JP4156911B2 - 光情報記録媒体、光情報記録装置および光情報再生装置 - Google Patents

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情報が記録された光情報記録媒体、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、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縞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、干渉縞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次元的に干渉縞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。
【０００４】
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（ページデータともいう）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ＳＮ比（信号対雑音比）が多少悪くても、微分検出を行ったり、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。
【０００５】
図１は、特許文献１に記載された従来のデジタルボリュームホログラムの再生動作を示す図である。
【０００６】
図示省略した光源装置から出射されたＰ偏光の光は、図示省略した光学要素（レンズ、ビームスプリッタ等）を介して、二分割旋光板２０１の旋光板２０１Ｌに到達する。旋光板２０１Ｌに到達した光は、旋光板２０１Ｌを通過し、再生用参照光１５３Ｌとなる。再生用参照光１５３ＬはＡ偏光である。再生用参照光１５３Ｌは対物レンズ１１２を介して光情報記録媒体１０１に照射される。再生用参照光１５３Ｌはホログラム層１０３の表面で焦点を結んだ後、発散しながらホログラム層１０３を通過する。その結果、ホログラム層１０３より再生光１５４Ｌが発生する。この再生光１５４ＬもまたＡ偏光である。再生光１５４Ｌは、対物レンズ１１２側に進み、対物レンズ１１２で平行光束とされる。平行光束とされた再生光１５４Ｌは、二分割旋光板２０１の旋光板２０１Ｒを通過して、Ｓ偏光の光となる。
【０００７】
二分割旋光板２０１を通過した再生光は、図示省略した光学要素（プリズムブロック等）を介して、図示省略したＣＣＤアレイに入射し検出される。これにより情報が再生される。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３１１９３８号公報（図１０）
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような情報の再生においては、光情報記録媒体１０１および対物レンズ１１２などの光学素子において表面反射や散乱光などの迷光成分が発生する。この迷光成分は、記録された情報を検出すべきＣＣＤアレイにより検出されてしまう。すなわち、この迷光成分はノイズとなる。よって、Ｓ／Ｎ比（Signal to Noise Ratio）が劣化してしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、迷光成分によるＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層と、通過する光の偏光方向を変更するための偏光変更層と、光の入射側から見て情報記録層および偏光変更層よりも遠くに配置され、光を反射する反射層とを備えたように構成される。
【００１１】
上記のように構成された発明によれば、光情報記録媒体よりも光の入射側にある光学要素による迷光と、光の入射により情報記録層から発生する再生光が光情報記録媒体から出射されたものと、は振動方向が異なる。よって、迷光と再生光とを区別することができるため、迷光成分によるＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、偏光変更層は、光の入射側から見て情報記録層よりも近くに配置されており、情報記録層に接しているように構成される。
【００１３】
上記のように構成された発明によれば、情報記録層よりも光の入射側にある光学要素による迷光と、再生光とを区別することができるため、迷光成分によるＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことが可能となる。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明であって、情報記録層は反射層に接しているように構成される。
【００１５】
上記のように構成された発明によれば、情報記録層よりも光の入射側から見て遠い光学要素であって、迷光の原因となるものが無いため、迷光成分を少なくすることができる。
【００１６】
請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の発明であって、偏光変更層は、光の入射側から見て情報記録層よりも遠くに配置されており、反射層に接しているように構成される。
【００１７】
上記のように構成された発明によれば、偏光変更層よりも光の入射側から見て遠い光学要素であって、迷光の原因となるものが無いため、迷光成分を少なくすることができる。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明であって、偏光変更層は情報記録層に接しているように構成される。
【００１９】
上記のように構成された発明によれば、情報記録層に情報を記録するために使用される記録用参照光と、記録用参照光が反射層により反射されて情報記録層に入射される反射光とは、振動方向が異なる。よって、記録用参照光に基づきホログラフィが形成されても、反射光に基づきホログラフィが形成されない。
【００２０】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の発明であって、偏光変更層は、基板と、偏光変更層に入射される光に位相差を発生させるための位相差発生層とを有し、位相差発生層中の分子が基板上において円に沿って配列しているように構成される。
【００２１】
上記のように構成された発明によれば、光情報記録媒体を回転させながら情報を記録あるいは再生する際に適合する偏光変更層を、光情報記録媒体が有することになる。
【００２２】
請求項７に記載の発明は、基板と、入射される光に位相差を発生させるための位相差発生層とを有し、位相差発生層中の分子が基板上において円に沿って配列している偏光変更層を製造するための偏光変更層製造方法であって、位相差発生層を構成する位相差材料を基板に塗布する塗布工程と、基板を回転させながら位相差材料に直線偏光を照射する直線偏光照射工程と、を備え、位相差材料は、直線偏光に対して所定方向に配列するものであるように構成される。
【００２３】
上記のように構成された発明によれば、位相差発生層が基板上において円に沿って配列している偏光変更層を製造することが可能となる。
【００２４】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の偏光変更層製造方法であって、位相差材料はアゾベンゼンであり、直線偏光は基板を回転させる際の回転半径方向に振動面を有するように構成される。
【００２５】
請求項９に記載の発明は、表面に配向層を有する基板と、基板に入射される光に位相差を発生させるための位相差発生層とを有し、位相差発生層中の分子が基板上において円に沿って配列している偏光変更層を製造するための偏光変更層製造方法であって、配向層にラビングを施すラビング工程と、位相差発生層を構成する位相差材料を基板に塗布する塗布工程と、基板を回転させる回転工程とを備えたように構成される。
【００２６】
上記のように構成された発明によれば、位相差発生層が基板上において円に沿って配列している偏光変更層を製造することが可能となる。
【００２７】
請求項１０に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の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、情報を担持した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、光情報記録媒体が有する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、情報記録層に対して同一面側より照射する記録光学系とを備えたように構成される。
【００２８】
請求項１１に記載の発明は、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の光情報記録媒体より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、再生用参照光を光情報記録媒体が有する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、情報記録層に対して再生用参照光を照射する側と同じ面側より収集する再生光学系と、再生光学系によって収集された再生光を検出する検出手段とを備えたように構成される。
【００２９】
請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の発明であって、光情報記録媒体が有する偏光変更層を円偏光が透過したものと振動方向が共通する直線偏光のみを透過する、再生光学系と検出手段との間に配置されたノイズカット手段を備えたように構成される。
【００３０】
上記のように構成された発明によれば、ノイズカット手段により、再生光学系によって収集された再生光から迷光成分が除去できるため、迷光成分によるＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００３２】
第一の実施形態
図２は、本発明の第一の実施形態に係る光情報記録再生装置におけるピックアップ装置（以下、単にピックアップと言う。）と第一の実施形態における光情報記録媒体の構成を示す説明図、図３は第一の実施形態に係る光情報記録再生装置の全体構成を示すブロック図である。なお、光情報記録再生装置は、光情報記録装置と光情報再生装置とを含んでいる。また、第一の実施形態では光情報記録媒体として円盤状の光ディスクを用いているが、カード状の記録媒体も用いることができる。
【００３３】
光情報記録媒体の構成
始めに、図２を参照して、第一の実施形態における光情報記録媒体の構成について説明する。この光情報記録媒体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の一面に、四分の一波長板（偏光変更層）４と、ボリュームホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層としてのホログラム記録層３と、反射膜５と、基板（保護層）８とを、この順番で積層して構成されている。
【００３４】
四分の一波長板４は、P偏光やS偏光のように直線偏光の光が入射し、その直線偏光の方位が四分の一波長板４における結晶の光学軸に対してなす角度が４５度のとき、通過光を直線偏光から円偏光の光にするものである。四分の一波長板４は直線偏光を円偏光にしたり、円偏光から直線偏光にしたりするのに用いられる。第一の実施形態の場合、ホログラム記録層３に情報を記録するために使用される記録用参照光およびホログラム記録層３から情報を再生するために使用される再生用参照光はP偏光である。ここで、記録用参照光および再生用参照光（P偏光）が四分の一波長板４に入射して透過したものが円偏光の光となる。そして、この円偏光が光情報記録媒体１の反射膜５に反射して四分の一波長板４に戻る光が四分の一波長板４を再び透過する際には円偏光からS偏光の光となる。
【００３５】
なお、四分の一波長板４は、再生用参照光の入射側から見てホログラム記録層３より近くに配置されている。
【００３６】
また、第一の実施形態では、図４に示されるように、例えば、透明基板２の厚さは０．４ｍｍ、ホログラム記録層３の厚さは０．２ｍｍ、光情報記録媒体１の合計の厚さは１．２ｍｍとされている。反射膜５の厚さは、Åのオーダーであり、記録媒体全体の厚さに比べたら無視できるほどの厚さである。
【００３７】
第一の実施形態では、図４に示されるように、光情報記録媒体全体の厚みが１．２ｍｍで、ＣＤやＤＶＤと同じ厚さとなるように構成しているので、ホログラム記録媒体としてこれらとの互換性を保つことができるようになる。
【００３８】
ホログラム記録層３は、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）等が使用される。
【００３９】
反射膜５は、光（再生用参照光など）を反射する膜である。反射膜５は、ホログラム記録層３および四分の一波長板４よりも光（再生用参照光など）を入射する側から見て遠くにある。また、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。
【００４０】
基板（保護層）８は、例えば、インジェクションで作成されたアドレス付基板である。その基板（保護層）８には、半径方向に線状に延びる複数の位置決め領域としてのアドレス・サーボエリア６が所定の角度間隔で設けられ、隣り合うアドレス・サーボエリア６間の扇形の区間がデータエリア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フォーカスサーボおよび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（プリフォーマット）。なお、フォーカスサーボは、反射膜５の反射面を用いて行うことができる。トラッキングサーボを行うための情報としては、例えばウォブルピットを用いることができる。
【００４１】
四分の一波長板４の製造方法
図２４は、四分の一波長板４が透明基板２に接する表面を示す平面図である。四分の一波長板４は円形である。この円と中心を同じくする同心円４ｄに沿って位相差発生層中の分子４ｅが配列している。位相差発生層は、四分の一波長板４に入射される光に位相差を発生させるためのものである。位相差発生層の材料は、例えばアゾベンゼンである。光情報記録媒体１を回転させながら、情報の記録および再生が行われる。このため、位相差発生層中の分子４ｅが同心円４ｄに沿って配列されていることが、四分の一波長板４を正常に機能させるために好適である。
【００４２】
図２５は、四分の一波長板４の製造方法の一例を説明するための、四分の一波長板４の正面図（図２５（ａ））、平面図（図２５（ｂ））である。四分の一波長板４の基板４ａは透明な基板である。基板４ａの表面に、位相差発生層４ｂの材料（例えばアゾベンゼン）を塗布する。その後、四分の一波長板４を図２５（ａ）に示す矢印方向に回転させる。いわゆるスピンコートである。回転速度により、位相差発生層４ｂの厚さを制御できる。さらに、四分の一波長板４を回転させながら、四分の一波長板４の回転半径Ｒの方向に振動面を有する直線偏光Ｌを位相差発生層４ｂに照射する（図２５（ｂ）参照）。アゾベンゼンにより生成される膜は、光異方性があり、照射される偏光に対して垂直方向に配列する性質がある。よって、図２５（ｂ）に示すように、位相差発生層中の分子４ｅは、同心円４ｄに沿って配列されることになる。なお、直線偏光Ｌを、四分の一波長板４の回転半径Ｒの方向にスキャンし、四分の一波長板４の全面に直線偏光Ｌが照射されるようにする。
【００４３】
図２６は、四分の一波長板４の製造方法のさらなる一例を説明するための、四分の一波長板４の正面図（図２６（ａ））、平面図（図２６（ｂ））、正面図（図２６（ｃ））である。まず、基板４ａの表面にポリイミド膜４ｃを形成しておき、四分の一波長板４を図２６（ａ）に示す矢印方向に回転させる。このとき、回転半径方向にナイロン等でできた布６１を配置し（図２６（ｂ）参照）、ポリイミド膜４ｃに載せておく。すると、同心円４ｄに沿って微細な傷ができる。いわゆる、ラビングである。その後、基板４ａ（ポリイミド膜４ｃ）の表面に、位相差発生層４ｂの材料を塗布する。そして、スピンコートを行う。同心円４ｄに沿った微細な傷に従い、位相差発生層中の分子４ｅが配列する。
【００４４】
なお、スピンコートを行った後に、乾燥および紫外線照射などを行うが、周知の工程ゆえ説明を省略する。
【００４５】
また、位相差発生層４ｂの厚さは、２〜１０μｍであることが好ましい。
【００４６】
光情報記録再生装置の構成
次に、図３を参照して、第一の実施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。この光情報記録再生装置１０は、光情報記録媒体１が取り付けられるスピンドル８１と、このスピンドル８１を回転させるスピンドルモータ８２と、光情報記録媒体１の回転数を所定の値に保つようにスピンドルモータ８２を制御するスピンドルサーボ回路８３とを備えている。光情報記録再生装置１０は、更に、光情報記録媒体１に対して情報光と記録用参照光とを照射して情報を記録すると共に、光情報記録媒体１に対して再生用参照光を照射し、再生光を検出して、光情報記録媒体１に記録されている情報を再生するためのピックアップ１１と、このピックアップ１１を光情報記録媒体１の半径方向に移動可能とする駆動装置８４とを備えている。
【００４７】
光情報記録再生装置１０は、更に、ピックアップ１１の出力信号よりフォーカスエラー信号ＦＥ，トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦを検出するための検出回路８５と、この検出回路８５によって検出されるフォーカスエラー信号ＦＥに基づいて、ピックアップ１１内のアクチュエータを駆動して対物レンズを光情報記録媒体１の厚み方向に移動させてフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ回路８６と、検出回路８５によって検出されるトラッキングエラー信号ＴＥに基づいてピックアップ１１内のアクチュエータを駆動して対物レンズを光情報記録媒体１の半径方向に移動させてトラッキングサーボを行うトラッキングサーボ回路８７と、トラッキングエラー信号ＴＥおよび後述するコントローラからの指令に基づいて駆動装置８４を制御してピックアップ１１を光情報記録媒体１の半径方向に移動させるスライドサーボを行うスライドサーボ回路８８とを備えている。
【００４８】
光情報記録再生装置１０は、更に、ピックアップ１１内の後述するCMOS又はＣＣＤアレイの出力データをデコードして、光情報記録媒体１のデータエリア７に記録されたデータを再生したり、検出回路８５からの再生信号ＲＦより基本クロックを再生したりアドレスを判別したりする信号処理回路８９と、光情報記録再生装置１０の全体を制御するコントローラ９０と、このコントローラ９０に対して種々の指示を与える操作部９１とを備えている。コントローラ９０は、信号処理回路８９より出力される基本クロックやアドレス情報を入力すると共に、ピックアップ１１、スピンドルサーボ回路８３およびスライドサーボ回路８８等を制御するようになっている。スピンドルサーボ回路８３は、信号処理回路８９より出力される基本クロックを入力するようになっている。コントローラ９０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）およびＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）を有し、ＣＰＵが、ＲＡＭを作業領域として、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって、コントローラ９０の機能を実現するようになっている。
【００４９】
次に、図２を参照して、本実施の形態におけるピックアップ１１の構成について説明する。ピックアップ１１は、スピンドル８１に光情報記録媒体１が固定されたときに、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１２と、この対物レンズ１２を光情報記録媒体１の厚み方向および半径方向に移動可能なアクチュエータ１３と、ミラー１５、偏光ビームスプリッタ１６を備えている。
【００５０】
また、ピックアップ１１は、偏光ビームスプリッタ１６の偏光分離面１６ａで光情報記録媒体１からの戻り光（再生光）が反射する側（ＰＢＳ１６の下側）には再生光を検出するための検出手段であるＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ（検出手段）２９が設けられている。ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９と偏光ビームスプリッタ１６との間には、Ｓ偏光のみを通過させる偏光板（ノイズカット手段）５１が配置されている。すなわち、偏光板５１は、円偏光が四分の一波長板４を透過したもの（S偏光）と振動方向が共通する直線偏光のみを透過するようなものである。
【００５１】
さらに、偏光分離面１６ａに参照光又は情報光が入射してくる方向（ＰＢＳの右側）にはハーフミラー１７が配置されている。さらに、このハーフミラー１７の反射光の入射方向（ハーフミラー１７の下側）には参照光生成手段を構成するデフォーカス用凸レンズ１８、ミラー１９および２０、２分の１波長板２１が配置されている。この２分の１波長板は参照光の偏光方向を後述する情報光の偏光方向と同一にするために設けられたものである。このデフォーカス用凸レンズによって平行光を対物レンズ１２に発散して入射する参照光が生成される。
【００５２】
また、ピックアップ１１は、２分の１波長板２１の光の入射方向（２分の１波長板２１の右側）には偏光ビームスプリッタ２２が備えられている。さらに、ハーフミラー１７の透過光の入射方向（ハーフミラー１７の右側）には空間光変調器２３、ミラー２４、光シャッター２５が備えられている。空間光変調器２３は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に光の透過状態と遮断状態とを選択することによって、光強度によって光を空間的に変調して、情報を担持した情報光を生成することができるようになっている。空間光変調器２３は、本発明における情報光生成手段を構成する。空間光変調器としては、例えば、ＤＭＤや液晶素子を用いることができる。
【００５３】
ピックアップ１１は、更に、ビームスプリッタ２２の光の入射面側（ＰＢＳ２２の下側）に2分の１波長板２６が配置され、さらにその光の入射面側から順にコリメータレンズ２７および光源装置２８が配置されている。ここで、２分の１波長板の角度を変えることにより、光情報記録媒体１に入射する情報光と記録用参照光の強度の比が最適になるように適宜に設定することができる。また、光源装置２８は、コヒーレントな直線偏光の光を出射するもので、例えば半導体レーザを用いることができる。
【００５４】
また、ピックアップ１１は、サーボ用光源装置３２側からの光が光情報記録媒体に照射され、その戻り光が、対物レンズ１２、ダイクロイックミラー３０、偏光ビームスプリッタ（ハーフミラーでも良い）３１、凸レンズ３３、シリンドリカルレンズ３４を経由して４分割フォトディテクタ３５に入射する用に構成されている。
【００５５】
４分割フォトディテクタ３５は、図５に示したように、光情報記録媒体１におけるトラック方向に対応する方向と平行な分割線３６ａとこれと直交する方向の分割線３６ｂとによって分割された４つの受光部３５ａ〜３５ｄを有している。シリンドリカルレンズ３４は、その円筒面の中心軸が４分割フォトディテクタ３５の分割線３６ａ，３６ｂに対して４５°をなすように配置されている。
【００５６】
ここで、図５は、４分割フォトディテクタ３５の出力に基づいて、フォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦを検出するための検出回路８５の構成を示すブロック図である。この検出回路８５は、４分割フォトディテクタ３５の対角の受光部３５ａ，３５ｄの各出力を加算する加算器３７と、４分割フォトディテクタ３５の対角の受光部３５ｂ，３５ｃの各出力を加算する加算器３８と、加算器３７の出力と加算器３８の出力との差を演算して、非点収差法によるフォーカスエラー信号ＦＥを生成する減算器３９と、４分割フォトディテクタ３５のトラック方向に沿って隣り合う受光部３５ａ，３５ｂの各出力を加算する加算器４０と、４分割フォトディテクタ３５のトラック方向に沿って隣り合う受光部３５ｃ，３５ｄの各出力を加算する加算器４１と、加算器４０の出力と加算器４１の出力との差を演算して、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＴＥを生成する減算器４２と、加算器４０の出力と加算器４１の出力とを加算して再生信号ＲＦを生成する加算器４３とを備えている。なお、本実施の形態では、再生信号ＲＦは、光情報記録媒体１におけるアドレス・サーボエリア６に記録された情報を再生した信号である。
【００５７】
なお、ピックアップ１１内の空間光変調器２３および光源装置２８および３２は、図３におけるコントローラ９０によって制御されるようになっている。
【００５８】
また、本発明によるピックアップ１１においては、図示されていないが、デフォーカス用凸レンズ１８とミラー１９の間に位相空間変調器が配置されるようにしても良いし、ミラー１９又は２０と同位置に、ミラーの代わりに反射型の位相空間変調器を配置しても良い。この場合、位相空間変調器は、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。この位相空間光変調器としては、液晶素子を用いることができる。また、微小ミラーが出射光軸に対して平行に移動するマイクロミラーデバイスを用いても良い。この位相空間変調器も図３におけるコントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、位相空間光変調器において光の位相を空間的に変調するための複数の変調パターンの情報を保持している。また、操作部９１は、複数の変調パターンの中から任意の変調パターンを選択することができるようになっている。そして、コントローラ９０は、所定の条件に従って自らが選択した変調パターンまたは操作部９１によって選択された変調パターンの情報を位相空間光変調器に与え、位相空間光変調器は、コントローラ９０より与えられる変調パターンの情報に従って、対応する変調パターンで光の位相を空間的に変調するようになっている。
【００５９】
さらに、本発明におけるピックアップ１１においては、偏光ビームスプリッタ２２からミラー２４、さらに空間光変調器２３を経由してハーフミラー１７までの光路長と、ビームスプリッタ２２からミラー２０および１９、さらにデフォーカス用凸レンズ１８を経由してハーフミラー１７までの光路長が等しくなるように光学系は設定されている。このようにすることにより、記録用参照光と物体光の光路長を等しくすることができる。また、ホログラム記録光源であるレーザの可干渉距離（コヒーレンシー）が短い場合でも干渉縞のコントラストを最大限にすることができるというメリットを有する。
【００６０】
次に、第一の実施形態に係る光情報記録再生装置の動作について、サーボ時、記録時、再生時に分けて、順に説明する。なお、サーボ時、記録時、再生時のいずれのときも、光情報記録媒体１は規定の回転数を保つように制御されてスピンドルモータ８２によって回転される。
【００６１】
サーボ時の動作
まず、図６を参照して、サーボ時の動作について説明する。サーボ時には、サーボ用光源装置３２が使用される。サーボ用光源装置３２の出射光の出力は、再生用の低出力に設定される。なお、コントローラ９０は、再生信号ＲＦより再生された基本クロックに基づいて、対物レンズ１２の出射光がアドレス・サーボエリア６を通過するタイミングを予測し、対物レンズ１２の出射光がアドレス・サーボエリア６を通過する間、上記の設定とする。
【００６２】
サーボ用光源装置３２から出射されたP偏光の光は、コリメータレンズ３１によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ３１に入射して偏光分離面３１ａを通過し、ダイクロイックミラー３０によって平行光まま反射される。ダイクロイックミラー３０による反射光（P偏光の光）は、対物レンズ１２により光情報記録媒体１の反射膜５上で収束するように、光情報記録媒体１に照射される。その際、アドレス・サーボエリア６におけるエンボスピットによって変調されて、対物レンズ１２側に戻ってくる。また、反射膜５上で収束する前に四分の一波長板４によって円偏光の光にされる。
【００６３】
反射膜５からの戻り光（円偏光の光）は、再度四分の一波長板４により偏光方向が変えられてS偏光の光とされてから、対物レンズ１２で平行光とされる。このS偏光の戻り光はダイクロイックミラー３０で反射され、偏光ビームスプリッタの方向に進行する。このダイクロイックミラー３０は、例えば、波長λ＝６５５nｍの光を反射させ、また、波長λ＝５３２nｍあるいはそれより短波長の光を１００％通過させるように設計されている。従って、サーボ用光源装置３２としては６５５nｍの赤レーザを用い、光源装置２８としては例えば５３２nｍの緑レーザあるいは４０５nmの青紫レーザや、その他ブルーレーザを用いることができる。
【００６４】
ダイクロイックミラーの反射光は、S偏光の光であるので、平行光のまま偏光ビームスプリッタに入射したら偏光分離面３１ａで反射し、凸レンズ３３に入射する。凸レンズ３３の入射光は収束光に変えられ、シリンドリカルレンズ３４を通過した後、４分割フォトディテクタ３５によって検出される。そして、この４分割フォトディテクタ３５の出力に基づいて、図５に示した検出回路８５によって、フォーカスエラー信号ＦＥ，トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦが生成され、これらの信号に基づいて、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボが行われると共に、基本クロックの再生およびアドレスの判別が行われる。
【００６５】
なお、上記のサーボ時における設定では、ピックアップ１１の構成は、ＣＤ（コンパクト・ディスク）やＤＶＤ（ディジタル・ビデオ・ディスクまたはディジタル・バーサタイル・ディスク）やＨＳ（ハイパー・ストレージ・ディスク）等の通常の光ディスクに対する記録、再生用のピックアップの構成と同様になる。従って、本実施の形態における光情報記録再生装置１０では、通常の光ディスク装置との互換性を持たせるように構成することも可能である。
【００６６】
記録時の動作
次に、記録時の動作について説明する。図７は記録時におけるピックアップ１１の状態を示す説明図である。
【００６７】
光源装置２８の出射光の出力は、パルス的に記録用の高出力にされる。なお、コントローラ９０は、再生信号ＲＦより再生された基本クロックに基づいて、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過するタイミングを予測し、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過する間、上記の設定とする。対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過する間は、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボはサーボエリア７を通過したときの状態を保持することにより、対物レンズ１２は固定されている。また、以下の説明では、光源装置２８が偏光ビームスプリッタ２２に対してP偏光の光を出射するものとする。
【００６８】
図７において、光源装置２８から出射されたＰ偏光の光は、コリメータレンズ２７によって平行光束とされた後、2分の１波長板（例えば、＋22.5度）２６により偏光方向が変更され、偏光ビームスプリッタ２２に対してP偏光成分とS偏光成分を持つような光を生成する。この光は、ビームスプリッタ２２に入射し、光量の一部（P偏光成分）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（S偏光成分）が偏光分離面２２ａで反射される。この反射光（Ｓ偏光成分）は2分の１波長板（＋45度）２１に入射する。ここで、S偏光の光は９０度偏光方向が変更されてＰ偏光の光が生成される。このＰ偏光の光は、ミラー１９および２０を介して凸レンズ１８に入射する。凸レンズによって後述の対物レンズ１２において発散する記録用参照光が生成される。生成された記録用参照光は、ハーフミラー１７で反射される。
【００６９】
なお、凸レンズ１８とミラー１９の間に位相空間変調器が配置される場合には、位相空間光変調器は、通過する光に対して、所定の変調パターンに従って、画素毎に、所定の位相を基準にして位相差０（ｒａｄ）かπ（ｒａｄ）、あるいはその中間的な位相差を選択的に付与することによって、光の位相を空間的に変調して、光の位相が空間的に変調された記録用参照光を生成する。コントローラ９０は、所定の条件に従って自らが選択した変調パターンまたは操作部９１によって選択された変調パターンの情報を位相空間光変調器に与え、位相空間光変調器は、コントローラ９０より与えられる変調パターンの情報に従って、通過する光の位相を空間的に変調する。
【００７０】
一方、ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａを透過したＰ偏光の光は、記録時はシャッター２５は開いているので、ミラー２４で反射され、空間光変調器２３に入射する。この空間光変調器２３おいて、光情報記録媒体１に記録すべき情報に応じて各画素毎に反射状態（以下、オンとも言う。）と遮断状態（以下、オフとも言う。）を選択して、反射する光を空間的に変調して、情報光が生成される。本実施の形態では、２画素で１ビットの情報を表現し、必ず、１ビットの情報に対応する２画素のうちの一方をオン、他方をオフとする。なお、空間光変調器としてＤＭＤを用いることができる。
【００７１】
生成された情報光（Ｐ偏光の光）は、ハーフミラー１７を透過する。ここで、P偏光の情報光とP偏光の記録用参照光は、再度統合（互いに光軸同一）される。これらは共にP偏光の光であるので、共に偏光ビームスプリッタ１６を通過することになる。情報光は平行光であるが、記録用参照光はデフォーカス用凸レンズ１８によって収束光に変更されるので、偏光ビームスプリッタ１６に収束しながら入射する。情報光および記録用参照光は、共にミラー１５で反射されて進行方向が変更される。
【００７２】
その後、情報光は、前述のように例えば５３２nｍの緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過し、対物レンズ１２によって平行光から光情報記録媒体１の反射膜５に収束するように照射される。
【００７３】
一方、記録用参照光はミラー１５と対物レンズ１２との間で一旦収束し、その後は発散光として対物レンズ１２に入射する。この記録用参照光も例えば緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過し、発散しながら対物レンズ１２に入射し、それによってF点に焦点を結ぶような光にされる。つまり、記録用参照光は光情報記録媒体１の反射膜５上ではデフォーカスされ、反射膜によって反射された光は焦点Fと共役の焦点F’で収束するように照射される。
【００７４】
なお、図示しない空間フィルタがミラー１５とダイクロイックミラー３０の間に設置されていて、情報光の０次、±1次光のみが通過するようにされ、余分な高次の情報光がカットされる。本実施の形態では、参照光は空間光変調器によって変調されていないので、この空間フィルタでカットされる光はない。ただし、位相空間光変調器によって光の位相を変調して参照光を生成する場合には、参照光にも高次の光が発生するので、空間フィルタによって０次、±１次の参照光のみがそれを通過し、高次の参照光はカットされる。
【００７５】
図９および図１０は記録時における光の状態を示す説明図である。
【００７６】
図９に示したように、情報光６１Ｌ（Ｐ偏光の光）は、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射される。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、記録層３を通過して反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。反射光（情報光６１R）は円偏光のまま再度、記録層３を通過し、四分の一波長板４を通過することにより円偏光からS偏光の光とされてから、対物レンズ１２によって平行光とされる。この情報光６１Rは情報光６１Lと同じくページデータの左半面の情報を持つ光である。
【００７７】
一方、記録用参照光６２Lおよび６２RもP偏光であり、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射される。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、ホログラム記録層３を通過し、反射膜５上ではデフォーカスするようにされ、反射膜５で反射する。この記録用参照光の実際の焦点は図９に示されるFであり、反射膜５で反射した反射光はFと共役の焦点であるF’で収束する。この共役焦点F’は、ホログラム記録層３内にあるよりも透明基板２と四分の一波長板４との境界面よりも、図９において下側（対物レンズ１２側）になるように記録用参照光は光情報記録媒体１に対して照射される。つまり、もし共役焦点F’がホログラム記録層３内にあったとしたら、この共役焦点Ｆ’で光のパワーが最大となるため、ホログラム記録層３を構成する材料が焼けてしまい、光情報記録媒体１の破損の原因となるからである。
【００７８】
この共役焦点F’はホログラム記録層３と四分の一波長板４との境界面よりも下側であればどこでもいいのであるが、光情報記録媒体１から離れる程記録用参照光が記録層３を通過する領域が大きくなりすぎてしまい、干渉縞を生成する部分以外の余計な領域を感光させてしまう。従って、共役焦点F’は透明基板２の中にあれば、余分に感光させる領域を押さえることができるので、この方が望ましい。
【００７９】
四分の一波長板４を通過した円偏光の情報光６１Ｌと四分の一波長板４を通過した円偏光の記録用参照光６２Lとが干渉して領域X１に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域X１に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Lが反射膜５で反射した戻り光と情報光６１Lによっても領域X１の一部に、図示はされていないが、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成される。
【００８０】
さらに、四分の一波長板４を通過した円偏光の情報光６１Ｌと四分の一波長板４を通過した円偏光の記録用参照光６２Rとが干渉して領域Ｙ１に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域Ｙ１に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Ｒが反射膜５で反射した戻り光と情報光６１Lによっても領域Ｙ１の一部に、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成される。
【００８１】
また、図１０に示したように、情報光６３Ｒ（Ｐ偏光の光）は、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射される。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、記録層３を通過して反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。反射光（情報光６３Ｌ）は円偏光のまま再度、記録層３を通過し、四分の一波長板４を通過することにより円偏光からS偏光の光とされてから、対物レンズ１２によって平行光とされる。この情報光６３Ｌは情報光６３Ｒと同じくページデータの右半面の情報を持つ光である。
【００８２】
記録用参照光６２Ｌおよび６２Ｒについては、図９で説明したことと同様であるので説明を省略する。
【００８３】
四分の一波長板４を通過した円偏光の情報光６３Ｒと四分の一波長板４を通過した円偏光の記録用参照光６２Ｒとが干渉して領域Y２に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域Ｙ２に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Ｒが反射膜５で反射した戻り光と情報光６３Ｒによっても領域Ｙ２の一部に、図示はされていないが、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成される。
【００８４】
さらに、四分の一波長板４を通過した円偏光の情報光６３Ｒと四分の一波長板４を通過した円偏光の記録用参照光６２Ｌとが干渉して領域Ｘ２に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域Ｘ２に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Ｌが反射膜５で反射した戻り光と情報光６３Ｒによっても領域Ｘ２の一部に、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成される。
【００８５】
ここで、図８を参照して四分の一波長板４の入射前後の光の様子を説明する。図８（a）で示されるように、情報光および記録用参照光は、共にP偏光の光であり、四分の一波長板４によってこれらは円偏光の光となる。図８（ｂ）はその円偏光の様子を示している。図８（ｂ）によれば、実線矢印および点線矢印で示される電場ベクトルを辿るとちょうど一波長の周期で螺旋を描くことが分かる。これが円偏光である。したがって、記録中は、情報光および記録用参照光は共にこのような円偏光の状態とされている。
【００８６】
図９および図１０に示したように、第一の実施形態では、情報光の光軸と記録用参照光の光軸が同一線上に配置されるように、情報光と記録用参照光とがホログラム層３に対して同一面側より照射される。
【００８７】
また、第一の実施形態では、ホログラム記録層３の同一箇所において、記録用参照光の変調パターンを変えて複数回の記録動作を行うことで、位相符号化多重により、ホログラム層３の同一箇所に情報を多重記録することが可能である。
【００８８】
このようにして、第一の実施形態では、ホログラム記録層３内に透過型および反射型のホログラムが形成される。ただし、透過型のホログラム（バーティカルフリンジ）が生成される場合であっても、反射型のホログラム（ホリゾンタルフリンジ）については、ホログラム記録層３を構成するホログラム材料によって生成されるか否か、どの程度生成されるかが決まる。反射型ホログラムの方が、透過型ホログラムよりもホログラム材料に対しての感度を高くすることが一般的に言って困難だからである。従って、反射型のホログラムに対して全く感度を有しないホログラム材料を用いれば、上述のような反射型ホログラム（ホリゾンタルフリンジ）は、領域Ｘ１の一部、Ｙ１、Ｘ２およびＹ２の一部には生成されないことになる。
【００８９】
また、本実施の形態では、サーボ用の光学系と記録再生用の光学系の光路が分離されているため、記録時にもフォーカスサーボを行うことが可能である。
【００９０】
なお、本実施の形態では、凸レンズ１６を前後に動かしたり、その倍率を変更することで、ホログラム層３において情報光と参照光による一つの干渉パターンが体積的に記録される領域（ホログラム）の大きさを任意に決めることが可能である。
【００９１】
再生時の動作
次に、再生時の動作について説明する。図１１は再生時におけるピックアップ１１の状態を示す説明図である。
【００９２】
再生時には、ミラー２４と偏光ビームスプリッタ２２との間に配置されたシャッター２５がオンにされ、空間光変調器２３への光の入射はカットされる。空間光変調器２３への入射光は、再生時にはシャッター２５によって遮断されるが、念のため空間光変調器２３の全画素がオンになるようにしてもよい。
【００９３】
光源装置２８の出射光の出力は、再生用の低出力にされる。なお、コントローラ９０は、再生信号ＲＦより再生された基本クロックに基づいて、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過するタイミングを予測し、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過する間、上記の設定とする。また、以下の説明では、再生時も記録時と同様に、光源装置２８がビームスプリッタ２２に対してP偏光の光を出射するものとする。
【００９４】
図１１に示したように、光源装置２８から出射されたＰ偏光の光は、コリメータレンズ２７によって平行光束とされた後、2分の１波長板（＋22.5度）２６により偏光方向が変更され、ビームスプリッタ２０に対してP波成分とS波成分を持つような光を生成する。この光は、ビームスプリッタ２０に入射し、光量の一部（P偏光）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（S偏光）が偏光分離面２２ａで反射される。この反射光（Ｓ）は、２分の１波長板（＋45度）２１に入射し、ここで、このＳ偏光の光は９０度偏光方向が変更されてＰ偏光の光が生成される。このＰ偏光の光は、ミラー２０および１９を介して凸レンズ１８に入射する。凸レンズ１８によって対物レンズ１２において発散する再生用参照光が生成される。生成された再生用参照光は、ハーフミラー１７で反射され、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。この再生用参照光は、記録時に用いられた記録用参照光と同じ光である。
【００９５】
なお、記録用参照光を生成するために凸レンズ１８とミラー１９の間に位相空間変調器（図示せず）が配置された場合には、コントローラ９０は、再生しようとする情報の記録時における記録用参照光の変調パターンの情報を位相空間光変調器に与える。この位相空間光変調器は、コントローラ９０より与えられる変調パターンの情報に従って、通過する光の位相を空間的に変調して、光の位相が空間的に変調された再生用参照光を生成する。
【００９６】
偏光ビームスプリッタ１６に入射した再生用参照光は、Ｐ偏光の光であり、偏光ビームスプリッタ１６の偏光分離面１６ａを透過し、ミラー１５によって反射されて進行方向が変更される。この再生用参照光は、ミラー１５と対物レンズ１２との間で一旦収束し、その後は発散光として対物レンズ１２に入射する。この再生用参照光は、例えば緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過し、発散しながら対物レンズ１２に入射し、それによってF点に焦点を結ぶような光にされる。つまり、再生用参照光は光情報記録媒体１の反射膜５上ではデフォーカスされ、反射膜によって反射された光は焦点Fと共役の焦点F’で収束するように照射される。
【００９７】
なお、図示しない空間フィルタがミラー１５とダイクロイックミラー３０の間に設置されているが、本実施の形態で、位相空間光変調器によって光の位相を変調して再生用参照光を生成する場合には、参照光にも高次の光が発生するので、空間フィルタによって０次、±１次の参照光のみがそれを通過し、高次の参照光はカットされる。
【００９８】
再生用参照光が照射されることにより再生光が発生する。発生した再生光は、四分の一波長板４によって円偏光の光からＳ偏光の光となり、さらに対物レンズ１２によって平行光となる。この再生光はダイクロイックミラー３０を透過し、ミラー１５によって反射され、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。この再生光はＳ偏光の光であるから、偏光分離面１６ａで反射され、再生像がＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９で検出される。なお、基板２や対物レンズ１２などの記録層３よりも光の入射側に近い光学要素において発生する迷光は、Ｐ偏光の光なので、偏光板５１によりＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９から遮断される。検出された再生像は、エラー訂正や必要なデコーディング等の信号処理が施されて、光情報記録媒体１に記録されたデータが再生される。この一連の信号処理は図３における信号処理回路８９で行われる。図１３および図１４は再生時における光の状態を示す説明図である。
【００９９】
図１３に示したように、再生用参照光６４Ｌは、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射される。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、ホログラム記録層３を通過し、反射膜５で反射され、反射膜５が無い場合の焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で最も小径となるように収束する。反射膜５で反射した再生用参照光６４Ｌは再度ホログラム記録層３を通過する。このような再生用参照光の照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｘ１から、記録時における情報光６１Ｌ（ＤＭＤの左半面像＝左半分のページデータ）に対応する再生光６５Ｒが発生する。この再生光６５Ｒは、Ｘ１に生成されたバーティカルフリンジから発生した光である。発生した再生光６５Ｒは、四分の一波長板４の右側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【０１００】
また、再生用参照光６４Ｒは、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、四分の一波長板４の右側を通過すると、Ｐ偏光の光から円偏光の光となり、ホログラム記録層３を通過し、反射膜５で反射され、反射膜５が無い場合の焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で最も小径となるように収束する。反射膜５で反射した再生用参照光６４Ｒは再度ホログラム記録層３を通過する。このような再生用参照光の照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｙ１から、記録時における情報光６１Ｌ（左半面像＝左半分のページデータ）に対応する再生光６５Ｒ’が発生する。この再生光６５Ｒ’は、Ｙ１に生成されたホリゾンタルフリンジから発生した光である。発生した再生光６５Ｒ’も、再生光６５Ｒ同様、四分の一波長板４の右側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【０１０１】
再生光６５Ｒおよび６５Ｒ’は、共に情報光６１Ｌ（ＤＭＤの左半面像）に対応する像であるため、互いにゴースト映像とはならずに、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ２９において鮮明に検出される。
【０１０２】
一方、図１４に示したように、再生用参照光６４Ｒの照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｙ２から、記録時における情報光６３Ｒ（ＤＭＤの右半面像＝右半分のページデータ）に対応する再生光６６Ｌが発生する。この再生光６６Ｌは、Ｙ２に生成されたバーティカルフリンジから発生した光である。発生した再生光６６Ｌは、四分の一波長板４の左側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【０１０３】
また、再生用参照光６４Ｌの照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｘ２から、記録時における情報光６３Ｒ（ＤＭＤの右半面像＝右半分のページデータ）に対応する再生光６６Ｌ’が発生する。この再生光６６Ｌ’は、Ｘ２に生成されたホリゾンタルフリンジから発生した光である。発生した再生光６６Ｌ’も、再生光６６Ｌ同様、四分の一波長板４の左側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【０１０４】
再生光６６Ｌおよび６６Ｌ’は、共に情報光６３Ｒ（ＤＭＤの左半面像）に対応する像であるため、互いにゴースト映像とはならずに、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ２９において鮮明に検出される。
【０１０５】
ここで、図１２を参照して、再生時における四分の一波長板４の入射前後の光の様子を説明する。図１２（a）で示されるように、再生用参照光は、P偏光の光であり、四分の一波長板４によってこれらは円偏光の光となる。図１２（ｂ）はその円偏光の様子を示している。図１２（ｂ）によれば、実線矢印および点線矢印で示される電場ベクトルを辿るとちょうど一波長の周期で螺旋を描くことが分かる。これが円偏光である。したがって、再生中は、再生用参照光はこのような円偏光の状態とされている。
【０１０６】
なお、第一の実施形態では、再生用参照光の偏光と再生光の偏光は、四分の一波長板４を通過後、Ｓ偏光で同一である。このため、再生用参照光もＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９で検出されてしまい、再生像検出の妨げとなってしまう。そこで、図１５に示すようなマスクを用いて参照光を空間的に分離するようにする。
【０１０７】
図１５は、光情報記録媒体１からＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９までの構成を概略的に示した図である。図１５において、前出の図と同じ参照番号を用いているものは同じ構成要素である。図１５で、凸レンズ４５および４６はリレー光学系を示しており、再生像をＣＭＯＳセンサ２９上に結像させるためのものである。また、対物レンズ１２と凸レンズ４５の間にも再生像の像面４４が存在する。
【０１０８】
図１５で示すように、反射してきた再生用参照光と発生した再生光との焦点位置はずれを生じている。この性質を利用して、ちょうど反射してきた再生用参照光の焦点位置に遮光マスク４７を配置することによりこの参照光をカットすることができる。遮光マスク４７の真ん中にある遮光膜４７ｂの直径はビーム径とほぼ同じ大きさであり非常に小さく、再生像の像面からはかけ離れているので、ＣＭＯＳセンサ２９上での結像に全く影響を与えない。この遮光マスク４７を配置することにより、効果的に再生用参照光をカットすることができる。
【０１０９】
第一の実施形態では、四分の一波長板４の入射光と出射光の偏光を直交させ、偏光ビームスプリッタ１６により発生したほとんどの再生光を検出することができるため、光利用効率が高く、光学的に優れている。また、基板２や対物レンズ１２などの記録層３よりもレーザ光源２８側の光学要素において発生する表面反射など不要な迷光を除去する上でもこの組み合わせは非常に有効である。
【０１１０】
ここで、迷光除去について図１６を参照して説明する。図１６は、再生用参照光６４Ｌ、６４Ｒを照射したときの迷光および再生光の偏光状態を示す図である。ただし、図示の便宜上、再生用参照光が光情報記録媒体１に直角に入射され、再生光が光情報記録媒体１に直角に出射するように表現している。
【０１１１】
図１６を参照して、再生用参照光（Ｐ偏光）を光情報記録媒体１に入射する。このとき、基板２の表面あるいは内部で一部が反射してしまい迷光ＳＬ１となる。迷光ＳＬ１はＰ偏光である。基板２を通過した再生用参照光は、四分の一波長板４を通過すると、円偏光となる。この円偏光は、ホログラム記録層３に入射される。その結果、再生光が生成され、四分の一波長板４を通過して、Ｓ偏光となる。再生光（Ｓ偏光）は、基板２を通過して、光情報記録媒体１から出射する。なお、再生光（Ｓ偏光）の一部が、基板２と外界との境界面（光の入射面）で反射して、四分の一波長板４、ホログラム記録層３、四分の一波長板４、基板２の順に通過して、光情報記録媒体１から出射することがある。このような光情報記録媒体１内部を二往復するような光もまた、迷光ＳＬ２となる。迷光ＳＬ２はＰ偏光である。上記のように、再生光はＳ偏光であり、迷光ＳＬ１、ＳＬ２はＰ偏光である。なお、基板２の他に、記録層３よりも光の入射側に近い光学要素として対物レンズ１２などがある。対物レンズ１２などで再生用参照光が反射されても、その反射光は迷光であり、Ｐ偏光である。
【０１１２】
よって、基板２や対物レンズ１２などの記録層３よりも光の入射側に近い光学要素において発生する迷光は、Ｐ偏光の光なので、Ｓ偏光のみを透過する偏光板５１によりＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９から遮断される。一方、再生光はＳ偏光なので、偏光板５１を通過できるため、ＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９に到達できる。これにより、迷光によるＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことができる。
【０１１３】
なお、記録用参照光の変調パターンを変えて、ホログラム層３に複数の情報が多重記録されている場合には、複数の情報のうち、再生用参照光の変調パターンと同じ変調パターンの記録用参照光に対応する情報のみが再生される。
【０１１４】
第一の実施形態では、再生用参照光の光軸と再生光の光軸が同一線上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が、ホログラム層３の同一面側より行われる。
【０１１５】
また、第一の実施形態においては、対物レンズ１２に情報光を平行光として入射させて記録用参照光との干渉パターンをホログラム記録層３に形成させているので、発生する再生光も平行光として対物レンズ１２を出射し、平行光のままＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９において再生像が検出される。
【０１１６】
第一の実施形態によれば、ホログラム記録層３よりも再生用参照光の入射側にある光学要素（基板２、対物レンズ１２など）による迷光（Ｐ偏光）と、再生用参照光の入射によりホログラム記録層３から発生する再生光が光情報記録媒体１から出射されたもの（Ｓ偏光）と、は振動方向が異なる。よって、迷光と再生光とを区別することができるため、迷光成分によるＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことが可能となる。
【０１１７】
しかも、ホログラム記録層３は反射膜５に接しているため、ホログラム記録層３よりも再生用参照光の入射側から見て遠い光学要素であって、迷光の原因となるものが無いため、迷光成分を少なくすることができる。
【０１１８】
第二の実施形態
第二の実施形態に係る光情報記録再生装置は、光情報記録媒体の構成が第一の実施形態と異なる。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。
【０１１９】
図１７は、第二の実施形態における光情報記録媒体の構成を示す説明図である。この光情報記録媒体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の一面に、ボリュームホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層としてのホログラム記録層３と、四分の一波長板４と、反射膜５と、基板（保護層）８とを、この順番で積層して構成されている。
【０１２０】
第一の実施形態と異なる点は、四分の一波長板４が、再生用参照光の入射側から見てホログラム記録層３より遠くに配置されている点である。また、四分の一波長板４は反射膜５に接している点も異なる。
【０１２１】
なお、第二の実施形態では、図１７に示されるように、例えば、透明基板２の厚さは０．４ｍｍ、ホログラム記録層３の厚さは０．２ｍｍ、四分の一波長板４、反射膜５および基板（保護層）８の厚さは０．６ｍｍとされている。反射膜５の厚さは、Åのオーダーであり、記録媒体全体の厚さに比べたら無視できるほどの厚さである。
【０１２２】
四分の一波長板４の製造方法および光情報記録再生装置の構成は第一の実施形態と同様である。
【０１２３】
次に、第二の実施形態に係る光情報記録再生装置の動作について、サーボ時、記録時、再生時に分けて、順に説明する。なお、サーボ時、記録時、再生時のいずれのときも、光情報記録媒体１は規定の回転数を保つように制御されてスピンドルモータ８２によって回転される。
【０１２４】
サーボ時の動作は第一の実施形態と同様であり説明を省略する。
【０１２５】
記録時の動作
情報光および記録用参照光が対物レンズ１２を通過するまでの動作は第一の実施形態と同様である（図７参照）。
【０１２６】
図１８ないし図２１は記録時における光の状態を示す説明図である。
【０１２７】
図１８に示したように、情報光６１Ｌ（Ｐ偏光の光）は、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、記録層３を通過する。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。反射光（情報光６１R）は円偏光のまま再度、四分の一波長板４を通過することにより円偏光からS偏光の光とされてから、記録層３を通過し、対物レンズ１２によって平行光とされる。この情報光６１Rは情報光６１Lと同じくページデータの左半面の情報を持つ光である。
【０１２８】
一方、記録用参照光６２Lおよび６２RもP偏光であり、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、記録層３を通過する。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、反射膜５上ではデフォーカスするようにされ、反射膜５で反射する。反射光は円偏光のまま再度、四分の一波長板４を通過することにより円偏光からS偏光の光とされる。この記録用参照光の実際の焦点は図１８に示されるFであり、反射膜５で反射した反射光はFと共役の焦点であるF’で収束する。この共役焦点F’は、ホログラム記録層３内にあるよりもホログラム記録層３と基板２との境界面よりも、図１８において下側（対物レンズ１２側）になるように記録用参照光は光情報記録媒体１に対して照射される。つまり、もし共役焦点F’がホログラム記録層３内にあったとしたら、この共役焦点Ｆ’で光のパワーが最大となるため、ホログラム記録層３を構成する材料が焼けてしまい、光情報記録媒体１の破損の原因となるからである。
【０１２９】
この共役焦点F’は記録層３と基板２の境界面よりも下側であればどこでもいいのであるが、光情報記録媒体１から離れる程記録用参照光が記録層３を通過する領域が大きくなりすぎてしまい、干渉縞を生成する部分以外の余計な領域を感光させてしまう。従って、共役焦点F’は基板２の中にあれば、余分に感光させる領域を押さえることができるので、この方が望ましい。
【０１３０】
図１９は、光情報記録媒体１付近の部分拡大図である。P偏光の情報光６１ＬとP偏光の記録用参照光６２Lとが干渉して領域X１に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域X１に体積的に記録される。しかし、記録用参照光６２Lが反射膜５で反射した戻り光と情報光６１Lとは干渉しない。情報光６１LはP偏光であるが、戻り光はS偏光であり、振動方向が共通しないからである。よって、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）ができない。このように、四分の一波長板４を通過する前の光と、反射膜５で反射され再度四分の一波長板４を通過した光とが干渉しないため、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）ができないということが第二の実施形態の特徴である。
【０１３１】
図２０に示したように、情報光６３Ｒ（Ｐ偏光の光）は、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、記録層３を通過する。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。反射光（情報光６３Ｌ）は円偏光のまま再度、四分の一波長板４を通過することにより円偏光からS偏光の光とされてから、記録層３を通過し、対物レンズ１２によって平行光とされる。この情報光６３Ｌは情報光６３Ｒと同じくページデータの右半面の情報を持つ光である。
【０１３２】
記録用参照光６２Ｌおよび６２Ｒについては、図１８で説明したことと同様であるので説明を省略する。
【０１３３】
図２１は、光情報記録媒体１付近の部分拡大図である。P偏光の情報光６３ＲとP偏光の記録用参照光６２Ｒとが干渉して領域Ｙ２に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域X１に体積的に記録される。しかし、記録用参照光６２Ｒが反射膜５で反射した戻り光と情報光６３Ｒとは干渉しない。情報光６３ＲはP偏光であるが、戻り光はS偏光であり、振動方向が共通しないからである。よって、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）ができない。このように、四分の一波長板４を通過する前の光と、反射膜５で反射され再度四分の一波長板４を通過した光とが干渉しないため、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）ができないということが第二の実施形態の特徴である。
【０１３４】
なお、四分の一波長板４の入射前後の光の様子は、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する（図８参照）。
【０１３５】
再生時の動作
再生用参照光が対物レンズ１２を通過するまでの動作は第一の実施形態と同様である（図１１参照）。図２２および図２３は再生時における光の状態を示す説明図である。
【０１３６】
図２２に示したように、再生用参照光６４Ｌ（Ｐ偏光）は、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、ホログラム記録層３を通過する。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、反射膜５で反射され、再度、四分の一波長板４を通過し、Ｓ偏光となってから、再度ホログラム記録層３を通過し、反射膜５が無い場合の焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で最も小径となるように収束する。このような再生用参照光の照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｘ１から、記録時における情報光６１Ｌ（ＤＭＤの左半面像＝左半分のページデータ）に対応する再生光６５Ｒ（Ｐ偏光）が発生する。この再生光６５Ｒは、Ｘ１に生成されたバーティカルフリンジから発生した光である。発生した再生光６５Ｒは、四分の一波長板４を通過して円偏光となり、反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。さらに、反射光（情報光６５R）は再度、四分の一波長板４を通過することにより円偏光からS偏光の光とされてから、記録層３を通過し、対物レンズ１２によって平行光とされる。反射光は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ２９において検出される。
【０１３７】
なお、第一の実施形態と異なり、領域Ｙ１には反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成されていないため、再生光６５Ｒ’が発生することはない。
【０１３８】
また、図２３に示したように、再生用参照光６４Ｒ（Ｐ偏光）は、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、ホログラム記録層３を通過する。そして、四分の一波長板４を通過して円偏光となる。この円偏光は、さらに、反射膜５で反射され、再度、四分の一波長板４を通過し、Ｓ偏光となってから、再度ホログラム記録層３を通過し、反射膜５が無い場合の焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で最も小径となるように収束する。このような再生用参照光の照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｙ２から、記録時における情報光６３Ｒ（ＤＭＤの右半面像＝右半分のページデータ）に対応する再生光６６Ｌ（Ｐ偏光）が発生する。この再生光６６Ｌは、Ｙ２に生成されたバーティカルフリンジから発生した光である。発生した再生光６６Ｌは、四分の一波長板４を通過して円偏光となり、反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。さらに、反射光（情報光６６Ｌ）は再度、四分の一波長板４を通過することにより円偏光からS偏光の光とされてから、記録層３を通過し、対物レンズ１２によって平行光とされる。反射光は、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ２９において検出される。
【０１３９】
なお、第一の実施形態と異なり、領域Ｘ２には反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成されていないため、再生光６６Ｌ’が発生することはない。
【０１４０】
また、再生時における四分の一波長板４の入射前後の光の様子は第一の実施形態と同様であり説明を省略する（図１２参照）。さらに、参照光と再生光との分離のためのマスクも第一の実施形態と同様であり説明を省略する（図１５参照）。
【０１４１】
迷光除去については、第一の実施形態と同様である。すなわち、再生用参照光が、基板２の表面あるいは内部で一部が反射してしまうことにより発生する迷光（Ｐ偏光）および再生用参照光が光情報記録媒体１内部を二往復してしまうことにより発生する迷光（Ｐ偏光）は、再生光（Ｓ偏光）と振動方向が異なるため、偏光板５１により分別できる。
【０１４２】
第二の実施形態によれば、四分の一波長板４よりも再生用参照光の入射側にある光学要素（基板２、対物レンズ１２など）による迷光（Ｐ偏光）と、再生用参照光の入射によりホログラム記録層３から発生する再生光が光情報記録媒体１から出射されたもの（Ｓ偏光）と、は振動方向が異なる。よって、迷光と再生光とを区別することができるため、迷光成分によるＳ／Ｎ比の劣化を防ぐことが可能となる。
【０１４３】
しかも、ホログラム記録層３に情報を記録するために使用される記録用参照光（Ｐ偏光）と、記録用参照光が反射膜５により反射されてホログラム記録層３に入射される反射光（Ｓ偏光）とは、振動方向が異なる。よって、記録用参照光と情報光（Ｐ偏光）との干渉に基づきホログラフィが形成されても、反射光に基づきホログラフィが形成されない。反射型ホログラフィは無いことが好ましいため、第二の実施形態のような構成は好ましい。
【０１４４】
以上、本発明の構成および動作をその原理と実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されず、発明の本旨を逸脱しない範囲において、様々な変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のホログラム記録方法における記録の様子を示す図である。
【図２】第一の実施形態に係る光情報記録再生装置におけるピックアップおよび光情報記録媒体の構成を示す図である。
【図３】第一の実施形態に係る光情報記録再生装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】第一の実施形態に係る光情報記録媒体の構成を示す図である。
【図５】図３における検出回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図２に示したピックアップのサーボ時における状態を示す図である。
【図７】図２に示したピックアップの記録時における状態を示す図である。
【図８】記録時における、図７に示したピックアップの四分の一波長板４の入射前後の記録用参照光および情報光の状態を示す図である。
【図９】図８に示したピックアップにおける記録動作の詳細を示す図である。
【図１０】図８に示したピックアップにおける記録動作の詳細を示す図である。
【図１１】図２に示したピックアップの再生時における状態を示す図である。
【図１２】再生時における、図１１に示したピックアップの四分の一波長板４の入射前後の記録用参照光および情報光の状態を示す図である。
【図１３】図１１に示したピックアップにおける再生動作の詳細を示す図である。
【図１４】図１１に示したピックアップにおける再生動作の詳細を示す図である。
【図１５】光情報記録媒体の表面で反射した再生用参照光を除去するための遮光マスクの動作を説明するための図である。
【図１６】再生用参照光６４Ｌ、６４Ｒを照射したときの迷光および再生光の偏光状態を示す図である。
【図１７】第二の実施形態における光情報記録媒体の構成を示す説明図である。
【図１８】ピックアップにおける記録動作の詳細を示す図である。
【図１９】図１８の光情報記録媒体１の付近の部分拡大図である。
【図２０】ピックアップにおける記録動作の詳細を示す図である。
【図２１】図２０の光情報記録媒体１の付近の部分拡大図である。
【図２２】ピックアップにおける再生動作の詳細を示す図である。
【図２３】ピックアップにおける再生動作の詳細を示す図である。
【図２４】四分の一波長板４の透明基板２に接する表面を示す平面図である。
【図２５】四分の一波長板４の製造方法の一例を説明するための、四分の一波長板４の正面図（図２５（ａ））、平面図（図２５（ｂ））である。
【図２６】四分の一波長板４の製造方法のさらなる一例を説明するための、四分の一波長板４の正面図（図２６（ａ））、平面図（図２６（ｂ））、正面図（図２６（ｃ））である。
【符号の説明】
１ 情報記録媒体
２ 透明基板
３ ホログラム記録層
４ 四分の一波長板（偏光変更層）
５ 反射膜
６ アドレス・サーボエリア
７ データエリア
１０ 光情報記録再生装置
１１ 光ピックアップ
１２ 対物レンズ
１８ デフォーカス用レンズ
２３ 空間光変調器
２８ 光源装置（レーザ）
２９ ＣＣＤアレイまたはＣＭＯＳセンサ
５１ 偏光板（ノイズカット手段）

Claims (5)

1. ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層と、
   通過する光の偏光方向を変更するための偏光変更層と、
   前記光の入射側から見て前記情報記録層および前記偏光変更層よりも遠くに配置され、前記光を反射する反射層と、
   を備え、
   前記偏光変更層は、光の入射側から見て前記情報記録層よりも遠くに配置されており、前記反射層に接しており、
   前記偏光変更層が、四分の一波長板である、
   光情報記録媒体。
2. 請求項１に記載の光情報記録媒体であって、
   前記偏光変更層は前記情報記録層に接している、
   光情報記録媒体。
3. 請求項１または２に記載の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、
   情報を担持した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、
   前記光情報記録媒体が有する情報記録層に前記情報光と前記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、前記情報記録層に対して同一面側より照射する記録光学系と、
   を備えた光情報記録装置。
4. 請求項１または２に記載の光情報記録媒体より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、
   前記再生用参照光を前記光情報記録媒体が有する情報記録層に対して照射すると共に、前記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、前記情報記録層に対して前記再生用参照光を照射する側と同じ面側より収集する再生光学系と、
   前記再生光学系によって収集された再生光を検出する検出手段と、
   を備えた光情報再生装置。
5. 請求項４に記載の光情報再生装置であって、
   前記光情報記録媒体が有する偏光変更層を円偏光が透過したものと振動方向が共通する直線偏光のみを透過する、前記再生光学系と前記検出手段との間に配置されたノイズカット手段を備えた光情報再生装置。

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