JP4482565B2 - ホログラム記録再生方法及び装置並びにシステム - Google Patents

Description

本発明は光ディスク、光カードなどの光学的に情報記録又は情報再生が行われる記録担体に関し、特に光束の照射により情報の記録又は再生可能なホログラム記録層を有するホログラム記録再生方法及び装置並びにシステムに関する。

高密度情報記録のために、２次元データを高密度記録できるホログラムが注目されている。このホログラムの特徴は、記録情報を担持する光の波面を、フォトリフラクティブ材料などの光感応材料からなる記録媒体に体積的に屈折率の変化として記録することにある。ホログラム記録担体に多重記録を行うことによって記録容量を飛躍的に増大させることができる。構造としては、基板、情報記録層及び反射層がこの順番で形成された記録媒体が知られている。
例えば、従来、薄膜記録層上に物体光と参照光を同軸に照射し干渉を発生させホログラムを記録する情報記録装置において、互いに回転方向の異なる円偏光の物体光と参照光を同一のレンズで記録媒体に集光させて、偏光ホログラム記録を行う技術（特表２００２−５１３９８１号公報、参照）がある。かかる偏光ホログラフィ記録は、相互に直交する偏光を有する２つの平面波の物体光と参照光を１／４波長板を用いて右回り円偏光と左回り円偏光とし、それらの記録媒体内での干渉で“偏光ホログラム”が１つ記録される。再生時には、記録時とは別の波長参照光、別の光学系で再生する。再生光学系では中心開口を有する特殊な１／２波長板を設け、内側領域の参照光で内側参照光と同一の偏光を有する再生光を得る。そして、再生光は広がりをもつため、開口周囲の１／２波長板部分を透過するので偏光方向が変わり、偏光ビームスプリッタで分離され、透過再生光が検出される。よって、特表２００２−５１３９８１号公報の技術では記録時及び再生時に波長と光学系を切り替える必要があり、記録時には反射光が記録媒体から戻らないため、照射光と記録媒体との位置決めサーボ制御を行う別の光学系が必要である。また、参照光が記録媒体中で平行光である場合にはシフト多重記録を行うことができない。
他に、偏光ホログラムの従来技術として、偏光方向で異なるように物体光と参照光を別光路で分離し、再度、光路を合流させて、物体光を光束外周部、参照光を光束中央部分にするとともに、物体光と参照光を互いに回転方向の異なる円偏光として記録層上に同軸で集光させ、その２光束を薄膜偏光ホログラム記録層にて干渉させる記録もある（ＷＯ ０２／０５２７０ Ａ１公報、参照）。
さらに、従来では、情報光は記録媒体のホログラム記録層と保護層の境界面上で最も小径となるように収束照射され反射層で反射され、同時に、記録用参照光はホログラム記録層と保護層の境界面よりも手前側で最も小径となるように収束して発散光として照射して、干渉させることでホログラム記録層に記録を行っていた（特開平１１−３１１９３８号公報、参照）。
またさらに、記録光学系において、情報光を反射層上に収束させ、記録用参照光が反射層上ではデフォーカスするとともに、記録用参照光の共役焦点が基板と情報記録層との境界面よりも基板側に位置するように、記録用参照光を照射する技術もある（特開２００４−１７１６１１号公報、参照）。
従来技術例えば特開平１１−３１１９３８号公報及び特開２００４−１７１６１１号公報における記録層の片側から記録再生される態様の対物レンズ構成例をそれぞれ図１及び図２に示す。
いずれの技術においても、記録時には、図に示すように、参照光と信号光は同軸で互いに重なるように対物レンズＯＢに導かれる。対物レンズＯＢ通過後の参照光と信号光は焦点距離が異なるように設定されている。
図１（ａ）では、信号光は反射層が配置されるべき位置に集光（焦点Ｐ）され、参照光は焦点Ｐより手前に集光（焦点Ｐ１）されている。図２（ａ）では、信号光は反射層が配置されるべき位置に集光（焦点Ｐ）され、参照光は焦点Ｐより先に集光（焦点Ｐ２）されている。いずれの場合でも、対物レンズＯＢで集光される参照光と信号光は光軸上で常に干渉する状態にある。よって、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、信号光の焦点Ｐの位置に反射層を配置して記録媒体を対物レンズ及び反射層の間に配置した場合、参照光及び信号光は記録媒体を往復で通過してホログラム記録が行われる。再生時にも、参照光は記録媒体を往復で通過して、反射した参照光が再生光とともに対物レンズＯＢへ戻ることとなる。
図３に示すように、具体的に記録されるホログラムは、いずれの技術においても、ホログラム記録Ａ（反射する参照光と反射する信号光）、ホログラム記録Ｂ（入射する参照光と反射する信号光）、ホログラム記録Ｃ（反射する参照光と入射する信号光）、ホログラム記録Ｄ（入射する参照光と入射する信号光）の４種類である。また、再生されるホログラムも、ホログラム記録Ａ（反射する参照光で読み出される）、ホログラム記録Ｂ（入射する参照光で読み出される）、ホログラム記録Ｃ（反射する参照光で読み出される）、ホログラム記録Ｄ（入射する参照光で読み出される）の４種類である。
したがって、これらの従来技術においては、記録層中の全ての光線（参照光の入射光及び反射光と情報光の入射光及び反射光）が干渉するので、複数のホログラムが記録され再生されてしまう。このことは、例えば特開２００４−１７１６１１号公報の段落（００９６）（００９７）に記載されているとおりである。また、参照光と信号光が同軸で重ねて記録媒体に照射されるＷＯ ０２／０５２７０ Ａ１公報の技術においても、同様に、複数のホログラムが記録され、それらから再生光が再生される。

従来方法では、反射面を有するホログラム記録担体にホログラムを記録する場合、入射する参照光と信号光と反射する参照光と信号光の４光束の干渉によって４つのホログラムが記録されてしまうためにホログラム記録層の性能を無用に使用していた。よって、情報の再生時において、参照光がホログラム記録担体の反射層で反射されてしまうため、再現されたホログラムからの再生光との分離が必要である。そのため再生信号の読み取り性能が劣化してしまう。
また、参照光と信号光の生成及び合流のために多くの光学部品を要していたので、装置の小型化が望まれている。
そこで、本発明の解決しようとする課題には、安定的に記録又は再生を行うことを可能にするホログラム記録再生方法及び装置並びにシステムを提供することが一例として挙げられる。
本発明のホログラム記録方法は、参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体へ情報を記録するホログラム記録方法であって、
ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層を配置するステップと、
可干渉性の参照光及び記録情報に応じて前記参照光を変調して得られた信号光を、対物レンズにより収束させつつ、前記ホログラム記録層を透過するように前記反射層に光軸中心に同軸で入射させて前記反射層で反射せしめるステップと、を含み、
前記反射層で反射せしめるステップにおいて、前記参照光を前記光軸上に伝搬させ前記反射層に集光させると同時に、前記参照光の周囲に前記参照光から空間的に分離して前記信号光を伝搬させ、前記反射層上でデフォーカス状態となるように照射して、前記参照光と前記信号光を前記ホログラム記録層内で干渉させ回折格子を形成することを特徴とする。
本発明のホログラム再生方法は、上記のホログラム記録方法により、情報が記録されたホログラム記録担体から情報を再生するホログラム再生方法であって、
前記反射層を、前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に配置するステップと、
前記対物レンズにより参照光を収束させつつ、前記ホログラム記録層の前記回折格子を透過するように前記反射層に集光させて、前記回折格子から再生光を生成するステップと、
前記対物レンズにより、前記再生光を光検出器へ導くステップと、を含むことを特徴とする。
本発明のホログラム記録装置は、可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体を装着自在に保持する支持部と、
可干渉性の参照光を発生する光源と、
光軸上に配置され記録情報に応じて前記参照光を変調して信号光を生成する信号光生成部と、
光軸上に配置され前記信号光及び前記参照光を前記ホログラム記録層へ向け照射して、前記ホログラム記録層の内部に光干渉パターンによる回折格子を形成する干渉部と、を有するホログラム記録装置であって、
前記信号光生成部は空間光変調器を有し、前記空間光変調器は光軸上に配置され、光軸上に参照光を、前記参照光の周囲に空間的に分離された信号光を、生成し伝搬させること、
前記干渉部は、光軸上に配置されかつ前記信号光を第２焦点に集光する対物レンズと、前記対物レンズと同軸に配置されかつ、前記対物レンズを通過した前記参照光を前記第２焦点より前記対物レンズに近い第１焦点に集光させる機能を有する光学素子とを含むことを特徴とする。
本発明のホログラム再生装置は、ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層を配置し、可干渉性の参照光及び記録情報に応じて前記参照光を変調して得られた信号光を、対物レンズにより収束させつつ、前記ホログラム記録層を透過するように前記反射層に光軸中心に同軸で入射させる時、前記参照光を前記光軸上に伝搬させ前記反射層に集光させると同時に、前記参照光の周囲に前記参照光から空間的に分離された前記信号光を伝搬させ、前記反射層上でデフォーカス状態となるように照射して、前記反射層での反射後、前記参照光と前記信号光とを前記ホログラム記録層内で干渉させて光学干渉パターンを回折格子として内部に保存した保存したホログラム記録担体を装着自在に保持する支持部と、
前記参照光を発生する光源と、
前記参照光を前記回折格子へ向け照射して前記信号光に対応する再生波を生ぜしめる干渉部と、を有するホログラム再生装置であって、
前記支持部は、前記反射層が前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に位置するように前記ホログラム記録担体を保持すること、
前記干渉部は、前記回折格子から生じた再生光を検出する光軸上に配置された光検出器と、光軸上の前記参照光を前記ホログラム記録層の前記回折格子を透過するように集光させるとともに前記再生波を受光して前記光検出器へ導く対物レンズと、を含むことを特徴とする。
本発明の光ピックアップ装置は、参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体へ情報を記録又は再生する光ピックアップ装置であって、
可干渉性の参照光を発生する光源と、
光軸上に配置されかつ、前記参照光を通過又は反射させる中央領域と前記中央領域の周囲に配置されかつ前記参照光の一部を分離して信号光を生成する空間光変調領域とからなり、前記参照光を光軸上に、前記信号光を前記参照光の周囲に空間的に分離して伝搬させる空間光変調器と、
光軸上に配置されかつ、前記信号光を第２焦点に集光する対物レンズと、
前記対物レンズと同軸に配置されかつ、前記対物レンズを通過した前記参照光を前記第２焦点より前記対物レンズに近い第１焦点に集光させる機能を有する光学素子と、
前記参照光が前記ホログラム記録層に照射された際に、前記ホログラム記録層から前記対物レンズを介して戻る光を受光し検出する光検出手段と、を含むことを特徴とする。
本発明のホログラム記録システムは、参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体へ情報を記録するホログラム記録システムであって、
可干渉性の参照光と記録情報に応じて前記参照光を変調して得られた信号光とを生成する生成手段と、
光軸上に配置された対物レンズ光学系を有しかつ、前記参照光を前記光軸上に、前記信号光を前記参照光の周囲に環状に、互いに空間的に分離して同軸に伝搬させ、前記参照光を前記対物レンズ光学系に近い第１焦点に集光させ、前記信号光を前記第１焦点より遠い第２焦点に集光させ、前記参照光及び信号光を干渉させる干渉手段と、
前記第１焦点及び前記第２焦点の間に位置するホログラム記録層を有するホログラム記録担体と、
前記第１焦点に位置する反射手段と、を含むことを特徴とする。
本発明のホログラム再生システムは、参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体から情報を再生するホログラム再生システムであって、
上記のホログラム記録システムに加え、前記参照光を前記対物レンズ光学系により前記第１焦点に収束させつつ前記ホログラム記録層の前記回折格子を透過せしめ前記回折格子から再生光を生成するとき、前記対物レンズ光学系により、前記再生光を光検出器へ導く検出手段を含むことを特徴とする。

図１〜３は、従来のホログラム記録を説明するホログラム記録担体を示す概略部分断面図である。
図４は、本発明による実施形態における対物レンズの光軸から見た正面図である。
図５は、本発明による実施形態のホログラム記録を説明するホログラム記録担体及び対物レンズを示す概略部分断面図である。
図６は、本発明による実施形態のホログラム記録を説明するホログラム記録担体を示す概略部分断面図である。
図７は、本発明による実施形態のホログラム再生を説明するホログラム記録担体及び対物レンズを示す概略部分断面図である。
図８は、本発明による他の実施形態のホログラム記録を説明するホログラム記録担体及び対物レンズモジュールを示す概略部分断面図である。
図９は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体及び対物レンズを示す概略部分断面図である。
図１０は、本発明による実施形態のホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。
図１１は、本発明による実施形態のホログラム装置のピックアップ空間光変調器の光軸から見た正面図である。
図１２は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップの空間光変調器の光軸から見た正面図である。
図１３は、本発明による実施形態のホログラム装置のピックアップ参照光分離プリズムの斜視図である。
図１４は、本発明による実施形態のホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。
図１５は、本発明による実施形態のホログラム装置のピックアップの光検出器の一部を示す正面図である。
図１６及び１７は、本発明による実施形態のホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。
図１８及び１９は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。
図２０は、本発明による他の実施形態におけるホログラム装置のピックアップの偏光空間光変調器の光軸から見た正面図である。
図２１は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。
図２２は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップのサーボ検出用光学素子の光軸から見た正面図である。
図２３は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップの信号検出用複合光検出装置の光軸から見た正面図である。
図２４は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップの信号検出用複合光検出装置の概略構成図である。
図２５は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。
図２６は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップの凸レンズ光学素子一体型空間光変調器の光軸から見た正面図である。
図２７は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップの凸レンズ光学素子一体型空間光変調器の部分断面図である。
図２８は、本発明による他の実施形態のホログラム装置のピックアップの透過型回折光学素子一体型空間光変調器の部分断面図である。
図２９は、本発明による他の実施形態の凹面鏡光学素子一体型の反射型偏光空間光変調器を用いたホログラム装置のピックアップの概略を示す構成図である。
図３０は、本発明による実施形態のホログラム装置を示す構成図である。
図３１は、本発明による実施形態のホログラム記録担体ディスクを示す斜視図である。
図３２は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体カードを示す斜視図を示す斜視図である。
図３３は、本発明による他の実施形態のホログラム記録担体ディスクを示す平面図である。
図３４は、本発明による他の実施形態のホログラム記録を説明するホログラム記録担体及び対物レンズを示す概略部分断面図である。
図３５は、本発明による他の実施形態のホログラム記録を説明するホログラム記録担体を示す概略部分断面図である。
図３６は、本発明による他の実施形態のホログラム記録を説明するホログラム記録担体及び対物レンズを示す概略部分断面図である。
図３７は、本発明による他の実施形態のホログラム記録を説明するホログラム記録担体及び対物レンズモジュールを示す概略部分断面図である。
発明の詳細な説明
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
＜記録再生の原理＞
図４は、光軸上に焦点を２つ有する実施形態に用いる対物レンズＯＢ２いわゆる２焦点レンズを示す。図５は、実施形態の光軸上に配置された対物レンズ光学系の構成例を示す。
２焦点レンズＯＢ２は光軸を含む中央領域ＣＲとその周囲の環状領域ＰＲからなり、環状領域ＰＲの通過光を遠方の遠距離焦点ｆＰ（第２焦点）に集光させ中央領域ＣＲの通過光を手前の近距離焦点ｎＰ（第１焦点）に集光させる集光レンズである。２焦点レンズＯＢ２は中央領域ＣＲに円環状の回折格子を設けその周囲に凸レンズ部を残すものでも、逆に、環状領域ＰＲに円環状の回折格子を設けその中央領域に凸レンズ部を残すものでもよい。また、中央領域ＣＲ及び環状領域ＰＲに円環状の回折格子を設けて２焦点レンズを構成してもよい。さらに、２焦点レンズを非球面レンズとしてもよい。
ホログラム記録時には、まず、可干渉性の参照光ＲＢと記録情報に応じて参照光ＲＢを変調して得られた信号光ＳＢとを生成する。
そして、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢは同軸で互いに空間的に離れるように対物レンズＯＢ２に導かれる。すなわち、図５（ａ）に示すように、参照光ＲＢを光軸上にて中央領域ＣＲへ、信号光ＳＢを参照光ＲＢの周囲に環状に環状領域ＰＲへ、互いに空間的に分離して同軸に伝搬させる。２焦点レンズＯＢ２は、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢをそれぞれ中央領域ＣＲ及び環状領域ＰＲで屈折する。よって、対物レンズ通過後も参照光ＲＢと信号光ＳＢは空間的に分離され、参照光ＲＢは対物レンズＯＢ２に近い近距離焦点ｎＰに集光され、信号光ＳＢは近距離焦点より遠い遠距離焦点に集光されるので、近距離焦点ｎＰより遠方で、干渉が生じる。
図５（ｂ）に示すように、参照光ＲＢの近距離焦点ｎＰの位置に反射層５を配置し、記録媒体としてホログラム記録層７を対物レンズＯＢ２及び反射層５の間に配置する。環状断面の信号光ＳＢが反射層の位置に集光（遠距離焦点ｆＰ）され、参照光ＲＢは遠距離焦点ｆＰより手前に集光（近距離焦点ｎＰ）されるので、それぞれ反射された後のみに光軸近傍で干渉する状態になる。近距離焦点ｎＰ及び遠距離焦点ｆＰの間に位置するホログラム記録層を有するホログラム記録担体を用いれば、回折格子ＤＰとして記録され、参照光ＲＢと信号光ＳＢが互いに対向する方向に伝搬する球面波であるので、それらの交差角度を比較的大きくとれるため、多重間隔を小さくすることができる。よって、ホログラム記録層７は、反射した信号光と参照光が交差し干渉して回折格子を生成するに足りる膜厚を、有する必要がある。
このように、ホログラム記録システムでは、参照光ＲＢと信号光ＳＢがホログラム記録層７を通過して反射後のみ、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢによる光学干渉パターンを回折格子ＤＰとして内部に保存する。
図６に示すように、具体的に記録されるホログラムは、ホログラム記録Ａ（反射する参照光と反射する信号光）、ホログラム記録Ｂ（入射する参照光と反射する信号光）の２種類である。また、再生されるホログラムも、ホログラム記録Ａ（反射する参照光で読み出される）、ホログラム記録Ｂ（入射する参照光で読み出される）の２種類である。
したがって、かかるホログラム記録担体から情報を再生するホログラム再生システムでは、図７に示すように、参照光ＲＢのみを対物レンズＯＢ２の中央領域ＣＲに供給し、参照光ＲＢを近距離焦点ｆＰに収束させつつホログラム記録層の回折格子ＤＰを透過させると、回折格子ＤＰから通常の再生光と位相共役波の再生光が生成できる。検出手段の一部でもある対物レンズＯＢ２により、再生光及び位相共役波を光検出器へ導くことができる。
なお、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢを光束の内外周に分離するため、２焦点の対物レンズＯＢ２に代えて、図８（ａ）に示すように中央に凸レンズ機能を有する透過型の回折光学素子ＤＯＥを、対物レンズＯＢの直前に配置することより、参照光ＲＢと信号光ＳＢの焦点距離を互いに異なるようにすることもできる。すなわち、対物レンズＯＢ及び回折光学素子ＤＯＥからなる対物レンズモジュールにより、互いに空間的に分離された状態で、中央の参照光ＲＢの焦点距離を短く、外周の信号光ＳＢの焦点距離を長く設定する。図８（ｂ）に示すように、記録再生時において、記録媒体の入射反対側に配置した反射層で、参照光ＲＢが収差無くスポット（フォーカス状態）を結び反射されかつ、信号光ＳＢがこの反射面ではデフォーカス状態で反射されるように、記録担体、対物レンズ及び回折光学素子が配置、構成される。ホログラム記録担体の記録層は参照光ＲＢの焦点と信号光ＳＢの焦点の間に配置され、その中で、ホログラム記録はこれらの反射した信号光ＳＢと参照光ＲＢの干渉で行われる。
以上の構成によれば、入射時には参照光ＲＢと信号光ＳＢの重なりが生じずに、信号光ＳＢは、環状断面の中央部分の無変調光束（参照光ＲＢ）を囲むように伝搬する。また、参照光ＲＢは無変調でかつ反射面で焦点を結んでいるので、これをサーボエラー検出用の光束として用いることができる。
ホログラム記録時には、反射された信号光ＳＢのみが参照光ＲＢと干渉するため余分なホログラムが記録再生されることがない。また、参照光ＲＢと信号光ＳＢが互いに対向する方向に伝搬する球面波であるので、それらの交差角度を比較的大きくとれるため、多重間隔を小さくすることができる。さらに参照光ＲＢをサーボエラー検出用の光線として使用できるためサーボエラー検出用の別の光学系を用意する必要がなくなる。
以上、本実施形態によれば、再生時に反射した参照光ＲＢが分離され、又は結像しないので、参照光ＲＢが検出器に至らないために信号再生に必要なホログラムからの再生光のみを受光することができる。その結果、再生ＳＮが向上し安定な再生を行うことができる。
＜ホログラム記録担体＞
図９はホログラム記録担体２の一例を示す。ホログラム記録担体２は、光照射側の反対側から、基板３上にその膜厚方向に積層された、分離層６、ホログラム記録層７及び保護層８からなる。
ホログラム記録層７は、記録用の可干渉性の参照光ＲＢ及び信号光ＳＢによる光学干渉パターンを、回折格子（ホログラム）として内部に保存する。ホログラム記録層７には、例えば、フォトポリマや、光異方性材料や、フォトリフラクティブ材料や、ホールバーニング材料、フォトクロミック材料など光学干渉パターンを保存できる透光性の光感応材料が用いられる。
上記の各膜を担持する基板３は、例えば、ガラス、或いはポリカーボネート、アモルファスポリオレフィン、ポリイミド、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＥＳなどのプラスチック、紫外線硬化型アクリル樹脂などからなる。
分離層６及び保護層８は光透過性材料からなり、積層構造の平坦化や、ホログラム記録層などの保護の機能を担う。
基板３が円板の場合、トラッキングサーボ制御を行うため、トラックは円基板の中心に関してその上に螺旋状又は同心円状、或いは複数の分断された螺旋弧状に形成され得る。なお、基板３がカード状であった場合トラックが基板上に平行に形成されていてもよい。また、矩形カード基板３であってもトラックは基板の例えば重心に関してその上に螺旋状もしくは螺旋弧状又は同心円状に形成されもよい。
サーボ制御は、参照光ＲＢを反射層５上のトラックにスポットとして集光させ、その反射光を光検出器へ導く対物レンズを含む光学系を用いて、検出されたサーボエラー信号に応じて対物レンズをアクチュエータで駆動することにより、行われる。すなわち、対物レンズから照射される参照光ＲＢ光束は、そのビームウエストの位置に反射層５が位置するときに合焦となるように、使用される。
＜ピックアップ＞
図１０はホログラム記録担体２の記録又は再生のためのピックアップ２３の概略構成の第１実施形態を示す。
ピックアップ２３は、大きく分けてホログラム記録再生光学系と、サーボエラー検出系とからなり、これらの系は対物レンズモジュールＯＢＭ及びその駆動系を除いて筐体内（図示せず）に配置されている。
ホログラム記録再生光学系は、ホログラムの記録及び再生用のレーザ光源ＬＤ、対物レンズモジュールＯＢＭ、コリメータレンズＣＬ、透過型の空間光変調器ＳＬＭ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、参照光分離プリズムＳＰ、結像レンズＭＬ、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体装置）などのアレイからなる像センサＩＳＲ、１／４波長板１／４λを含む。
図１０に示す空間光変調器ＳＬＭは、図１１に示すように、光軸近傍で光軸を含む中央領域Ａとその周囲の光軸を含まない空間光変調領域Ｂとに分割されている。空間変調は空間光変調領域Ｂを透過する光束に与えられ、中央領域Ａを透過する光束には変調が与えられない。すなわち空間光変調器ＳＬＭを透過した時点で光束は空間変調された信号光ＳＢと空間変調されない参照光ＲＢに同軸上にて分離される。
透過型の空間光変調領域Ｂは、マトリクス状に分割された複数の画素電極を有する液晶パネルなどで電気的に入射光の一部を画素毎に遮光する機能、又はすべて透過して無変調状態とする機能を有する。この空間光変調器ＳＬＭは空間光変調器駆動回路に接続され、これからの記録すべきページデータ（平面上の明暗ドットパターンなどの２次元データの情報パターン）に基づいた分布を有するように光束を変調かつ透過して、信号光ＳＢを生成する。
透過型マトリクス液晶装置の空間光変調領域Ｂに囲まれた中央領域Ａは、貫通開口又は透明材料からなる。また、中央領域Ａには、矩形開口回折パターン、サイドローブなどの発現防止のためや円形断面の参照光束を得るために、開口制限領域ＴＣＲを設けることができる。
さらにまた、図１２に示すように、空間光変調器ＳＬＭ全体を透過型マトリクス液晶装置として、その制御回路２６により、所定パターン表示の空間光変調領域Ｂとその内部に中央領域Ａの無変調の光透過領域とを表示するように、構成することもできる。
図１０に示す対物レンズモジュールＯＢＭは、レーザ光を記録面へ集光する対物レンズＯＢと回折光学素子ＤＯＥ（又は凸レンズ）とを同軸に組み合せた複合対物レンズの組立体である。回折光学素子ＤＯＥは透光性の平板とその上に形成された複数の位相段差又は凹凸からなる回折輪帯（光軸を中心とした回転対称体）すなわち凸レンズ作用を有する回折格子を有する。対物レンズＯＢ及び回折光学素子ＤＯＥは、中空のホルダによって光軸に同軸に固着され、回折光学素子ＤＯＥは光源側に位置する。
この回折光学素子ＤＯＥは空間光変調器ＳＬＭと一致する分割された領域部分を有している。回折光学素子ＤＯＥでは、空間光変調器ＳＬＭの中央領域Ａを透過した参照光ＲＢが透過する領域部分には凸レンズ作用をするフレネルレンズでもよい。一方、空間光変調器ＳＬＭの空間光変調領域Ｂを透過した信号光ＳＢが透過する領域部分には全く何の光学的作用も有しない部分とする。また、回折格子に代えて凸レンズ部分を平行平板に成型してもよい。
回折光学素子ＤＯＥを透過した光束は対物レンズＯＢに入射する。対物レンズＯＢは、回折格子（もしくは凸レンズ部分）の光学的作用と併せることによって、参照光ＲＢを記録担体の反射膜５上で収差無くスポットを形成するように設定されている。一方、信号光ＳＢは回折光学素子ＤＯＥの凸レンズ作用を受けていないので参照光ＲＢより遠い位置にスポットを形成する。
サーボエラー検出系はホログラム記録担体２に対する参照光ＲＢの位置をサーボ制御（ｘｙｚ方向移動）するためのもので、レーザ光源ＬＤ、対物レンズモジュールＯＢＭ、コリメータレンズＣＬ、空間光変調器ＳＬＭ、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、参照光分離プリズムＳＰ、カップリングレンズＡＳ、及び光検出器ＰＤを含む。
図１０に示す参照光分離プリズムＳＰは、図１３に示すように、透明材料からなる例えば立方体形状のプリズムであって、通過光束から光軸近傍の参照光ＲＢのみを反射及び偏向（垂直方向）する反射領域ＲＲが設けられ、反射領域ＲＲの周囲では光束を透過する。
図１０に示す光検出器ＰＤは、例えば、フォーカスサーボ用並びにｘ及びｙ方向移動サーボ用にそれぞれに受光素子を有する。光検出器ＰＤはサーボ信号処理回路２８に接続され、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などの出力信号を供給する。
更に、ピックアップ２３には、フォーカスエラー信号やトラッキングエラー信号などに応じて、対物レンズモジュールＯＢＭを自身の光軸に平行な方向（ｚ方向）、トラックに平行方向（ｙ方向）及び垂直な方向（ｘ方向）に移動させる３軸アクチュエータを含む対物レンズ駆動部が備えられている。参照光ＲＢにより、担体２との位置決めサーボ制御を行い、位置決めサーボ制御によって、光検出器ＰＤの出力に基づいて演算されて得たエラー信号にて、ｘ、ｙ及びｚ方向の３軸に対物レンズモジュールＯＢＭを駆動できる３軸アクチュエータ（対物レンズ駆動部３６）を駆動するのである。
図１０に示すように、これら光学部品は、光源からの光束の光軸（一点鎖線）がそれぞれ記録及び再生光学系並びにサーボ系に延在し、共通系でほぼ一致するように配置されている。
＜ピックアップの動作＞
図１４は、初期サーボ動作を示す。
ホログラム記録担体２が装置に装着されたとき、通常、サーボエラー検出系でサーボ動作が行われる。ホログラム記録及び再生時も含めて、レーザ光源ＬＤからの射出されたＰ偏光（紙面平行を示す双方向矢印）の発散コヒーレント光は、コリメータレンズＣＬで平行光束とされ、空間光変調器ＳＬＭに入射する（光束の一部の光線を破線で示す）。サーボ制御のための参照光ＲＢは空間光変調器ＳＬＭで生成される。
図１４に示すように、空間光変調器ＳＬＭの空間光変調領域で遮断された以外の光軸近傍の参照光ＲＢは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ及び１／４波長板１／４λを経て円偏光となり、対物レンズモジュールＯＢＭによってホログラム記録担体２へ集光される。ホログラム記録担体２からの反射光（対物レンズモジュールＯＢＭへの戻り光）は往路と同様の経路で１／４波長板１／４λを通過してＳ偏光（紙面垂直を示す中黒波線丸）となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳで分岐され、参照光分離プリズムＳＰに入射する。参照光分離プリズムＳＰは、その反射領域ＲＲで参照光照射部分のみ反射して例えば光軸から垂直方向へ偏向し、その周囲では光束を透過する。これにより反射された参照光ＲＢはカップリングレンズＡＳを経て、サーボエラー検出用の光学系、光検出器ＰＤの受光面の法線に沿って入射する。
参照光ＲＢは記録担体の反射膜でスポットを形成しているので、サーボエラー検出光学系、光検出器ＰＤにより得られる信号により既存の光ディスクピックアップで採用されている方式（非点収差法、プッシュプル法）によってサーボエラー信号（フォーカス信号、トラッキング信号）を得ることができる。
例えば非点収差法を用いた場合、カップリングレンズＡＳを非点収差光学素子として、光検出器ＰＤの中央の１つを、図１５に示すようにビーム受光用の４等分割の受光面を有した受光素子１ａ〜１ｄから構成することができる。４分割線の方向はｘ方向とｙ方向に対応している。光検出器ＰＤは、合焦時の参照光スポットが受光素子１ａ〜１ｄの分割交差中心を中心とする円形となるように設定されている。
光検出器ＰＤの受光素子１ａ〜１ｄの各出力信号に応じて、サーボエラー信号処理回路は種々の信号を生成する。受光素子１ａ〜１ｄの各出力信号をその順にＡａ〜Ａｄとすると、フォーカスエラー信号ＦＥは、ＦＥ＝（Ａａ＋Ａｃ）−（Ａｂ＋Ａｄ）と算出され、トラッキングエラー信号ＴＥは、ＴＥ＝（Ａａ＋Ａｄ）−（Ａｂ＋Ａｃ）と算出される。
図１６は、記録動作を示す。
レーザ光源ＬＤからの射出されたＰ偏光の発散コヒーレント光は、コリメータレンズＣＬで平行光束とされ、空間光変調器ＳＬＭに入射する（光束の一部の光線を破線で示す）。空間光変調器ＳＬＭの通過光束は、記録すべき空間変調パターンにより回折を受けた光軸から離れた空間光変調領域を透過した信号光ＳＢと、回折を受けない中央通過の参照光ＲＢと、分離される。そして両光束の信号光ＳＢ、参照光ＲＢは偏光ビームスプリッタＰＢＳを介して１／４波長板１／４λを透過し円偏光に変換され、対物レンズモジュールＯＢＭでホログラム記録担体２に集光される。
記録担体は対物レンズＯＢに遠い側から基板、反射膜、分離層、ホログラム記録層、保護層となるように積層されている。参照光ＲＢは回折光学素子ＤＯＥ及び対物レンズＯＢにより、ホログラム記録担体２の反射膜上にスポットを形成する。
信号光ＳＢはデフォーカスして反射膜５に入射し反射膜前方（対物レンズＯＢ側）に集光する。上記のサーボ動作により、ホログラム記録層は参照光ＲＢの焦点位置と信号光ＳＢの焦点位置の間に位置するように、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢは制御されている。
参照光ＲＢ及び信号光ＳＢ両光束は反射層で反射された後、ホログラム記録層２内で干渉パターンを生成し、ホログラムが記録される。
反射されホログラム記録層を通過した参照光ＲＢ及び信号光ＳＢは、対物レンズモジュールＯＢＭ、１／４波長板１／４λを通過してＳ偏光となり、偏光ビームスプリッタＰＢＳで分岐され、参照光分離プリズムＳＰに入射する。参照光ＲＢは参照光分離プリズムＳＰで分岐され、上記サーボ動作に供される。信号光ＳＢは参照光分離プリズムＳＰを透過して、結像レンズＭＬへ至る。結像レンズＭＬは記録担体の反射層でのデフォーカスを補正する作用があり、結像レンズＭＬによって信号光ＳＢはひずみ無く像センサＩＳＲ上に結像する。この像を観察することで空間光変調器ＳＬＭの変調状態をモニタすることができる。
図１７は、再生動作を示す。
レーザ光源ＬＤからの射出されたＰ偏光の発散コヒーレント光は、コリメータレンズＣＬで平行光束とされ、空間光変調器ＳＬＭに入射する。空間光変調器ＳＬＭの空間光変調領域で遮断された以外の光軸上の中央領域を通過した参照光ＲＢは、偏光ビームスプリッタＰＢＳ及び１／４波長板１／４λを経て円偏光となり、対物レンズモジュールＯＢＭによってホログラム記録担体２へ集光される。ホログラム記録層の回折格子から再生光が生成される。再生光はデフォーカスした状態で信号光と同一の経路で対物レンズモジュールＯＢＭを経て１／４波長板１／４λによりＳ偏光となり偏光ビームスプリッタＰＢＳで反射される。再生光は参照光分離プリズムＳＰを透過して、結像レンズＭＬへ至る。結像レンズＭＬによって再生光はひずみ無く像センサＩＳＲ上に結像する。この像センサＩＳＲによってホログラムに記録した信号が再生される。
ここで、ホログラム記録担体２のホログラム記録層への参照光ＲＢの照射により、再生光として位相共役波（互いに１８０度進行方向の異なる）も生成される。かかる共役波は反射層によって反射され、記録時の入射信号光と同一の光路を戻る。位相共役波は対物レンズモジュールＯＢＭから平行光として戻るので、１／４波長板１／４λ及び偏光ビームスプリッタＰＢＳを経て、参照光分離プリズムＳＰを透過して、結像レンズＭＬへ至るが、結像レンズＭＬによっては像センサＩＳＲ上で結像しない。結像レンズＭＬは再生光の一方を結像するように構成されているからである。また、図１８に示すように、結像レンズＭＬを省略して共役波のみを像センサＩＳＲ上で結像させる再生光学系として構成することもできる。
＜第２実施形態のピックアップ＞
図１９に第２実施形態のピックアップの構成を示す。
第２実施形態のピックアップは、透過型の空間光変調器ＳＬＭに代えて反射型の偏光空間光変調器ＰＳＬＭを用い、レーザ光源ＬＤからのＳ偏光を偏光ビームスプリッタＰＢＳを経て偏光空間光変調器ＰＳＬＭへ入射してその反射光を用いる以外、上記ピックアップ２３と同一である。
偏光空間光変調器ＰＳＬＭは、図２０に示すように、光軸近傍で光軸を含む中央領域Ａとその周囲の光軸を含まない空間光変調領域Ｂとに分割されているいわゆるＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｎ Ｓｉｌｉｃｏｎ）装置である。空間光変調領域Ｂで反射される光束にＰ又はＳ偏光の変調が与えられ、中央領域Ａで反射される光束にはＰ偏光のみとなる変調が与えられる。すなわち偏光空間光変調器ＰＳＬＭが光束を反射した時点で光束は空間変調された信号光ＳＢと空間変調されない参照光ＲＢに同軸上にて分離される。
偏光空間光変調器ＰＳＬＭは、マトリクス状に分割された複数の画素電極を有する液晶パネルなどで電気的に入射光の一部を画素毎に偏光する機能を有する。この偏光空間光変調器ＰＳＬＭは空間光変調器駆動回路に接続され、これからの記録すべきページデータ（平面上の明暗ドットパターンなどの２次元データの情報パターン）に基づいた分布を有するように光束偏光を変調して、所定偏光成分を含む信号光ＳＢを生成する。また、入射反射で同一偏光を維持することもできる。空間光変調領域Ｂに囲まれた中央領域Ａは無変調状態とすることで画定される。
レーザ光源ＬＤから射出したＳ偏光の発散コヒーレント光はコリメートされた後、偏光ビームスプリッタＰＢＳに入射する。平行光束が反射され偏光空間光変調器ＰＳＬＭに入射する。偏光空間光変調器ＰＳＬＭは、空間変調領域が外側の空間光変調領域Ｂ、無変調領域は内側の中央領域Ａと設定されていて、内側の光束はすべてＰ偏光になるように、駆動される。この中央領域Ａの光束が参照光となる。一方、外側の空間光変調領域Ｂでは与えられたページデータによってＳ偏光、Ｐ偏光に偏光状態を変調する。この領域の光束が信号光ＳＢとなる。
偏光空間光変調器ＰＳＬＭでＰ偏光となった参照光は偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し１／４波長板１／４λ、回折光学素子ＤＯＥ、対物レンズＯＢを透過し、記録担体の反射膜上に焦点を結ぶ。
偏光空間光変調器ＰＳＬＭで変調された信号光ＳＢのうちＰ偏光成分のみが偏光ビームスプリッタＰＢＳを透過し記録担体に至る。記録担体中での記録再生様態に関しては上記実施形態と同様である。
＜第３実施形態のピックアップ＞
図２１に第３実施形態のピックアップの構成を示す。
第３実施形態のピックアップは、カップリングレンズＡＳ、光検出器ＰＤ、参照光分離プリズムＳＰ、及び像センサＩＳＲに代えて、サーボ検出用光学素子ＳＤＯＥ及び信号検出用複合光検出装置ＣＯＤＤを用いた以外、上記第２実施形態のと同一である。
サーボ検出用光学素子ＳＤＯＥは、図２２に示すように、光軸を含む中央領域Ａとその周囲の光軸を含まない周辺領域Ｃとに分割されている。中央領域Ａは例えば非点収差発生手段例えば回折格子として構成され、これを透過する光束に非点収差を与え、下流に４分割光検出器の受光面を設けた場合その上に非点収差があるスポットを形成する。周辺領域Ｃはこれを透過する光束に変調を与えず、透過させる。このように、サーボ検出用光学素子ＳＤＯＥはこれを透過した時点で信号光或いは再生光とサーボ検出用参照光を同軸上にて分離する。
信号検出用複合光検出装置ＣＯＤＤは、図２３に示すように、光軸を含む中央部ＤＡに通常のサーボエラー信号を受光しサーボエラー生成可能な分割を有する光検出器ＰＤ例えば４分割光検出器の受光面が形成されており、周辺部ＤＣには再生光を受光する像センサ部分ＩＳＲが配置されている。光検出器ＰＤの受光面はＰＩＮフォトダイオードによって構成されるが、受光面周りの入射光による励起電子は大きなＤＣオフセットになるので、受光面周りに光を遮蔽する遮蔽部、又は接地して電子を逃がす緩衝領域ＢＲを設けてもよい。
また、図２４に示すように、信号検出用複合光検出装置ＣＯＤＤの中央部ＤＡのサーボ信号生成用光検出器ＰＤは一般の光ディスク用受光素子と同様に高速の１／Ｖアンプのみが接続されているが、周辺部ＤＣは積分機能を有する回路やデータ処理機能を有する回路が接続されている。再生データの読み出しは間結的に行われるが、サーボ信号やアドレス信号の読み出しは連続的に行われるため、受光部での回路構成に工夫をすることで性格の異なる共通の受光部で処理することができる。
なお、図２１に示す第３実施形態のピックアップのサーボ検出用光学素子ＳＤＯＥにおける周辺領域Ｃを、単なる光束透過ではなく、回折光学素子として再生光或いは共役光を、下流の周辺部ＤＣの像センサ部分ＩＳＲに結像させる構成とすれば、結像レンズＭＬを省略することもできる。
＜第４実施形態のピックアップ＞
上記実施形態では、２焦点対物レンズや、対物レンズ及び回折光学素子からなる対物レンズモジュールを用いて、対物レンズを通過した参照光を遠距離焦点より対物レンズに近い近距離焦点に集光させるように構成しているが、かかる機能を有する光学素子は照射光学系の光軸上にあればよく、対物レンズに近い位置ではなく、例えば、図１０に示す第１実施形態における空間光変調器ＳＬＭの透過型のマトリクス液晶装置における中央領域に、対物レンズにより光を近距離焦点に集光させる機能を有する光学素子を装着することもできる。
図２５に示す第４実施形態のピックアップは、図１０に示す第１実施形態における対物レンズモジュールＯＢＭ及び空間光変調器ＳＬＭを単なる対物レンズＯＢ及び凸レンズ光学素子一体型の空間光変調器ＳＬＭａに置換した以外、上記第１実施形態のピックアップ２３と同一である。対物レンズモジュールＯＢＭの回折光学素子ＤＯＥ又は凸レンズの部分を透過型の空間光変調器ＳＬＭに一体に作り込んで、凸レンズ光学素子一体型の空間光変調器ＳＬＭａとしてある。
図２６に示すように、凸レンズ光学素子一体型の空間光変調器ＳＬＭａは光軸近傍で光軸を含む中央領域の凸レンズ光学素子部Ｃとその周囲の光軸を含まない空間光変調領域Ｂとに分割されている。空間変調は空間光変調領域Ｂを透過する光束に与えられ、凸レンズ光学素子部Ｃを透過する光束には変調が与えられず、信号光ＳＢと参照光ＲＢとに同軸上にて分離される。空間光変調器ＳＬＭａは制御回路２６により制御されている。このように、空間光変調器ＳＬＭ自体を透過型マトリクス液晶装置として、その中央では無変調の凸レンズを配置し、その周囲では所定パターン表示の空間光変調領域Ｂとして構成することも、もしくは凸レンズを空間光変調器の中央近傍に貼り付けるなどして配置することもできる。
図２７は光学素子一体型の空間光変調器ＳＬＭａの断面を示す。光学素子部Ｃは、ここで屈折した参照光ＲＢが対物レンズＯＢに入射しその光学的作用と併せ、記録担体の反射膜５上で収差無くスポットを形成するように、設定されている。一方、信号光ＳＢは光学素子部Ｃの凸レンズ作用を受けていないので参照光ＲＢより遠い位置にスポットを形成する。空間光変調器部分は、対向する１対のガラス基板８０ａ，ｂ間のそれぞれの内面に順に形成された透明電極８１ａ，ｂ及び配向膜８２ａ，ｂにて、挟持された液晶層８３からなる。
図２８に示すように、凸レンズ光学素子一体型の空間光変調器ＳＬＭａの光学素子部Ｃは凸レンズを形成する代わりに、透過型の回折光学素子ＤＯＥを用いることもできる。回折光学素子ＤＯＥはガラス基板８０ｂの上に形成された複数の位相段差又は凹凸からなる回折輪帯（光軸を中心とした回転対称体）すなわち回折格子を有する。
このように、参照光と信号光のホログラム記録層中における焦点位置を互いに異ならせる光学素子を、信号光を空間的に変調する空間変調素子と一体化することによって、空間光変調器ＳＬＭａでの参照光領域と信号光領域を凸レンズなどの光学素子の焦点位置変更作用領域と一致させることができる。さらに、対物レンズと凸レンズなどの光学素子を一体にする場合に問題となるであろう両者間の位置ずれを防ぐことができる。
図２９に第４実施形態の変形例のピックアップの構成を示す。
この変形例の実施形態のピックアップは、図１９に示す第２実施形態のピックアップ対物レンズモジュールＯＢＭ及び反射型の偏光空間光変調器ＰＳＬＭを単なる対物レンズＯＢ及び凹面鏡光学素子一体型の反射型偏光空間光変調器ＰＳＬＭａに置換した以外、上記ピックアップと同一である。反射型偏光空間光変調器ＰＳＬＭを用いて、レーザ光源ＬＤからのＳ偏光を偏光ビームスプリッタＰＢＳを経て偏光空間光変調器ＰＳＬＭへ入射してその反射光を用いる。
反射型偏光空間光変調器（例えばＬＣＯＳ）表面に参照光領域に一致する凹面鏡光学素子部ＣＭを形成する。さらに、反射型偏光空間光変調器の反射中央領域上に形成された凹面鏡に代えて、凹面鏡作用を有する回折光学素子を設けることもできる。これによって反射型偏光空間光変調器ＳＬＭａで定義される参照光領域に光学的作用（集光作用）を位置ずれすることなく与えることができる。
いずれの実施形態においても、光学系全体によって参照光と信号光を光軸から同心状かつ空間的に分離し、光学系全体によって参照光の焦点を近く信号光の焦点を遠方に設定し、参照光の焦点が記録担体の反射膜上にフォーカスされかつ信号光が反射膜上にデフォーカスされ遠距離焦点とし、ホログラム記録層は各々の焦点の間に配置する。これによって、ピックアップの構成を簡略化することができる。
＜ホログラム装置＞
図３０は本発明を適用したディスク形状のホログラム記録担体の情報を記録及び再生するホログラム装置の概略構成の一例を示す。
図３０のホログラム装置は、ホログラム記録担体２のディスクをターンテーブルで回転させるスピンドルモータ２２、ホログラム記録担体２から光束によって信号を読み出すピックアップ２３、該ピックアップを保持し半径方向（ｘ方向）に移動させるピックアップ駆動部２４、光源駆動回路２５、空間光変調器駆動回路２６、再生光信号検出回路２７、サーボ信号処理回路２８、フォーカスサーボ回路２９、ｘ方向移動サーボ回路３０ｘ、ｙ方向移動サーボ回路３０ｙ、ピックアップ駆動部２４に接続されピックアップの位置信号を検出するピックアップ位置検出回路３１、ピックアップ駆動部２４に接続されこれに所定信号を供給するスライダサーボ回路３２、スピンドルモータ２２に接続されスピンドルモータの回転数信号を検出する回転数検出部３３、該回転数検出部に接続されホログラム記録担体２の回転位置信号を生成する回転位置検出回路３４、並びにスピンドルモータ２２に接続されこれに所定信号を供給するスピンドルサーボ回路３５を備えている。
ホログラム装置は制御回路３７を有しており、制御回路３７は光源駆動回路２５、空間光変調器駆動回路２６、再生光信号検出回路２７、サーボ信号処理回路２８、フォーカスサーボ回路２９、ｘ方向移動サーボ回路３０ｘ、ｙ方向移動サーボ回路３０ｙ、ピックアップ位置検出回路３１、スライダサーボ回路３２、回転数検出部３３、回転位置検出回路３４、並びにスピンドルサーボ回路３５に接続されている。制御回路３７はこれら回路からの信号に基づいて、これら駆動回路を介してピックアップに関するフォーカスサーボ制御、ｘ及びｙ方向移動サーボ制御、再生位置（ｘ及びｙ方向の位置）の制御などを行う。制御回路３７は、各種メモリを搭載したマイクロコンピュータからなり装置全体の制御をなすものであり、操作部（図示せず）からの使用者による操作入力及び現在の装置の動作状況に応じて各種の制御信号を生成するとともに、使用者に動作状況などを表示する表示部（図示せず）に接続されている。
レーザ光源ＬＤに接続された光源駆動回路２５は、射出する両光束の強度をホログラム記録時には強く再生時には弱くするように、レーザ光源ＬＤの出力調整を行う。
また、制御回路３７は外部から入力されたホログラム記録すべきデータの符号化などの処理を実行し、所定信号を空間光変調器駆動回路２６に供給してホログラムの記録シーケンスを制御する。制御回路３７は、像センサＩＳＲに接続された再生光信号検出回路２７からの信号に基づいて復調及び誤り訂正処理をなすことにより、ホログラム記録担体に記録されていたデータを復元する。更に、制御回路３７は、復元したデータに対して復号処理を施すことにより、情報データの再生を行い、これを再生情報データとして出力する。
更にまた、制御回路３７は、記録すべきホログラムを所定間隔（多重間隔）で記録できるようにホログラムを所定間隔で形成するように制御する。
サーボ信号処理回路２８においては、フォーカスエラー信号からフォーカシング駆動信号が生成され、これが制御回路３７を介してフォーカスサーボ回路２９に供給される。フォーカスサーボ回路２９は駆動信号に応じて、ピックアップ２３に搭載されている対物レンズ駆動部３６のフォーカシング部分を駆動し、そのフォーカシング部分はホログラム記録担体に照射される光スポットの焦点位置を調整するように動作する。
更に、サーボ信号処理回路２８においては、ｘ及びｙ方向移動駆動信号が発生され、これらがｘ方向移動サーボ回路３０ｘ及びｙ方向移動サーボ回路３０ｙにそれぞれ供給される。ｘ方向移動サーボ回路３０ｘ及びｙ方向移動サーボ回路３０ｙは、ｘ及びｙ方向移動駆動信号に応じてピックアップ２３に搭載されている対物レンズ駆動部３６を駆動する。よって、対物レンズはｘ、ｙ及びｚ方向の駆動信号による駆動電流に応じた分だけ駆動され、ホログラム記録担体に照射される光スポットの位置が変位する。これにより、記録時の運動しているホログラム記録担体に対する光スポットの相対位置を一定としてホログラムの形成時間を確保できる。
制御回路３７は、操作部又はピックアップ位置検出回路３１からの位置信号及びサーボ信号処理回路２８からのｘ方向移動エラー信号に基づいてスライダ駆動信号を生成し、これをスライダサーボ回路３２に供給する。スライダサーボ回路３２はピックアップ駆動部２４を介して、そのスライダ駆動信号による駆動電流に応じピックアップ２３をディスク半径方向に移送せしめる。
回転数検出部３３は、ホログラム記録担体２をターンテーブルで回転させるスピンドルモータ２２の現回転周波数を示す周波数信号を検出し、これに対応するスピンドル回転数を示す回転数信号を生成し、回転位置検出回路３４に供給する。回転位置検出回路３４は回転位置信号を生成し、それを制御回路３７に供給する。制御回路３７はスピンドル駆動信号を生成し、それをスピンドルサーボ回路３５に供給し、スピンドルモータ２２を制御して、ホログラム記録担体２を回転駆動する。
＜他のホログラム記録担体＞
上記実施形態においては図３１に示すようなディスク形状のホログラム記録担体２０ａを主に説明したが、ホログラム記録担体の形状は円盤状の他に、例えば、図３２に示すようなプラスチックなどからなる矩形状平行平板の光カード２０ｂであっても良い。
上記実施形態ではホログラム記録層と反射層とが積層され一体となっているホログラム記録担体を説明したが、別の実施の形態としては、図３３に示すように、ホログラム記録担体を反射部５０とホログラム記録層の記録担体７０との別体として構成してもよい。
この場合、図３３に示すように、ディスク状の記録担体７０をケースＣＲに収納してそのケース内壁面に反射部５０を設けることもできる。すなわち、反射部５０は、記録担体７０の光照射面の反対側に空間を隔てて配置される。なお、ディスク状の記録担体７０中央のクランプ接合部にクランプに嵌合する担体側位置マーカを設け、ケースＣＲに装置への固定用のケース側位置マーカを設けることにより、担体装置間の的確なアライメントが可能となる。
＜他の実施形態＞
上記実施形態においては参照光の周りに信号光を伝搬させ反射層上でデフォーカス状態となるように照射する態様を、信号光の焦点が参照光の焦点よりも対物レンズよりも遠くにある場合にて説明したが、信号光の焦点が参照光の焦点の手前にある場合でも、かかるデフォーカス状態を達成できる。
図３４は、他の実施形態の光軸上に配置された対物レンズ光学系の構成例を示す。
２焦点レンズＯＢ３は光軸を含む中央領域ＣＲとその周囲の環状領域ＰＲからなり、環状領域ＰＲの信号光を手前の近距離焦点ｎＰ（第２焦点）に集光させるとともに、中央領域ＣＲの参照光を遠方の遠距離焦点ｆＰ（第１焦点）に集光させる集光レンズである。２焦点レンズＯＢ３は屈折面に中央領域ＣＲに円環状の回折格子を設けその周囲に凸レンズ部を残すものでも、その逆でも、また、中央領域ＣＲ及び環状領域ＰＲに円環状の回折格子を設けて２焦点レンズを構成してもよい。さらに、２焦点レンズを非球面レンズとしてもよい。
ホログラム記録時には、まず、可干渉性の参照光ＲＢと記録情報に応じて参照光ＲＢを変調して得られた信号光ＳＢとを生成する。
そして、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢは同軸で互いに空間的に離れるように対物レンズＯＢ３に導かれる。すなわち、図３４（ａ）に示すように、参照光ＲＢを光軸上にて中央領域ＣＲへ、信号光ＳＢを参照光ＲＢの周囲に環状に環状領域ＰＲへ、互いに空間的に分離して同軸に伝搬させる。２焦点レンズＯＢ３は、参照光ＲＢ及び信号光ＳＢをそれぞれ中央領域ＣＲ及び環状領域ＰＲで屈折する。よって、対物レンズ通過後も参照光ＲＢと信号光ＳＢは空間的に分離され、信号光ＳＢは対物レンズＯＢ３に近い近距離焦点ｎＰ（第２焦点）に集光され、参照光ＲＢは近距離焦点より遠い遠距離焦点ｆＰ（第１焦点）に集光される。
図３４（ｂ）に示すように、参照光ＲＢの遠距離焦点ｆＰの位置に反射層５を配置し、ホログラム記録層７を対物レンズＯＢ３及び反射層５の間に配置する。環状断面の信号光ＳＢが反射層５より手前に集光するので反射層５でデフォーカスとなり、反射された信号光ＳＢは参照光ＲＢと交差せず干渉する状態ではなくなる。入射する信号光ＳＢ及び参照光ＲＢの交差角度を比較的大きくとれるため、多重間隔を小さくすることができる。
このように、本実施例のホログラム記録システムでは、入射する信号光ＳＢのみが参照光ＲＢと光学干渉パターンを形成して回折格子ＤＰとして内部に保存する。
図３５に示すように、具体的に記録されるホログラムは、ホログラム記録Ａ（反射する参照光と入射する信号光）、ホログラム記録Ｂ（入射する参照光と入射する信号光）の２種類である。また、再生されるホログラムも、ホログラム記録Ａ（反射する参照光で読み出される）、ホログラム記録Ｂ（入射する参照光で読み出される）の２種類である。
したがって、かかるホログラム記録担体から情報を再生するホログラム再生システムでは、図３６に示すように、参照光ＲＢのみを対物レンズＯＢ３の中央領域ＣＲに供給し、参照光ＲＢを反射層５（遠距離焦点ｆＰ）に収束させつつホログラム記録層の回折格子ＤＰを透過させると、回折格子ＤＰから通常の再生光と位相共役波の再生光が生成できる。検出手段の一部でもある対物レンズＯＢ３により、再生光及び位相共役波を光検出器へ導くことができる。
位相共役波の再生光の場合、ホログラム再生においては、入射する参照光で読み出されるホログラムＡの位相共役再生像と、反射する参照光で読み出されるホログラムＢの位相共役再生像とが得られる。位相共役波による再生像では、対物レンズによるデフォーカスの影響が無くなる。記録時に使用した参照光と入射方向の１８０度異なる参照光をホログラムに入射させた場合、記録時の信号光とは１８０度異なる方向に再生光が発生する。よって、位相共役波の再生光は記録時の信号光と同一の光路を戻る。すなわちデフォーカスは生じず反射層での反射、ホログラム記録層の再通過がないので高品位な再生像が得られる。
さらに、２焦点の対物レンズＯＢ３に代えて、図３７に示すように中央に凹レンズ機能を有する透過型の回折光学素子ＤＯＥを、対物レンズＯＢの直前に配置してなる対物レンズモジュールとすることより、参照光ＲＢと信号光ＳＢの焦点距離を互いに異なるようにすることもできる。すなわち、対物レンズＯＢ及び回折光学素子ＤＯＥからなる対物レンズモジュールにより、互いに空間的に分離された状態で、中央の参照光ＲＢの焦点距離を長く、外周の信号光ＳＢの焦点距離を短く設定する。記録再生時において、ホログラム記録層の入射反対側に配置した反射層で、参照光ＲＢが収差無くスポット（フォーカス状態）を結び反射されかつ、信号光ＳＢがこの反射面ではデフォーカス状態で反射されるように、記録担体、対物レンズ及び回折光学素子が配置、構成される。ホログラム記録担体の記録層は参照光ＲＢの焦点と信号光ＳＢの焦点の間に配置され、その中で、ホログラム記録は入射した信号光ＳＢと参照光ＲＢの干渉で行われる。
以上の構成によれば、信号光ＳＢの反射時には参照光ＲＢと反射信号光ＳＢの重なりが生じない。
本実施形態の信号光の焦点が参照光の焦点の手前にある場合を実行する場合、上記の図１０〜図２１に示す構成において、対物レンズＯＢと同軸に組み合せた回折光学素子ＤＯＥを、その光軸上の中央に凹レンズ作用を有するフレネルレンズ若しくは回折光学素子とすればよい。さらに、上記の図２５〜図２８に示す構成において、凸レンズ光学素子一体型の空間光変調器ＳＬＭａにおける光軸を含む中央領域の凸レンズ光学素子部Ｃに代えて、その光軸上の中央に凹レンズ作用を有するレンズ光学素子部若しくは回折光学素子とすればよい。さらに、上記の図２９に示す構成において、凹面鏡光学素子一体型の反射型偏光空間光変調器ＰＳＬＭａにおける凹面鏡光学素子部ＣＭに代えて、凸面鏡光学素子部若しくは回折光学素子とすればよい。

Claims (24)

1. 参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体へ情報を記録するホログラム記録方法であって、
   ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層を配置するステップと、
   可干渉性の参照光及び記録情報に応じて前記参照光を変調して得られた信号光を、対物レンズにより収束させつつ、前記ホログラム記録層を透過するように前記反射層に光軸中心に同軸で入射させて前記反射層で反射せしめるステップと、を含み、
   前記反射層で反射せしめるステップにおいて、前記参照光を前記光軸上に伝搬させ前記反射層に集光させると同時に、前記参照光の周囲に前記参照光から空間的に分離して前記信号光を伝搬させ、前記反射層上でデフォーカス状態となるように照射して、前記参照光と前記信号光を前記ホログラム記録層内で干渉させ回折格子を形成することを特徴とするホログラム記録方法。
2. 可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体を装着自在に保持する支持部と、
   可干渉性の参照光を発生する光源と、
   光軸上に配置され記録情報に応じて前記参照光を変調して信号光を生成する信号光生成部と、
   光軸上に配置され前記信号光及び前記参照光を前記ホログラム記録層へ向け照射して、前記ホログラム記録層の内部に光干渉パターンによる回折格子を形成する干渉部と、を有するホログラム記録装置であって、
   前記信号光生成部は空間光変調器を有し、前記空間光変調器は光軸上に配置され、光軸上に参照光を、前記参照光の周囲に空間的に分離された信号光を、生成し伝搬させること、
   前記干渉部は対物レンズ及び光学素子を含み、前記対物レンズ及び光学素子は、前記参照光を第１焦点に集光させるとともに前記信号光を前記第１焦点より前記対物レンズに遠い又は近い第２焦点に集光させることを特徴とするホログラム記録装置。
3. 前記空間光変調器は光軸上に配置され参照光を無変調で通過させる透過中央領域と前記中央領域周囲に配置されかつ記録情報に応じて前記参照光を変調して前記信号光を生成する透過型のマトリクス液晶装置からなる空間光変調領域とからなることを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。
4. 前記透過中央領域は貫通開口又は透明材料からなること特徴とする請求項４記載のホログラム記録装置。
5. 前記透過中央領域は透過型のマトリクス液晶装置からなり、記録時に前記透過中央領域が透光状態であること特徴とする請求項４記載のホログラム記録装置。
6. 前記対物レンズ及び光学素子において、前記光学素子は、前記空間変調器の前記透過中央領域上に形成された凸レンズ若しくは凸レンズ作用を有するフレネルレンズ若しくは回折光学素子、又は凹レンズ若しくは凹レンズ作用を有するフレネルレンズ若しくは回折光学素子であり、前記対物レンズにより前記第１焦点に集光させる機能を有すること特徴とする請求項４から６のいずれかに記載のホログラム記録装置。
7. 前記空間光変調器は光軸上に配置され参照光を無変調で反射させる反射中央領域と前記中央領域周囲に配置されかつ記録情報に応じて前記参照光を反射変調して前記信号光を生成する反射型のマトリクス空間光変調器からなる空間光変調領域とからなることを特徴とする請求項３記載のホログラム記録装置。
8. 前記反射中央領域は反射型のマトリクス空間光変調器からなり、記録時に前記反射中央領域が正反射状態であること特徴とする請求項８記載のホログラム記録装置。
9. 前記対物レンズ及び光学素子において、前記光学素子は、前記空間変調器の前記反射中央領域上に形成された凹面鏡若しくは凹面鏡作用を有する回折光学素子、又は凸面鏡若しくは凸面鏡作用を有する回折光学素子であり、前記対物レンズにより前記第１焦点に集光させる機能を有すること特徴とする請求項８記載のホログラム記録装置。
10. 前記対物レンズ及び光学素子において、前記光学素子は、前記対物レンズの光源側に同軸に配置された凸レンズ若しくは凸レンズ作用を有するフレネルレンズ若しくは回折光学素子、又は凹レンズ若しくは凹レンズ作用を有するフレネルレンズ若しくは回折光学素子であり、前記対物レンズにより前記第１焦点に集光させる機能を有すること特徴とする請求項４から６のいずれかに又は９に記載のホログラム記録装置。
11. 前記対物レンズ及び光学素子は一体となってその屈折面に同軸に形成された凸レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子、又は凹レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子を有する２焦点レンズであること特徴とする請求項４から６のいずれかに又は９に記載のホログラム記録装置。
12. 前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層が配置され、前記信号光及び参照光が前記ホログラム記録層から照射される場合に、前記ホログラム記録層は、前記信号光の前記第２焦点の共役点及び前記参照光の前記第１焦点の間に配置されること特徴とする請求項３から１２のいずれかに記載のホログラム記録装置。
13. 前記ホログラム記録層は、前記参照光の前記第１焦点が前記反射層上に形成され、前記信号光が前記反射層上でデフォーカス状態となりかつ反射され、入射する又は反射した前記信号光と参照光が交差し干渉して回折格子を生成するに足りる膜厚を、有すること特徴とする請求項３から１３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
14. 前記ホログラム記録担体は、前記ホログラム記録層及び前記反射層の間に保護層を積層した一体物として形成されたこと特徴とする請求項３から１４のいずれかに記載のホログラム記録装置。
15. 前記ホログラム記録層からなる前記ホログラム記録担体は、前記反射層とは別体物として形成されたこと特徴とする請求項３から１５のいずれかに記載のホログラム記録装置。
16. 前記第１焦点が前記反射層に形成される際の反射して戻る前記参照光を用いて、前記参照光のトラッキング及びフォーカシングのサーボ制御を行うためのサーボ系を有すること特徴とする請求項３から１６のいずれかに記載のホログラム記録装置。
17. ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層を配置し、可干渉性の参照光及び記録情報に応じて前記参照光を変調して得られた信号光を、対物レンズにより収束させつつ、前記ホログラム記録層を透過するように前記反射層に光軸中心に同軸で入射させる時、前記参照光を前記光軸上に伝搬させ前記反射層に集光させると同時に、前記参照光の周囲に前記参照光から空間的に分離された前記信号光を伝搬させ、前記反射層上でデフォーカス状態となるように照射して、前記反射層への入射時又は前記反射層での反射後、前記参照光と前記信号光とを前記ホログラム記録層内で干渉させて光学干渉パターンを回折格子として内部に保存した保存したホログラム記録担体を装着自在に保持する支持部と、
    前記参照光を発生する光源と、
    前記参照光を前記回折格子へ向け照射して前記信号光に対応する再生波を生ぜしめる干渉部と、を有するホログラム再生装置であって、
    前記支持部は、前記反射層が前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に位置するように前記ホログラム記録担体を保持すること、
    前記干渉部は、前記回折格子から生じた再生光を検出する光軸上に配置された光検出器と、光軸上の前記参照光を前記ホログラム記録層の前記回折格子を透過するように集光させるとともに前記再生波を受光して前記光検出器へ導く対物レンズと、を含むこと、
    前記反射層から反射して戻る前記参照光を用いて前記参照光のトラッキング及びフォーカシングのサーボ制御を行うためのサーボ系を有し、前記再生光を検出する光検出器は、前記サーボ系の光軸上に配置されかつ前記参照光を受光するサーボ光検出領域と、前記サーボ光検出領域周囲に配置されかつ前記再生光を検出する像検出領域とからなること、を特徴とするホログラム再生装置。
18. 前記干渉部は前記対物レンズ及び前記光検出器の間に再生光を前記光検出器へ導く結像光学素子を有し、前記結像光学素子が凸レンズ、又は凸レンズ作用を有するフレネルレンズ若しくは回折光学素子であること特徴とする請求項１８記載のホログラム再生装置。
19. 参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体へ情報を記録又は再生する光ピックアップ装置であって、
    可干渉性の参照光を発生する光源と、
    光軸上に配置されかつ、前記参照光を通過又は反射させる中央領域と前記中央領域の周囲に配置されかつ前記参照光の一部を分離して信号光を生成する空間光変調領域とからなり、前記参照光を光軸上に、前記信号光を前記参照光の周囲に空間的に分離して伝搬させる空間光変調器と、
    前記干渉部は対物レンズ及び光学素子を含み、前記対物レンズ及び光学素子は、前記参照光を第１焦点に集光させるとともに前記信号光を前記第１焦点より前記対物レンズに遠い又は近い第２焦点に集光させること、
    前記干渉部は、前記参照光が前記ホログラム記録層に照射された際に、前記ホログラム記録層から前記対物レンズを介して戻る光を受光し検出する光検出手段を含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
20. 前記空間光変調器が透過型のマトリクス液晶装置からなり、前記対物レンズ及び光学素子において、前記光学素子は、前記空間変調器と一体となって前記中央領域上に形成された凸レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子、又は凹レンズ若しくは凹レンズ作用を有するフレネルレンズ若しくは回折光学素子であり、前記対物レンズにより前記第１焦点に集光させる機能を有すること特徴とする請求項２１記載の光ピックアップ装置。
21. 前記空間光変調器が反射型のマトリクス偏光空間光変調器からなり、前記対物レンズ及び光学素子において、前記光学素子は、前記空間変調器と一体となって前記中央領域上に形成された凹面鏡若しくは凹面鏡作用を有する回折光学素子、又は凸面鏡若しくは凸面鏡作用を有する回折光学素子であり、前記対物レンズにより前記第１焦点に集光させる機能を有すること特徴とする請求項２１記載の光ピックアップ装置。
22. 前記対物レンズ及び光学素子は一体となってその屈折面に同軸に形成された凸レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子、又は凹レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子を有する２焦点レンズであること特徴とする請求項２１記載の光ピックアップ装置。
23. 参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体へ情報を記録するホログラム記録システムであって、
    可干渉性の参照光と記録情報に応じて前記参照光を変調して得られた信号光とを生成する生成手段と、
    光軸上に配置された対物レンズ光学系を有しかつ、前記参照光を前記光軸上に、前記信号光を前記参照光の周囲に環状に、互いに空間的に分離して同軸に伝搬させ、前記参照光を前記対物レンズ光学系に第１焦点に集光させ、前記信号光を前記第１焦点より遠い又は近い第２焦点に集光させ、前記参照光及び信号光を干渉させる干渉手段と、
    前記第１焦点及び前記第２焦点の間に位置するホログラム記録層を有するホログラム記録担体と、
    前記第１焦点に位置する反射手段と、を含むことを特徴とするホログラム記録システム。
24. 参照光及び信号光による光学干渉パターンを回折格子として内部に保存するホログラム記録層を有するホログラム記録担体から情報を再生するホログラム再生システムであって、
    請求項２５に記載されたホログラム記録システムに加え、前記参照光を前記対物レンズ光学系により前記第１焦点に収束させつつ前記ホログラム記録層の前記回折格子を透過せしめ前記回折格子から再生光を生成するとき、前記対物レンズ光学系により、前記再生光を光検出器へ導く検出手段を含むことを特徴とするホログラム再生システム。

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