JP5447985B2 - 光ヘッド装置および光学的情報記録再生装置 - Google Patents

Description

本発明は、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行うための光ヘッド装置および光学的情報記録再生装置に関する。

光記録媒体の大容量化技術の一つとして、光記録媒体の面内方向の次元だけでなく厚さ方向の次元も利用し、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行う３次元記録再生技術がある。３次元記録再生技術として、ビット型の３次元記録技術やページ型のホログラム記録技術がある。ビット型の３次元記録技術では、対向する２つのビームを光記録媒体の記録層内の同一の位置に集光して干渉させ、集光位置に微小な回折格子を形成することにより情報の記録が行われる。２つのビームのうちのどちらか一方を光記録媒体の記録層内に集光し、回折格子からの反射光を検出することにより情報の再生が行われる。また、ページ型のホログラム記録技術では、２つのビームである信号光と参照光のうち信号光の断面内の強度分布を記録情報に従って変調したのち、２つのビームを光記録媒体の記録層内へ入射させて干渉させ、２つのビームが重なる位置にホログラムを形成することにより情報の記録が行われる。２つのビームのうちの参照光を光記録媒体の記録層内へ入射させ、再生情報に従って変調されたホログラムからの回折光の断面内の強度分布を検出することにより情報の再生が行われる。ビット型の３次元記録における回折格子の大きさは、ページ型のホログラム記録におけるホログラムの大きさに比べて小さい。そのため、ビット型の３次元記録は、ページ型のホログラム記録に比べ、光源の波長変動に対するトレランスが広い等の特徴を有している。このようなビット型の３次元記録用の光ヘッド装置として、“Ｄｒｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏ−Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｂｌｕｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ”（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｍｅｍｏｒｙ ２００６ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｄｉｇｅｓｔ， ｐｐ．３６−３７．）に記載の光ヘッド装置がある。

図１に、その光ヘッド装置の構成が示される。半導体レーザ４３ａから出射された光は、凸レンズ４４ａを透過して発散光から平行光へ変換され、一部がビームスプリッタ４５ａを透過し、一部がビームスプリッタ４５ａで反射される。

ディスク４２へ情報を記録するときには、ビームスプリッタ４５ａを透過した光は、干渉フィルタ４６で反射され、対物レンズ４９ａによりディスク４２の記録層内に集光される。一方、ビームスプリッタ４５ａで反射された光は、シャッタ４８を通り、一部がビームスプリッタ４５ｂで反射され、ミラー４７で反射され、対物レンズ４９ｂによりディスク４２の記録層内に集光される。ビームスプリッタ４５ａを透過した光と、ビームスプリッタ４５ａで反射された光とは、ディスク４２の記録層内の同一の位置に集光されて干渉し、集光位置に微小な回折格子が形成される。

ディスク４２から情報を再生するときには、ビームスプリッタ４５ａを透過した光はディスク４２の記録層内に集光されるが、ビームスプリッタ４５ａで反射された光はシャッタ４８で遮断され、ディスク４２へ向かわない。ディスク４２の記録層内に集光された光は、集光位置に形成された回折格子で反射され、対物レンズ４９ａを逆向きに通り、干渉フィルタ４６で反射される。干渉フィルタ４６で反射された光のうちの一部がビームスプリッタ４５ａで反射され、凸レンズ４４ｂにより光検出器５０ａの受光部上に集光される。

ここで、回折格子はビットデータの情報を有している。ビームスプリッタ４５ａを透過した光およびビームスプリッタ４５ａで反射された光の集光位置を記録層の厚さ方向へ移動させて、記録層の面内方向だけでなく厚さ方向へも多層に回折格子を形成することにより、３次元記録再生を行うことができる。

なお、凸レンズ４４ｃ、光検出器５０ｂは、ディスク４２へ情報を記録するときに、ディスク４２の記録層内における、ビームスプリッタ４５ａを透過した光の集光位置に対するビームスプリッタ４５ａで反射された光の集光位置のずれを検出するために用いられる。また、半導体レーザ４３ｂ、凸レンズ４４ｄ、ビームスプリッタ４５ｃ、凸レンズ４４ｅ、光検出器５０ｃは、ディスク４２の基準位置に対する半導体レーザ４３ｂから出射した光の集光位置のずれを検出するために用いられる。

この光ヘッド装置は、ビット型の３次元記録用の光ヘッド装置であり、ビット型の３次元記録においては、一回の記録により一つの回折格子が形成される。ここで、一つの回折格子が有するビットデータは、一つのビットに相当する。これに対し、ページ型のホログラム記録においては、一回の記録により一つのホログラムが形成される。ここで、一つのホログラムが有するページデータは、複数のビットに相当する。すなわち、ビット型の３次元記録は、ページ型のホログラム記録に比べ、データ転送速度が低いという課題を有している。

特開２００６−７９７０２号公報には、複数の光束を記録信号に基づいて選択的に対物レンズに入射させ、任意の記録パターンを形成できる記録再生装置が開示されている。この記録再生装置は、集光レンズと、光選択素子と、対物レンズとを備える。集光レンズは、複数の光源からの光を集光する。光選択素子は、集光レンズにより集光された光の集光点近傍に配置され、記録信号に基づいて、光を選択的に透過あるいは反射させる。対物レンズは、透過あるいは反射した光束を記録媒体上に集光する。

特開平１１−１３３８４５号公報には、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の複製方法が開示されている。情報が記録された記録済光情報記録媒体と情報が記録されていない未記録光情報記録媒体とを重ね合わせた状態で、記録済光情報記録媒体および未記録光情報記録媒体に対して、記録済光情報記録媒体の各ホログラムより再生光が発生するように参照光を照射する。この参照光の照射によって各ホログラムより発生される再生光と参照光との干渉による干渉パターンを未記録光情報記録媒体に対して記録する。これによって、記録済光情報記録媒体に記録された情報が未記録光情報記録媒体に複写されて光情報記録媒体が複製される。

特表平１１−５１３８１７号公報には、変調された光ビームの二次元アレイを発生させる装置が開示されている。この装置は、光源と、第１のレンズと、二次元ホログラフィ・ビーム・スプリッタと、二次元変調器アレイとを含み、回折限界光ビームの二次元アレイを発生させる。光源は、光を発生させ、第１のレンズは、この光をコリメートして光ビームにする。二次元ホログラフィ・ビーム・スプリッタは、光ビームが通過したとき、複数の回折限界光ビームから構成される二次元アレイをつくり出す。二次元変調器アレイは、複数の光ビームをそれぞれ独立に変調する。複数の変調された光ビームが変調器によってつくり出され、変調された回折限界光ビームの二次元アレイが生成される。

特開２００２−１２３９４８号公報には、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録する光情報記録装置が開示されている。この光情報記録装置は、情報光生成手段と、記録用参照光生成手段と、記録光学系とを備える。情報光生成手段は、記録する情報を担持した情報光を生成する。記録用参照光生成手段は、記録用参照光を生成する。記録光学系は、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光生成手段によって生成された情報光と記録用参照光生成手段によって生成された記録用参照光とを、情報記録層に対して互いに反対の面側より同軸的に且つ同じ位置で最も小径となるように収束させながら情報記録層に照射する。これらの分岐参照光は、ビームスプリッタからホログラフィック記録媒体に至る、相互に異なる光路長の分岐参照光路を通って、且つ、異なる角度でホログラフィック記録媒体に入射する。各分岐参照光路は、その光路長と、複数の分岐物体光路のうちいずれか一つの光路長との差が、レーザ光の可干渉距離よりも短く、他の分岐物体光の光路長との差が、可干渉距離よりも長い。

特開２００５−７０３４１号公報には、参照光と変調された物体光とをホログラフィック記録媒体内で干渉させて、干渉縞を形成するホログラフィック記録方法が開示されている。物体光及び参照光は、各々同数の分岐物体光及び分岐参照光に分岐する。これらの分岐物体光は、各々異なる反射型空間光変調器により変調され、且つ、この反射型空間光変調器の前後の光路を含むビームスプリッタからホログラフィック記録媒体に至る光路長が相互に異なる分岐物体光路を経て、反射型空間光変調器からの反射光を同一光路上に統合し、ホログラフィック記録媒体に入射する。

特開２００５−１７２９５６号公報には、ホログラフィックメモリ再生方法が開示されている。ホログラフィック記録媒体は、記録層の面方向に複数の記録領域を有し、記録領域毎にホログラムが形成されている。このホログラフィック記録媒体に再生光ビームが照射され、ホログラムから情報が再生される。光源から出射された再生光ビームを複数の分割ビームとして、同数の記録領域を同時に照射し、その複数の記録領域からの回折光を同時に受光して、情報が一括して読み出される。

本発明の目的は、データ転送速度が高い光ヘッド装置および光学的情報記録再生装置を提供することにある。

本発明の観点では、本発明の光ヘッド装置は、記録層を有する光記録媒体に対して情報の記録および再生を行い、単一の光源と、ビーム群生成手段と、空間光変調器と、開口と、ビーム群分割手段と、対物レンズとを具備する。ビーム群生成手段は、光源からの出射光から複数のビームを含む出射ビーム群を生成する。空間光変調器は、出射ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれを独立に変調可能な、複数の画素を含む変調層を有する。開口は、変調層に対するフーリエ面に設けられる。ビーム群分割手段は、光記録媒体へ情報を記録するときに、出射ビーム群を第一の往路ビーム群と第二の往路ビーム群とに分割する。対物レンズは、第一の往路ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれと、第二の往路ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれとを、互いに対向させて記録層内の同一の位置に集光する。

本発明の他の観点では、本発明の光学的情報記録再生装置は、上記の光ヘッド装置と、光源を駆動する光源駆動回路と、空間光変調器を駆動する空間光変調器駆動回路とを有する。

本発明によれば、光源の波長変動に対するトレランスが広い等のビット型の３次元記録の特徴を維持しつつ、データ転送速度を高めることができる。

上記発明の目的、効果、特徴は、添付される図面と連携して実施の形態の記述から、より明らかになる。
図１は、関連する３次元記録再生用の光ヘッド装置の構成を示す図である。 図２は、本発明の第一の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す図である。 図３Ａ〜３Ｂは、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置における、透過型の液晶光学素子と偏光子を組み合わせた空間光変調器の動作を説明する図である。 図４Ａ〜４Ｂは、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置における、反射型の液晶光学素子と偏光ビームスプリッタを組み合わせた空間光変調器の動作を説明する図である。 図５Ａ〜５Ｂは、本発明の実施の形態に係る光ヘッド装置に用いられる液晶光学素子の光軸に垂直な面内における、液晶光学素子に設けられた変調層に含まれる複数の画素を示す図である。 図６Ａ〜６Ｂは、本発明の第一の実施の形態に係る光ヘッド装置における、ディスクへの入射ビームおよびディスクからの反射ビームの光路を示す図である。 図７は、本発明の第一の実施の形態に係る光学的情報記録再生装置の構成を示す図である。 図８は、本発明の第二の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成を示す図である。 図９Ａ〜９Ｂは、本発明の第二の実施の形態に係る光ヘッド装置における、ディスクへの入射ビームおよびディスクからの反射ビームの光路を示す図である。 図１０は、本発明の第二の実施の形態に係る光学的情報記録再生装置の構成を示す図である。

以下に、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図２に、本発明の第一の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成が示される。光ヘッド１ａは、光記録媒体であるディスク２ａに情報を記録し、ディスク２ａに記録された情報を再生する。光ヘッド１ａは、レーザ３、凸レンズ４ａ〜４ｆ、４ｋ、マイクロレンズアレイ５、空間光変調器６、可変波長板７、開口９ａ、９ｂ、偏光ビームスプリッタ１０ａ、ミラー１１ａ〜１１ｆ、１／４波長板１２ａ、１２ｂ、対物レンズ１３ａ、１３ｂ、撮像素子１４を備える。光源であるレーザ３は、波長が４０５ｎｍの光を出射する単一モード半導体レーザである。レーザ３から出射された光は、発散光として凸レンズ４ａへ入射し、凸レンズ４ａを透過して発散光から平行光へ変換され、マイクロレンズアレイ５を透過して平行光から複数の収束光へ変換され、空間光変調器６の複数の画素を含む変調層内に複数の集光スポットとして集光される。複数の集光スポットのそれぞれの集光位置は複数の画素のそれぞれに対応している。ここで、マイクロレンズアレイ５はビーム群生成手段に相当し、複数の集光スポットとして集光された複数の光は出射ビーム群に相当する。これらの複数の光は、複数の発散光として凸レンズ４ｂへ入射し、凸レンズ４ｂを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換され、可変波長板７へ入射する。可変波長板７は、光記録媒体であるディスク２ａへ情報を記録するときには入射光に対して１／４波長板の効果を持ち、光記録媒体であるディスク２ａから情報を再生するときには入射光に対して１／２波長板の効果を持つ。

ディスク２ａへ情報を記録するときには、可変波長板７へ入射した複数の光は、可変波長板７を透過して複数の直線偏光から複数の円偏光へ変換される。変換された複数の円偏光のそれぞれの約５０％が偏光ビームスプリッタ１０ａでＳ偏光成分として反射され、複数の円偏光のそれぞれの約５０％が偏光ビームスプリッタ１０ａをＰ偏光成分として透過する。ここで、可変波長板７および偏光ビームスプリッタ１０ａは、ビーム群分割手段に相当する。また、偏光ビームスプリッタ１０ａで反射された複数の光、偏光ビームスプリッタ１０ａを透過した複数の光は、それぞれ第一の往路ビーム群、第二の往路ビーム群に相当する。

偏光ビームスプリッタ１０ａで反射された複数の光は、開口９ａを透過し、凸レンズ４ｃを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、ミラー１１ａの近傍に複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、ミラー１１ａおよびミラー１１ｃで反射され、複数の発散光として凸レンズ４ｅへ入射し、凸レンズ４ｅを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換され、ミラー１１ｅで反射される。反射された光は、１／４波長板１２ａを透過して複数の直線偏光から複数の円偏光へ変換され、対物レンズ１３ａを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、ディスク２ａの記録層内に複数の集光スポットとして集光される。

一方、偏光ビームスプリッタ１０ａを透過した複数の光は、開口９ｂを透過し、凸レンズ４ｄを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、ミラー１１ｂの近傍に複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、ミラー１１ｂおよびミラー１１ｄで反射され、複数の発散光として凸レンズ４ｆへ入射し、凸レンズ４ｆを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換され、ミラー１１ｆで反射される。反射された光は、１／４波長板１２ｂを透過して複数の直線偏光から複数の円偏光へ変換され、対物レンズ１３ｂを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、ディスク２ａの記録層内に複数の集光スポットとして集光される。

偏光ビームスプリッタ１０ａで反射された複数の光のそれぞれと、偏光ビームスプリッタ１０ａを透過した複数の光のそれぞれとは、ディスク２ａの記録層内の同一の位置に集光されて干渉し、複数の集光位置のそれぞれに微小な回折格子が形成される。ここで、凸レンズ４ｂの後側焦点位置と、凸レンズ４ｃ、４ｄの前側焦点位置とは、一致している。また、凸レンズ４ｅ、４ｆの後側焦点位置と、対物レンズ１３ａ、１３ｂの前側焦点位置とは、それぞれ一致している。

空間光変調器６の変調層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれは、ディスク２ａの記録層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれに対応している。すなわち、空間光変調器６の変調層とディスク２ａの記録層とは、凸レンズ４ｂ、４ｃ、４ｅ、対物レンズ１３ａに対して、また、凸レンズ４ｂ、４ｄ、４ｆ、対物レンズ１３ｂに対して互いに光学的に共役な位置にある。図２においては、空間光変調器６の変調層内に形成された複数の集光スポットの数、ディスク２ａの記録層内に形成された複数の集光スポットの数は、いずれも５個である。

空間光変調器６の変調層は、凸レンズ４ｂの前側焦点位置にある。また、開口９ａ、９ｂは、凸レンズ４ｂの後側焦点位置にある。すなわち、開口９ａ、９ｂは、空間光変調器６の変調層に対するフーリエ面に設けられている。空間光変調器６の変調層内に形成された複数の集光スポットに対応する複数の主光線は、凸レンズ４ｂの後側焦点位置において一点で交わる。従って、この位置に開口９ａ、９ｂを設けることにより、複数の集光スポットを物点とする複数の光のビーム径を全て等しくすることができる。その結果、複数の光のそれぞれに対する対物レンズ１３ａ、１３ｂの開口数を全て等しくすることができる。すなわち、ディスク２ａの記録層内の複数の集光位置に形成される複数の回折格子の大きさを全て等しくすることができる。なお、開口の位置は、空間光変調器６の変調層のフーリエ面であれば凸レンズ４ｂの後側焦点位置である必要はない。例えば、開口９ａ、９ｂの代わりに、凸レンズ４ｃ、４ｅに対して凸レンズ４ｂの後側焦点位置と互いに光学的に共役な位置、および凸レンズ４ｄ、４ｆに対して凸レンズ４ｂの後側焦点位置と互いに光学的に共役な位置に開口を設けても良い。

空間光変調器６からディスク２ａの対物レンズ１３ａ側の入射面までの出射ビーム群および第一の往路ビーム群の光路には、偏光ビームスプリッタ１０ａの反射面、ミラー１１ａの反射面、ミラー１１ｃの反射面、ミラー１１ｅの反射面の合計４つの反射面がある。このとき、空間光変調器６の変調層内、ディスク２ａの記録層内に複数の集光スポットが形成される。これらの複数の集光スポットのうちの、空間光変調器６の変調層内のａ点、ｂ点（図２参照）に位置する集光スポットを物点とする光は、空間光変調器６からディスク２ａの対物レンズ１３ａ側の入射面までの光路を経て、ディスク２ａの記録層内のＡ点、Ｂ点（図２参照）に位置する集光スポットを像点とする光となる。

一方、空間光変調器６からディスク２ａの対物レンズ１３ｂ側の入射面までの出射ビーム群および第二の往路ビーム群の光路には、ミラー１１ｂの反射面、ミラー１１ｄの反射面、ミラー１１ｆの反射面の合計３つの反射面がある。このとき、空間光変調器６の変調層内、ディスク２ａの記録層内に複数の集光スポットが形成される。これらの複数の集光スポットのうちの、空間光変調器６の変調層内のａ点、ｂ点（図２参照）に位置する集光スポットを物点とする光は、空間光変調器６からディスク２ａの対物レンズ１３ｂ側の入射面までの光路を経て、ディスク２ａの記録層内のＡ点、Ｂ点（図２参照）に位置する集光スポットを像点とする光となる。

このように、空間光変調器６からディスク２ａの対物レンズ１３ａ側の入射面までの出射ビーム群および第一の往路ビーム群の光路における反射面の数と、空間光変調器６からディスク２ａの対物レンズ１３ｂ側の入射面までの出射ビーム群および第二の往路ビーム群の光路における反射面の数との差が奇数である。これにより、第一の往路ビーム群に含まれる複数の光と第二の往路ビーム群に含まれる複数の光とのうち、空間光変調器６の変調層内に形成された同一の集光スポットを物点とする光は、ディスク２ａの記録層内に形成された同一の集光スポットを像点とする光となる。

これに対し、ディスク２ａから情報を再生するときには、可変波長板７へ入射した複数の光は、可変波長板７を透過して偏光方向が９０°変化し、複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ａへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。ここで、偏光ビームスプリッタ１０ａで反射された複数の光は、往路ビーム群に相当する。

偏光ビームスプリッタ１０ａで反射された複数の光は、凸レンズ４ｃを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、ミラー１１ａの近傍に複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、ミラー１１ａおよびミラー１１ｃで反射され、複数の発散光として凸レンズ４ｅへ入射し、凸レンズ４ｅを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換され、ミラー１１ｅで反射される。反射された光は、１／４波長板１２ａを透過して複数の直線偏光から複数の円偏光へ変換され、対物レンズ１３ａを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、ディスク２ａの記録層内に複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、複数の集光位置に形成された複数の回折格子で反射され、複数の発散光として対物レンズ１３ａへ入射し、対物レンズ１３ａを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換される。変換された光は、１／４波長板１２ａを透過して複数の円偏光から複数の直線偏光へ変換され、ミラー１１ｅで反射され、凸レンズ４ｅを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、ミラー１１ｃで反射され、ミラー１１ａの近傍に複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、ミラー１１ａで反射され、複数の発散光として凸レンズ４ｃへ入射し、凸レンズ４ｃを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換され、複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ａへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ１０ａを透過した複数の光は、凸レンズ４ｋを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、撮像素子１４の複数の画素を含む受光層内に複数の集光スポットとして集光される。複数の集光スポットのそれぞれの集光位置は、複数の画素のそれぞれに対応している。ここで、撮像素子１４は光検出器に相当し、複数の集光スポットとして集光された複数の光は復路ビーム群に相当する。

撮像素子１４の受光層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれは、ディスク２ａの記録層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれに対応している。すなわち、撮像素子１４の受光層とディスク２ａの記録層とは、対物レンズ１３ａ、凸レンズ４ｅ、４ｃ、４ｋに対して、また、対物レンズ１３ｂ、凸レンズ４ｆ、４ｄ、４ｋに対して互いに光学的に共役な位置にある。図２においては、撮像素子１４の受光層内に形成された複数の集光スポットの数、ディスク２ａの記録層内に形成された複数の集光スポットの数はいずれも５個である。撮像素子１４の受光層は、凸レンズ４ｋの後側焦点位置にある。また、開口９ａ、９ｂは、凸レンズ４ｋの前側焦点位置にある。すなわち、開口９ａ、９ｂは、撮像素子１４の受光層に対するフーリエ面に設けられている。

ここで、複数の回折格子のそれぞれは、ビットデータの情報を有している。偏光ビームスプリッタ１０ａで反射された複数の光および偏光ビームスプリッタ１０ａを透過した複数の光の複数の集光位置を記録層の厚さ方向へ移動させ、記録層の面内方向だけでなく厚さ方向へも多層に複数の回折格子を形成することにより、並列に３次元記録再生を行うことができる。

可変波長板７は、２枚の基板の間に液晶層を挟むように構成される。２枚の基板の液晶層側の面には、液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。液晶は一軸の屈折率異方性を有している。液晶層の厚さは、液晶層を透過する光に生じる光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との間の位相差がπになるように定められている。液晶層に電圧Ｖを印加する場合、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向と平行な方向の中間の方向となる。このとき、可変波長板７は１／４波長板の効果を持つ。液晶層に電圧を印加しない場合、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向となる。このとき、可変波長板７は１／２波長板の効果を持つ。

空間光変調器６としては、透過型の液晶光学素子と偏光子を組み合わせた空間光変調器６ａ、反射型の液晶光学素子と偏光ビームスプリッタを組み合わせた空間光変調器６ｂを用いることができる。

図３Ａ〜３Ｂを参照して、透過型の液晶光学素子と偏光子とを組み合わせた空間光変調器６ａの動作が説明される。図３Ａはディスク２ａへ情報を記録するとき、図３Ｂはディスク２ａから情報を再生するときの空間光変調器６ａの動作を示している。空間光変調器６ａは、透過型の液晶光学素子１５ａと偏光子１６とを備える。空間光変調器６ａの複数の画素を含む変調層は、液晶光学素子１５ａに設けられている。ここで、レーザ３から出射した光は、紙面に垂直な方向の直線偏光である。この光は、マイクロレンズアレイ５を透過し、変調層内に複数の集光スポットとして集光される。図３Ａ〜３Ｂにおいては、変調層内に形成される複数の集光スポットの数は５個である。

偏光子１６は、紙面に平行な方向の直線偏光をほぼ１００％透過させ、紙面に垂直な方向の直線偏光をほぼ１００％反射する働きをする。ディスク２ａへ情報を記録するときには、ビットデータ“１”を表す画素は入射光の偏光方向を９０°変化させ、ビットデータ“０”を表す画素は入射光の偏光状態を変化させない。ビットデータ“１”を表す画素内に形成される集光スポットを物点とする光は、画素を透過して偏光方向が９０°変化し、偏光子１６へ紙面に平行な方向の直線偏光として入射してほぼ１００％が透過する。一方、ビットデータ“０”を表す画素内に形成される集光スポットを物点とする光は、画素を偏光状態が変化することなく透過し、偏光子１６へ紙面に垂直な方向の直線偏光として入射してほぼ１００％が反射される。

図３Ａにおいては、５個の集光スポットのうち、３個はビットデータ“１”を表す画素内に形成され、２個はビットデータ“０”を表す画素内に形成される。ビットデータ“１”を表す画素内に形成される３個の集光スポットのそれぞれを物点とする３つの光は、偏光子１６を透過してビーム１７ａ、１７ｃ、１７ｅとなる。これに対し、ディスク２ａから情報を再生するときには、全ての画素は入射光の偏光方向を９０°変化させる。画素内に形成される集光スポットを物点とする光は、画素を透過して偏光方向が９０°変化し、偏光子１６へ紙面に平行な方向の直線偏光として入射してほぼ１００％が透過する。図３Ｂにおいては、５個の集光スポットのそれぞれを物点とする５つの光は、偏光子１６を透過してビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅとなる。

図４Ａ〜４Ｂを参照して、反射型の液晶光学素子と偏光ビームスプリッタを組み合わせた空間光変調器６ｂの動作が説明される。図４Ａはディスク２ａへ情報を記録するとき、図４Ｂはディスク２ａから情報を再生するときの空間光変調器６ｂの動作を示している。空間光変調器６ｂは、反射型の液晶光学素子１５ｂと偏光ビームスプリッタ１０ｄとを備える。空間光変調器６ｂの複数の画素を含む変調層は、液晶光学素子１５ｂに設けられている。ここで、レーザ３から出射した光は、紙面に垂直な方向の直線偏光である。この光は、マイクロレンズアレイ５を透過し、偏光ビームスプリッタ１０ｄへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射され、変調層内に複数の集光スポットとして集光される。図４Ａ〜４Ｂにおいては、変調層内に形成される複数の集光スポットの数は５個である。

ディスク２ａへ情報を記録するときには、ビットデータ“１”を表す画素は入射光の偏光方向を９０°変化させ、ビットデータ“０”を表す画素は入射光の偏光状態を変化させない。ビットデータ“１”を表す画素内に形成される集光スポットを物点とする光は、画素で反射されて偏光方向が９０°変化し、偏光ビームスプリッタ１０ｄへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。一方、ビットデータ“０”を表す画素内に形成される集光スポットを物点とする光は、画素で偏光状態が変化することなく反射され、偏光ビームスプリッタ１０ｄへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。

図４Ａにおいては、５個の集光スポットのうち、３個はビットデータ“１”を表す画素内に形成され、２個はビットデータ“０”を表す画素内に形成される。ビットデータ“１”を表す画素内に形成される３個の集光スポットのそれぞれを物点とする３つの光は、偏光ビームスプリッタ１０ｄを透過してビーム１７ａ、１７ｃ、１７ｅとなる。これに対し、ディスク２ａから情報を再生するときには、全ての画素は入射光の偏光方向を９０°変化させる。画素内に形成される集光スポットを物点とする光は、画素で反射されて偏光方向が９０°変化し、偏光ビームスプリッタ１０ｄへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。図４Ｂにおいては、５個の集光スポットのそれぞれを物点とする５つの光は、偏光ビームスプリッタ１０ｄを透過してビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅとなる。

図５Ａ〜５Ｂに、液晶光学素子１５ａ、１５ｂの光軸に垂直な面内における、液晶光学素子１５ａ、１５ｂに設けられた変調層が含む複数の画素の配置が示される。図５Ａはディスク２ａへ情報を記録するとき、図５Ｂはディスク２ａから情報を再生するときの複数の画素の配置を示している。図５Ａ〜５Ｂにおいては、複数の画素は５行５列の２次元状に配列されており、その数は２５個である。ここで、図３Ａ〜３Ｂ、図４Ａ〜４Ｂにおける５個の集光スポットのそれぞれは、図５Ａ〜５Ｂにおける画素１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ内に形成される。

液晶光学素子１５ａ、１５ｂは、２枚の基板の間に変調層である強誘電性液晶層を挟むように構成される。２枚の基板の強誘電性液晶層側の面には、強誘電性液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。一方の電極は複数の画素に対応して２次元状に分割されたパターン電極であり、他方の電極は全面電極である。電極には、複数の画素のそれぞれに対応する強誘電性液晶層に独立に電圧を印加することができる。強誘電性液晶は一軸の屈折率異方性を有し、図中の矢印は強誘電性液晶層の光学軸の方向を表している。ここで、液晶光学素子１５ａにおける強誘電性液晶層の厚さは、画素を透過する光に生じる光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との間の位相差がπになるように定められている。また、液晶光学素子１５ｂにおける強誘電性液晶層の厚さは、画素で反射される光に生じる光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との間の位相差がπになるように定められている。強誘電性液晶層へ入射する光は、図の横方向の直線偏光である。

ディスク２ａへ情報を記録するときには、ビットデータ“１”を表す画素に対応する強誘電性液晶層には正の電圧が印加され、ビットデータ“０”を表す画素に対応する強誘電性液晶層には負の電圧が印加される。このとき、ビットデータ“１”を表す画素に対応する強誘電性液晶の光学軸の方向は図の４５°方向となり、ビットデータ“０”を表す画素に対応する強誘電性液晶の光学軸の方向は図の横方向となる。ビットデータ“１”を表す画素に対応する強誘電性液晶層へ入射した光は、液晶光学素子１５ａにおいては画素を透過して偏光方向が９０°変化し、液晶光学素子１５ｂにおいては画素で反射されて偏光方向が９０°変化し、強誘電性液晶層から出射する。一方、ビットデータ“０”を表す画素に対応する強誘電性液晶層へ入射した光は、液晶光学素子１５ａにおいては画素を偏光状態が変化することなく透過し、液晶光学素子１５ｂにおいては画素で偏光状態が変化することなく反射され、強誘電性液晶層から出射する。画素１８ａ、１８ｃ、１８ｅはビットデータ“１”を表しており、画素１８ｂ、１８ｄはビットデータ“０”を表している。画素１８ａ、１８ｃ、１８ｅのそれぞれを物点とする３つの光は、図３Ａまたは図４Ａにおけるビーム１７ａ、１７ｃ、１７ｅとなる。

これに対し、ディスク２ａから情報を再生するときには、全ての画素に対応する強誘電性液晶層に正の電圧が印加される。このとき、全ての画素に対応する強誘電性液晶の光学軸の方向は図の４５°方向となる。画素に対応する強誘電性液晶層へ入射した光は、液晶光学素子１５ａにおいては画素を透過して偏光方向が９０°変化し、液晶光学素子１５ｂにおいては画素で反射されて偏光方向が９０°変化し、強誘電性液晶層から出射する。画素１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅのそれぞれを物点とする５つの光は、図３Ｂまたは図４Ｂにおけるビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅとなる。

図６Ａ〜６Ｂに、ディスク２ａへ情報を記録するときおよびディスク２ａから情報を再生するときの、ディスク２ａへの入射ビームおよびディスク２ａからの反射ビームの光路を示す。ディスク２ａは、基板２２ａと基板２２ｂとの間に記録層１９ａを挟むように構成される。基板２２ａ、２２ｂの材料としてはガラス等が用いられる。記録層１９ａの材料としてはフォトポリマ等が用いられる。図３Ａまたは図４Ａにおけるビーム１７ａ、１７ｃ、１７ｅの約５０％は、偏光ビームスプリッタ１０ａで反射され、それぞれ図６Ａに示されるビーム２５ａ、２５ｃ、２５ｅとなる。また、他の約５０％は、偏光ビームスプリッタ１０ａを透過して、それぞれ図６Ａに示されるビーム２６ａ、２６ｃ、２６ｅとなる。また、図３Ｂまたは図４Ｂに示されるビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅは、偏光ビームスプリッタ１０ａでほぼ１００％が反射されて、それぞれ図６Ｂに示されるビーム２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅとなる。ここで、基板２２ａの対物レンズ１３ａ側の面、基板２２ｂの対物レンズ１３ｂ側の面は、それぞれ第一の入射面、第二の入射面に相当する。

図６Ａに、ディスク２ａへ情報を記録するときのディスク２ａへの入射ビームの光路が示される。図６Ａに示されるように、ビーム２５ａ、２５ｃ、２５ｅは、平行光として対物レンズ１３ａへ入射して記録層１９ａ内に集光される。また、ビーム２６ａ、２６ｃ、２６ｅは、平行光として対物レンズ１３ｂへ入射して記録層１９ａ内に集光される。ビーム２５ａとビーム２６ａとは集光点２３ａに、ビーム２５ｃとビーム２６ｃとは集光点２３ｂに、ビーム２５ｅとビーム２６ｅとは集光点２３ｃに集光されて干渉し、それぞれの集光点に微小な回折格子が形成される。このように、回折格子が形成された状態がビットデータ“１”に対応し、回折格子が形成されない状態がビットデータ“０”に対応する。図６Ａに示される集光点２３ａ、２３ｂ、２３ｃに形成された回折格子は、図６Ｂに示される回折格子２４ａ、２４ｂ、２４ｃに相当する。

図６Ｂに、ディスク２ａから情報を再生するときのディスク２ａへの入射ビームの光路およびディスク２ａからの反射ビームの光路が示される。図６Ｂに示されるように、ビーム２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ、２５ｅは平行光として対物レンズ１３ａへ入射して記録層１９ａ内に集光される。ビーム２５ａ、２５ｃ、２５ｅは、それぞれ集光点に形成された回折格子２４ａ、２４ｂ、２４ｃで反射され、平行光として対物レンズ１３ａから出射してビーム２５ａ、２５ｃ、２５ｅと同じ光路を逆向きに辿り、撮像素子１４の受光層に含まれる複数の画素のうち対応する画素で受光される。一方、ビーム２５ｂ、２５ｄは、集光点に回折格子が形成されていないため反射されず、撮像素子１４の受光層に含まれる複数の画素のうち対応する画素で受光されない。このように、画素がビームを受光する状態がビットデータ“１”に対応し、画素がビームを受光しない状態がビットデータ“０”に対応する。図５Ａ〜５Ｂに示される液晶光学素子１５ａ、１５ｂを用いた場合、記録層１９ａの面内に２５チャンネルの並列記録再生を行うことができる。

なお、本発明の第一の実施の形態に係る光ヘッド装置は、集光位置のずれを検出、補正する手段を備えることができる。その一つは、ディスク２ａへ情報を記録するときに対向する２つのビームのうち一方の集光位置に対する他方の集光位置のずれを検出するための光学系およびそのずれを補正するための手段である。また、ディスク２ａの基準位置に対するビームの集光位置のずれを検出するための光学系およびそのずれを補正するための手段を設けることができる。

図７に、上述の光ヘッド１ａを搭載する光学的情報記録再生装置の構成が示される。光学的情報記録再生装置は、光ヘッド１ａ、ポジショナ２７ａ、スピンドル２８、コントローラ２９、レーザ駆動回路３０、変調回路３１、記録信号生成回路３２、空間変調器駆動回路３３、増幅回路３４、再生信号処理回路３５、復調回路３６、可変波長板駆動回路３７、対物レンズ駆動回路３８、ポジショナ駆動回路４０、スピンドル駆動回路４１を備える。光ヘッド１ａは、ポジショナ２７ａに搭載されている。ディスク２ａは、スピンドル２８に搭載されている。光源駆動回路であるレーザ駆動回路３０、変調回路３１から空間光変調器駆動回路３３までの回路、増幅回路３４から復調回路３６までの回路、可変波長板駆動回路３７、対物レンズ駆動回路３８、ポジショナ駆動回路４０、およびスピンドル駆動回路４１はコントローラ２９により制御される。

レーザ駆動回路３０は、ディスク２ａへ情報を記録するときおよびディスク２ａから情報を再生するときに、光ヘッド１ａ内のレーザ３からの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３へ一定の電流を供給してレーザ３を駆動する。

変調回路３１は、ディスク２ａへ情報を記録するときに、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路３２は、変調回路３１で変調された信号に基づいて、光ヘッド１ａ内の空間光変調器６を駆動するための記録信号を生成する。空間光変調器駆動回路３３は、空間光変調器６を駆動する。ディスク２ａへ情報を記録するときには、空間光変調器駆動回路３３は、記録信号生成回路３２で生成された記録信号に基づいて、それぞれの画素に対応する変調層である強誘電性液晶層に記録信号に応じた電圧を供給して空間光変調器６を駆動する。これにより、空間光変調器６の変調層に含まれる複数の画素のうち、ビットデータ“１”を表す画素を物点とする光が生成され、ビットデータ“０”を表す画素を物点とする光は生成されない。これに対し、ディスク２ａから情報を再生するときには、空間光変調器駆動回路３３は、空間光変調器６の変調層に含まれる全ての画素を物点とする光が生成されるように、それぞれの画素に対応する変調層である強誘電性液晶層に一定の電圧を供給して空間光変調器６を駆動する。

増幅回路３４は、ディスク２ａから情報を再生するときに、光ヘッド１ａ内の撮像素子１４の受光層が含む複数の画素のそれぞれから出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路３５は、増幅回路３４で増幅された電圧信号に基づいて、ディスク２ａに回折格子の形態で記録された再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路３６は、再生信号処理回路３５で２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

可変波長板駆動回路３７は、ディスク２ａへ情報を記録するときには、光ヘッド１ａ内の可変波長板７が１／４波長板の効果を持つように、可変波長板７が有する液晶層に電圧Ｖを印加する。ディスク２ａから情報を再生するときには、可変波長板駆動回路３７は、光ヘッド１ａ内の可変波長板７が１／２波長板の効果を持つように、可変波長板７が有する液晶層に電圧を印加しない。

対物レンズ駆動回路３８は、アクチュエータ（図示せず）へ電流を供給して、光ヘッド１ａ内の対物レンズ１３ａ、１３ｂを光軸方向へ駆動する。これにより、ディスク２ａへ情報を記録するときおよびディスク２ａから情報を再生するときに、ディスク２ａの記録層内における複数の光の複数の集光位置が記録層の厚さ方向へ移動する。

ポジショナ駆動回路４０は、モータ（図示せず）へ電流を供給して、光ヘッド１ａを搭載するポジショナ２７ａをディスク２ａの半径方向へ移動させる。これにより、ディスク２ａへ情報を記録するときおよびディスク２ａから情報を再生するときに、ディスク２ａの記録層内における複数の光の複数の集光位置がディスク２ａの半径方向に移動する。スピンドル駆動回路４１は、モータ（図示せず）へ電流を供給して、ディスク２ａが搭載されているスピンドル２８を回転させる。これにより、ディスク２ａへ情報を記録するときおよびディスク２ａから情報を再生するときに、ディスク２ａの記録層内における複数の光の複数の集光位置がディスク２ａの接線方向へ移動する。

図８に、本発明の第二の実施の形態に係る光ヘッド装置の構成が示される。光ヘッド１ｂは、光記録媒体であるディスク２ｂに情報を記録し、ディスク２ｂに記録された情報を再生する。光ヘッド１ｂは、レーザ３、凸レンズ４ａ、４ｂ、４ｇ〜４ｋ、マイクロレンズアレイ５、空間光変調器６、可変波長板７、ビームスプリッタ８、開口９ｃ、偏光ビームスプリッタ１０ｂ、１０ｃ、ミラー１１ｇ、１１ｈ、対物レンズ１３ｃ、撮像素子１４を備える。光源であるレーザ３は、単一モード半導体レーザであり、波長が４０５ｎｍの光を出射する。レーザ３から出射された光は、発散光として凸レンズ４ａへ入射し、凸レンズ４ａを透過して発散光から平行光へ変換され、マイクロレンズアレイ５を透過して平行光から複数の収束光へ変換され、空間光変調器６の複数の画素を含む変調層内に複数の集光スポットとして集光される。複数の集光スポットのそれぞれの集光位置は、複数の画素のそれぞれに対応している。ここで、マイクロレンズアレイ５はビーム群生成手段に相当し、複数の集光スポットとして集光された複数の光は出射ビーム群に相当する。これらの複数の光は、複数の発散光として凸レンズ４ｂへ入射し、凸レンズ４ｂを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換され、可変波長板７へ入射する。可変波長板７は、光記録媒体であるディスク２ｂへ情報を記録するときには入射光に対して１／４波長板の効果を持ち、光記録媒体であるディスク２ｂから情報を再生するときには入射光に対して全波長板の効果を持つ。

ディスク２ｂへ情報を記録するときには、可変波長板７へ入射した複数の光は、可変波長板７を透過して複数の直線偏光から複数の円偏光へ変換され、それぞれの約５０％がビームスプリッタ８で反射される。反射された複数の円偏光のそれぞれの約５０％が偏光ビームスプリッタ１０ｂをＰ偏光成分として透過し、複数の円偏光のそれぞれの約５０％が偏光ビームスプリッタ１０ｂでＳ偏光成分として反射される。ここで、可変波長板７および偏光ビームスプリッタ１０ｂは、ビーム群分割手段に相当する。また、偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過した複数の光、偏光ビームスプリッタ１０ｂで反射された複数の光は、それぞれ第一の往路ビーム群、第二の往路ビーム群に相当する。

偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過した複数の光は、凸レンズ４ｇを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、複数の発散光として凸レンズ４ｉへ入射し、凸レンズ４ｉを透過して複数の発散光から複数の平行光に近い収束光へ変換され、ミラー１１ｈで反射される。複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ１０ｃを透過した複数の光は、対物レンズ１３ｃを透過して複数の平行光に近い収束光から複数の収束光へ変換され、ディスク２ｂの記録層内に複数の集光スポットとして集光される。

一方、偏光ビームスプリッタ１０ｂで反射された複数の光は、ミラー１１ｇで反射され、凸レンズ４ｈを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、複数の発散光として凸レンズ４ｊへ入射し、凸レンズ４ｊを透過して複数の発散光から複数の平行光に近い発散光へ変換され、複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ｃへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。偏光ビームスプリッタ１０ｃで反射された複数の光は、対物レンズ１３ｃを透過して複数の平行光に近い発散光から複数の収束光へ変換され、ディスク２ｂの記録層内に複数の集光スポットとして集光される。偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過した複数の光のそれぞれと偏光ビームスプリッタ１０ｂで反射された複数の光のそれぞれとは、ディスク２ｂの記録層内の同一の位置に集光されて干渉し、複数の集光位置のそれぞれに微小な回折格子が形成される。ここで、凸レンズ４ｂの後側焦点位置と凸レンズ４ｇ、４ｈの前側焦点位置とは一致しており、凸レンズ４ｉ、４ｊの後側焦点位置と対物レンズ１３ｃの前側焦点位置とは一致している。

空間光変調器６の変調層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれは、ディスク２ｂの記録層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれに対応している。すなわち、空間光変調器６の変調層とディスク２ｂの記録層とは、凸レンズ４ｂ、４ｇ、４ｉ、対物レンズ１３ｃに対して、また、凸レンズ４ｂ、４ｈ、４ｊ、対物レンズ１３ｃに対して互いに光学的に共役な位置にある。図８においては、空間光変調器６の変調層内に形成された複数の集光スポットの数、ディスク２ｂの記録層内に形成された複数の集光スポットの数は、いずれも５個である。空間光変調器６の変調層は、凸レンズ４ｂの前側焦点位置にあり、開口９ｃは、凸レンズ４ｂの後側焦点位置にある。すなわち、開口９ｃは、空間光変調器６の変調層に対するフーリエ面に設けられている。

空間光変調器６の変調層内に形成された複数の集光スポットに対応する複数の主光線は、凸レンズ４ｂの後側焦点位置において一点で交わる。従って、この位置に開口９ｃを設けることにより、複数の集光スポットを物点とする複数の光のビーム径を全て等しくすることができる。その結果、複数の光のそれぞれに対する対物レンズ１３ｃの開口数を全て等しくすることができ、ディスク２ｂの記録層内の複数の集光位置に形成される複数の回折格子の大きさを全て等しくすることができる。なお、開口９ｃの位置は、空間光変調器６の変調層のフーリエ面であれば凸レンズ４ｂの後側焦点位置である必要はない。例えば、開口９ｃの代わりに、凸レンズ４ｇ、４ｉに対して凸レンズ４ｂの後側焦点位置と互いに光学的に共役な位置、および凸レンズ４ｈ、４ｊに対して凸レンズ４ｂの後側焦点位置と互いに光学的に共役な位置に開口を設けても良い。

空間光変調器６からディスク２ｂの入射面までの出射ビーム群および第一の往路ビーム群の光路には、ビームスプリッタ８の反射面、ミラー１１ｈの反射面の合計２つの反射面がある。このとき、空間光変調器６の変調層内、ディスク２ｂの記録層内に複数の集光スポットが形成される。これらの複数の集光スポットのうちの、空間光変調器６の変調層内のａ点、ｂ点（図８参照）に位置する集光スポットを物点とする光は、空間光変調器６からディスク２ｂの入射面までの光路を経て、ディスク２ｂの記録層内のＡ点、Ｂ点（図８参照）に位置する集光スポットを像点とする光となる。

一方、空間光変調器６からディスク２ｂの入射面までの出射ビーム群および第二の往路ビーム群の光路には、ビームスプリッタ８の反射面、偏光ビームスプリッタ１０ｂの反射面、ミラー１１ｇの反射面、偏光ビームスプリッタ１０ｃの反射面の合計４つの反射面がある。このとき、空間光変調器６の変調層内、ディスク２ｂの記録層内に複数の集光スポットが形成される。これらの複数の集光スポットのうちの、空間光変調器６の変調層内のａ点、ｂ点（図８参照）に位置する集光スポットを物点とする光は、空間光変調器６からディスク２ｂの入射面までの光路を経て、ディスク２ｂの記録層内のＡ点、Ｂ点（図８参照）に位置する集光スポットを像点とする光となる。

このように、空間光変調器６からディスク２ｂの入射面までの出射ビーム群および第一の往路ビーム群の光路における反射面の数と、空間光変調器６からディスク２ｂの入射面までの出射ビーム群および第二の往路ビーム群の光路における反射面の数との差が偶数である。これにより、第一の往路ビーム群に含まれる複数の光と第二の往路ビーム群に含まれる複数の光のうち、空間光変調器６の変調層内に形成された同一の集光スポットを物点とする光は、ディスク２ｂの記録層内に形成された同一の集光スポットを像点とする光となる。

これに対し、ディスク２ｂから情報を再生するときには、可変波長板７へ入射した複数の光は、可変波長板７を偏光状態が変化することなく透過し、それぞれの約５０％がビームスプリッタ８で反射される。反射された複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ｂへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。ここで、偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過した複数の光は往路ビーム群に相当する。偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過した複数の光は、凸レンズ４ｇを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は複数の発散光として凸レンズ４ｉへ入射し、凸レンズ４ｉを透過して複数の発散光から複数の平行光に近い収束光へ変換され、ミラー１１ｈで反射される。反射された複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ１０ｃを透過した複数の光は、対物レンズ１３ｃを透過して複数の平行光に近い収束光から複数の収束光へ変換され、ディスク２ｂの記録層内に複数の集光スポットとして集光される。

これらの複数の光は、複数の集光位置に形成された複数の回折格子で反射され、複数の発散光として対物レンズ１３ｃへ入射し、対物レンズ１３ｃを透過して複数の発散光から複数の平行光に近い発散光へ変換される。変換された複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ｃへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ１０ｃを透過した複数の光は、ミラー１１ｈで反射され、凸レンズ４ｉを透過して複数の平行光に近い発散光から複数の収束光へ変換され、複数の集光スポットとして集光される。これらの複数の光は、複数の発散光として凸レンズ４ｇへ入射し、凸レンズ４ｇを透過して複数の発散光から複数の平行光へ変換され、複数の直線偏光のそれぞれが偏光ビームスプリッタ１０ｂへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過した複数の光は、それぞれの約５０％がビームスプリッタ８を透過し、凸レンズ４ｋを透過して複数の平行光から複数の収束光へ変換され、撮像素子１４の複数の画素を含む受光層内に複数の集光スポットとして集光される。複数の集光スポットのそれぞれの集光位置は複数の画素のそれぞれに対応している。ここで、撮像素子１４は光検出器に相当し、複数の集光スポットとして集光された複数の光は復路ビーム群に相当する。

撮像素子１４の受光層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれは、ディスク２ｂの記録層内に形成された複数の集光スポットのそれぞれに対応している。すなわち、撮像素子１４の受光層とディスク２ｂの記録層とは、対物レンズ１３ｃ、凸レンズ４ｉ、４ｇ、４ｋに対して、また、対物レンズ１３ｃ、凸レンズ４ｊ、４ｈ、４ｋに対して互いに光学的に共役な位置にある。図８においては、撮像素子１４の受光層内に形成された複数の集光スポットの数、ディスク２ｂの記録層内に形成された複数の集光スポットの数はいずれも５個である。撮像素子１４の受光層は凸レンズ４ｋの後側焦点位置にあり、開口９ｃは凸レンズ４ｋの前側焦点位置にある。すなわち、開口９ｃは撮像素子１４の受光層に対するフーリエ面に設けられている。

ここで、複数の回折格子のそれぞれはビットデータの情報を有している。偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過した複数の光および偏光ビームスプリッタ１０ｂで反射された複数の光の複数の集光位置を記録層の厚さ方向へ移動させ、記録層の面内方向だけでなく厚さ方向へも多層に複数の回折格子を形成することにより、並列に３次元記録再生を行うことができる。

可変波長板７は、２枚の基板の間に液晶層を挟むように構成される。２枚の基板の液晶層側の面には、液晶層に電圧を印加するための電極が形成されている。液晶層に含まれる液晶は、一軸の屈折率異方性を有している。液晶層の厚さは、液晶層を透過する光に生じる光学軸に平行な方向の偏光成分と光学軸に垂直な方向の偏光成分との間の位相差がπになるように定められている。液晶層に電圧Ｖが印加される場合、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に垂直な方向と平行な方向の中間の方向となる。このとき、可変波長板７は、１／４波長板の効果を持つ。液晶層に電圧２Ｖが印加される場合、液晶層の光学軸の方向は、入射光の光軸に平行な方向となる。このとき、可変波長板７は全波長板の効果を持つ。

本発明の第二の実施の形態に係る光ヘッド装置においては、本発明の第一の実施の形態に係る光ヘッド装置と同様に、空間光変調器６として、透過型の液晶光学素子と偏光子を組み合わせた空間光変調器６ａ、反射型の液晶光学素子と偏光ビームスプリッタを組み合わせた空間光変調器６ｂを用いることができる。透過型の液晶光学素子と偏光子を組み合わせた空間光変調器６ａは、図３Ａ〜３Ｂに示されるように動作する。反射型の液晶光学素子と偏光ビームスプリッタを組み合わせた空間光変調器６ｂは、図４Ａ〜４Ｂに示されるように動作する。また、液晶光学素子の光軸に垂直な面内における、液晶光学素子に設けられた変調層に含まれる複数の画素は、図５Ａ〜５Ｂに示されるものと同じである。

図９Ａ〜９Ｂに、ディスク２ｂへ情報を記録するときおよびディスク２ｂから情報を再生するときの、ディスク２ｂへの入射ビームおよびディスク２ｂからの反射ビームの光路が示される。図９Ａは、ディスク２ｂへ情報を記録するときのディスク２ｂへの入射ビームの光路を示している。図９Ｂは、ディスク２ｂから情報を再生するときのディスク２ｂへの入射ビームおよびディスク２ｂからの反射ビームの光路を示している。ディスク２ｂは、基板２２ｃと基板２２ｄとの間に、記録層１９ｂ、１／４波長板層２０、反射層２１をこの順に挟むように構成される。基板２２ｃ、２２ｄの材料としてはガラス等が用いられる。記録層１９ｂの材料としてはフォトポリマ等が用いられる。１／４波長板層２０の材料としては液晶等が用いられる。反射層２１の材料としてはアルミニウム等が用いられる。図３Ａまたは図４Ａにおけるビーム１７ａ、１７ｃ、１７ｅの約５０％は、図８における偏光ビームスプリッタ１０ｂを透過して、それぞれ図９Ａにおけるビーム２５ｆ、２５ｈ、２５ｊとなる。他の約５０％は、図８における偏光ビームスプリッタ１０ｂで反射されて、それぞれ図９Ａにおけるビーム２６ｆ、２６ｈ、２６ｊとなる。また、図３Ｂまたは図４Ｂにおけるビーム１７ａ、１７ｂ、１７ｃ、１７ｄ、１７ｅは、図８における偏光ビームスプリッタ１０ｂをほぼ１００％が透過して、それぞれ図９Ｂにおけるビーム２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊとなる。

図９Ａにおいては、ビーム２５ｆ、２５ｈ、２５ｊは、偏光方向が紙面に平行な平行光に近い収束光として対物レンズ１３ｃへ入射し、記録層１９ｂ内を反射層２１の側へ向かう途中で集光される。また、ビーム２６ｆ、２６ｈ、２６ｊは、偏光方向が紙面に垂直な平行光に近い発散光として対物レンズ１３ｃへ入射し、記録層１９ｂを透過し、１／４波長板層２０を透過して円偏光へ変換され、反射層２１で反射される。反射された円偏光は、１／４波長板層２０を透過して偏光方向が紙面に平行な直線偏光へ変換され、記録層１９ｂ内を反射層２１と反対の側へ向かう途中で集光される。ビーム２５ｆとビーム２６ｆとは集光点２３ｄに、ビーム２５ｈとビーム２６ｈとは集光点２３ｅに、ビーム２５ｊとビーム２６ｊはと集光点２３ｆに、それぞれ集光されて干渉し、それぞれの集光点に微小な回折格子が形成される。このように、回折格子が形成された状態がビットデータ“１”に対応し、回折格子が形成されない状態がビットデータ“０”に対応する。図９Ｂにおける回折格子２４ｄ、２４ｅ、２４ｆは、それぞれ図９Ａにおける集光点２３ｄ、２３ｅ、２３ｆに形成されたものである。

図９Ｂにおいては、ビーム２５ｆ、２５ｇ、２５ｈ、２５ｉ、２５ｊは、偏光方向が紙面に平行な平行光に近い収束光として対物レンズ１３ｃへ入射し、記録層１９ｂ内を反射層２１の側へ向かう途中で集光される。ビーム２５ｆ、２５ｈ、２５ｊは、それぞれ集光点に形成された回折格子２４ｄ、２４ｅ、２４ｆで反射され、偏光方向が紙面に平行な平行光に近い発散光として対物レンズ１３ｃから出射してビーム２５ｆ、２５ｈ、２５ｊと同じ光路を逆向きに辿り、撮像素子１４の受光層に含まれる複数の画素のうち対応する画素で受光される。一方、ビーム２５ｇ、２５ｉは、集光点に回折格子が形成されていないため反射されず、撮像素子１４の受光層に含まれる複数の画素のうち対応する画素で受光されない。このように、画素がビームを受光する状態がビットデータ“１”に対応し、画素がビームを受光しない状態がビットデータ“０”に対応する。図５Ａ〜５Ｂに示される液晶光学素子１５ａ、１５ｂを用いた場合、記録層１９ｂの面内に２５チャンネルの並列記録再生を行うことができる。

なお、本発明の第二の実施の形態に係る光ヘッド装置は、集光位置のずれを検出、補正する手段を備えることもできる。その一つは、ディスク２ｂへ情報を記録するときに対向する２つのビームのうち一方の集光位置に対する他方の集光位置のずれを検出するための光学系およびそのずれを補正するための手段である。また、ディスク２ｂの基準位置に対するビームの集光位置のずれを検出するための光学系およびそのずれを補正するための手段を設けることができる。

図１０に、上述の光ヘッド１ｂを搭載する光学的情報記録再生装置の構成が示される。光学的情報記録再生装置は、光ヘッド１ｂ、ポジショナ２７ｂ、スピンドル２８、コントローラ２９、レーザ駆動回路３０、変調回路３１、記録信号生成回路３２、空間変調器駆動回路３３、増幅回路３４、再生信号処理回路３５、復調回路３６、可変波長板駆動回路３７、凸レンズ駆動回路３９、ポジショナ駆動回路４０、スピンドル駆動回路４１を備える。光ヘッド１ｂは、ポジショナ２７ｂに搭載されている。ディスク２ｂは、スピンドル２８に搭載されている。光源駆動回路であるレーザ駆動回路３０、変調回路３１から空間光変調器駆動回路３３までの回路、増幅回路３４から復調回路３６までの回路、可変波長板駆動回路３７、凸レンズ駆動回路３９、ポジショナ駆動回路４０、およびスピンドル駆動回路４１はコントローラ２９により制御される。

レーザ駆動回路３０は、ディスク２ｂへ情報を記録するときおよびディスク２ｂから情報を再生するときに、光ヘッド１ｂ内のレーザ３からの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３へ一定の電流を供給してレーザ３を駆動する。

変調回路３１は、ディスク２ｂへ情報を記録するときに、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路３２は、変調回路３１で変調された信号に基づいて、光ヘッド１ｂ内の空間光変調器６を駆動するための記録信号を生成する。空間光変調器駆動回路３３は、空間光変調器６を駆動する。ディスク２ｂへ情報を記録するときには、空間光変調器駆動回路３３は、記録信号生成回路３２で生成された記録信号に基づいて、それぞれの画素に対応する変調層である強誘電性液晶層に記録信号に応じた電圧を供給して空間光変調器６を駆動する。これにより、空間光変調器６の変調層に含まれる複数の画素のうち、ビットデータ“１”を表す画素を物点とする光が生成され、ビットデータ“０”を表す画素を物点とする光が生成されない。これに対し、ディスク２ｂから情報を再生するときには、空間光変調器駆動回路３３は、空間光変調器６の変調層に含まれる全ての画素を物点とする光が生成されるように、それぞれの画素に対応する変調層である強誘電性液晶層に一定の電圧を供給して空間光変調器６を駆動する。

増幅回路３４は、ディスク２ｂから情報を再生するときに、光ヘッド１ｂ内の撮像素子１４の受光層が含む複数の画素のそれぞれから出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路３５は、増幅回路３４で増幅された電圧信号に基づいて、ディスク２ｂに回折格子の形態で記録された再生信号の生成、波形等化、２値化を行う。復調回路３６は、再生信号処理回路３５で２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。

可変波長板駆動回路３７は、ディスク２ｂへ情報を記録するときには、光ヘッド１ｂ内の可変波長板７が１／４波長板の効果を持つように、可変波長板７が有する液晶層に電圧Ｖを印加する。ディスク２ｂから情報を再生するときには、可変波長板駆動回路３７は、光ヘッド１ｂ内の可変波長板７が全波長板の効果を持つように、可変波長板７が有する液晶層に電圧２Ｖを印加する。

凸レンズ駆動回路３９は、アクチュエータ（図示せず）へ電流を供給して、光ヘッド１ｂ内の凸レンズ４ｉ、４ｊを光軸方向へ駆動する。これにより、ディスク２ｂへ情報を記録するときおよびディスク２ｂから情報を再生するときに、ディスク２ｂの記録層内における複数の光の複数の集光位置が記録層の厚さ方向へ移動する。

ポジショナ駆動回路４０は、モータ（図示せず）へ電流を供給して、光ヘッド１ｂが搭載されているポジショナ２７ｂをディスク２ｂの半径方向へ移動させる。これにより、ディスク２ｂへ情報を記録するときおよびディスク２ｂから情報を再生するときに、ディスク２ｂの記録層内における複数の光の複数の集光位置がディスク２ｂの半径方向へ移動する。スピンドル駆動回路４１は、モータ（図示せず）へ電流を供給して、ディスク２ｂが搭載されているスピンドル２８を回転させる。これにより、ディスク２ｂへ情報を記録するときおよびディスク２ｂから情報を再生するときに、ディスク２ｂの記録層内における複数の光の複数の集光位置がディスク２ｂの接線方向へ移動する。

上述のように、本発明の光ヘッド装置および光学的情報記録再生装置は、光源からの出射光を独立に変調可能な複数のビームに分割し、複数のビームのそれぞれを２つのビームに分割して互いに対向させ、対向する２つのビームを光記録媒体の記録層内の同一の位置に集光して干渉させ、集光位置に微小な回折格子を形成することにより並列に情報の記録を行う。すなわち、一回の記録により複数の回折格子が形成される。ここで、複数の回折格子が有するビットデータは複数のビットに相当する。従って、光源の波長変動に対するトレランスが広い等のビット型の３次元記録の特徴を維持しつつ、データ転送速度を高めることができる。その際、光学系中に設けられた開口の働きにより、複数のビームのそれぞれに対する対物レンズの開口数が全て等しくなり、集光位置に形成される複数の回折格子の大きさが全て等しくなる。

本発明によれば、光源の波長変動に対するトレランスが広い等のビット型の３次元記録の特徴を維持しつつ、データ転送速度を高めることができる。

以上、実施の形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

なお、本出願は、日本出願番号２００８−０９０１８０に基づく優先権を主張するものであり、日本出願番号２００８−０９０１８０における開示内容は引用により本出願に組み込まれる。

Claims (8)

1. 記録層を有する光記録媒体に対して情報の記録および再生を行う光ヘッド装置であって、
   単一の光源と、
   該光源からの出射光から複数のビームを含む出射ビーム群を生成するビーム群生成手段と、
   前記出射ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれを独立に変調可能な、複数の画素を含む変調層を有する空間光変調器と、
   前記変調層に対するフーリエ面に設けられた開口と、
   前記光記録媒体へ情報を記録するときに、前記出射ビーム群を第一の往路ビーム群と第二の往路ビーム群とに分割するビーム群分割手段と、
   前記第一の往路ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれと、前記第二の往路ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれとを、前記記録層内の同一の位置に集光する対物レンズと
   を有することを特徴とする光ヘッド装置。
2. 前記ビーム群分割手段は、前記出射ビーム群を前記第一の往路ビーム群と前記第二の往路ビーム群とに分割する機能と、前記出射ビーム群を通過させて単一の往路ビーム群とする機能とを切り替え可能であり、
   前記光記録媒体から情報を再生するときに、前記ビーム群分割手段は前記出射ビーム群を通過させて前記単一の往路ビーム群とし、
   前記対物レンズは前記単一の往路ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれを前記記録層内に集光し、
   さらに、前記単一の往路ビーム群が前記記録層で反射されて生じる復路ビーム群を受光する光検出器を有する
   請求項１に記載の光ヘッド装置。
3. 前記ビーム群生成手段はマイクロレンズアレイを備える
   請求項１又は２に記載の光ヘッド装置。
4. 前記変調層と前記開口との間にレンズが設けられており、前記変調層、前記開口はそれぞれ前記レンズの前側焦点位置、後側焦点位置にある
   請求項１乃至３のいずれかに記載の光ヘッド装置。
5. 前記対物レンズは、前記第一の往路ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれと、前記第二の往路ビーム群に含まれる複数のビームのそれぞれとを、互いに対向させて前記記録層内の同一の位置に集光する２つの対物レンズである
   請求項１乃至４のいずれかに記載の光ヘッド装置。
6. 前記光記録媒体として、前記記録層に平行で該記録層を挟む第一の入射面、第二の入射面を有する光記録媒体を使用対象とし、
   前記光記録媒体へ情報を記録するときに、前記第一の往路ビーム群、前記第二の往路ビーム群はそれぞれ前記第一の入射面、前記第二の入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層内で集光され、
   前記空間光変調器から前記第一の入射面までの前記出射ビーム群および前記第一の往路ビーム群の光路における反射面の数と、前記空間光変調器から前記第二の入射面までの前記出射ビーム群および前記第二の往路ビーム群の光路における反射面の数との差が奇数である
   請求項５に記載の光ヘッド装置。
7. 前記光記録媒体として、前記記録層に平行な入射面と、前記記録層を挟んで前記入射面の反対側に位置する反射層とを有する光記録媒体を使用対象とし、
   前記光記録媒体へ情報を記録するときに、前記第一の往路ビーム群は前記入射面から前記光記録媒体へ入射して前記記録層内で前記反射層の側へ向かう途中で集光され、
   前記第二の往路ビーム群は前記入射面から前記光記録媒体へ入射し、前記記録層を透過し、前記反射層で反射され、前記記録層内で前記入射面の側へ向かう途中で集光され、
   前記空間光変調器から前記入射面までの前記出射ビーム群および前記第一の往路ビーム群の光路における反射面の数と、前記空間光変調器から前記入射面までの前記出射ビーム群および前記第二の往路ビーム群の光路における反射面の数との差が偶数である
   請求項１乃至４のいずれかに記載の光ヘッド装置。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の光ヘッド装置と、
   前記光源を駆動する光源駆動回路と、
   前記空間光変調器を駆動する空間光変調器駆動回路と
   を有することを特徴とする光学的情報記録再生装置。

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