、反射膜５で反射されて、光情報記録媒体１より出射される。これらの再生光を共に符号３４Ａ2で表す。
【０１４１】
一方、再生用参照光３３Ｂ1は、反射膜５で反射されて、再生光３４Ａ1と同じ方向に進む再生用参照光３４Ｂ1となる。また、再生用参照光３３Ｂ2は、反射膜５で反射されて、再生光３４Ａ2と同じ方向に進む再生用参照光３４Ｂ2となる。
【０１４２】
これらの再生光３４Ａ1，３４Ａ2および再生用参照光３４Ｂ1，３４Ｂ2は、対物レンズ１１によって平行光の再生光３５Ａ1，３５Ａ2および再生用参照光３５Ｂ1，３５Ｂ2とされてビームスプリッタ１２に入射し、一部が半反射面１２ａで反射されて、光検出器１４によって受光される。
【０１４３】
再生光３５Ａ1，３５Ａ2は、いずれも、記録時の情報光と同様に位相が空間的に変調された光となる。ただし、再生光３５Ａ1，３５Ａ2の位相の変調パターンは互いに点対称となる。
【０１４４】
光検出器１４の一方の半分の領域には、再生光３５Ａ1と再生用参照光３５Ｂ1とが重ね合わせられて生成される合成光が入射する。光検出器１４の他方の半分の領域には、再生光３５Ａ2と再生用参照光３５Ｂ2とが重ね合わせられて生成される合成光が入射する。これらの２種類の合成光は、いずれも、記録された情報に対応して、強度が空間的に変調された光となる。ただし、２種類の合成光の強度の変調パターンは互いに点対称となる。従って、光検出器１４において、２種類の合成光のうちのいずれか一方の強度の２次元パターンを検出することによって情報を再生することができる。ここでは、再生光３５Ａ1と再生用参照光３５Ｂ1とが重ね合わせられて生成される合成光の強度の２次元パターンを検出することによって情報を再生するものとする。
【０１４５】
次に、図１９を参照して、上記再生光、再生用参照光および合成光について詳しく説明する。図１９において、（ａ）は再生光の強度、（ｂ）は再生光の位相、（ｃ）は再生用参照光の強度、（ｄ）は再生用参照光の位相、（ｅ）は合成光の強度を表している。図１９は、情報光の各画素毎の位相を、第１の位相と第２の位相のいずれかに設定し、記録用参照光および再生用参照光の各画素毎の位相を、基準位相、第１の位相および第２の位相のいずれかに設定した場合についての例を示している。この場合、再生光の各画素毎の位相は、情報光と同様に、第１の位相と第２の位相のいずれかになる。従って、再生光と再生用参照光との位相差は、ゼロ、±π／２（ｒａｄ）、±π（ｒａｄ）のいずれかになる。ここで、再生光の強度と再生用参照光の強度が等しいとすれば、図１９（ｅ）に示したように、合成光の強度は、再生光と再生用参照光との位相差がゼロとなる画素では最も大きくなり、再生光と再生用参照光との位相差が±π（ｒａｄ）なる画素では原理的にはゼロとなり、再生光と再生用参照光との位相差が±π／２（ｒａｄ）となる画素では、位相差がゼロとなる画素における強度の１／２となる。図１９（ｅ）では、位相差が±π（ｒａｄ）となる画素における強度を“０”で表し、位相差が±π／２（ｒａｄ）となる画素における強度を“１”で表し、位相差がゼロとなる画素における強度を“２”で表している。
【０１４６】
図１７ないし図１９に示した例では、合成光の画素毎の強度が３値になる。そして、例えば、図１９（ｅ）に示したように、強度“０”は２ビットのデータ“００”に対応させ、強度“１”は２ビットのデータ“０１”に対応させ、強度“２”は２ビットのデータ“１０”に対応させることができる。このように、図１７ないし図１９に示した例では、図１ないし図３に示した例のように合成光の画素毎の強度が２値になる場合に比べて、再生光の強度や位相を同様にしながら、合成光が担持する情報量を増加させることができ、その結果、光情報記録媒体１の記録密度を向上させることができる。
【０１４７】
再生光と再生用参照光との位相差をδとすると、合成光の強度Ｉは前出の式（１）で表される。式（１）より、再生光と再生用参照光との位相差に応じて合成光の強度Ｉが変化することが分かる。従って、再生光と再生用参照光との位相差の絶対値、すなわち、情報光と再生用参照光との位相差の絶対値が、例えばゼロからπ（ｒａｄ）の範囲内でｎ（ｎは２以上の整数）値になるようにすれば、合成光の強度Ｉもｎ値となる。
【０１４８】
ところで、本実施の形態のように、位相が空間的に変調された情報光と位相が空間的に変調された記録用参照光とを用いて、光情報記録媒体１の情報記録層３に情報を記録する場合には、記録すべき情報と、その情報を記録する際に用いる記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて、情報光の位相の変調パターンを決定する。このことを、図１９を参照して詳しく説明する。情報記録層３に記録された情報は合成光の強度のパターンに基づいて再生されるので、記録すべき情報は、図１９（ｅ）に示したような所望の合成光の強度のパターンのデータに変換される。記録用参照光の位相の変調パターンは、図１９（ｄ）に示したような再生用参照光の位相の変調パターンと同様である。情報光の位相の変調パターンは、図１９（ｅ）に示したような所望の合成光の強度のパターンのデータと、図１９（ｄ）に示したような再生用参照光および記録用参照光の位相の変調パターンのデータとを用いた位相的な演算により、図１９（ｂ）に示したような所望の再生光の位相の変調パターンと同じか、点対称な変調パターンになるように決定される。
【０１４９】
上述のようにして位相の変調パターンが決定された情報光と記録用参照光とを用いて情報が記録された情報記録層３に対して、図１９（ｄ）に示したような、記録用参照光と同様の位相の変調パターンを有する再生用参照光を照射すれば、図１９（ｅ）に示したような強度のパターンを有する合成光が得られ、この合成光の強度のパターンに基づいて、情報記録層３に記録された情報が再生される。
【０１５０】
記録用参照光および再生用参照光の位相の変調パターンは、ユーザとなる個人の固有の情報に基づいて作成するようにしてもよい。個人の固有の情報としては、暗証番号、指紋、声紋、虹彩のパターン等がある。このようにした場合には、光情報記録媒体１に情報を記録した特定の個人のみが、その情報を再生することが可能になる。
【０１５１】
以上説明したように、本実施の形態によれば、位相が空間的に変調された記録用参照光および再生用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式による多重記録と、このように多重記録された情報の再生とを行うことが可能になる。
【０１５２】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は、第１の実施の形態と同様である。
【０１５３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態に係る光情報記録再生装置について説明する。図２０は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。本実施の形態に係る光情報記録再生装置では、第１の実施の形態における光ヘッド４０の代りに光ヘッド６０が設けられている。この光ヘッド６０は、記録再生光学系を収納する光ヘッド本体６１と、光情報記録媒体１に対して垂直な方向と、光情報記録媒体１におけるトラックを横断する方向とについて、それぞれ所定の範囲内で光ヘッド本体６１を移動可能なアクチュエータ６２とを備えている。本実施の形態における記録再生光学系の構成は、第１の実施の形態と同様である。
【０１５４】
本実施の形態では、対物レンズ５０からの光ビームが光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６を通過する期間において、光検出器４５の出力に基づいて、アドレス情報、トラッキングエラー情報およびフォーカスサーボ情報を得る。本実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法は、第１の実施の形態と同様である。
【０１５５】
次に、図２１を参照して、本実施の形態におけるフォーカスエラー情報の生成方法の一例について説明する。図２１は、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭を示す説明図である。本例におけるフォーカスエラー情報の生成方法では、以下のようにして、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭の大きさに基づいてフォーカスエラー情報を生成する。まず、対物レンズ５０からの光ビームが、光情報記録媒体１におけるエアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束する合焦状態のときには、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭は、図２１において符号７０で示した輪郭となるものとする。対物レンズ５０からの光ビームが最も小径となる位置がエアギャップ層４と反射膜５の境界面よりも手前側へずれた場合には、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭は、図２１において符号７１で示したように径が小さくなる。逆に、対物レンズ５０からの光ビームが最も小径となる位置がエアギャップ層４と反射膜５の境界面よりも奥側へずれた場合には、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭は、図２１において符号７２で示したように径が大きくなる。従って、合焦状態を基準として、光検出器４５の受光面における入射光の輪郭の径の変化に応じた信号を検出することによってフォーカスエラー信号を得ることができる。具体的には、例えば、合焦状態を基準として、光検出器４５の受光面における明部に対応する画素の増減数に基づいてフォーカスエラー信号を生成することができる。
【０１５６】
本実施の形態では、アクチュエータ６２は、光ビームが常に合焦状態となるように、フォーカスエラー信号に基づいて、光情報記録媒体１に対して垂直な方向についての光ヘッド本体６１の位置を調整して、フォーカスサーボを行う。また、アクチュエータ６２は、光ビームが常にトラックに追従するように、トラッキングエラー信号に基づいて、トラック横断方向についての光ヘッド本体６１の位置を調整して、トラッキングサーボを行う。なお、光ビームがデータエリア７を通過する際には、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボは行われず、直前のアドレス・サーボエリア６通過時の状態が保持される。
【０１５７】
本実施の形態におけるその他の構成、作用および効果は第１または第２の実施の形態と同様である。
【０１５８】
なお、本発明は、上記各実施の形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記各実施の形態では、光情報記録媒体１におけるアドレス・サーボエリア６に、アドレス情報等を予めエンボスピットによって記録しておくようにしたが、予めエンボスピットを設けずに、以下のようにしてアドレス情報等を記録するようにしてもよい。この場合には、光情報記録媒体１として、エアギャップ層４がなく、情報記録層３と反射膜５とが隣接した構成のものを用いる。そして、この光情報記録媒体１のアドレス・サーボエリア６において、情報記録層３の反射膜５に近い部分に選択的に高出力のレーザ光を照射して、その部分の屈折率を選択的に変化させることによってアドレス情報等を記録してフォーマッティングを行う。
【０１５９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１ないし７のいずれかに記載の光情報記録装置または請求項８ないし１３のいずれかに記載の光情報記録方法では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報を記録する。これにより、本発明によれば、情報の再生時には、再生用参照光を情報記録層に照射し、これによって情報記録層より発生される再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出して情報を再生することが可能になる。そのため、本発明によれば、情報の再生時に再生光と再生用参照光とを分離する必要がなくなり、情報の記録時に情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる必要もなくなる。従って、本発明によれば、ホログラフィを利用して情報の記録を行うことができると共に、記録のための光学系を小さく構成することが可能になるという効果を奏する。また、本発明によれば、情報の再生時に再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生することが可能になるので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがなくなり、再生情報のＳＮ比を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【０１６０】
また、請求項２記載の光情報記録装置または請求項９記載の光情報記録方法によれば、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を情報記録層の同一面側より行うようにしたので、記録のための光学系をより小さく構成することが可能になるという効果を奏する。
【０１６１】
また、請求項５または６記載の光情報記録装置もしくは請求項１２または１３記載の光情報記録方法によれば、位相が空間的に変調された記録用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式による多重記録を行うことが可能になるという効果を奏する。
【０１６２】
また、請求項７記載の光情報記録装置によれば、情報光生成手段、記録用参照光生成手段および記録再生光学系を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたので、フォーカスサーボが不要になるという効果を奏する。
【０１６３】
また、請求項１４ないし１７のいずれかに記載の光情報再生装置または請求項１８ないし２０のいずれかに記載の光情報再生方法では、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層に対して再生用参照光を照射し、これによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出する。そのため、本発明では、再生光と再生用参照光とを分離する必要がない。従って、本発明によれば、ホログラフィを利用して情報の再生を行うことができると共に、再生のための光学系を小さく構成することが可能になるという効果を奏する。また、本発明によれば、再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生するので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがなくなり、再生情報のＳＮ比を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【０１６４】
また、請求項１５記載の光情報再生装置または請求項１９記載の光情報再生方法によれば、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行うようにしたので、再生のための光学系をより小さく構成することが可能になるという効果を奏する。
【０１６５】
また、請求項１６記載の光情報再生装置または請求項２０記載の光情報再生方法によれば、位相が空間的に変調された再生用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式によって多重記録された情報の再生が可能になるという効果を奏する。
【０１６６】
また、請求項１７記載の光情報再生装置によれば、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたので、フォーカスサーボが不要になるという効果を奏する。
【０１６７】
また、請求項２１ないし２６のいずれかに記載の光情報記録再生装置もしくは請求項２７ないし３０のいずれかに記載の光情報記録再生方法では、情報の記録時には、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光とによって、光情報記録媒体の情報記録層に情報を記録し、情報の再生時には、情報記録層に対して再生用参照光を照射し、これによって情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成し、この合成光を検出する。そのため、本発明では、再生光と再生用参照光とを分離する必要がなく、情報の記録時に情報光と記録用参照光とを互いに所定の角度をなすように記録媒体に入射させる必要もない。従って、本発明によれば、ホログラフィを利用して情報の記録および再生を行うことができると共に、記録および再生のための光学系を小さく構成することが可能になるという効果を奏する。また、本発明によれば、情報の再生時には再生光と再生用参照光とを用いて情報を再生するので、再生用参照光によって再生情報のＳＮ比が劣化するということがなく、再生情報のＳＮ比を向上させることが可能になるという効果を奏する。
【０１６８】
また、請求項２２記載の光情報記録再生装置または請求項２８記載の光情報記録再生方法によれば、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集とを情報記録層の同一面側より行うようにしたので、記録および再生のための光学系をより小さく構成することが可能になるという効果を奏する。
【０１６９】
また、請求項２４または２５記載の光情報記録再生装置もしくは請求項２９または３０記載の光情報記録再生方法によれば、位相が空間的に変調された記録用参照光および再生用参照光を用いるようにしたので、位相符号化多重方式による多重記録と、このように多重記録された情報の再生とを行うことが可能になるという効果を奏する。
【０１７０】
また、請求項２６記載の光情報記録再生装置によれば、情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたので、フォーカスサーボが不要になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を詳しく説明するための波形図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す斜視図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態に係る光情報記録再生装置の外観を示す平面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法の一例を説明するための説明図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態におけるトラッキングエラー情報の生成方法とトラッキングサーボの方法の一例を説明するための説明図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態における位相空間光変調器の要部を示す断面図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態における位相空間光変調器とその周辺回路を示す説明図である。
【図１１】図９に示した位相空間光変調器における薄膜コイルの平面図である。
【図１２】１次元磁性フォトニック結晶の構造を示す説明図である。
【図１３】図９に示した位相空間光変調器の作用について説明するための説明図である。
【図１４】本発明の第１の実施の形態における位相空間光変調器の構成の他の例を示す断面図である。
【図１５】図１４に示した位相空間光変調器の作用について説明するための説明図である。
【図１６】図１４に示した位相空間光変調器の作用について説明するための説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の記録の原理を示す説明図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を示す説明図である。
【図１９】本発明の第２の実施の形態に係る光情報記録再生装置における情報の再生の原理を詳しく説明するための波形図である。
【図２０】本発明の第３の実施の形態に係る光情報記録再生装置における光ヘッドを示す断面図である。
【図２１】本発明の第３の実施の形態におけるフォーカスエラー情報の生成方法の一例を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１…光情報記録媒体、３…情報記録層、５…反射膜、６…アドレス・サーボエリア、７…データエリア、４０…光ヘッド、４１…浮上型ヘッド本体、４３…半導体レーザ、４４…位相空間光変調器、４５…光検出器、４７…コリメータレンズ、４８…プリズムブロック、４８ａ…偏光ビームスプリッタ面、４９…４分の１波長板、５０…対物レンズ。
Claims (26)
- ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録するための光情報記録装置であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する情報光生成手段と、
記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、
前記情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、前記情報光生成手段によって生成された情報光と前記記録用参照光生成手段によって生成された記録用参照光とを前記情報記録層に照射する記録光学系とを備え、
前記記録用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、
前記情報光生成手段は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調することを特徴とする光情報記録装置。 - 前記記録光学系は、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を前記情報記録層の同一面側より行うことを特徴とする請求項１記載の光情報記録装置。
- 前記情報光生成手段は、変調後の光の位相を２つの値のいずれかに設定することを特徴とする請求項１または２記載の光情報記録装置。
- 前記情報光生成手段は、変調後の光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定することを特徴とする請求項１または２記載の光情報記録装置。
- 更に、前記情報光生成手段、記録用参照光生成手段および記録光学系を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
- ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録する光情報記録方法であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する手順と、
記録用参照光を生成する手順と、
前記情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、前記情報光と前記記録用参照光とを前記情報記録層に照射する記録手順とを備え
前記記録用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、
前記情報光を生成する手順は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調することを特徴とする光情報記録方法。 - 前記記録手順は、情報光および記録用参照光が同軸的に配置されるように、情報光および記録用参照光の照射を前記情報記録層の同一面側より行うことを特徴とする請求項６記載の光情報記録方法。
- 前記情報光を生成する手順は、変調後の光の位相を２つの値のいずれかに設定することを特徴とする請求項６または７記載の光情報記録方法。
- 前記情報光を生成する手順は、変調後の光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定することを特徴とする請求項６または７記載の光情報記録方法。
- 記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体より、ホログラフィを利用して、情報を再生するための光情報再生装置であって、
再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、
前記再生用参照光生成手段によって生成された再生用参照光を前記情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって前記情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生光学系と、
前記再生光学系によって生成された合成光を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする光情報再生装置。 - 前記再生光学系は、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを前記情報記録層の同一面側より行うことを特徴とする請求項１０記載の光情報再生装置。
- 前記再生用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成することを特徴とする請求項１０または１１記載の光情報再生装置。
- 更に、前記再生用参照光生成手段、再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたことを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれか１項に記載の光情報再生装置。
- 記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体より、ホログラフィを利用して、情報を再生する光情報再生方法であって、
再生用参照光を生成する手順と、
前記再生用参照光を前記情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって前記情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生手順と、
前記合成光を検出する手順とを備えたことを特徴とする光情報再生方法。 - 前記再生手順は、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを前記情報記録層の同一面側より行うことを特徴とする請求項１４記載の光情報再生方法。
- 前記再生用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成することを特徴とする請求項１４または１５記載の光情報再生方法。
- ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録すると共に、光情報記録媒体より情報を再生するための光情報記録再生装置であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する情報光生成手段と、
記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、
再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、
情報の記録時には、前記情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、前記情報光生成手段によって生成された情報光と前記記録用参照光生成手段によって生成された記録用参照光とを前記情報記録層に照射し、情報の再生時には、前記再生用参照光生成手段によって生成された再生用参照光を前記情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって前記情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する記録再生光学系と、
前記記録再生光学系によって生成された合成光を検出する検出手段とを備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。 - 前記記録再生光学系は、情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集とを前記情報記録層の同一面側より行うことを特徴とする請求項１７記載の光情報記録再生装置。
- 前記情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段は、それぞれ、偏光方向が同じ直線偏光の情報光、記録用参照光、再生用参照光を生成し、
前記記録再生光学系は、情報光および記録用参照光を第１の直線偏光から円偏光に変換して前記情報記録層に対して照射すると共に、前記情報記録層より発生される再生光を円偏光から、第１の直線偏光に対して偏光方向が直交する第２の直線偏光に変換する４分の１波長板と、偏光方向の違いによって、前記４分の１波長板を通過する前の情報光、記録用参照光および再生用参照光の光路と前記４分の１波長板を通過した後の光情報記録媒体からの戻り光の光路とを分離する偏光分離光学素子とを有することを特徴とする請求項１８記載の光情報記録再生装置。 - 前記記録用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、前記再生用参照光生成手段は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成することを特徴とする請求項１７ないし１９のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
- 前記情報光生成手段は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調することを特徴とする請求項２０記載の光情報記録再生装置。
- 更に、前記情報光生成手段、記録用参照光生成手段、再生用参照光生成手段、記録再生光学系および検出手段を収納し、光情報記録媒体より浮上する浮上型ヘッド本体を備えたことを特徴とする請求項１７ないし２１のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。
- ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録すると共に、光情報記録媒体より情報を再生する光情報記録再生方法であって、
記録する情報に基づいて光の位相を空間的に変調することによって情報光を生成する手順と、
記録用参照光を生成する手順と、
前記情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、前記情報光と前記記録用参照光とを前記情報記録層に照射する記録手順と、
再生用参照光を生成する手順と、
前記再生用参照光を前記情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって前記情報記録層より発生される再生光を収集し、この再生光と再生用参照光とを重ね合わせて合成光を生成する再生手順と、
前記合成光を検出する手順とを備えたことを特徴とする光情報記録再生方法。 - 情報光、記録用参照光、再生用参照光および再生光が同軸的に配置されるように、情報光、記録用参照光および再生用参照光の照射と再生光の収集は、前記情報記録層の同一面側より行われることを特徴とする請求項２３記載の光情報記録再生方法。
- 前記記録用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された記録用参照光を生成し、前記再生用参照光を生成する手順は、位相が空間的に変調された再生用参照光を生成することを特徴とする請求項２３または２４記載の光情報記録再生方法。
- 前記情報光を生成する手順は、記録する情報と記録用参照光の位相の変調パターンとに基づいて決定された位相の変調パターンに従って光の位相を空間的に変調することを特徴とする請求項２５記載の光情報記録再生方法。
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