JP4289921B2 - ホログラフィック記録装置および再生装置 - Google Patents
ホログラフィック記録装置および再生装置 Download PDFInfo
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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ホログラフィック情報記録装置、および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から情報を再生するホログラフィック情報再生装置に関する。
【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。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。
【０００４】
【非特許文献１】
「ここまできた光記録技術」（工業調査会）
【特許文献１】
「特開平１１−３１１９３８」
【発明が解決しようとする課題】
このようなホログラムストレージで大きな記録容量を実現するためには、非常に大きな多重度（Ｍ）が要求されることは良く知られている。しかし、多重記録した場合、再生時の再生像の回折効率は多重度Ｍの２乗に反比例するため、現状における記録材料のダイナミックレンジでは、この回折効率は非常に小さいレベルとなってしまう。そうすると、再生像の回折効率の大きさは、多重度にもよるが、レンズなどの各種の光学素子で発生する散乱ノイズと同程度あるいはそれ以下のレベルになり、大きな問題となることが、河田聡編著「ここまできた光記録技術」（工業調査会）の１８６ページに記述されている。
【０００５】
特に、平成１１年１１月９日公開の公開特許公報「特開平１１−３１１９３８」に開示されているような、参照光と物体光が同軸上にあるいわゆるコリニアホログラフィでは、参照光と物体光の光軸が分かれている２光束干渉光学系に比べて散乱光の強度が非常に大きくなる傾向にある。このため、再生像と散乱によるノイズの分離が非常に困難となる問題がある。ノイズレベルが再生像のレベルよりも大きくなってしまうからである。
【０００６】
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が記録される光情報記録媒体に対して、参照光と物体光を同軸で照射して情報を干渉パターンとして多重記録する光情報記録装置および方法、ならびにこのようにして情報が記録された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、光学素子からの散乱光ノイズの強度を低減できる光学系を有する光情報記録装置ならびに光情報再生装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のホログラフィック情報記録装置は、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ホログラフィック情報記録装置であって、情報を担持した物体光を生成する物体光生成手段と、記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、情報記録層に物体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、物体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、を備えている。さらに、この記録光学系は、記録光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備えている。
【０００８】
この場合、記録用参照光は輪帯状の光をなしており、物体光はその輪帯の内側に配置されている。
【０００９】
また、散乱光遮断光学手段に入射前の記録用参照光と物体光とは、偏光方向が互いに直交している。そして、その散乱光遮断光学手段によって、物体光が占める輪帯内側に対応する領域において、物体光と同じ偏光方向の光のみが通過され、それと直交する光はブロックされる。
【００１０】
また、散乱光遮断光学手段は、記録用参照光が占める輪帯部分に対応する領域において、記録用参照光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックする。
【００１１】
さらに、散乱光遮断光学手段は、物体光が占める輪帯内側に対応する領域において、入射してきた物体光の偏光方向を９０度変更し、記録用参照光の偏光方向と一致させることにより、記録用参照光と物体光を干渉させることを可能としている。
【００１２】
また、輪帯状の記録用参照光の中心線（記録用参照光の重心）と物体光の光軸は一致している。
【００１３】
なお、光情報記録媒体は反射層を備え、この反射層と情報記録層との間に、４分の１波長板からなる層が配置されている。
【００１４】
請求項９記載のホログラフィック情報再生装置は、ホログラフィを利用して、情報を担持し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る情報記録層を備えた光情報記録媒体より情報を再生するためのホログラフィック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、再生用参照光を情報記録層に形成された干渉パターン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、を備えており、この再生光学系は、再生光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備えている。
【００１５】
そして、再生用参照光は輪帯状をなしており、この輪帯状の再生用参照光が干渉パターンに照射されることにより発生された再生光は、再生用参照光の輪帯の内側に配置されている。
【００１６】
また、散乱光遮断光学手段に入射前の記録用参照光と、散乱光遮断光学手段から出射した再生光とは、偏光方向が互いに直交している。
【００１７】
散乱光遮断光学手段は、再生光が占める輪帯内側に対応する領域において、再生光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックする。
【００１８】
さらに、散乱光遮断光学手段は、再生用参照光が占める輪帯部分に対応する領域において、再生用参照光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックすることとしている。
【００１９】
また、光情報記録媒体は反射層を備え、この反射層と情報記録層との間に、４分の１波長板からなる層が配置されている。
【００２０】
そして、散乱光遮断光学手段は、再生用参照光が光情報記録媒体の４分の１波長板からなる層を往復した再生用参照光を、散乱光遮断光学手段より先に進行しないようにブロックすることとしている。
【００２１】
さらに、散乱光遮断光学手段は、干渉パターンから発生した時点での再生光の偏光方向を保ちつつ、散乱光遮断光学手段から先に出射させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施の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。）と本実施の形態における光情報記録媒体の構成を示す説明図、図２は本実施の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、本実施の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を用いることができる。
【００２３】
始めに、図１を参照して、本実施の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、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、保護層の機能をも有する４分の１波長板４と、反射膜５とを、この順番で積層して構成されている。４分の１波長板４は、例えば、インジェクションで作成されたアドレス付が付加されている。その４分の１波長板４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。このアドレス・サーボエリア６の上にも反射膜５が形成されている。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。さらに反射層５の上に透明基板を積層しても良い。
【００２４】
また、本実施の形態では、例えば、透明基板２の厚さは０．５〜０．４ｍｍ、ホログラム記録層３は０．２〜０．３ｍｍ、４分の１波長板４は０．５ｍｍで、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。
【００２５】
本実施の形態では、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。なお、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。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。
【００２６】
次に、図２を参照して、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。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に対して物体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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、光情報記録再生装置１０は、光学素子動作回路９２を有する。この光学素子動作回路９２は、後述する散乱光遮断光学素子１４のガラス板部分をスライドさせたり、散乱光遮断光学素子１４の２分の１波長板１４ｃを４５度だけ回転させるために設けられたものである。詳細な動作については後述する。
【００３０】
図１に戻り、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、対物レンズ１２における光情報記録媒体１の反対側に、対物レンズ１２側から順に配設された散乱光遮断光学素子１４、ミラー１５、偏光ビームスプリッタ１６を備えている。ここで、散乱光遮断光学素子１４は、図３に示されるように、ガラス板の中心部に２分の１波長板部１４ｂを設け、その素子上に偏光板１４ｃおよび１４ｄを配置して構成される。偏光板１４ｄは光軸中心付近を占める物体光の領域に配置され、物体光の偏光と同じＳ偏光のみを通過させる。また、その外側には配置される偏光板１４ｃは参照光の偏光と同じＰ偏光のみを通過させるものである。そして、２分の１波長板部１４ｂによって、物体光と参照光の偏光方向がＰ偏光に統一されることになる。物体光と参照光の偏光方向がＰとＳで互いに直交したままだと両者は干渉を起こさず、干渉パターンを記録層３に形成することができないからである。なお、参照光の領域に設けられたガラス基板１４aは光学的な距離を補正するためのものである。
【００３１】
散乱光遮断光学素子１４について簡単にまとめると、波長板１４ａは、Ｐ偏光の光のみを通過させ、偏光板１４ｄはＳ偏光の光のみを通過させるということである。
【００３２】
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２９が設けられ、さらに、偏光分離面１６ａに参照光又は物体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ィフラクション光学素子ペア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。ディフラクション光学素子ペア１８は、多分割位相輪帯（ウォルシュ関数）部を有するフレネル凹レンズ１８ａと計算機ホログラム１８ｂ（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）からなり、入射する光をリング状の光に変換する作用を有する。このリング状の光がホログラム記録・再生時に用いられる参照光となるものである。より具体的には、参照光は、図５（ａ）で示されるようにリング状で、かつ位相変調された光となっている。
【００３３】
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、情報を担持した物体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、本発明における物体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。
【００３４】
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に入射する物体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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、さらにディフラクション光学素子ペア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。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置の作用について、記録時、再生時に分けて、順に説明する。なお、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。
【００４０】
まず、記録時の作用について図１、図３〜８を用いて説明する。
【００４１】
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Ｓ偏光の光を出射するものとする。
図７において、光源装置２８から出射されたＳ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（Ｓ偏光成分）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（Ｐ偏光成分）が偏光分離面２２ａで反射される。なお、ビームスプリッタ２２の分離面２２ａは半反射面（ハーフミラー）で構成しても良い。
【００４２】
この反射光（Ｐ偏光成分）は、ミラー１９および２０を介してディフラクション光学素子ペア１８に入射する。これによってリング状で位相変調された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。位相変調は、ディフラクション光学素子ペアを構成するフレネル凹レンズに設けられた、ウォルシュ関数を有する多分割位相輪帯部で行われる。
【００４３】
一方、ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａを透過したＳ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、物体光が生成される。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。
【００４４】
生成された物体光（Ｓ偏光の光）は、ハーフミラー１７を透過する。ここで、Ｓ偏光の物体光と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。ただ、物体光は光軸付近に配置され、記録用参照光は物体光を取り囲むようにリング状に配置される。図５（ｂ）は物体光と記録用参照光が統合されたときの様子を示す図である。
【００４５】
その後、物体光は、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を通過する。また、図６に示されるように、物体光はＳ偏光の光であるので、散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｄを通過し、さらに２分の１波長板部１４ｂでＳ偏光のP偏光の光に変更される。このＰ偏光の物体光は対物レンズ１２によって平行光から光情報記録媒体１の反射層５に収束するように照射される。
【００４６】
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を通過する。また、図６に示されるように、参照光は散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｃをＰ偏光のまま通過し、対物レンズ１２によって平行光から光情報記録媒体１の反射層３に収束するように照射される。
【００４７】
この散乱光遮断光学素子１４によって、ピックアップ装置１１の光学系を構成する様々な光学素子から発生する散乱光（ノイズ）が物体光に紛れ込んでしまったとしても、Ｐ偏光の散乱光は散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｄによってブロックされるので、記録時に悪い影響を与えることも無いのである。つまり、ノイズとともに物体光が担持する情報がホログラム記録層３に記録されることを避けることができるのである。
【００４８】
図７及び図８を用いて、ホログラム記録層３に干渉パターンが記録される様子を説明する。
【００４９】
図７で示されるように、Ｐ偏光の物体光５０とＰ偏光の記録用参照光５１は、反射層５で反射される前に、ホログラム記録層３の領域Ｘに干渉パターン（バーティカルフリンジ）が形成する。なお、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、順に物体光の０次光、＋１次光、−１次光を示し、５１a、５１ｂ、５１ｃは、順に入射する記録用参照光の０次光、＋１次光、−１次光を示す。さらに、記録用参照光５１が４分の１波長板を往復することによってP偏光からS偏光の光に変更される。そして、５２a、５２ｂ、５２ｃはそれぞれ、反射層５によって反射された記録用参照光の０次光、＋１次光、−１次光を示すものである。
【００５０】
また、図８で示されるように、P偏光で入射した物体光５０は４分の１波長板層４を往復することによってS偏光の物体光５３になる。そして、同様にS偏光の光となった記録用参照光５２と物体光５３は干渉し合い、干渉パターン（バーティカルフリンジ）がホログラム記録層３の領域Yに形成される。
【００５１】
本実施の形態では、物体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、物体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。
【００５２】
また、本実施の形態では、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も可能である。
【００５３】
このようにして、本実施の形態では、ホログラム記録層３内に透過型ホログラム（バーティカルフリンジ）のみが生成され、反射型のホログラム（ホリゾンタルフリンジ）は生成されない。従って、再生時にノイズとなってしまうゴースト映像を発生させる原因を排除することも可能である。
【００５４】
なお、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。
【００５５】
次に、再生時の作用について説明する。図９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。
【００５６】
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。
【００５７】
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S偏光の光を出射するものとする。
【００５８】
図９に示したように、光源装置２８から出射されたS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（S偏光）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（P偏光）が偏光分離面２２ａで反射される。この反射光（P）は、２分の１波長板（＋45度）２１に入射し、ここで、このP偏光の光は、ミラー２０および１９を介してディフラクション光学素子ペア１８に入射する。このディフラクション光学素子１８によってリング状で位相変調された再生用参照光が生成される（図５（a）参照）。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ものである。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。なお、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。
【００５９】
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、例えば緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過する。また、図１０に示されるように、P偏光の再生用参照光６０は、散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｃをP偏光のまま通過し、対物レンズ１２によって反射層５上で収束するように照射される。
【００６０】
再生時は、図４（ａ）に示されるように、散乱光遮断光学素子１４のガラス板をスライドさせて、光軸付近の再生光が通過する部分が２分の１波長板から単なるガラスになるようにされる。このようにすれば再生光の偏光がＳ偏光のまま散乱光遮断光学素子１４を出射することになる。この制御は図２の光学素子動作回路９２によってなされる。図４（ａ）ではガラス板をスライドさせたが、図４（ｂ）のように２分の１波長板を４５度だけ回転させることにより、再生光の偏光がＳ偏光のままにすることができる。この場合も回転の制御は光学素子動作回路９２によって行われる。
【００６１】
再生用参照光６０がホログラム記録層３に照射されると、再生光６１が発生する。この場合も、再生用参照光６０が様々な光学部品によって散乱して生成された散乱光（ノイズ）が光軸付近に存在しても偏光板１４ｄでブロックされるので、散乱ノイズが再生光６１に紛れることを防止でき、ＣＭＯＳセンサ２９において再生像を検出し易くなるという利点がある。なお、反射層５で反射した再生用参照光はP偏光の光からＳ偏光の光に変わるので、偏光板１４ｃでブロックされて散乱光遮断光学素子１４より先には入り込むことは無い。よって、不要になった再生用参照光によって、再生像検出に悪影響を与えることもない。
【００６２】
図１１および１２を参照して、より詳細な再生時の動作について説明する。図１１に示されるように、Ｐ偏光の再生用参照光６０が記録層３の領域Ｘに照射されると、干渉パターンから反射層５に向ってＰ偏光の再生光６１が生成され、４分の１波長板層４を往復することによってＳ偏光の再生光６１となる。この再生光６１は、Ｓ偏光のまま散乱光遮断光学素子１４を通過する。
【００６３】
また、図１２に示されるように、Ｐ偏光の再生用参照光６０が４分の１波長板層４を往復することによってＳ偏光の再生用参照光６２が生成される。この再生用参照光６２がホログラム記録層３の領域Ｙを通過するときに、再生光６３が生成される。この再生光６３はＳ偏光の光であり、Ｓ偏光のまま散乱光遮断光学素子１４を通過することになる。
【００６４】
散乱光遮断光学素子１４を出射した再生光は、ダイクロイックミラー３０、を通過し、ミラー１５およびビームスプリッタ１６で反射され、再生像検出回路であるＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤによって検出されることになる。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態では、記録時には、散乱光遮断光学素子１４における偏光板１４ｄがＳ偏光の光だけを通過させるので、Ｐ偏光の記録用参照光が散乱されて物体光に紛れ込んだノイズ成分をカットすることができる。従って、不要なホログラムが記録層３に書き込まれることを防止することができる。
【００６６】
また、対物レンズ１２入射前に再生用参照光から物体光（再生光）の領域内に紛れ込んできた散乱光が散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｄによってカットされるので、再生像検出の際に妨げとなる散乱光ノイズを低減することができ、ＣＭＯＳセンサにおける再生像検出が容易になる。
【００６７】
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。
【００６８】
また、本実施の形態では、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の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２】本発明の実施の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３】本発明の実施の形態における記録用参照光と物体光の光情報記録媒体に対する照射の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る散乱光遮断光学素子の構成を及び動作の概略を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る記録用又は再生用参照光と物体光又は再生光の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における記録時の記録用参照光と物体光の偏光の方向および散乱光がブロックされる様子を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態において記録用参照光と物体光が干渉し、光情報記録媒体の領域Ｘに干渉パターンを形成する様子を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態において記録用参照光と物体光が干渉し、光情報記録媒体の領域Ｙに干渉パターンを形成する様子を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光情報記録再生装置におけるピックアップの再生時の状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における再生時の再生用参照光と再生光の偏光の方向および散乱光がブロックされる様子を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態において再生用参照光が光情報記録媒体に照射され、領域Ｘから再生光が発生される様子を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態において再生用参照光が光情報記録媒体に照射され、領域Ｙから再生光が発生される様子を示す図である。
【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 ４分の１波長板層
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
１４ 散乱光遮断光学素子
１８ ディフラクション光学素子ペア
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
【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ホログラフィック情報記録装置、および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から情報を再生するホログラフィック情報再生装置に関する。
【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。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。
【０００４】
【非特許文献１】
「ここまできた光記録技術」（工業調査会）
【特許文献１】
「特開平１１−３１１９３８」
【発明が解決しようとする課題】
このようなホログラムストレージで大きな記録容量を実現するためには、非常に大きな多重度（Ｍ）が要求されることは良く知られている。しかし、多重記録した場合、再生時の再生像の回折効率は多重度Ｍの２乗に反比例するため、現状における記録材料のダイナミックレンジでは、この回折効率は非常に小さいレベルとなってしまう。そうすると、再生像の回折効率の大きさは、多重度にもよるが、レンズなどの各種の光学素子で発生する散乱ノイズと同程度あるいはそれ以下のレベルになり、大きな問題となることが、河田聡編著「ここまできた光記録技術」（工業調査会）の１８６ページに記述されている。
【０００５】
特に、平成１１年１１月９日公開の公開特許公報「特開平１１−３１１９３８」に開示されているような、参照光と物体光が同軸上にあるいわゆるコリニアホログラフィでは、参照光と物体光の光軸が分かれている２光束干渉光学系に比べて散乱光の強度が非常に大きくなる傾向にある。このため、再生像と散乱によるノイズの分離が非常に困難となる問題がある。ノイズレベルが再生像のレベルよりも大きくなってしまうからである。
【０００６】
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が記録される光情報記録媒体に対して、参照光と物体光を同軸で照射して情報を干渉パターンとして多重記録する光情報記録装置および方法、ならびにこのようにして情報が記録された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、光学素子からの散乱光ノイズの強度を低減できる光学系を有する光情報記録装置ならびに光情報再生装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載のホログラフィック情報記録装置は、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ホログラフィック情報記録装置であって、情報を担持した物体光を生成する物体光生成手段と、記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、情報記録層に物体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、物体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、を備えている。さらに、この記録光学系は、記録光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備えている。
【０００８】
この場合、記録用参照光は輪帯状の光をなしており、物体光はその輪帯の内側に配置されている。
【０００９】
また、散乱光遮断光学手段に入射前の記録用参照光と物体光とは、偏光方向が互いに直交している。そして、その散乱光遮断光学手段によって、物体光が占める輪帯内側に対応する領域において、物体光と同じ偏光方向の光のみが通過され、それと直交する光はブロックされる。
【００１０】
また、散乱光遮断光学手段は、記録用参照光が占める輪帯部分に対応する領域において、記録用参照光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックする。
【００１１】
さらに、散乱光遮断光学手段は、物体光が占める輪帯内側に対応する領域において、入射してきた物体光の偏光方向を９０度変更し、記録用参照光の偏光方向と一致させることにより、記録用参照光と物体光を干渉させることを可能としている。
【００１２】
また、輪帯状の記録用参照光の中心線（記録用参照光の重心）と物体光の光軸は一致している。
【００１３】
なお、光情報記録媒体は反射層を備え、この反射層と情報記録層との間に、４分の１波長板からなる層が配置されている。
【００１４】
請求項９記載のホログラフィック情報再生装置は、ホログラフィを利用して、情報を担持し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る情報記録層を備えた光情報記録媒体より情報を再生するためのホログラフィック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、再生用参照光を情報記録層に形成された干渉パターン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、を備えており、この再生光学系は、再生光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備えている。
【００１５】
そして、再生用参照光は輪帯状をなしており、この輪帯状の再生用参照光が干渉パターンに照射されることにより発生された再生光は、再生用参照光の輪帯の内側に配置されている。
【００１６】
また、散乱光遮断光学手段に入射前の記録用参照光と、散乱光遮断光学手段から出射した再生光とは、偏光方向が互いに直交している。
【００１７】
散乱光遮断光学手段は、再生光が占める輪帯内側に対応する領域において、再生光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックする。
【００１８】
さらに、散乱光遮断光学手段は、再生用参照光が占める輪帯部分に対応する領域において、再生用参照光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックすることとしている。
【００１９】
また、光情報記録媒体は反射層を備え、この反射層と情報記録層との間に、４分の１波長板からなる層が配置されている。
【００２０】
そして、散乱光遮断光学手段は、再生用参照光が光情報記録媒体の４分の１波長板からなる層を往復した再生用参照光を、散乱光遮断光学手段より先に進行しないようにブロックすることとしている。
【００２１】
さらに、散乱光遮断光学手段は、干渉パターンから発生した時点での再生光の偏光方向を保ちつつ、散乱光遮断光学手段から先に出射させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
図１は、本実施の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。）と本実施の形態における光情報記録媒体の構成を示す説明図、図２は本実施の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、本実施の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を用いることができる。
【００２３】
始めに、図１を参照して、本実施の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、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、保護層の機能をも有する４分の１波長板４と、反射膜５とを、この順番で積層して構成されている。４分の１波長板４は、例えば、インジェクションで作成されたアドレス付が付加されている。その４分の１波長板４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。このアドレス・サーボエリア６の上にも反射膜５が形成されている。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。さらに反射層５の上に透明基板を積層しても良い。
【００２４】
また、本実施の形態では、例えば、透明基板２の厚さは０．５〜０．４ｍｍ、ホログラム記録層３は０．２〜０．３ｍｍ、４分の１波長板４は０．５ｍｍで、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。
【００２５】
本実施の形態では、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。なお、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。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。
【００２６】
次に、図２を参照して、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。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に対して物体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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
また、光情報記録再生装置１０は、光学素子動作回路９２を有する。この光学素子動作回路９２は、後述する散乱光遮断光学素子１４のガラス板部分をスライドさせたり、散乱光遮断光学素子１４の２分の１波長板１４ｃを４５度だけ回転させるために設けられたものである。詳細な動作については後述する。
【００３０】
図１に戻り、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、対物レンズ１２における光情報記録媒体１の反対側に、対物レンズ１２側から順に配設された散乱光遮断光学素子１４、ミラー１５、偏光ビームスプリッタ１６を備えている。ここで、散乱光遮断光学素子１４は、図３に示されるように、ガラス板の中心部に２分の１波長板部１４ｂを設け、その素子上に偏光板１４ｃおよび１４ｄを配置して構成される。偏光板１４ｄは光軸中心付近を占める物体光の領域に配置され、物体光の偏光と同じＳ偏光のみを通過させる。また、その外側には配置される偏光板１４ｃは参照光の偏光と同じＰ偏光のみを通過させるものである。そして、２分の１波長板部１４ｂによって、物体光と参照光の偏光方向がＰ偏光に統一されることになる。物体光と参照光の偏光方向がＰとＳで互いに直交したままだと両者は干渉を起こさず、干渉パターンを記録層３に形成することができないからである。なお、参照光の領域に設けられたガラス基板１４aは光学的な距離を補正するためのものである。
【００３１】
散乱光遮断光学素子１４について簡単にまとめると、波長板１４ａは、Ｐ偏光の光のみを通過させ、偏光板１４ｄはＳ偏光の光のみを通過させるということである。
【００３２】
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２９が設けられ、さらに、偏光分離面１６ａに参照光又は物体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ィフラクション光学素子ペア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。ディフラクション光学素子ペア１８は、多分割位相輪帯（ウォルシュ関数）部を有するフレネル凹レンズ１８ａと計算機ホログラム１８ｂ（ＣＧＨ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｅｄ Ｈｏｌｏｇｒａｍ）からなり、入射する光をリング状の光に変換する作用を有する。このリング状の光がホログラム記録・再生時に用いられる参照光となるものである。より具体的には、参照光は、図５（ａ）で示されるようにリング状で、かつ位相変調された光となっている。
【００３３】
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、情報を担持した物体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、本発明における物体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。
【００３４】
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に入射する物体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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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、さらにディフラクション光学素子ペア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。
【００３９】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置の作用について、記録時、再生時に分けて、順に説明する。なお、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。
【００４０】
まず、記録時の作用について図１、図３〜８を用いて説明する。
【００４１】
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Ｓ偏光の光を出射するものとする。
図７において、光源装置２８から出射されたＳ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（Ｓ偏光成分）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（Ｐ偏光成分）が偏光分離面２２ａで反射される。なお、ビームスプリッタ２２の分離面２２ａは半反射面（ハーフミラー）で構成しても良い。
【００４２】
この反射光（Ｐ偏光成分）は、ミラー１９および２０を介してディフラクション光学素子ペア１８に入射する。これによってリング状で位相変調された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。位相変調は、ディフラクション光学素子ペアを構成するフレネル凹レンズに設けられた、ウォルシュ関数を有する多分割位相輪帯部で行われる。
【００４３】
一方、ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａを透過したＳ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、物体光が生成される。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。
【００４４】
生成された物体光（Ｓ偏光の光）は、ハーフミラー１７を透過する。ここで、Ｓ偏光の物体光と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。ただ、物体光は光軸付近に配置され、記録用参照光は物体光を取り囲むようにリング状に配置される。図５（ｂ）は物体光と記録用参照光が統合されたときの様子を示す図である。
【００４５】
その後、物体光は、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を通過する。また、図６に示されるように、物体光はＳ偏光の光であるので、散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｄを通過し、さらに２分の１波長板部１４ｂでＳ偏光のP偏光の光に変更される。このＰ偏光の物体光は対物レンズ１２によって平行光から光情報記録媒体１の反射層５に収束するように照射される。
【００４６】
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を通過する。また、図６に示されるように、参照光は散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｃをＰ偏光のまま通過し、対物レンズ１２によって平行光から光情報記録媒体１の反射層３に収束するように照射される。
【００４７】
この散乱光遮断光学素子１４によって、ピックアップ装置１１の光学系を構成する様々な光学素子から発生する散乱光（ノイズ）が物体光に紛れ込んでしまったとしても、Ｐ偏光の散乱光は散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｄによってブロックされるので、記録時に悪い影響を与えることも無いのである。つまり、ノイズとともに物体光が担持する情報がホログラム記録層３に記録されることを避けることができるのである。
【００４８】
図７及び図８を用いて、ホログラム記録層３に干渉パターンが記録される様子を説明する。
【００４９】
図７で示されるように、Ｐ偏光の物体光５０とＰ偏光の記録用参照光５１は、反射層５で反射される前に、ホログラム記録層３の領域Ｘに干渉パターン（バーティカルフリンジ）が形成する。なお、５０ａ、５０ｂ、５０ｃは、順に物体光の０次光、＋１次光、−１次光を示し、５１a、５１ｂ、５１ｃは、順に入射する記録用参照光の０次光、＋１次光、−１次光を示す。さらに、記録用参照光５１が４分の１波長板を往復することによってP偏光からS偏光の光に変更される。そして、５２a、５２ｂ、５２ｃはそれぞれ、反射層５によって反射された記録用参照光の０次光、＋１次光、−１次光を示すものである。
【００５０】
また、図８で示されるように、P偏光で入射した物体光５０は４分の１波長板層４を往復することによってS偏光の物体光５３になる。そして、同様にS偏光の光となった記録用参照光５２と物体光５３は干渉し合い、干渉パターン（バーティカルフリンジ）がホログラム記録層３の領域Yに形成される。
【００５１】
本実施の形態では、物体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、物体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。
【００５２】
また、本実施の形態では、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も可能である。
【００５３】
このようにして、本実施の形態では、ホログラム記録層３内に透過型ホログラム（バーティカルフリンジ）のみが生成され、反射型のホログラム（ホリゾンタルフリンジ）は生成されない。従って、再生時にノイズとなってしまうゴースト映像を発生させる原因を排除することも可能である。
【００５４】
なお、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。
【００５５】
次に、再生時の作用について説明する。図９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。
【００５６】
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。
【００５７】
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S偏光の光を出射するものとする。
【００５８】
図９に示したように、光源装置２８から出射されたS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（S偏光）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（P偏光）が偏光分離面２２ａで反射される。この反射光（P）は、２分の１波長板（＋45度）２１に入射し、ここで、このP偏光の光は、ミラー２０および１９を介してディフラクション光学素子ペア１８に入射する。このディフラクション光学素子１８によってリング状で位相変調された再生用参照光が生成される（図５（a）参照）。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ものである。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。なお、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。
【００５９】
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、例えば緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過する。また、図１０に示されるように、P偏光の再生用参照光６０は、散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｃをP偏光のまま通過し、対物レンズ１２によって反射層５上で収束するように照射される。
【００６０】
再生時は、図４（ａ）に示されるように、散乱光遮断光学素子１４のガラス板をスライドさせて、光軸付近の再生光が通過する部分が２分の１波長板から単なるガラスになるようにされる。このようにすれば再生光の偏光がＳ偏光のまま散乱光遮断光学素子１４を出射することになる。この制御は図２の光学素子動作回路９２によってなされる。図４（ａ）ではガラス板をスライドさせたが、図４（ｂ）のように２分の１波長板を４５度だけ回転させることにより、再生光の偏光がＳ偏光のままにすることができる。この場合も回転の制御は光学素子動作回路９２によって行われる。
【００６１】
再生用参照光６０がホログラム記録層３に照射されると、再生光６１が発生する。この場合も、再生用参照光６０が様々な光学部品によって散乱して生成された散乱光（ノイズ）が光軸付近に存在しても偏光板１４ｄでブロックされるので、散乱ノイズが再生光６１に紛れることを防止でき、ＣＭＯＳセンサ２９において再生像を検出し易くなるという利点がある。なお、反射層５で反射した再生用参照光はP偏光の光からＳ偏光の光に変わるので、偏光板１４ｃでブロックされて散乱光遮断光学素子１４より先には入り込むことは無い。よって、不要になった再生用参照光によって、再生像検出に悪影響を与えることもない。
【００６２】
図１１および１２を参照して、より詳細な再生時の動作について説明する。図１１に示されるように、Ｐ偏光の再生用参照光６０が記録層３の領域Ｘに照射されると、干渉パターンから反射層５に向ってＰ偏光の再生光６１が生成され、４分の１波長板層４を往復することによってＳ偏光の再生光６１となる。この再生光６１は、Ｓ偏光のまま散乱光遮断光学素子１４を通過する。
【００６３】
また、図１２に示されるように、Ｐ偏光の再生用参照光６０が４分の１波長板層４を往復することによってＳ偏光の再生用参照光６２が生成される。この再生用参照光６２がホログラム記録層３の領域Ｙを通過するときに、再生光６３が生成される。この再生光６３はＳ偏光の光であり、Ｓ偏光のまま散乱光遮断光学素子１４を通過することになる。
【００６４】
散乱光遮断光学素子１４を出射した再生光は、ダイクロイックミラー３０、を通過し、ミラー１５およびビームスプリッタ１６で反射され、再生像検出回路であるＣＭＯＳセンサ又はＣＣＤによって検出されることになる。
【００６５】
以上説明したように、本実施の形態では、記録時には、散乱光遮断光学素子１４における偏光板１４ｄがＳ偏光の光だけを通過させるので、Ｐ偏光の記録用参照光が散乱されて物体光に紛れ込んだノイズ成分をカットすることができる。従って、不要なホログラムが記録層３に書き込まれることを防止することができる。
【００６６】
また、対物レンズ１２入射前に再生用参照光から物体光（再生光）の領域内に紛れ込んできた散乱光が散乱光遮断光学素子１４の偏光板１４ｄによってカットされるので、再生像検出の際に妨げとなる散乱光ノイズを低減することができ、ＣＭＯＳセンサにおける再生像検出が容易になる。
【００６７】
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。
【００６８】
また、本実施の形態では、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の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２】本発明の実施の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３】本発明の実施の形態における記録用参照光と物体光の光情報記録媒体に対する照射の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る散乱光遮断光学素子の構成を及び動作の概略を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る記録用又は再生用参照光と物体光又は再生光の構成を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態における記録時の記録用参照光と物体光の偏光の方向および散乱光がブロックされる様子を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態において記録用参照光と物体光が干渉し、光情報記録媒体の領域Ｘに干渉パターンを形成する様子を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態において記録用参照光と物体光が干渉し、光情報記録媒体の領域Ｙに干渉パターンを形成する様子を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る光情報記録再生装置におけるピックアップの再生時の状態を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における再生時の再生用参照光と再生光の偏光の方向および散乱光がブロックされる様子を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態において再生用参照光が光情報記録媒体に照射され、領域Ｘから再生光が発生される様子を示す図である。
【図１２】本発明の実施の形態において再生用参照光が光情報記録媒体に照射され、領域Ｙから再生光が発生される様子を示す図である。
【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 ４分の１波長板層
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
１４ 散乱光遮断光学素子
１８ ディフラクション光学素子ペア
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
Claims (5)
- 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ホログラフィック情報記録装置であって、
情報を担持した物体光を生成する物体光生成手段と、
記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、
前記情報記録層に前記物体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、前記物体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、
前記記録光学系は、この記録光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備え、
前記記録用参照光は輪帯状の光をなしており、前記物体光はその輪帯の内側に配置され、
前記散乱光遮断光学手段に入射前の前記記録用参照光と前記物体光とは、偏光方向が互いに直交し、
前記散乱光遮断光学手段は、前記物体光が占める輪帯内側に対応する領域において、前記物体光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックすることを特徴とするホログラフィック情報記録装置。 - 請求項１記載のホログラフィック情報記録装置であって、
前記散乱光遮断光学手段は、さらに、前記物体光が占める輪帯内側に対応する領域において、入射してきた前記物体光の偏光方向を９０度変更し、前記記録用参照光の偏光方向と一致させることを特徴とするホログラフィック情報記録装置。 - 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ためのホログラフィック情報記録装置であって、
情報を担持した物体光を生成する物体光生成手段と、
記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、
前記情報記録層に前記物体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、前記物体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、
前記記録光学系は、この記録光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備え、
前記記録用参照光は輪帯状の光をなしており、前記物体光はその輪帯の内側に配置され、
前記散乱光遮断光学手段に入射前の前記記録用参照光と前記物体光とは、偏光方向が互いに直交し、
前記散乱光遮断光学手段は、前記記録用参照光が占める輪帯部分に対応する領域において、前記記録用参照光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックすることを特徴とするホログラフィック情報記録装置。 - ホログラフィを利用して、情報を担持し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る情報記録層を備えた光情報記録媒体より情報を再生するためのホログラフィック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情報記録層に形成された干渉パターン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、
前記再生光学系は、この再生光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備え、
前記再生用参照光は輪帯状をなしており、この輪帯状の再生用参照光が前記干渉パターンに照射されることにより発生された前記再生光は、前記再生用参照光の輪帯の内側に配置され、
前記散乱光遮断光学手段に入射前の前記記録用参照光と、前記散乱光遮断光学手段から出射した前記再生光とは、偏光方向が互いに直交し、
前記散乱光遮断光学手段は、前記再生光が占める輪帯内側に対応する領域において、前記再生光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックすることを特徴とするホログラフィック情報再生装置。 - ホログラフィを利用して、情報を担持し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る情報記録層を備えた光情報記録媒体より情報を再生するためのホログラフィック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情報記録層に形成された干渉パターン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、
前記再生光学系は、この再生光学系内で発生する散乱光をカットするための散乱光遮断光学手段を備え、
前記再生用参照光は輪帯状をなしており、この輪帯状の再生用参照光が前記干渉パターンに照射されることにより発生された前記再生光は、前記再生用参照光の輪帯の内側に配置され、
前記散乱光遮断光学手段に入射前の前記記録用参照光と、前記散乱光遮断光学手段から出射した前記再生光とは、偏光方向が互いに直交し、
前記散乱光遮断光学手段は、前記再生用参照光が占める輪帯部分に対応する領域において、前記再生用参照光と同じ偏光方向の光のみを通過させ、それと直交する光をブロックすることを特徴とするホログラフィック情報再生装置。
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