JP4569693B2 - 再生装置、再生方法 - Google Patents

Description

本発明は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体についての再生を行う再生装置とその方法に関する。

特開２００６−１０７６６３号公報 特開２００７−７９４３８号公報 特開２００８−１５２８２７号公報

例えば上記の特許文献１，２にあるように、信号光と参照光との干渉縞によりホログラムを形成することでデータの記録を行い、また上記干渉縞としてのホログラムにより記録されたデータを上記参照光の照射によって再生するホログラム記録再生方式が知られている。このホログラム記録再生方式としては、上記信号光と上記参照光とを同軸上に配置して記録を行う、いわゆるコアキシャル方式が知られている。

図１７、図１８は、コアキシャル方式によるホログラム記録再生手法について説明するための図として、図１７は記録手法、図１８は再生手法についてそれぞれ示している。
先ず、図１７において、記録時には、光源からの入射光に対し、ＳＬＭ（空間光変調器）１０１にて空間光強度変調（光強度変調、又は単に強度変調とも称する）を施すことで、図のように同軸上に配置された信号光と参照光とを生成するようにされる。ＳＬＭ１０１は、例えば画素単位で入射光を透過／遮断する液晶パネルなどで構成することができる。
このとき、上記信号光としては、記録データに応じた強度パターンを与えるようにして生成する。また、上記参照光は、予め定められた所定の強度パターンを与えるようにして生成する。

このようにＳＬＭ１０１にて生成された信号光及び参照光は、位相マスク１０２に入射する。このとき、位相マスク１０２によっては、図示されるように信号光・参照光に対してランダム位相パターンが与えられる。

ここで、信号光・参照光に対してランダムな位相変調パターンを与えるのは、信号光と参照光との干渉効率の向上や、信号光・参照光のスペクトルの拡散を図ることでＤＣ成分を抑圧し、高記録密度化を図るためである。
このようなＤＣ成分の抑圧を図るための具体的な位相変調パターンとしては、例えば「０」「π」の２値によるランダムパターンを設定するものとされている。すなわち、位相変調を行わないピクセル（つまり位相＝０）と、位相をπ（１８０°）だけ変調するピクセルとが半々となるようなランダムな位相変調パターンを設定するものである。

ここで、ＳＬＭ１０１による光強度変調によっては、信号光として、その光強度が記録データに応じて「０」「１」に変調された光が生成される。このような信号光に対し、「０」又は「π」による位相変調が施されることによっては、光の波面の振幅として、「−１」「０」「１（＋１）」を有する光がそれぞれ生成されることになる。すなわち、光強度「１」で変調されたピクセルについて位相「０」の変調が与えられたときは、振幅は「１」であり、位相「π」による変調が得られたときは振幅は「−１」となる。なお、光強度「０」のピクセルについては位相「０」又は「π」の何れの変調に対しても振幅は「０」のままである。

確認のために、図１９に位相マスク１０２が無い場合（図１９（ａ））と有る場合（図１９（ｂ））とでの信号光・参照光の違いを示しておく。なお、この図１９においては色濃度により光の振幅の大小関係を表現している。具体的に、図１９（ａ）では黒色→白色により振幅「０」→「１」を表し、図１９（ｂ）では黒色→灰色→白色により振幅「−１」→「０」→「１（＋１）」を表している。

上記位相マスク１０２による位相パターンは、ランダムパターンとされている。これによって、ＳＬＭ１０１から出力される信号光内の光強度「１」のピクセルを振幅「１」と「−１」とにランダム（半々）に分けることができるようにされている。このように振幅「１」と「−１」とにランダムに分けられることで、フーリエ面（周波数平面：この場合はメディア上での像と考えればよい）において均質にスペクトルをばらまくことができ、これによって信号光におけるＤＣ成分の抑圧を図ることができる。また位相マスク１０２によれば、参照光のＤＣ成分の抑圧も図られ、結果として上記フーリエ面におけるＤＣ成分の発生の防止が図られる。

このようにＤＣ成分の抑圧が図られれば、データ記録密度の向上を図ることができる。
なぜなら、ＤＣ成分が生じた場合、該ＤＣ成分によって記録材料が大きく反応し、ホログラムの多重記録を行うことができなくなってしまう。すなわち、ＤＣ成分が記録された部分に対しては、それ以上ホログラム（データ）を多重させて記録することができなくなってしまうからである。
上記のようなランダム位相パターンによってＤＣ成分の抑圧が図られれば、データの多重記録が可能となり、高記録密度化が図られる。

説明を戻す。
上記位相マスク１０２を介した信号光、参照光は、共に対物レンズ１０３によって集光されてホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される。これにより、ホログラム記録媒体ＨＭにおいては、信号光（記録像）に応じた干渉縞（回折格子：ホログラム）が形成される。すなわち、該干渉縞の形成によってデータが記録されるものである。

続いて、再生時においては、先ず図１８（ａ）に示されるように、入射光に対するＳＬＭ１０１の空間光変調（強度変調）によって、参照光を生成するようにされる。そして、このように生成された参照光が位相マスク１０２→対物レンズ１０３を介してホログラム記録媒体ＨＭに対して照射される。
このように参照光がホログラム記録媒体ＨＭに照射されることにより、図１８（ｂ）に示すように、記録されたホログラムに応じた回折光が得られ、該回折光がホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として出力されることになる。すなわち、記録データに応じた再生像（再生光）が得られる。

そして、このようにして得られた再生像を、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどとされるイメージセンサ１０４で受光し、該イメージセンサ１０４の受光信号に基づき、記録されたデータの再生が行われる。

ここで、上記のようにしてホログラム記録再生システムでは、記録データに応じた強度情報を有する信号光について、「０」「π」による位相変調を施した上で記録を行うことでＤＣ成分の抑圧を図り、ホログラムの多重記録を可能としている。
このような位相変調記録を行った場合、先の図１９（ｂ）に示したように、信号光には振幅情報として「０」「＋１」「−１」の３値が含まれることになる。つまり、これらの３値がホログラム記録媒体ＨＭに対して記録されるものである。

しかしながら、ここで問題となるは、再生時において再生像の検出を行うイメージセンサ１０１は、光強度の情報しか検出できないという点である。
ここで、ホログラム記録再生システムの光学系は、一般的にＳＬＭ、対物レンズ、メディア、接眼レンズ（対物レンズ）、イメージセンサのそれぞれがレンズの焦点距離だけ離間して配置されている、４ｆ光学系に基づく構成となっている。いわゆるフーリエ変換ホログラムと呼ばれる構成である。
このようなフーリエ変換ホログラムの構成では、先に説明した記録再生の一連の動作を、次のようにみなすことができる。すなわち、ＳＬＭの記録データパターンはフーリエ変換されてホログラム記録媒体（メディア）に投影され、メディアの読み出し信号（再生像）は逆フーリエ変換されてイメージセンサに投影される。そして、イメージセンサでは、そこに入力される光の波面の振幅の絶対値が２乗された、光の強度を検出しているというものである。
この点から、従来のホログラム記録再生システムは、強度・位相の双方を記録可能とされるのに対し、再生側ではそのうちの強度の情報しか再生できないという、非線形性を有するものとなっている。従来のホログラム記録再生システムでは、このような非線形性の問題から、位相変調記録を行った場合に適正にデータ再生を行うことが非常に困難とされていた。

このような非線形性の問題の解決を図るべく、先に本出願人は、メディアに記録された位相の情報（具体的にこの場合は振幅「−１」の情報）も適正に読み出す「線形読み出し」を実現するための技術を提案している。具体的には、上記した特許文献３に記載される所謂「コヒーレント加算方式」と呼ばれる読み出し手法である。

この「コヒーレント加算方式」では、再生時において、次の図２０に示されるようなコヒーレント光を生成し、該コヒーレント光を参照光と共にホログラム記録媒体ＨＭに照射するようにされている。すなわち、先の図１８にて説明した通常の再生手法では、再生像を得るための参照光のみを照射するものとされていたが、コヒーレント加算方式ではさらにコヒーレント光も併せて照射するものである。
上記コヒーレント光は、光強度、及び位相がそれぞれ均一となるように生成された光を指す。またコアキシャル方式において、上記コヒーレント光としては、図２０にも示しているように記録時に信号光を生成した領域（信号光エリアと呼ばれる）と同じ領域にて光を透過させることで生成するようにされている。

次の図２１を参照して、コヒーレント加算方式による再生手法について具体的に見ていく。
先ず前提として、コヒーレント加算方式による再生を行う場合には、位相変調素子として、可変的な位相変調が可能な位相変調器（図２１（ａ）中の位相変調器１０１ｂ）を設けることになる。ここで、コヒーレント加算方式により再生を行う記録再生システムでは、入射光に与える位相パターンとして、記録時には上述した多重記録を可能とするための位相パターン（位相マスク１０２に相当する２値ランダム位相パターン）、再生時にはコヒーレント光生成のための後述する均一な位相パターンを設定する必要がある。つまりこのことから、この場合の位相変調素子としては、可変的な位相変調が可能な位相変調器１０１ｂを用いる必要がある。

この場合、ＳＬＭ１０１としては、入射光に対する強度変調を行う強度変調器１０１ａと、上記位相変調器１０１ｂとが一体的に形成されて構成される。このようなＳＬＭ１０１により、入射光の強度と位相とを任意に変調することが可能とされる。

図２１（ａ）に示すように、この場合の再生時には、上記ＳＬＭ１０１により参照光とコヒーレント光とを生成する。
再生時において、先ず参照光については、記録時と同じ強度パターン及び位相パターンを有するものを生成する。つまり、再生対象とするホログラムを記録したときと同じ強度・位相パターンによる参照光を生成するものである。これは、多重記録したホログラムを適正に再生するには、そのホログラムを記録したときのパターンと同パターンの参照光を照射する必要があるためである。換言すれば、或るパターンを有する参照光を照射して記録したホログラムは、そのパターンを有する参照光を用いてのみ適正に再生できるものである。
この意味で、再生時における参照光としては、記録時と同じ強度・位相パターンを有するものを生成する。

上述したようにコヒーレント光としては、記録時において信号光を生成したエリア（信号光エリア）にて入射光を透過させることで生成する。具体的に、このコヒーレント光としては、強度変調器１０１ａにて信号光エリア内の各画素を所定の強度に変調することで、その強度が均一となるようにされている。

「コヒーレント加算方式」は、このように均一な強度を有するようにされたコヒーレント光と、上記参照光の照射に応じて得られる再生像とを共にイメージセンサ１０４にて結像させ、これによりイメージセンサ１０４において、再生像とコヒーレント光との合成光についての検出が行われるようにするものである。

このとき、コヒーレント光は、再生像と同位相の成分として加算されるようにする。このため、コヒーレント光の位相は、再生像の位相（再生像内の基準位相）と同位相に揃える。
なお、上記「再生像内の基準位相」とは、再生像内に含まれるＳＬＭ１０１の画素単位の像（記録信号）のうち、位相「０」（０π）による変調が与えられて記録された画素の位相を指すものである。

ここで、上記のように再生像内の基準位相は、位相変調器１０１ｂにて０πによる位相変調が与えられて記録された信号の位相である。従って、コヒーレント光の位相をこの再生像内の基準位相に対して一致させるためには、コヒーレント光に対しても、位相変調器１０１ｂにて位相「０」による位相変調を与えれば良いと考えられる。

但し、ホログラム記録再生システムにおいては、ホログラム記録媒体ＨＭ（メディア）に参照光を照射して得られた再生像の位相が、メディアに記録された信号の位相からπ／２だけずれたものとなる点を考慮しなければならない。つまり、仮に、コヒーレント光に対し位相「０」による変調を与えた場合には、再生像内の基準位相とコヒーレント光の位相とに「π／２」の位相差が生じてしまい、コヒーレント光を再生像と同位相の成分として適正に加算することができなくなってしまう。

この点を考慮し、コヒーレント光の位相を再生像内の基準位相と一致させるためには、位相変調器１０１ｂにおいて、図のように「π／２」による変調を与える。具体的にこの場合の位相変調器１０１は、信号光エリア内の各画素にてπ／２による位相変調を与えるものである。

上記により説明したＳＬＭ１０１の空間光変調により参照光とコヒーレント光とが生成されることに応じて、図２１（ｂ）に示されるようにして、再生像と、該再生像と同位相のコヒーレント光とが、対物レンズ１０３を介してイメージセンサ１０４に対して導かれることになる。このとき、上記コヒーレント光は、再生像と同位相の成分として加算されたものとしてイメージセンサ１０４にて検出される。

「コヒーレント加算方式」では、このような「再生像＋コヒーレント光」の成分がイメージセンサ１０４にて検出されるようにした上で、検出された「再生像＋コヒーレント光」の画像信号に対し、以下のような処理を施して線形読み出し信号を得る。
先ずは、上記「再生像＋コヒーレント光」の画像信号について、各画素の値の平方根を計算する。
その上で、この平方根計算結果から、加算したコヒーレント光の成分を除去する処理を行う。具体的には、例えば平方根計算結果の値から加算したコヒーレント光の強度の値を減算するものである。

ここで、上記により説明したコヒーレント光の加算・平方根計算・加算分の除去の一連の動作によって、線形読み出しが実現されることについて説明する。
なお、以下の説明にあたり、再生像の振幅は例えば±0.078の範囲内であるとする。すなわち、再生像の振幅は最大値＝0.078、最小値＝−0.078であるとする。
また、加算したコヒーレント光の強度の値は、例えば0.1であったとする。

先ず、比較のため、コヒーレント加算を行わずに従来どおり参照光の照射のみで読み出しを行った場合について考察してみる。
先に説明したフーリエ変換ホログラムと上記再生像の振幅の最大値・最小値の前提によると、この場合の再生像の振幅の最大値、最小値に応じて得られるイメージセンサ１０４の出力値は、その２乗値である「6.1E-3」という同じ値で得られることになる。このようにイメージセンサ１０４にて「＋１」と「−１」に相当する値が同じ値で検出されることで、以降でどのような信号処理を行っても、失われた位相情報を正確に復元することはできないものとなってしまう。つまり、非線形な歪みが発生するものである。

一方、「コヒーレント加算方式」として、参照光と共にその位相が再生像と同位相とされるコヒーレント光を照射する場合には、コヒーレント光の強度に応じた値を、再生像に対して加算することができる。なお確認のために述べておくと、このようなコヒーレント光は、振幅・位相が均一となるようにされたＤＣ成分であるので、記録されたホログラムと干渉することはない。

ここで、上記説明によると、この場合のコヒーレント光の加算量は例えば0.1とされる。これによると、再生像にはこの0.1の成分が加わることによって、最大値0.078は0.178²=0.032、最小値-0.078は0.022²=4.8E-4という強度としてイメージセンサ１０４により検出される。この場合、イメージセンサ１０４の出力に対しては、上述のように平方根が計算され、その後加算された成分を除去するということが行われる。従って振幅の最大値0.078は0.178−0.1＝0.078によって元の値に復元でき、また最小値-0.078としても0.022−0.1＝-0.078により元の値に復元することができる。

このようにして「コヒーレント加算方式」による再生手法によれば、位相変調記録によって記録された位相情報が失われない、線形な読み出しを実現することができる。
なお、ここで重要となるのは、再生像に対するコヒーレント光の加算量（強度値）である。すなわち、上記のような線形読み出しを実現するにあたり、コヒーレント光の加算量は、イメージセンサ１０４による強度検出（２乗値化）に対して負の折り返しを生じさせないように、少なくとも「再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きな値」という条件が満たされる必要があることになる。
この点から「コヒーレント加算方式」において、上記コヒーレント光としては、再生像に対して加算されるときの強度が「再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きな値」で、且つ位相が「再生像の基準位相と同位相」とされることが必要最低限の条件となる。

上記のようにして「コヒーレント加算方式」によれば、位相変調記録によるＤＣ成分抑圧の面での高記録密度化を図る上で振幅「−１」「０」「＋１」の３値が記録される場合に、振幅「０」と共に位相情報を含む「−１」「＋１」を適正に読み出すことができ、線形読み出しを実現することができる。

しかしながら、従来のコヒーレント加算方式では、再生像とコヒーレント光との強度差について全く考慮されていない点が問題となる。
ここで、再生像は、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたホログラムに対し参照光が照射されることに応じた回折現象によって得られるものである。つまり、再生像の光量（光強度）は、このような回折現象における回折効率に依存して決まるものである。
具体的に、ホログラム記録再生システムにおける回折効率ηは、一般に１０^-3〜１０^-4程度である。

これに対し、再生像に加算されるコヒーレント光の強度は、強度変調器１０１ａから出力されホログラム記録媒体ＨＭを介しイメージセンサ１０４に導かれるまでの間の光量のロス分のみで決まる。つまり、コヒーレント光は、再生像と比較して単純に上記のような回折効率による光量のロス分が無いことから、再生像に対して非常に強度の強い光となることが分かる。

具体的に、コヒーレント光の強度を「１」に設定したと仮定した場合、イメージセンサ１０４にて検出される振幅Ｉ（振幅「１」が記録された画素の振幅、振幅「−１」が記録された画素の振幅の双方）は、


で表される。ここで、回折効率η＝１０^-4とすれば、


である。
これは、バックグラウンド光となるコヒーレント光の強度に対し、再生像のコントラスト（振幅「１」〜振幅「−１」）が非常に低いことを意味しており、この場合はわずか２％の強度差を検出しなければならないこととなってしまう。

このようにコントラストの低い再生像を精度良く検出するのは非常に困難となる。このため従来では、再生特性の悪化が避けられない状況にあった。

なお、特許文献３には、コヒーレント光の強度を「１」ではなく「0.1」に設定することも開示されているが、何れにしても従来においては、コヒーレント光の強度調整を、画素単位で可変的な光強度変調を行う強度変調器を用いて行うようにされている点が問題となる。
ここで、加算されるコヒーレント光の強度は、上述の回折効率（例えば１０^-4）を考慮すれば、強度「１」の変調を行った場合の例えば0.1％（1／1000）程度の強度に抑えることが望ましい。
しかしながら現状において、画素単位で可変的な光強度変調を行う構成においては、このような1／1000程度の強度を安定して設定することが非常に困難とされている。このため従来においては、コヒーレント光の強度（振幅）は「１」や「0.1」など、再生像の振幅に対して大幅に大きく設定せざるを得ず、このことで、再生特性の悪化を招くものとなっていた。

そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、再生装置として以下のように構成することとした。
つまり、信号光と参照光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対して、上記参照光と共に、光強度及び位相を均一とするようにして生成したコヒーレント光を照射する光照射部を備える。
さらに、上記コヒーレント光の光強度を減衰させる減光部を備えるようにした。

上記のようにして本発明では、再生時にコヒーレント光を生成・照射する構成において、上記コヒーレント光の光強度を減衰させる構成を別途具備するものとしている。このことで、コヒーレント光の強度を大幅に減衰させることができる。

本発明によれば、コヒーレント光の光強度を減衰させるための減光部を別途備えることで、コヒーレント光の強度を大幅に減衰させることができる。このことで、参照光の照射に応じて得られる再生像のコントラストを相対的に上げることができ、結果、再生特性の向上を図ることができる。

以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
なお、説明は以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態（部分的減光素子を用いる例）
[記録再生装置の構成]
[第１の実施の形態としての減光手法]
２．第２の実施の形態（部分的偏光方向制御素子を用いる例）
２−１．第１例（部分的偏光方向制御素子をスライド駆動）
２−２．第２例（部分的偏光方向制御素子を回転駆動）
３．第３の実施の形態（部分的偏光方向制御器を用いる例）
４．変形例

１．第１の実施の形態（部分的減光素子を用いる例）
[記録再生装置の構成]

図１は、第１の実施の形態としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。
ここで、以下の各実施の形態では、本発明の再生装置が記録機能も有する記録再生装置として構成される場合を例示する。
この図１に示す第１の実施の形態の記録再生装置は、コアキシャル方式によるホログラム記録再生を行うように構成される。コアキシャル方式は、信号光と参照光とを同一光軸上に配置し、それらを共に所定位置にセットされたホログラム記録媒体に照射してホログラムの形成によるデータ記録を行い、また再生時には参照光をホログラム記録媒体に対して照射することで上記ホログラムとして記録されたデータの再生を行うものである。
また、本実施の形態の記録再生装置は、記録時において、記録密度向上のための位相変調記録を行うと共に、再生時には、線形読み出しを実現するための「コヒーレント加算方式」による再生を行う。
また、本実施の形態の記録再生装置は、図中のホログラム記録媒体ＨＭとして、反射膜を備えた反射型のホログラム記録媒体に対応する構成が採られる。

図１において、レーザダイオード（ＬＤ）１は、記録再生のためのレーザ光を得るための光源として設けられる。このレーザダイオード１としては、例えば外部共振器付きレーザダイオードが採用され、レーザ光の波長は例えば４１０nm程度とされる。
レーザダイオード１からの出射光はコリメータレンズ２を介した後、偏光ビームスプリッタ３に導かれる。

偏光ビームスプリッタ３は、ｘ偏光を透過、ｙ偏光（上記ｘ偏光と偏光方向が直交する）を反射する。従って、上記のようにレーザダイオード１から出射され偏光ビームスプリッタ３に入射したレーザ光（直線偏光）は、ｘ偏光が当該偏光ビームスプリッタ３を透過し、ｙ偏光のみが当該偏光ビームスプリッタ３にて反射される。

偏光ビームスプリッタ３で反射された光（ｙ偏光）は、後述する部分的減光素子１８を介して偏光方向制御器４に入射する。
なお、上記部分的減光素子１８については後述するものとし、ここでは説明の便宜上、当該部分的減光素子１８は挿入されていないものとして扱う。

上記偏光方向制御器４は、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal：強誘電性液晶）としての反射型液晶素子を備えて構成され、入射光について、画素単位で偏光方向を制御するように構成されている。
この偏光方向制御器４は、図中の空間光変調制御部１６からの駆動信号に応じて、各画素ごとに入射光の偏光方向を９０°変化、或いは入射光の偏光方向を不変とするようにして空間光変調を行う。具体的には、駆動信号がＯＮの画素は偏光方向の角度変化＝９０°、駆動信号がＯＦＦの画素は偏光方向の角度変化＝０°となるように、駆動信号に応じ画素単位で偏光方向制御を行うように構成されている。

図示するようにして、上記偏光方向制御器４からの出射光（偏光方向制御器４にて反射された光）は、偏光ビームスプリッタ３に再度入射する。

ここで、図１に示す記録再生装置では、偏光方向制御器４による画素単位の偏光方向制御と、入射光の偏光方向に応じた偏光ビームスプリッタ３の選択的な透過／反射の性質とを利用して、画素単位の空間光強度変調（光強度変調、或いは単に強度変調とも称する）を行うようにされている。

図２は、このような偏光方向制御器４と偏光ビームスプリッタ３との組み合わせにより実現される強度変調動作のイメージを示している。図２（ａ）はＯＮ画素の光について、図２（ｂ）はＯＦＦ画素の光についてそれぞれその光線状態を模式的に示している。
上述もしたように、偏光ビームスプリッタ３は、ｘ偏光を透過、ｙ偏光を反射するので、上記偏光方向制御器４には、ｙ偏光が入射することになる。
この前提を踏まえると、偏光方向制御器４にて偏光方向が９０°変化された画素の光（駆動信号ＯＮの画素の光）は、偏光ビームスプリッタ３に対しｘ偏光で入射することになる。このことで、偏光方向制御器４におけるＯＮ画素の光は、偏光ビームスプリッタ３を透過することになり、ホログラム記録媒体ＨＭに対して導かれることになる（図２（ａ））。
一方、駆動信号がＯＦＦとされ偏光方向が変化されなかった画素の光は、偏光ビームスプリッタ３にｙ偏光で入射する。つまり、偏光方向制御器４におけるＯＦＦ画素の光は偏光ビームスプリッタ３にて反射されて、ホログラム記録媒体ＨＭに対しては導かれないようになっている（図２（ｂ））。

このようにして、画素単位で偏光方向制御を行う偏光方向制御器４と、偏光ビームスプリッタ３との組み合わせにより、画素単位による光強度変調を行う強度変調部が形成されている。

ここで、本実施の形態ではホログラム記録再生方式としてコアキシャル方式が採用されている。コアキシャル方式が採用される場合、偏光方向制御器４においては、信号光と参照光とを同一光軸上に配置するために、次の図３に示すような各エリアが設定される。
この図３に示されるようにして、偏光方向制御器４においては、その中心（光軸中心）を含む略円形の所定範囲のエリアが、信号光エリアＡ２として設定される。そして、この信号光エリアＡ２の外側には、ギャップエリアＡ３を隔てて、略輪状の参照光エリアＡ１が設定されている。
これら信号光エリアＡ２、参照光エリアＡ１の設定により、信号光と参照光とを同一光軸上に配置するようにして照射することができる。
なお、上記ギャップエリアＡ３は、上記参照光エリアＡ１にて生成される参照光が信号光エリアＡ２に漏れ込んで信号光に対するノイズになることを避けるための領域として定められている。

図１に戻り、空間光変調制御部１６は、上記偏光方向制御器４に対する駆動制御を行うと共に、後述する位相変調器８に対する駆動制御を行うことで、記録時には位相変調記録のための例えば２値ランダム位相パターン（位相「０」と位相「π」の数が略半々）の与えられた信号光と参照光を生成させ、また、再生時には、記録時と同じ強度・位相パターンを有する参照光と、コヒーレント光とを生成させる。
なお、この空間光変調制御部１６の具体的な動作内容については後述する。

上記偏光方向制御器４を介し、さらに上記偏光ビームスプリッタ３を透過した光は、図のようにリレーレンズ５→アパーチャー６→リレーレンズ７が同順で配置されたリレーレンズ系に導かれる。図示するようにリレーレンズ５によっては、偏光ビームスプリッタ３を透過したレーザ光が所定の焦点位置に集光するようにされ、リレーレンズ７によっては集光後の拡散光としてのレーザ光が平行光となるように変換される。アパーチャー６は、上記リレーレンズ５による焦点位置（フーリエ面：周波数平面）に設けられ、光軸を中心とする所定範囲内の光のみを透過、それ以外の光を遮断するように構成される。このアパーチャー６により、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されるホログラムページのサイズが制限され、ホログラムの記録密度（つまりデータ記録密度）の向上が図られる。

上記リレーレンズ系を介したレーザ光は、位相変調器８に導かれる。この位相変調器８は、入射光に対し画素単位で空間光位相変調（単に位相変調とも称する）を施すように構成され、先の偏光方向制御器４と同様の参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、及びギャップエリアＡ３が設定されている。
位相変調器８は、偏光方向制御器４とのピクセルマッチング（偏光方向制御器４の各画素と位相変調器８の各画素がそれぞれ１対１で対応する状態）がとられるように、その挿入位置が、上記リレーレンズ系により形成される、偏光方向制御器４の実像面となる位置とされ、且つ、入射面に平行な面上での位置については、偏光方向制御器４の参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、ギャップエリアＡ３を介した光が、それぞれ、位相変調器８の参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、ギャップエリアＡ３に入射する状態が得られるように調整されている。

ここで、本実施の形態の場合、上記位相変調器８としては、画素単位で可変的な位相変調が可能な透過型の液晶パネルを用いるものとしている。
このように画素単位で可変的な位相変調が可能な液晶パネルとしては、内部の液晶素子を、次の図４に示す考えに基づき構成することで実現することができる。

図４（ａ）は、液晶パネル内の液晶素子に駆動電圧を印加していない状態（つまり駆動電圧OFFの状態）での液晶分子の様子を示し、図４（ｂ）は液晶素子に所定レベルでの駆動電圧を印加した状態（駆動電圧ONの状態）での液晶分子の様子を示している。
図示するようにして図４（ａ）の駆動電圧OFFの状態では、液晶分子は水平配向となり、また図４（ｂ）に示す駆動電圧ONの状態では液晶分子は垂直配向に変化することになる。
このとき、液晶素子の屈折率ｎについて、駆動電圧OFFによる上記水平配向時の屈折率をｎh、所定レベルでの駆動電圧ONによる上記垂直配向時の屈折率をｎvとすると、液晶素子の厚さをｄとした場合、駆動電圧OFF時に与えられる位相変化量は「ｄ×ｎh」となり、駆動電圧ON時に与えられる位相変化量は「ｄ×ｎv」となる。従ってこのことから、駆動電圧のON/OFFによって与えることのできる位相差Δｎｄとしては、
Δｎｄ＝ｄ×ｎh−ｄ×ｎv
により表されるものとなる。
この関係式より、画素単位で所要の位相差を与えるにあたっては、液晶素子の厚さｄを調整すればよいことがわかる。
本実施の形態の位相変調器８としては、液晶素子の厚さｄを調整することで、例えば位相差Δｎｄ＝πとなるように設定している。すなわち、これによって各画素ごとに、上記ON／OFFとしての駆動電圧の切換を行うことで「０」と「π」の２値による光位相変調を施すことが可能とされているものである。

また、上記のように所定レベルによる駆動電圧ON時と駆動電圧OFF時とで位相「０」「π」の変調を行うことができるということは、駆動電圧レベルを上記所定レベルまで段階的に制御することで、位相は「０」〜「π」まで段階的に変化させることができる。例えば、駆動電圧レベルを上記所定レベルの１／２とすれば、位相「π／２」による変調も可能となる。

なお確認のために述べておくと、このような位相変調器８は、その光学基準軸の方向が、入射光の偏光方向（この場合はｘ方向である）と一致する状態で用いるものである。

説明を図１に戻す。
上記位相変調器８を介した光は、偏光ビームスプリッタ９に導かれる。この偏光ビームスプリッタ９としてもｘ偏光を透過、ｙ偏光を反射するように構成され、従って上記位相変調器８を介して導かれたレーザ光は偏光ビームスプリッタ９を透過する。

上記偏光ビームスプリッタ９を透過したレーザ光は、リレーレンズ１０→アパーチャー１１→リレーレンズ１２が同順で配置されたリレーレンズ系に導かれる。このリレーレンズ系による作用は、先に説明したリレーレンズ５、アパーチャー６、リレーレンズ７によるリレーレンズ系と同様である。

上記リレーレンズ１０→アパーチャー１１→リレーレンズ１２によるリレーレンズ系を介したレーザ光は、１／４波長板１３を介した後、対物レンズ１４によってホログラム記録媒体ＨＭの記録面上に集光するようにして照射される。

ここで、後述もするが、記録時においては、偏光方向制御器４と偏光ビームスプリッタ３との組による強度変調部と位相変調器８とによる空間光変調が行われることで、信号光と参照光とが生成される。従って記録時においては、上記により説明した光路によりこれら信号光と参照光とがホログラム記録媒体ＨＭに対して照射され、その結果、ホログラム記録媒体ＨＭには、これら信号光と参照光との干渉縞（回折格子：ホログラム）が形成される。つまりこれにより、データの記録が行われる。

また、再生時には、偏光方向制御器４と偏光ビームスプリッタ３との組による強度変調部と位相変調器８とによる空間光変調が行われることで、参照光と、コヒーレント光とが生成される。参照光が上記の光路によってホログラム記録媒体ＨＭに照射されることで、ホログラム記録媒体ＨＭに形成されたホログラムに応じた回折光が再生光（再生像）として得られる。この再生光は、ホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として記録再生装置側に戻されることになる。
また、上記コヒーレント光は、ホログラム記録媒体ＨＭにて反射され、記録再生装置側に戻されることになる。

このようにしてホログラム記録媒体ＨＭからの反射光として得られる再生光・コヒーレント光は、対物レンズ１４を介した後、１／４波長板１３→リレーレンズ１２→アパーチャー１１→リレーレンズ１０を介して偏光ビームスプリッタ９に導かれる。
上記再生光は、１／４波長板１３の働きよりｙ偏光で偏光ビームスプリッタ９に入射することになる。このため、再生光は偏光ビームスプリッタ９にて反射され、イメージセンサ１５に対して導かれる。また上記コヒーレント光も偏光ビームスプリッタ９にて反射され、イメージセンサ１５に対して導かれることになる。

イメージセンサ１５は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどの撮像素子を備え、上記のようにして導かれたホログラム記録媒体ＨＭからの再生光（再生像）及びコヒーレント光を受光し、電気信号に変換する。これによって再生時には、上記再生像（記録された像）にコヒーレント光が加算された成分についての光強度検出結果を表す受光信号（画像信号）が得られる。

イメージセンサ１５により得られた画像信号（再生像＋コヒーレント光）は、データ再生部１７に供給される。
データ再生部１７は、上記画像信号に対する所定の再生信号処理、及びデコード処理を行うことで、記録データの再生を行う。なお、データ再生部１７の内部構成、及びその動作については後述することとする。

〜位相変調記録〜
ここで、図１に示す記録再生装置には、アパーチャー６（及び１１）が設けられ、メディア上におけるホログラムページの占有面積の縮小化に伴う、高記録密度化が達成される。
なお確認のために述べておくと、ホログラムページとは、信号光と参照光の１度の照射により形成される干渉縞と同義である。換言すれば、このホログラムページは、ホログラム記録媒体ＨＭに記録することのできるデータの最小単位を指すものとも定義することができる。

本実施の形態の記録再生装置では、このようなアパーチャーによるホログラムページの占有面積の縮小化の面での高記録密度化と共に、さらに、先の図１７や図１９を参照して説明したような、「０」「π」の位相変調（例えば２値ランダム位相パターン）を与えた信号光・参照光の照射による記録を行うことで、ＤＣ成分の抑圧を図ることによる記録密度の向上も図るものとしている。いわゆる、位相変調記録による記録密度の向上である。

図１において、このような位相変調記録は、空間光変調制御部１６が偏光方向制御器４及び位相変調器８を駆動制御することで実現されるものとなる。
図５は、図１に示される偏光方向制御器４、位相変調器８、空間光変調制御部１６を抽出して示し、さらに、空間光変調制御部１６の内部構成も示している。なおこの図５では、偏光方向制御器４の入／出射光、位相変調器８の入／出射光も併せて示している。

図５において、空間光変調制御部１６内には、符号化部２１、マッピング部２２、偏光制御ドライバ２３、及び位相変調パターン生成部２４、位相変調ドライバ２５が備えられる。

先ず、記録時において、符号化部２１に対しては、図１にも示した記録データが入力される。符号化部２１は、このように入力される記録データに対し、記録フォーマットに従った所定の記録変調符号化処理を施す。

マッピング部２２は、記録時において上記符号化部２１にて符号化されたデータを、記録フォーマットに従って信号光エリアＡ２内に配列する。つまり、このような信号光エリアＡ２へのデータのマッピング処理により、１ホログラムページ分のデータパターンが生成される。

また、マッピング部２２は、このような信号光エリアＡ２内へのデータマッピングと共に、参照光エリアＡ１の所定の画素を「１」、それ以外の画素を「０」とし、且つギャップエリアＡ３と参照光エリアＡ１より外周部分とを全て「０」としたデータパターンを生成し、このデータパターンと上記信号光エリアＡ２内のデータパターンとを併せて偏光方向制御器４の全有効画素分のデータパターンを生成する。
このようにして生成された偏光方向制御器４の全有効画素分のデータパターンは、偏光制御ドライバ２３に供給され、当該偏光制御ドライバ２３は、このデータパターンに基づき偏光方向制御器４の各画素を駆動制御する。
これにより、図１に示した偏光ビームスプリッタ３から対物レンズ１４側への出射光として、記録時には、記録データに応じたパターンにより強度変調の施された信号光の元となる光と、さらに所定パターンで強度変調の施された参照光の元となる光とが得られるものとなる。

また、記録時において、空間光変調制御部１６では、このような偏光方向制御器４に対する駆動制御のための動作（つまり強度変調のための動作）と共に、位相変調器８に対する駆動制御のための動作も行う。
先ず、位相変調パターン生成部２４は、予め設定された所定のデータパターンに基づき、位相変調器８の信号光エリアＡ２内に設定すべき位相変調パターンを生成する。本実施の形態の場合も、位相変調記録時に与える位相変調パターンについては、２値ランダム位相パターンが設定されているものとする。
また、これと共に位相変調パターン生成部２４は、位相変調器８の参照光エリアＡ１に設定すべき位相変調パターンとして、所定の位相変調パターンを生成する。参照光エリアＡ２に設定する位相変調パターンとしても、２値ランダム位相パターンとする。
そして位相変調パターン生成部２４は、このようにして生成した信号光エリアＡ２と参照光エリアＡ１についてのそれぞれの位相変調パターン（対応する各画素の制御パターン）を併せて、位相変調器８の全有効画素分の位相変調パターンを生成する。このとき、信号光エリアＡ２と参照光エリアＡ１以外の画素については、例えば位相「０」に対応した値を設定する。
そして、このようにして生成した位相変調パターンを位相変調ドライバ２５に供給する。

位相変調ドライバ２５は、位相変調パターン生成部２４から供給される位相変調パターンに基づき、位相変調器８の各画素を駆動制御する。これによって位相変調器８から出力される信号光として、２値ランダム位相パターンによる位相変調の施された信号光、参照光を得ることができる。

〜コヒーレント加算〜
ここで、先にも述べたように、再生時において参照光のみを照射するホログラム記録再生系では、再生像についての画像信号を検出するイメージセンサが、位相情報までを検出することができないという意味で、非線形性を有するものとなっている。
そして、このような非線形性の問題から、再生時に参照光のみを照射するシステムでは、適正なデータ再生を行うことが非常に困難とされていた。

この点を考慮し、本実施の形態の記録再生装置では、線形読み出しを可能とすべく、再生時に参照光と共にコヒーレント光を併せて照射し、コヒーレント加算方式による再生を行うものとしている。
ここで、コヒーレント光は、振幅、位相が均一となるようにされた光を意味する。具体的に、その位相は、参照光の照射に応じてホログラム記録媒体ＨＭから得られる再生像内の基準位相と同位相となるようにされ、且つ、強度は、再生像に対して加算されるときの強度が、再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大となるように調整された光を指す。
ここで、上記「再生像内の基準位相」とは、記録時において、位相「０」による変調が与えられて記録されたピクセルの位相であるとする。

このようなコヒーレント光と参照光との照射による読み出しを実現するために、先の図５に示した空間光変調制御部１６は、再生時において以下の動作を行う。
先ず、参照光と共に照射するコヒーレント光は、記録時に信号光を生成した領域（信号光の光線領域）にて生成するものである（先の図２０を参照）。
空間光変調制御部１６におけるマッピング部２２は、再生時において、参照光エリアＡ１を記録時と同様の「０」「１」のパターンとした上で、さらに信号光エリアＡ２の全域を「１」とし、他の領域をすべて「０」としたデータパターンを生成する。そして、このデータパターンを偏光制御ドライバ２３に供給する。

偏光制御ドライバ２３は、上記マッピング部２２から供給された偏光方向制御器４の全画素分のデータパターンに応じて、偏光方向制御器４の各画素を駆動制御する。これにより、図１に示した偏光ビームスプリッタ３から対物レンズ１４側への出射光として、記録時と同じ強度パターンの与えられた参照光の元となる光と、信号光の光線領域において、その全域が光強度「１」で均一となるようにされたコヒーレント光の元となる光とが得られる。

また、図５において、再生時には、さらに位相変調パターン生成部２４及び位相変調ドライバ２５が以下の動作を行う。
すなわち、位相変調パターン生成部２４は、位相変調器８の参照光エリアＡ１について、記録時と同様の位相変調パターンとしてのデータパターンを生成すると共に、さらに信号光エリアＡ２について、その全域を所定の値で埋めたデータパターンを生成する。そして、これらのデータパターンを合わせて位相変調器８の全有効画素分のデータを生成し、これを位相変調ドライバ２５に対して供給する。

ここで、先の図４にて説明したように、位相変調器８は、駆動電圧レベルに応じて可変的に各画素の位相を変調することが可能に構成される。具体的には、駆動電圧レベルに応じ各画素ごとに位相を「０」〜「π」の間で可変的に変調することができる。
これに対応して、位相変調ドライバ２５は、位相変調パターン生成部２４からの値「０」〜「１」（例えば２５６階調であれば０〜２５５）に応じた駆動電圧レベルにより位相変調器８の各画素を駆動するように構成されている。
上記のようにして位相変調パターン生成部２４により生成されたデータパターンで信号光エリアＡ２内が所定値で埋められた場合、位相変調ドライバ２５は、位相変調器８の信号光エリアＡ２内の各画素をその値に応じた駆動電圧レベルで駆動する。これによって信号光エリアＡ２を透過して得られるコヒーレント光の位相を、上記所定値に応じて可変的に設定できるようにされている。

ここで、コヒーレント光の位相としては、上述のようにして再生像内の基準位相と同位相であることが条件とされる。このような「再生像内の基準位相と同位相」とするにあたって位相変調器８がコヒーレント光（信号光エリアＡ２内）に与えるべき位相変調量としては、同じ位相変調器８が記録時に位相「０」の変調を与えた画素の位相を基準位相＝「０」としたとき、該基準位相から「π／２」の位相差を与えることのできる位相変調量とすればよい。つまり位相変調器８においては、信号光エリアＡ２内にて「π／２」の位相変調量による位相変調を施せばよい。

このようにコヒーレント光に対し「π／２」による位相変調を与えるのは、以下のような理由による。
すなわち、ホログラム記録再生方式では、ホログラム記録媒体ＨＭに対して参照光を照射して再生像を得たとき、当該再生像の位相が、記録信号の位相からπ／２だけずれるという現象が起こる（この点については下記の参考文献１を参照）。この点から、再生像内の基準位相は「０」のままではなく、「π／２」だけずれるものであり、これに対応させるべく、コヒーレント光に与える位相としても「π／２」に設定すればよいものである。

参考文献１・・・Kogelnik,H "Coupled wave theory for thick hologramgrating". Bell System Technical Journal,48,2909-47

このようにして、コヒーレント光の生成にあたっては、位相変調器８において信号光エリアＡ２内の各画素で位相「π／２」による変調を与える。
この位相「π／２」による変調を与えるために、上述した位相変調パターン生成部２４では、信号光エリアＡ２内の値として「０．５」（２５６階調の場合「１２７」に対応する値）を割り振る。

上記により説明した空間光変調制御部１６の動作により、再生時においては、参照光と共に、位相が再生像内の基準位相と同位相で且つ強度が再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大きくなるようにされたコヒーレント光がホログラム記録媒体ＨＭに対して照射されることになる。すなわち、本実施の形態では、参照光の照射によってホログラム記録媒体ＨＭに記録されたデータに応じた再生像が得られる一方で、コヒーレント光がホログラム記録媒体ＨＭに照射された後、反射光として上記再生像と共にイメージセンサ１５に対して導かれることになる。
このとき、コヒーレント光の位相は再生像と同位相となるように変調されているので、コヒーレント光は、イメージセンサ１５に結像するときに再生像と同位相の成分として加算されることになる。これによりイメージセンサ１５は、再生像に対してコヒーレント光が加算された成分についての読み出し信号を得るようにされる。

本実施の形態では、上記のようにしてイメージセンサ１５にて得られる、コヒーレント光が加算された再生像についての読み出し信号（画像信号）に基づき、図１に示したデータ再生部１７が記録データの再生を行うことになる。

図６に、データ再生部１７の内部構成を示す。なお、この図６ではイメージセンサ１５も併せて示している。
図示するようにしてデータ再生部１７には、線形化処理部２６、及び再生処理部２７が設けられている。

線形化処理部２６は、イメージセンサ１５により得られたコヒーレント光＋再生像についての検出結果としての画像信号を入力し、線形読み出しのための処理を行う。
この場合の線形化処理部２６には、図示するようにして平方根計算部２６ａ、及びオフセット除去部２６ｂが備えられている。
平方根計算部２６ａは、イメージセンサ１５によって得られる画像信号を構成する各値について、その平方根を計算し、その結果をオフセット除去部２６ｂに供給する。
なお確認のために述べておくと、イメージセンサ１５によっては、検出された光の強度が例えば２５６階調などの所定階調による振幅値で表されるものとなっている。平方根計算部２６ａは、このようなイメージセンサ１５の各画素の振幅値について、その平方根計算を行うことになる。

また、上記オフセット除去部２６ｂは、平方根計算部２６ａにより得られた平方根の値から、コヒーレント光の成分（すなわち検出対象である再生像に対するオフセット成分）を除去するための処理を行う。具体的に、この場合のオフセット除去部２６ｂは、平方根計算部２６ａにより得られた各画素の振幅値の平方根の値について、それぞれコヒーレント光の加算量に応じた値を減算する処理を行う。
ここで、本実施の形態の場合、コヒーレント光の加算量（再生像に対して加算されるコヒーレント光の強度）は、後述する実施の形態としての減光部によっても調整される。オフセット除去部２６ｂにて平方根計算結果値から減算する値は、このような減光部による調整を経て、最終的に再生像に対して加算される（イメージセンサ１５にて結像する）ときのコヒーレント光の強度の値を設定することになる。

なお、ここではコヒーレント光の加算分の除去として、平方根計算結果値からコヒーレント光の加算量の値を減算する手法を例示したが、このように明示的な減算処理を行うのではなく、例えば平方根計算部２６ａにより得られる平方根計算結果としての画像信号に対しＤＣ成分を除去するフィルタ処理を施すなど、他の手法によってコヒーレント光の加算分の除去を行うようにすることもできる。

ここで、コヒーレント光＋再生像の検出結果について上記のような線形化処理が行われることによっては、位相変調記録によりホログラム記録媒体ＨＭに記録されることとなった位相の情報も適切に表す線形読み出し信号を得ることができる。具体的には、位相変調記録により記録された振幅「＋１」「−１」の差を適切に表す信号を得ることができる。
先にも述べたように、例えば再生像の振幅「＋１」に相当する最大値が「0.078」、「−１」に相当する最小値が「−0.078」であると仮定し、また、コヒーレント光の加算量が再生像の最小値の絶対値「0.078」よりも大となる「0.1」に設定されていたとした場合、イメージセンサ１５では、最大値0.078が0.178²=0.032による強度、最小値-0.078が0.022²=4.8E-4という強度で検出されることになる。そしてこれら0.032、4.8E-4という検出結果について、それぞれ上記線形化処理が施されることで、再生像の振幅の最大値0.078については0.178−0.1＝0.078によって元の値に復元でき、また最小値-0.078としても0.022−0.1＝-0.078により元の値に復元することができる。

このようにして、コヒーレント光＋再生像の検出結果について平方根計算及びコヒーレント光の加算分の除去による線形化処理を施す「コヒーレント加算方式」による再生手法が採られることで、位相変調記録によって記録された位相情報が失われない、線形な読み出し信号を得ることができる。

上記線形化処理部２６の線形化処理により得られた線形読み出し信号は、再生処理部２７に供給される。
再生処理部２７は、上記線形読み出し信号としての画像信号に基づき、記録データを再生し、再生データを得る。
具体的に、再生処理部２７では、上記線形読み出し信号としての画像信号に対し、符号間干渉（ピクセル間干渉）抑制のためのイコライジング処理を行う。また、このイコライジング処理後の画像信号を対象として、当該画像信号中に含まれている偏光方向制御器４の画素単位の値（データピクセルの値）を取得するためのリサンプリング処理を行う。さらには、リサンプリング処理により取得した各データピクセルの値に基づく「０」「１」のデータ識別処理、及び先に説明した符号化部２１による記録変調符号の復号化処理等を行って、記録データを再生する。
ここで、本実施の形態の場合、位相変調記録が行われることに伴ってホログラム記録媒体ＨＭに記録される振幅の情報は「＋１」「０」「−１」の３値となるが、このうち「＋１」「−１」については、共にデータ「１」として記録されたものであり、従って再生時にはこれら「＋１」「−１」としての振幅情報は共にデータ「１」として識別することになる。つまり、再生処理部２７による上記データ識別処理としては、振幅「０」に相当する値についてはデータ「０」と識別し、振幅「＋１」「−１」に相当する値については共にデータ「１」と識別することになる。

[第１の実施の形態としての減光手法]

ここで、これまでの説明からも理解されるように、ホログラム記録再生システムでは、再生時においてホログラム記録媒体ＨＭに記録されたホログラムに対し参照光を照射し、それにより生じる回折現象を利用して再生像を得るようにされている。この点より、ホログラム記録再生システムにおいて、再生像の光量（光強度）は、ホログラム記録媒体ＨＭに記録されたホログラムの回折効率に依存して決まることが分かる。
一般的に、ホログラム記録再生システムにおける回折効率ηは、１０^-3〜１０^-4程度である。

一方で、再生像に対して加算されるコヒーレント光の強度は、強度変調部（偏光方向制御器４・偏光ビームスプリッタ３）から出力されホログラム記録媒体ＨＭを介しイメージセンサ１５に導かれるまでの間の光量のロス分のみで決まる。つまり、コヒーレント光は、単純に上記のような回折効率による光量のロス分が無いことから、再生像の強度と比較して非常に強い強度となることが分かる。

ここで、本実施の形態の場合、偏光方向制御器４と偏光ビームスプリッタ３との組み合わせによる強度変調部により、信号光の光線領域内にて光を透過させることでコヒーレント光の元となる光を生成するようにされている。
上記偏光方向制御器（ＦＬＣ）４は、駆動電圧のＯＮ／ＯＦＦに応じて、入射光の偏光方向を９０°／０°変化させるように構成されている。従って、このような偏光方向制御器４を用いた強度変調部によっては、コヒーレント光は「１」の強度に調整されることになる。

このようにコヒーレント光の強度が「１」に調整される場合、イメージセンサ１５にて検出される振幅Ｉ（振幅「１」が記録された画素の振幅、振幅「−１」が記録された画素の振幅の双方）は、先にも述べたように、


となる。ここで、回折効率η＝１０^-4とすれば、


である。
これは、バックグラウンド光となるコヒーレント光の強度に対し、再生像のコントラスト（振幅「＋１」〜振幅「−１」）が非常に低いことを意味しており、この場合はわずか２％の強度差を検出しなければならないこととなってしまう。
このようにコントラストの低い再生像を精度良く検出するのは非常に困難であり、このため従来では、再生特性の悪化が避けられない状況にあった。

そこで、本実施の形態では、コヒーレント光の強度を減衰させるための減光部を設け、それによって相対的に再生像のコントラストが向上されるようにすることで、再生特性の改善を図る。
このために、第１の実施の形態の記録再生装置では、図１に示されるようにして、部分的減光素子１８、スライド駆動部１９、及び制御部２０を備えるものとしている。

先ず、上記部分的減光素子１８は、具体的には次の図７に示すような構造とされる。
図７に示されるように、部分的減光素子１８は、その一部に減光材料で構成された減光部１８ａが形成されている。この減光部１８ａは、例えば金属膜、具体的にはクロムなどで構成する。
また、部分的減光素子１８において、上記減光部１８ａ以外の領域は、例えば透明ガラスや透明樹脂など充分な光透過性を有する材料で構成する。

ここで、上記減光部１８ａを構成する減光材料としては、入射光の一部を透過し、一部を吸収（及び／又は反射）することで、入射光を減光するように構成されたものであれば特にその材料について限定されるものではない。
先に説明したように、再生像に対して加算されるコヒーレント光の強度は、少なくとも「再生像の最小値の絶対値よりも大」となるように設定される必要がある。上記減光部１８ａとしては、その構成材料や膜圧など、減光率（透過率）を設定するファクターが、少なくともこのようなコヒーレント光の強度についての条件を満たすようにして設定されればよい。
一例として、本実施の形態の場合、減光部１８ａによる透過率は１％〜0.1％程度に設定される。

上記遮光部１８ａの領域サイズは、信号光エリアＡ２のサイズ以上で且つ参照光エリアＡ１には重ならないように設定されている。
また、部分的減光素子１８は、その全体のサイズとして、入射面に平行な面におけるｘ方向の長さＬｘが、少なくとも参照光エリアＡ１の直径以上となるようにされている。ここで、上記参照光エリアＡ１の直径とは、参照光エリアＡ１の外側円についての直径を指すものである。
また、上記ｘ方向とは直交するｙ方向の長さについては、上記減光部１８ａの一方の端部から部分的減光素子１８の一方の端部までの長さＬｙ１が、少なくとも参照光エリアＡ１の直径以上となるようにされている。さらに、上記減光部１８ａの他方の端部から部分的減光素子１８の他方の端部までの長さＬｙ２は、信号光エリアＡ２の縁から参照光エリアＡ１の外側円までの距離以上となるようにされている。

ここで、第１の実施の形態では、この図７に示したような構造を有する部分的減光素子１８に形成された上記減光部１８ａが、記録時と再生時とで光路に対して出し入れされるようにすることで、再生時にのみ信号光の光線領域内に生じる光（つまりコヒーレント光）が減光されるようにする。

図８は、第１の実施の形態としての減光手法を模式的に示しており、図８（ａ）は記録時、図８（ｂ）は再生時の部分的減光素子１８の駆動状態をそれぞれ示している。
図８（ａ）に示すように、記録時には、部分的減光素子１８における減光部１８ａが、光路中から外される状態が得られるように、部分的減光素子１８を駆動する。具体的には、部分的減光素子１８における減光部１８ａが形成される以外の領域（図７におけるＬｙ１の部分）により、参照光までの範囲がカバーされるようにして、部分的減光素子１８をスライド駆動する。このことで、記録時には、先に説明した通りに信号光と参照光とがホログラム記録媒体ＨＭに照射されるようにすることができる。すなわち、これによって通常通りのデータ記録が行われるようにすることができる。

そして、再生時には、図８（ｂ）に示されるようにして、部分的減光素子１８における減光部１８ａが、光路中に挿入される状態が得られるように部分的減光素子１８を駆動する。具体的に、この場合の部分的減光素子１８の光学系中における挿入位置によれば、偏光方向制御器４の信号光エリアＡ２に入射することになる光全体が減光部１８ａ内に入射する状態が得られるように、部分的減光素子１８を駆動する。本例の場合、信号光エリアＡ２は参照光エリアＡ１の内側に配置され、その中心がレーザ光の光軸と一致するものとなっているので、この場合は、減光部１８ａの中心を上記光軸と一致させるようにして部分的減光素子１８を駆動するものとすればよい。
このような部分的減光素子１８の駆動により、再生時には、信号光の光線領域内に得られるコヒーレント光の強度が所定の強度に減衰されるようにすることができる。また一方で、減光部１８ａは参照光の光線領域には重ならないものとなっているので、通常通り参照光をホログラム記録媒体ＨＭに対して照射することができる。

ここで、図８（ｂ）を参照して分かるように、この場合の部分的減光素子１８の挿入位置は、偏光ビームスプリッタ３と偏光方向制御器４との間とされており、コヒーレント光の元となる光は、減光部１８ａを往復することになる。すなわち、この場合のコヒーレント光の強度は、減光部１８ａによる２度の減光を経て調整されることになる。
この場合の減光部１８ａの透過率は、このようにコヒーレント光の元となる光が２度通過することを考慮して、コヒーレント光の加算量として所定の強度が得られるように設定されることになる。

上記により説明した記録時／再生時の部分的減光素子１８の駆動は、図１に示すスライド駆動部１９及び制御部２０によって行われる。
図１において、スライド駆動部１９は、上記制御部２０からの駆動信号に基づき、部分的減光素子１８をスライド駆動する。例えばこの場合のスライド駆動部１９は、モータの回転駆動力をスライド方向の駆動力に変換する機構を有し、上記モータが上記制御部２０からの駆動信号により駆動制御されることで、上記部分的減光素子１８をスライド駆動するように構成されている。

ここで先の説明によれば、部分的減光素子１８は、記録時には遮光部１８ａが光路外に外される状態となるように駆動され、再生時には偏光方向制御器４の信号光エリアＡ２に入射することになる光全体が遮光部１８ａ内に入射する状態が得られるべく遮光部１８ａの中心と光軸とが一致する状態が得られるようにして駆動される必要がある。
制御部２０は、このような記録時／再生時のそれぞれの部分的減光素子１８の駆動状態が得られるようにして予め定められた極性やパルス幅（時間）による駆動信号を、スライド駆動部１９に対して与える。これにより、上記記録時／再生時それぞれの部分的減光素子１８の駆動状態が得られるようになっている。

なお、上記の記録時／再生時の部分的減光素子１８の駆動状態が得られるようにするにあたっては、これら記録時／再生時の駆動状態が得られるように部分的減光素子１８のスライド量を制限するストッパ（位置決め部材）を設ける手法を採ることもできる。その場合、制御部２０は、少なくとも記録時／再生時で上記駆動信号の極性を切り換える（つまりスライド方向を切り換える）ように構成されていればよい。

上記のようにして第１の実施の形態の記録再生装置によれば、強度変調部による強度変調に基づき生成されるコヒーレント光の強度を、部分的減光素子１８によって所定の強度に減衰することができる。このようなコヒーレント光の減光が可能とされることで、イメージセンサ１５にて検出される再生像のコントラストの向上を図ることができ、結果、再生特性の向上を図ることができる。

２．第２の実施の形態（部分的偏光方向制御素子を用いる例）
２−１．第１例（部分的偏光方向制御素子をスライド駆動）

第２の実施の形態は、コヒーレント光の減光にあたり、部分的に入射光の偏光方向を変化させる部分的偏光方向制御素子と偏光ビームスプリッタとが組み合わされた減光部を用い、上記部分的偏光方向制御素子による偏光方向制御によって、上記偏光ビームスプリッタにてコヒーレント光の減光が行われるようにするものである。
このような第２の実施の形態としての手法として、以下では第１例と第２例とを挙げる。

第２の実施の形態の第１例は、上記部分的偏光方向制御素子を、先の第１の実施の形態の場合と同様にスライド駆動してコヒーレント光の減光を行うものである。
図９は、第２の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。
なお、以下の説明において、既に説明済みとなった部分については同一符号を付して説明を省略するものとする。

図９において、第２の実施の形態の第１例としての記録再生装置の構成は、先の図１に示した記録再生装置と比較して、スライド駆動部１９によってスライド移動可能に保持される素子が、部分的減光素子１８から部分的偏光方向制御素子３０に変更された点が異なる。

図１０は、部分的偏光方向制御素子３０の構造を示している。
図示するようにして部分的偏光方向制御素子３０は、その一部に位相子（位相板）３０ａが形成される。この位相子は、偏光方向に応じた異方性を有し且つ位相差π（λ／２の位相差）を発生させるように構成される。具体的にこの場合は、１／２波長板を用いる。
この位相子３０ａのサイズとしても、先の減光部１８ａのサイズと同様に、信号光エリアＡ２のサイズ以上で且つ参照光エリアＡ１には重ならないように設定される。また、部分的偏光方向制御素子３０のサイズについても、それぞれ長さＬｘ、Ｌｙ１、Ｌｙ２については第１の実施の形態の場合と同様に設定される。
部分的偏光方向制御素子３０において、上記位相子３０ａが形成される領域以外の領域は、例えば透明ガラスや透明樹脂など充分な光透過性を有し且つ入射光の偏光方向を変化させない材料で構成する。

ここで、第２の実施の形態の第１例の記録再生装置においては、このような構造を有する部分的偏光方向制御素子３０が、スライド駆動部１９と制御部２０とによって先の第１の実施の形態の場合と同様にスライド駆動される。
具体的に、記録時には、部分的偏光方向制御素子３０における位相子３０ａの形成された部分が、光路中から外される状態（部分的偏光方向制御素子３０における上記位相子３０ａが形成される以外の領域により参照光がカバーされる状態）が得られるようにスライド駆動が行われ、また再生時には、上記位相子３０ａの形成された部分が光路中に挿入される状態（この場合も位相子３０ａの形成された領域の中心を光軸と一致させる状態）が得られるようにしてスライド駆動が行われる。

上記のような再生時のスライド駆動が行われることで、位相子３０ａに対しては信号光の光線領域内の光全体が入射する状態が得られる。
このとき、部分的偏光方向制御素子３０は、このような再生時のスライド駆動により光路中に挿入された状態において、位相子３０ａ（この場合は１／２波長板）の光学基準軸の方向が、入射光の偏光方向（及びこれと直交する方向）とは一致しないようにして構成されている。
先の図１の説明によれば、この場合の位相子３０ａに対しては、光源であるレーザダイオード１から出射された光が、偏光ビームスプリッタ３を介してｙ偏光により入射する。これに応じてこの場合の位相子３０ａは、その光学基準軸の方向が、入射光の偏光方向であるｙ方向に対し或る角度θだけ傾けられた状態が得られるようにして、部分的偏光方向制御素子３０に対して形成されることになる。

ここで、位相子３０ａについても、先の減光部１８ａと同様に、偏光ビームスプリッタ３側から光が入射されると共に、この入射光が偏光方向制御器４を介して（反射されて）再度入射することになる（この場合も再生時の信号光エリアＡ２内では全画素ＯＮ）。
このように位相子３０ａに光が往復する場合において、位相子３０ａへの入射光（偏光ビームスプリッタ３側からの入射光）の偏光方向軸と当該位相子３０ａの光学基準軸とのなす角度θと、偏光方向制御器４のＯＮ画素を介して偏光ビームスプリッタ３に再度入射する光についての偏光ビームスプリッタ３の透過率との関係を、ジョーンズベクトルを用いた解析により求めた。
その結果を図１１に示す。

この図１１では横軸を上記角度θ、縦軸を上記偏光ビームスプリッタ３の透過率としてこれらの関係を表している。
なお、縦軸の透過率は、偏光方向制御器４のＯＮ画素の光の光強度を「１」としたときの、偏光ビームスプリッタ３の透過光の光強度を表すものとしても見ることができるものである。
この図１１に示すように、偏光ビームスプリッタ３の透過率は、角度θの４５°を１周期として、正弦波状に変化する。具体的に、角度θ＝０°のとき透過率＝１を開始位置として、当該透過率＝１を振幅の最大値、透過率＝０．５を振幅の中心、透過率＝０を振幅の最小値にもつ正弦波状に変化する。この場合において、透過率は、角度θの２２．５°周期で１→０→１…と交互に変化する。

この図１１の解析結果からも明らかなように、第２の実施の形態では、上記角度θの調整により、再生時の信号光の光線領域内の光、すなわち再生像に対して加算されるコヒーレント光の強度を調整することができる。換言すれば、この場合は加算されるコヒーレント光の強度が所定の強度に減衰されるようにして、上記角度θを調整すればよいものである。
なお、これまでの説明からも理解されるように、コヒーレント光の強度としては、再生像に対し加算される際の強度が「再生像の振幅の最小値の絶対値よりも大」との条件を満たす範囲内で極力微少なものとするのが望ましい。この点より、この場合の角度θとしては２２．５°近傍、或いは６７．５°近傍に調整すればよいことは明らかである。

ここで確認のために述べておくと、上記により説明した再生時における部分的偏光方向制御素子３０の挿入状態（スライド駆動状態）によれば、参照光については、部分的偏光方向制御素子３０における位相子３０ａの形成された領域以外の領域（図１０のＬｙ２の領域）を透過させることができるので、この場合も参照光は偏光ビームスプリッタ３を透過し、これによって通常通り対物レンズ１４を介してホログラム記録媒体ＨＭに対して照射させることができる。すなわち、通常通り再生像を得ることができる。
また、先に述べたように、記録時には、部分的偏光方向制御素子３０は、位相子３０ａが光路外に外される状態が得られるようにして駆動されることになる。つまりこのことで、この場合も記録時には通常通り信号光と参照光との照射による記録動作が行われるようになっている。

このようにして、第２の実施の形態の第１例としての記録再生装置によっても、通常通り記録動作及び再生像の取得が行われるようにした上で、コヒーレント光の減光により再生特性の改善を図ることができる。

２−２．第２例（部分的偏光方向制御素子を回転駆動）

第２の実施の形態の第２例は、部分的偏光方向制御素子を回転駆動して、記録時／再生時で選択的に信号光の光線領域内の光の偏光方向を制御することで、偏光ビームスプリッタにおけるコヒーレント光の減光が行われるようにするものである。

図１２は、第２の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。
第２例の記録再生装置は、先の第１例の記録再生装置との比較では、部分的偏光方向制御素子３０に代えて、部分的偏光方向制御素子３１が設けられる。また、スライド駆動部１９と制御部２０とが省略された代わりに、上記部分的偏光方向制御素子３１を回転駆動可能に保持する回転駆動部３２と、当該回転駆動部３２による回転動作を制御する制御部３３とが設けられる。

上記部分的偏光方向制御素子３１には、先の第１例における部分的偏光方向制御素子３０の場合と同様のサイズによる位相子３０ａが形成されている。但し、この場合の部分的偏光方向制御素子３１としては、先の第１例の部分的偏光方向制御素子３０の場合における長さＬｘ、Ｌｙ１、Ｌｙ２についての制限とは異なる制限が課される。具体的に、この場合の部分的偏光方向制御素子３１としては、位相子３０ａの形成された領域の中心から、ｘ方向における各端部までのそれぞれの長さ、及びｙ方向における各端部までのそれぞれの長さが、共に参照光エリアＡ１の半径（光軸から参照光エリアＡ１の外側円までの距離）以上となるようにされていればよい。

回転駆動部３２は、位相子３０ａに対して信号光の光線領域内の光全体（この場合も偏光方向制御器４の信号光エリアＡ２を介した光全体）が入射する状態となるようにして、部分的偏光方向制御素子３２を回転駆動可能に保持する。具体的にこの場合、回転駆動部３２は、上記位相子３０ａが形成された領域の中心が光軸と一致する状態で部分的偏光方向制御素子３１を回転駆動可能に保持する。
そして回転駆動部３２は、このように回転駆動可能に保持する部分的偏光方向制御素子３１を、制御部３３から供給される駆動信号に応じて回転駆動する。
例えばこの場合の回転駆動部３２はモータを備え、当該モータが上記制御部３３からの駆動信号により駆動制御されることで、上記部分的偏光方向制御素子３１を回転駆動するように構成されている。
制御部３３は、上記回転駆動部３２における上記モータに与える駆動信号の極性やパルス幅を制御することで、上記部分的偏光方向制御素子３１を所要の回転方向に所要角度だけ回転駆動させる。

図１３は、第２の実施の形態の第２例としての減光手法について説明するための図であり、図１３（ａ）は記録時、図１３（ｂ）は再生時について示している。なお、これら図１３（ａ）、図１３（ｂ）においては、図１２に示される偏光ビームスプリッタ３、部分的偏光方向制御素子３１、及び偏光方向制御器４を抽出して示している。また図１３（ａ）では記録時の光線状態及び位相子３０ａの光学基準軸の方向を、図１３（ｂ）では再生時の光線状態及び位相子３０ａの光学基準軸の方向も併せて示している。

これら図１３（ａ）、図１３（ｂ）の比較として示すように、第２例の減光手法においては、記録時に位相子３０ａの光学基準軸が入射光（最初の入射光であるｙ偏光）の偏光方向軸と一致した状態、再生時には位相子３０ａの光学基準軸が入射光の偏光方向軸から角度θだけ傾けられた状態が得られるようにして、部分的偏光方向制御素子３１を回転駆動することになる。
これにより記録時には、信号光、参照光の双方の光線領域の光について、部分的偏光方向制御素子３１による偏光方向制御が行われないようにすることができ、通常通り、信号光・参照光の照射によるホログラムの記録が行われるようにすることができる。
そして、再生時には、位相子３０ａについて、先の第１例の場合と同じ状態が得られることになる。このことで、この場合も再生時においては、信号光の光線領域内の光の強度（コヒーレント光の強度）を、角度θに応じて調整（減衰）することができる。また、先に説明した部分的偏光方向制御素子３１のサイズ設定、及び回転駆動部３２による部分的偏光方向制御素子３１の保持状態によれば、参照光の光線領域内の光についての偏光方向制御は行われないものとなるので、この場合も通常通り再生像を得ることができる。

このようにして第２例の減光手法では、記録時と再生時とで角度θによる回転角度差が与えられるようにして部分的偏光方向制御素子３１を回転駆動することで、記録時には位相子３０ａの光学基準軸と入射光の偏光方向軸とが一致した状態、再生時には位相子３０ａの光学基準軸の方向と入射光の偏光方向軸とに角度θによる角度差が与えられた状態が得られるようにしている。
このことで、先の第１例の場合と同様に、記録時には信号光・参照光の照射による記録動作が行われ、且つ再生時には参照光の照射による再生像の取得が行われるようにした上で、コヒーレント光の減光による再生特性の向上を図ることができる。

ここで、この場合の制御部３３は、記録時と再生時とで、部分的偏光方向制御素子３１の回転角度が、それぞれ位相子３０ａの光学基準軸と入射光の偏光方向軸（この場合はｙ軸）とが一致する状態となる回転角度、位相子３０ａの光学基準軸と入射光の偏光方向軸とにθによる角度差が与えられた状態となる回転角度となるようにして予め定められた極性、パルス幅（時間）による駆動信号を、記録時／再生時にそれぞれ回転駆動部３２に供給することで、図１３（ａ）（ｂ）にて説明した記録時／再生時それぞれの部分的偏光方向制御素子３１の回転駆動状態が得られるように制御を行うように構成されている。
なお、この場合としても、回転動作に対するストッパとなる位置決め部材を設けることで、図１３（ａ）（ｂ）にて説明した記録時／再生時それぞれの部分的偏光方向制御素子３１の回転状態が得られるようにすることもできる。その場合制御部３３は、少なくとも回転駆動部３２による部分的偏光方向制御素子３１の回転方向の制御を行うように構成されればよい。

３．第３の実施の形態（部分的偏光方向制御器を用いる例）

第３の実施の形態は、駆動信号に応じた可変的な偏光方向制御が可能な素子が部分的に形成された部分的偏光方向制御器を用いることで、入射光に対し部分的に偏光方向制御を行って偏光ビームスプリッタによる部分的な減光が行われるようにすることで、コヒーレント光の減光を行うようにするものである。

図１４は、第３の実施の形態としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。
この図１４に示されるように第３の実施の形態の記録再生装置は、先の第１の実施の形態の記録再生装置（図１）と比較して、スライド駆動部１９及び制御部２０が省略された上で、部分的減光素子１８に代えて部分的偏光方向制御器３４が挿入され、さらに当該部分的偏光方向制御器３４を駆動制御する制御部３５が設けられる。

上記部分的偏光方向制御器３４は、次の図１５に示されるようにして、制御対象領域Ａｃとそれ以外の領域とが形成されている。制御対象領域Ａｃのサイズは、先の減光部１８ａや位相子３０ａと同様に、信号光エリアＡ２（図中一点鎖線で示す）以上で且つ参照光エリアＡ１（図中破線で示す）には重ならないように設定されている。
また、部分的偏光方向制御器３４の全体のサイズとしては、上記制御対象領域Ａｃの中心から、ｘ方向における各端部までのそれぞれの長さ、及びｙ方向における各端部までのそれぞれの長さが、共に参照光エリアＡ１の半径以上となるように設定されている。

部分的偏光方向制御器３４は、制御部３５からの駆動信号のＯＮ時とＯＦＦ時とで、上記制御対象領域Ａｃにて位相差πを発生させる（位相変調量πによる位相変調を行う）ように構成されている。また上記制御対象領域Ａｃ以外の領域は、入射光の偏光方向を変化させない材料、例えば透明ガラスや透明樹脂などで構成されている。
具体的にこの場合の部分的偏光方向制御器３４は、上記制御対象領域Ａｃが液晶素子で構成され、当該液晶素子の厚みの調整により、上記駆動信号のＯＦＦ時（液晶分子の水平配向時）とＯＮ時（液晶分子の垂直配向時）とで、π（λ／２）による位相差を発生させるように構成されている（この構造は先の図４にて説明した位相変調器８の構造と同様である）。

ここで、上記のように駆動信号のＯＮ／ＯＦＦに応じて位相差πを発生させる部分的偏光方向制御器３４において、駆動信号ＯＮ時の制御対象領域Ａｃは、１／２波長板と同様の性質を有することになる。
この点から第３の実施の形態の記録再生装置では、部分的偏光方向制御器３４を、上記制御対象領域Ａｃの光学基準軸が、入射光の偏光方向軸（この場合もｙ軸）に対し角度θだけ傾けられた状態となるようにして光学系中に挿入しておくものとしている。このとき、部分的偏光方向制御器３４は、制御対象領域Ａｃに対して信号光の光線領域内の光全体（偏光方向制御器４の信号光エリアＡ２を介した光全体）が入射されるようにして光学系に挿入する。具体的には、部分的偏光方向制御器３４の中心（上記制御対象領域Ａｃの中心でもある）が、レーザ光の光軸と一致するように挿入する。
その上で、記録時には上記制御対象領域Ａｃの駆動信号をＯＦＦ、再生時には上記駆動信号をＯＮとする。このような部分的偏光方向制御器３４（制御対象領域Ａｃ）の駆動制御は、図１４における制御部３５が行う。

上記のような記録時／再生時の駆動制御が行われることで、記録時には、部分的偏光方向制御器３４に対する入射光について、その偏光方向は不変とされ、結果、信号光と参照光との照射による記録動作が通常通り行われる。
そして再生時には、信号光の光線領域内の光について、制御対象領域Ａｃにおける偏光方向制御によって、偏光ビームスプリッタ３に再度入射する光の偏光方向が角度θに応じて変化され（この場合も角度θと偏光ビームスプリッタ３の透過率との関係は図１１に示したものと同様となる）、結果、この場合も再生像に加算されるコヒーレント光についての減光が行われることになる。
また、上記により説明した部分的偏光方向制御器３４のサイズ設定、及びその光路中への挿入状態によれば、再生時には、部分的偏光方向制御器３４により参照光の光線領域の光についての偏光方向制御は行われないものとなるので、この場合の再生時にも、通常通り再生像を得ることができる。

このようにして第３の実施の形態の記録再生装置によっても、記録時には信号光・参照光の照射による記録動作が行われ、且つ再生時には参照光の照射による再生像の取得が行われるようにした上で、コヒーレント光の減光による再生特性の向上が図られるようにすることができる。

４．変形例

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した具体例に限定されるべきものではない。
例えば、これまでの説明では、減光部１８ａ又は位相子３０ａを光路に対して出し入れするための具体的な構成例として、部分的減光素子１８又は部分的偏光方向制御素子３０をスライド駆動する構成を例示したが、これに代えて、例えば部分的減光素子１８又は部分的偏光方向制御素子３０（又は３１）を光路から跳ね上げる／下げるといった駆動をする駆動部を設けるなど、スライド駆動以外の他の駆動手法により減光部１８ａ又は位相子３０ａが光路に対して出し入れされるように駆動することもできる。

また、これまでの説明では、信号光、参照光の生成のための強度変調を行う強度変調部が、偏光方向制御型の空間光変調器（偏光方向制御器４）と偏光ビームスプリッタとの組み合わせで実現される場合を例示したが、これに代えて、例えば反射型の液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micro mirror Device：登録商標）など、偏光ビームスプリッタを組み合わせる必要なく単体で強度変調が可能な強度変調器としての空間光変調器を用いることもできる。
そのような構成の一例としては、例えば図１における偏光方向制御器４に代えて上記反射型液晶パネル又はＤＭＤを設け、偏光ビームスプリッタ３をハーフミラーとする構成（但し、この場合はコリメータレンズ２を介して出射されるレーザ光がｙ偏光ではなくｘ偏光となるようにする）などを挙げることができる。

ここで、このように単体で強度変調が可能な空間光変調器として、例えば液晶パネルを用いる場合には、コヒーレント光の強度を或る程度調整することができる。すなわち、強度「１」よりも小となる強度のコヒーレント光を生成することができる。
しかしながら、この液晶パネルのように画素単位で可変的な光強度変調を行うことが可能な強度変調器において、再生像の充分なコントラストが確保される程度にコヒーレント光の強度を調整することは困難とされている。
ここで、加算されるコヒーレント光の強度は、ホログラムの回折効率（例えば１０^-4）を考慮すれば、強度「１」の変調を行った場合の例えば0.1％（1／1000）程度の強度に抑えることが望ましい。しかしながら現状において、画素単位で可変的な光強度変調を行う構成においては、このような1／1000程度の強度を安定して設定することが非常に困難とされている。このため、従来においては、コヒーレント光の強度（振幅）は「１」や「0.1」など、再生像の振幅に対して大幅に大きく設定せざるを得ず、このことで、再生特性の悪化を招くものとなっている。
このことから、上記液晶パネルのように画素単位で可変的な光強度変調を行うことが可能な強度変調器が用いられ、強度「１」よりも或る程度減衰されたコヒーレント光を生成可能とされる場合においても、本発明の減光手法によるコヒーレント光の減光を行うことに大きな有効性がある。すなわち、本発明では、強度変調部の強度変調に基づき生成されるコヒーレント光について、これを減光する構成を具備するものである。これにより、コヒーレント光の強度は、より低い強度に安定して下げることができる。このことで、再生像のコントラストをより上げることができ、結果として、より再生特性の向上を図ることができるものである。

また、空間光変調器としては、反射型ではなく透過型のもの（例えば透過型の液晶パネルなど）を用いることもできる。例えば透過型の空間光変調器として、単体で強度変調が可能な空間光変調器を用いる場合、例えば偏光ビームスプリッタ３は省略し、レーザダイオード１→コリメータレンズ２を介したレーザ光が上記透過型の空間光変調器に対して入射されるように光学系の構成を変更するものとすればよい。或いは、偏光方向制御型による透過型の空間光変調器を用いる場合は、例えばレーザダイオード１、コリメータレンズ２、空間光変調器、偏光ビームスプリッタ３が、この順序で配置されるようにすればよい。
ここで、このように透過型の空間光変調器を用いた場合、部分的減光素子１８、部分的偏光方向制御素子３０（３１）、部分的偏光方向制御器３４については、例えば「レーザダイオード１→コリメータレンズ２→部分的減光素子１８→空間光変調器」の順や、「レーザダイオード１→コリメータレンズ２→部分的偏光方向制御素子３０（３１）又は部分的偏光方向制御器３４→空間光変調器→偏光ビームスプリッタ３」の順などによる配置が可能となる。

また、これまでの説明では、本発明の減光部に関して、部分的減光素子１８、部分的偏光方向制御素子３０（又は３１）、部分的偏光方向制御器３４を、偏光ビームスプリッタ３と偏光方向制御器４との間に挿入する場合を例示したが、これらの挿入位置は例示したものに限定されるべきものではない。
例えば、これらの挿入位置は、位相変調器８を基準としてリレーレンズ７との間や偏光ビームスプリッタ９との間など、位相変調器８の近傍（偏光方向制御器４の実像面の近傍と表現することもできる）とすることができる。

或いは、次の図１６に示されるようにして、別途リレーレンズ系を追加して偏光方向制御器４の実像面が新たに形成されるようにすれば、部分的減光素子１８、部分的偏光方向制御素子３０（又は３１）、部分的偏光方向制御器３４の挿入位置のバリエーションはさらに増える。
この図１６では、第１の実施の形態としての構成（図１）について、リレーレンズ系を追加した場合の構成例を示している。
図中の破線により囲うようにして、この場合は、偏光ビームスプリッタ３とコリメータレンズ２との間に、リレーレンズ５→リレーレンズ７によるリレーレンズ系を挿入するものとし、上記リレーレンズ７とコリメータレンズ２との間に、偏光方向制御器４の実像面が形成されるようにしている。そして、この図の例では、当該リレーレンズ系の追加で構成された実像面に対し、部分的減光素子１８が挿入されるようにしている。
なおここでは部分的減光素子１８を挿入する場合を例示しているが、部分的偏光方向制御素子３０（又は３１）、部分的偏光方向制御器３４についても同様の位置に挿入することができる。

但し、この図１６に示される挿入位置、或いは上述したような位相変調器８の近傍の挿入位置とする場合、部分的減光素子１８、部分的偏光方向制御素子３０（又は３１）、部分的偏光方向制御器３４においては、各実施の形態の場合とは異なり光が往復しないものとなる。
従って、これらの場合、入射光に対する減光又は偏光方向制御が１度のみ行われることを考慮して、加算されるコヒーレント光の強度が所定強度となるような減光材料の透過率決定ファクター、又は光学基準軸と入射光の偏光方向軸とのなす角度θを設定することになる。

なお確認のために述べておくと、再生時には再生像が適正にイメージセンサ１５に対して導かれるようにする必要がある。従って本発明の減光部の挿入位置は、少なくとも再生像についての減光が行われないようにすることのできる位置（図１の場合であればイメージセンサ１５への再生像の抽出面が形成される偏光ビームスプリッタ５から、コリメータレンズ２までの間）とされる必要がある点については言うまでもない。

ここで、コヒーレント光の減光が適正に行われるようにする観点からすると、部分的減光素子１８、部分的偏光方向制御素子３０（又は３１）、部分的偏光方向制御器３４の挿入位置は、偏光方向制御器４（又は単体で強度変調が可能な空間光変調器）の実像面に近いほど好ましいものとなる。さらに言えば、図１６にて例示したように別途リレーレンズ系を設けて、偏光方向制御器４（又は単体で強度変調が可能な空間光変調器）の実像面を形成した上で、当該実像面に対して挿入するのが最も好ましいものとなる。

また、これまでの説明では、反射型のホログラム記録媒体ＨＭに対応する場合の記録再生装置の構成を例示したが、反射膜を備えない透過型のホログラム記録媒体に対応する構成とすることも可能である。
透過型のホログラム記録媒体の場合、再生時の参照光の照射に応じては、再生像がホログラム記録媒体を抜けるようにして反対側に出力されることになる。
この点から、この場合の記録再生装置としては、光源側から見てホログラム記録媒体の反対側となる位置に別途対物レンズを設け、当該対物レンズに再生像を入射させることになる。そして、この対物レンズを介して得れる再生像を、イメージセンサ１５に対して導くように光学系を構成する。なおこの場合、記録媒体からの反射光として得られる再生像を抽出するための１／４波長板１３は必須ではなく、省略することができる。
確認のために述べておくと、透過型のホログラム記録媒体に対応する構成とした場合も、ホログラム記録再生の基本動作自体は反射型の場合と同様であり、記録時は信号光と共に参照光を照射してホログラム記録媒体上にそれらの干渉縞によってデータを記録し、再生時はホログラム記録媒体に対し参照光・コヒーレント光を照射して、「コヒーレント加算方式」による再生を行うことに変わりはない。

なお、上記のような透過型ホログラム記録媒体に対応する構成とする場合、本発明の減光部は、リレーレンズ１２と対物レンズ１４との間（この場合１／４波長板１３は不要である）に挿入することができる。この場合、減光部における部分的減光素子１８、部分的偏光方向制御素子３０（又は３１）、部分的偏光方向制御器３４は、上記リレーレンズ１２を含むリレーレンズ系によって形成される実像面に対して挿入するのが最も好ましい。

また、これまでの説明では、円形とされる信号光エリアＡ２の外側に輪状の参照光エリアＡ２が設けられる場合を例示したが、信号光エリア、参照光エリアの形状は、これら円形や輪状に限定されるものではない。また、参照光エリアを内側、信号光エリアを外側に配置することもできる。
部分的減光素子１８、部分的偏光方向制御素子３０又は３１、部分的偏光方向制御器３４のそれぞれは、参照光・信号光の生成のための空間光変調器にて設定される信号光エリア、参照光エリアの形状やその配置関係に応じ、少なくとも上記空間光変調器の参照光エリアに入射する光又は上記参照光エリアを介した光が入射する領域以外の領域であって、且つ上記空間光変調器の信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射する領域を含む領域が減光材料、位相子、或いは可変的な偏光方向制御が可能な素子で構成されたものであればよい。

また、特に第２,第３の実施の形態について、先の説明では、部分的偏光方向制御素子３０,３１における位相子３０ａの形成領域や、部分的偏光方向制御器３４における制御対象領域Ａｃが、一部ギャップエリアＡ３に被るように設定される場合を例示したが、このことによると、空間光変調器にてギャップエリアＡ３の光強度を「０」となるように変調しても、その一部については、上記位相子３０ａ・上記制御対象領域Ａｃによる偏光方向の制御に伴って、光強度「０」とはならなくなってしまうことになる。
位相子３０ａ・制御対象領域Ａｃのサイズは、参照光エリアＡ１に重ならないように設定されるので、一応、参照光との間に光強度「０」の緩衝領域は形成される。しかし、実際において、このようなギャップエリアＡ３における位相子３０ａ・制御対象領域Ａｃが一部重なる領域の光が参照光へのノイズ光となってしまう場合には、位相子３０ａ・制御対象領域Ａｃを縮小化すればよい。この場合、位相子３０ａ・制御対象領域Ａｃのサイズは、信号光エリアＡ２のサイズ以上とするという条件は満足されるようにする。

また、これまでの説明では、記録と再生の双方が可能な記録再生装置においてコヒーレント光の減光を行う場合のみを例示したが、再生のみを行う再生専用装置においてコヒーレント光の減光を行うようにすることもできる。
再生専用装置の場合、常時、参照光の光線領域以外の、信号光の光線領域を含む部分で減光部による減光が行われるようにすればよい。具体的には、減光部１８ａによる部分的な減光、又は位相子３０ａによる部分的な偏光方向制御に伴う偏光ビームスプリッタによる減光が常時行われるようにすればよい。この点で、再生専用装置とする場合には、スライド駆動部１９とその制御部２０、回転駆動部３２とその制御部３３は不要とすることができる。また、再生時にのみ可変的に部分的な偏光方向制御を行う必要性もなく、その意味で部分的偏光方向制御器３４は不要とすることができる。
この点を踏まえると、再生専用装置とする場合には、単に部分的減光素子１８を、減光部１８ａが信号光の光線領域全体をカバーする状態で挿入する構成、或いは部分的偏光方向制御素子３０（３１）と偏光ビームスプリッタとの組を挿入した構成（このとき部分的偏光方向制御素子については位相子３０ａの形成される領域が信号光の光線領域全体をカバーし且つ位相子３０ａの光学基準軸が入射光の偏光方向軸に対し角度θだけ傾けられた状態となるように挿入する）の何れかとすればよい。

第１の実施の形態としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。 偏光方向制御型の空間光変調器と偏光ビームスプリッタとの組み合わせによる強度変調手法について説明するための図である。 空間光変調器において設定される参照光エリア、信号光エリア、ギャップエリアの各エリアについて説明するための図である。 画素単位で可変的な空間光位相変調が可能な位相変調器の構造について説明するための図である。 空間光変調制御部の内部構成について説明するための図である。 データ再生部の内部構成について説明するための図である。 実施の形態としての部分的減光素子の構造について説明するための図である。 第１の実施の形態としての減光手法について説明するための図である。 第２の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。 第２の実施の形態の第１例としての部分的偏光方向制御素子の構造について説明するための図である。 位相子の光学基準軸と入射光の偏光方向軸とのなす角度と偏光ビームスプリッタの透過率との関係を示した図である。 第２の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。 第２の実施の形態の第２例としての減光手法について説明するための図である。 第３の実施の形態としての記録再生装置の内部構成を示したブロック図である。 第３の実施の形態としての記録再生装置が備える部分的偏光方向制御器の構造について説明するための図である。 空間光変調器の実像面を追加した記録再生装置の構成例を示した図である。 コアキシャル方式によるホログラム記録再生方式（記録時）について説明するための図である。 コアキシャル方式によるホログラム記録再生方式（再生時）について説明するための図である。 信号光、参照光の振幅を位相マスク有り／無しの場合で比較して示した図である。 コヒーレント光について説明するための図である。 コヒーレント加算方式について説明するための図である。

符号の説明

１ レーザダイオード（ＬＤ）、２ コリメータレンズ、３,９ 偏光ビームスプリッタ、４ 偏光方向制御器、５,７,１０,１２ リレーレンズ、６,１１ アパーチャー、８ 位相変調器、１３ １／４波長板、１４ 対物レンズ、１５ イメージセンサ、１６ 空間光変調制御部、１７ データ再生部、１８ 部分的減光素子、１８ａ 減光部、１９ スライド駆動部、２０,３３,３５ 制御部、２１ 符号化部、２２ マッピング部、２３ 偏光制御ドライバ、２４ 位相変調パターン生成部、２５ 位相変調ドライバ、２６ 線形化処理部、２６ａ 平方根計算部、２６ｂ オフセット除去部、２７ 再生処理部、３０,３１ 部分的偏光方向制御素子、３０ａ 位相子、３２ 回転駆動部、３４ 部分的偏光方向制御器、Ａｃ 制御対象領域、ＨＭ ホログラム記録媒体

Claims (14)

1. 信号光と参照光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対して、上記参照光と共に、光強度及び位相を均一とするようにして生成したコヒーレント光を照射する光照射部と、
   上記コヒーレント光の光強度を減衰させる減光部と
   を備える再生装置。
2. 上記光照射部は、
   光源と、
   上記信号光の生成領域となる信号光エリアと上記参照光の生成領域となる参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光変調を施す空間光変調器を有し、上記入射光についての空間光強度変調を行うように構成された強度変調部と、
   上記信号光エリアと上記参照光エリアとが設定され且つ入射光に対し画素単位による空間光位相変調を施す位相変調器と、
   上記光源より発せられた光を上記強度変調部、上記位相変調器、及び対物レンズを介して上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系と、
   上記空間光変調器と上記位相変調器における上記参照光エリア内の各画素を駆動制御することで、上記参照光を生成させると共に、上記空間光変調器と上記位相変調器における上記信号光エリア内の各画素を駆動制御することで、光強度及び位相が均一となるようにされた上記コヒーレント光を生成させる変調制御部とを有して構成される
   請求項１に記載の再生装置。
3. 上記減光部は、
   上記空間光変調器の参照光エリアに入射する光又は上記参照光エリアを介した光が入射する領域以外の領域であって且つ上記空間光変調器の信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射する領域を含む領域が減光材料で構成された部分的減光素子を有して構成される
   請求項２に記載の再生装置。
4. 上記再生装置は上記ホログラム記録媒体についての記録機能も有しており、
   上記減光部は、
   上記空間光変調器の参照光エリアに入射する光又は上記参照光エリアを介した光が入射する領域以外の領域であって且つ上記空間光変調器の信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射する領域を含む領域が減光材料で構成された部分的減光素子と、
   上記部分的減光素子の上記減光材料で構成された領域が光路に対して出し入れされるようにして上記部分的減光素子を駆動する駆動部と、
   再生時にのみ、上記減光材料で構成された領域によって上記信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が減光されるようにして上記部分的減光素子が駆動されるように上記駆動部を制御する駆動制御部とを有して構成される
   請求項３に記載の再生装置。
5. 上記減光部は、
   上記空間光変調器の参照光エリアに入射する光又は上記参照光エリアを介した光が入射する領域以外の領域であって且つ上記空間光変調器の信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射する領域を含む領域が異方性を有し且つ位相差πを発生させる位相子で構成された部分的偏光方向制御素子と、
   上記部分的偏光方向制御素子と上記対物レンズとの間に位置するようにして上記光学系に挿入された偏光ビームスプリッタとを有して構成される
   請求項２に記載の再生装置。
6. 上記再生装置は上記ホログラム記録媒体についての記録機能も有しており、
   上記減光部は、
   上記参照光エリアに入射する光又は上記参照光エリアを介した光が入射する領域以外の領域であって且つ上記信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射する領域を含む領域が異方性を有し且つ位相差πを発生させる位相子で構成された部分的偏光方向制御素子と、
   上記部分的偏光方向制御素子を動かす駆動部と、
   上記部分的偏光方向制御素子と上記対物レンズとの間に位置するようにして上記光学系に挿入された偏光ビームスプリッタと、
   再生時にのみ、上記位相子で構成された領域による入射光の偏光方向制御によって上記信号光エリアを介した光が上記偏光ビームスプリッタにて減光されるようにして上記部分的偏光方向制御素子が動かされるように、上記駆動部を制御する駆動制御部とを有して構成される
   請求項５に記載の再生装置。
7. 上記駆動部は、
   上記部分的偏光方向制御素子の上記位相子で構成された領域が光路に対して出し入れされるようにして上記部分的偏光方向制御素子を駆動するように構成され、
   上記駆動制御部は、
   記録時には、上記位相子で構成された領域が光路外に位置するようにして上記部分的偏光方向制御素子が駆動されるように上記駆動部を制御し、再生時には、上記位相子で構成された領域に上記信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射されるようにして上記部分的偏光方向制御素子が駆動されるように上記駆動部を制御する
   請求項６に記載の再生装置。
8. 上記部分的偏光方向制御素子は、
   上記位相子で構成された領域に上記信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射するようにして上記光学系中に配置されており、
   上記駆動部は、
   上記部分的偏光方向制御素子を回転駆動する回転駆動部とされ、
   上記駆動制御部は、
   上記部分的偏光方向制御素子が記録時と再生時とで所要の回転角度差が与えられるようにして回転駆動されるように上記駆動部を制御する
   請求項６に記載の再生装置。
9. 上記位相子は１／２波長板である請求項５に記載の再生装置。
10. 上記再生装置は上記ホログラム記録媒体についての記録機能も有しており、
    上記減光部は、
    上記空間光変調器の参照光エリアに入射する光又は上記参照光エリアを介した光が入射される領域を除く領域であって且つ上記空間光変調器の信号光エリアに入射する光又は上記信号光エリアを介した光が入射する領域を含む対象領域が、駆動信号に応じて入射光の偏光方向を可変的に制御可能に構成された部分的偏光方向制御器と、
    上記部分的偏光方向制御器に対する上記駆動信号の供給により上記部分的偏光方向制御器の偏光方向制御動作を制御する駆動制御部と、
    上記部分的偏光方向制御器と上記対物レンズとの間に位置するようにして上記光学系中に挿入された偏光ビームスプリッタとを有して構成され、
    上記駆動制御部は、
    再生時にのみ上記対象領域への入射光の偏光方向が９０°未満の所定角度だけ変化されるようにして上記部分的偏光方向制御器を制御する
    請求項２に記載の再生装置。
11. 上記強度変調部は、
    上記入射光の偏光方向を画素単位で変化させる強誘電性液晶素子を備えて構成された空間光変調器と、
    上記空間光変調器を介した光が入射される位置に挿入された偏光ビームスプリッタとを有して構成される
    請求項２に記載の再生装置。
12. 上記強度変調部は、
    上記入射光に対する画素単位による空間光強度変調が可能に構成された強度変調器としての空間光変調器で構成される
    請求項２に記載の再生装置。
13. 上記減光部は、
    上記空間光変調器の実像面となる位置に対して挿入される請求項１１又は請求項１２に記載の再生装置。
14. 信号光と参照光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対し、上記参照光と、光強度及び位相を均一とするようにして生成したコヒーレント光とを照射して再生を行う再生方法であって、
    上記コヒーレント光の光強度を減衰した状態で再生を行う再生方法。