JPWO2006118036A1 - ホログラム記録再生方法及び装置 - Google Patents

Abstract

可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉縞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記録媒体を、ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層が位置するように、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参照光を変調して信号光を生成する空間光変調器を含む信号光生成部と、信号光及び参照光をホログラム記録層へ向け照射して、ホログラム記録層の内部に光干渉縞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装置であって、参照光の光路に配置されかつ参照光を部分的に遮る回反マスクと、回反マスクと同軸に配置されかつ通過した参照光を反射層へ集光する対物レンズと、を含む。

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媒体に関し、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記録媒体のホログラム記録再生方法及び装置に関する。

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。記録媒体にホログラム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、ホログラム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、従来では、情報光は記録媒体のホログラム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媒体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ホログラム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）。

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媒体のホログラム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。
いずれの従来技術においても、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に導かれるので、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。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、記録媒体中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Ａ（反射する参照光と反射する信号光との干渉が記録されたもの）、ホログラムＢ（入射する参照光と反射する信号光との干渉が記録されたもの）、ホログラムＣ（反射する参照光と入射する信号光との干渉が記録されたもの）、ホログラムＤ（入射する参照光と入射する信号光との干渉が記録されたもの）の４種類である。また、再生過程において記録媒体から得られる再生光も、ホログラムＡからの再生光（反射する参照光で読み出される）、ホログラムＢからの再生光（入射する参照光で読み出される）、ホログラムＣからの再生光（反射する参照光で読み出される）、ホログラムＤからの再生光（入射する参照光で読み出される）の４種類である。
このように、これらの従来技術においては、ホログラム記録層中で全ての光線（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。
従来方法では、反射面を有する記録媒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間の４通りの干渉によって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が無駄に使用されていた。また、情報の再生時においても、再生光と位相共役再生光が同時に出現し、それらが混在したまま、同じ検出器で検出されるため、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ホログラム装置を提供することが一例として挙げられる。
請求項１記載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縞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記録媒体を、前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層が位置するように、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空間光変調器を含む信号光生成部と、
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縞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、
前記参照光の光路に配置されかつ前記参照光を部分的に遮る回反マスクと、前記回反マスクと同軸に配置されかつ通過した前記参照光を前記反射層へ集光する対物レンズと、を含むことを特徴とする。
請求項１７記載のホログラム再生装置は、参照光及び信号光による光学干渉縞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記録媒体から情報を再生するホログラム再生装置であって、
前記記録媒体を、前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層が位置するように、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、
前記参照光の光路に配置されかつ前記参照光を部分的に遮る前記参照光の光軸の周りに回反対称な遮光領域及び透光領域からなる回反マスクと、
前記参照光を前記回反マスク及び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へ集光させて前記回折格子から再生光を生成するとともに、前記再生光を受光する対物レンズと、
受光された前記再生光を検出する像センサと、を含むことを特徴とする。
請求項２２記載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縞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記録媒体へ情報を記録するホログラム記録方法であって、
可干渉性の参照光を生成するステップと、
前記参照光を部分的に遮る前記参照光の光軸の周りに回反対称な遮光領域及び透光領域からなる回反マスクを、前記参照光の光路に配置するステップと、
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、
前記参照光を、前記回反マスクの透光領域を通過させかつ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へ照射し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、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、前記参照光にて前記ホログラム記録層内で干渉させて、回折格子を形成することを特徴とする。
請求項２３記載のホログラム再生方法は、参照光及び信号光による光学干渉縞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記録媒体から情報を再生するホログラム再生方法であって、
可干渉性の参照光を生成するステップと、
前記参照光を部分的に遮る前記参照光の光軸の周りに回反対称な遮光領域及び透光領域からなる回反マスクを、前記参照光の光路に配置するステップと、
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、
前記参照光を、前記回反マスクの透光領域を通過させかつ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へ照射して前記回折格子から再生光を生成するステップと、
前記再生光を前記対物レンズを介して像センサへ導くステップと、を含むことを特徴とする。

図１及び図２は、従来のホログラム記録を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略部分断面図である。
図３は、従来のホログラム記録を説明する記録媒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の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略構成図である。
図５は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略構成図である。
図６は、本発明による他の実施形態の記録媒体を示す概略部分断面図である。
図７Ａ〜Ｄ〜図１２は、本発明による実施形態の記録再生装置における回反マスクを示す正面図である。
図１３は、本発明による実施形態のホログラム記録再生を説明するための概略部分断面図である。
図１４は、本発明による実施形態のホログラム記録を説明するための記録媒体を示す概略部分断面図である。
図１５は、本発明による実施形態のホログラム記録再生を説明するための光学系を示す概略部分断面図である。
図１６Ａ、Ｂは、本発明による他の実施形態の記録再生装置における回反マスクを示す正面図である。
図１７は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略構成図である。
図１８は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器を示す正面図である。
図１９は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略構成図である。
図２０は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器を示す正面図である。
図２１は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略構成図である。
図２２は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器を示す正面図である。
図２３は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略構成図である。
図２４は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器を示す正面図である。
図２５は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における液晶素子を示す部分断面図である。
図２６は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における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記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略構成図である。
図２８Ａ〜Ｃは、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器を示す正面図である。
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。
図４は本実施形態におけるホログラム記録再生装置の光学系の構成例を示す。
ホログラム記録再生装置は、可干渉性の信号光ＳＢ及び参照光ＲＢによる光学干渉縞を回折格子として内部に保存するホログラム記録層７を有する記録媒体２を、ホログラム記録層７の光照射面の反対側に反射層５が位置するように、装着自在に保持する支持部（図示せず）を備える。ホログラム記録再生装置は、大きく分けてホログラムの記録及び再生光学系からなり、これらの系は対物レンズＯＢを共用して、対物レンズの駆動系やサーボエラー検出系（図示せず）を含んでいる。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可干渉性光を発生するレーザ光源ＬＤ、コリメータレンズＣＬ、第１及び第２ハーフミラーＨＭ１及びＨＭ２、透過型の空間光変調器ＳＬＭ、回反マスクＲＩＭ、対物レンズＯＢ、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り、参照光ＲＢの光路に配置される。
参照光生成部に属する回反マスクＲＩＭは、参照光ＲＢを部分的に遮る参照光ＲＢの光軸の周りに回反対称な遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲからなり、参照光ＲＢの光路に配置される。
信号光生成部に属する空間光変調器ＳＬＭは、光軸上に配置され記録情報に応じて参照光ＲＢを変調して信号光ＳＢを生成する。透過型の空間光変調器ＳＬＭ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（図示せず）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。
干渉部の対物レンズＯＢは、回反マスクＲＩＭと同軸に配置されかつ通過する参照光ＲＢを反射層５へ集光する。対物レンズＯＢは、参照光ＲＢが記録媒体の反射層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は空間光変調器ＳＬＭの作用を受けているので参照光ＲＢより拡がったスポットを形成する。これらの光の干渉縞によって、ホログラム記録層７の内部にホログラム（回折格子）が形成される。
図４の構成例では、光源ＬＤからのレーザ光は第１ハーフミラーＨＭ１で信号光ＳＢ及び参照光ＲＢの光路に分けられそれぞれ回反マスクＲＩＭ及び空間光変調器ＳＬＭを経て第２ハーフミラーＨＭ２で合流せしめ、ホログラム記録層７中で参照光ＲＢと重なるように同軸に照射される。
この他に、ホログラム記録再生装置は、図５に示すように、第２ハーフミラーＨＭ２を省略して、信号光ＳＢはホログラム記録層７中で参照光ＲＢと重なるように参照光ＲＢの光路外から照射されるように、構成できる。信号光ＳＢと参照光ＲＢの光路が完全に分かれているものであれば、参照光ＲＢの光路中のいずれかの場所に回反マスクＲＩＭを配置することができる。
図６は記録媒体２の一例を示す。記録媒体２は、基板３上にその膜厚方向に積層された、反射層５、分離層６、ホログラム記録層７及び保護層８からなる。なお、反射層５をホログラム記録層７から離して別体で構成してもよい。
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縞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。
回反マスクＲＩＭは、参照光ＲＢの有効径の光路中に回反対称な明暗パターン（光軸周りに１８０度回転させると明暗反転したパターンとなる）の遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲを有する。すなわち、厳密な回反対称性を有する回反マスクＲＩＭとは、遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲを参照光ＲＢの光軸の周りにπ／（２ｍ−１）だけ回転する回転操作を行なうと前記遮光領域が透光領域に、及び前記透光領域が遮光領域に重なるようなパターンを有する。ここで、ｍは１，２，３，４，５，６などの整数である。ｍが大きくなるほど遮光パターンが細かくなり、遮光／透光領域の境界での回折効果による影響が生じるので、最大ｍ＝６程度が好ましい。
図７Ａ〜Ｄはｍ＝１の回反対称の回反マスクＲＩＭの例を示す正面図である。
図８はｍ＝２の回反対称の回反マスクＲＩＭの例を示す正面図である。
図９はｍ＝３の回反対称の回反マスクＲＩＭの例を示す正面図である。
図１０はｍ＝４の回反対称の回反マスクＲＩＭの例を示す正面図である。
図１１はｍ＝５の回反対称の回反マスクＲＩＭの例を示す正面図である。
図１２はｍ＝６の回反対称の回反マスクＲＩＭの例を示す正面図である。
ホログラム記録方法は、図４に示すように、光源ＬＤが参照光ＲＢを生成し、参照光ＲＢの光路に配置された回反マスクＲＩＭで参照光ＲＢを部分的に遮りつつ、回反マスクＲＩＭの透光領域ＴＲを通過させ、対物レンズＯＢにより収束させて、ホログラム記録層７を透過するように反射層５へ照射する。記録情報に応じて変調された信号光ＳＢと、参照光ＲＢとをホログラム記録層７内で干渉させ回折格子を形成する。
また、ホログラム再生方法では、レーザ光源ＬＤからの射出された発散コヒーレント光は、コリメータレンズＣＬで平行光束とされ参照光ＲＢとして、ハーフミラーＨＭを経て対物レンズＯＢによって記録媒体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、対物レンズＯＢを経て第３ハーフミラーＨＭ３で反射される。再生光は結像レンズＭＬで像センサＩＳ上に結像する。このように、参照光ＲＢの生成から反射層５への照射まではホログラム記録方法と同様であり、かかる照射により回折格子から再生光を生成して、対物レンズＯＢを介して再生光を像センサＩＳへ導き光電変換によって、情報を再生する。
この実施形態において、記録時と同じ回反マスクＲＩＭの状態で再生を行えば、通常再生となる。
図１３に示すように、回反マスクＲＩＭを参照光光路に置くことにより、対物レンズＯＢと反射層５の光路空間においては、対物レンズＯＢから反射層５へ向かう光（行きの光）か、反射層５から対物レンズＯＢへ向かう光（帰りの光）か、のいずれか一方のみが存在することになる。また、回反マスクＲＩＭとして厳密な回反対称性を有するものを用いた場合、記録媒体２の被照射部において、どちらかの光は必ず存在し、光が照射されない場所はない。図１４に示すように、入射参照光と入射信号光間の干渉及び入射参照光と反射信号光間の干渉によるホログラムの対Ｅ、或いは、反射参照光と入射信号光間の干渉及び反射参照光と反射信号光間の干渉によるホログラム対Ｆの何れかの対が、記録層７の場所に依存して択一的に記録されることになる。
このように回反マスクＲＩＭを置くことにより、ホログラムが２つ（無駄に）記録されるという問題点が解決される。
再生時にも同じように回反マスクＲＩＭを置けば、ホログラムを記録したときと全く同じ参照光ＲＢを照射することになるため通常再生光のみが現れ、位相共役再生光が現れることはない。
他の実施形態では、図４に示す回反マスクＲＩＭの遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲを反転あるいは光軸周りに１８０度回転する反転手段ＩＮＶを設けて、記録時と明暗パターン（回反マスクＲＩＭの遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲ）を反転させ、あるいは光軸周りに１８０度回転させた状態で再生すれば、位相共役再生となる。再生時に通常再生と位相共役再生を切り替えて選択することが可能であるとともに、２つの再生光が同時に像センサＩＳに戻ることを防止できる。
回反マスクＲＩＭは固定式の板状体で構成できるが、これを透過型の液晶素子から構成して、記録時に液晶素子が遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲを表示する状態であるように制御することもできる。
図１５に示すように、回反マスクＲＩＭを記録時状態から１８０度回転させた状態（明暗を反転させた状態）では、対物レンズＯＢと反射層５の間の全ての場所で、参照光ＲＢの向きが反転している。今まで「行きの光」があったところには「帰りの光」が、「帰りの光」があったところには「行きの光」が存在している。この状態で再生を行うと、位相共役再生光のみが現れ、通常再生光が現れることはない。また、反転手段により回反マスクＲＩＭを再生時に２つの状態で切り替えることにより、通常再生か位相共役再生かを選択することができる。
仮に対物レンズＯＢが理想レンズ（たとえばフーリエ変換レンズ）であれば空間光変調器のページデータ上の一点から出た光線は、像センサＩＳの像面上の一点に結像する。しかし、実際の対物レンズではレンズの収差やＭＴＦ特性の影響を受けるため、像のぼけが生じる。これは対物レンズＯＢの開口数ＮＡが大きい場合や、像高（ページデータのドットの光軸からの距離）が大きい場合にはさらに顕著である。
空間光変調器ＳＬＭのパターンをホログラムとして記録する場合、空間光変調器ＳＬＭのパターンがページデータに相当する。この場合、対物レンズＯＢと反射層５の間で参照光ＲＢと干渉させてホログラムを形成する。その再生光は、元の場所にページデータがあるかのごとく出現するので、再生光の光路は記録時の実際の対物レンズの場合と同じとなり、対物レンズＯＢの収差やＭＴＦの影響を受けた、像センサＩＳの上ではぼやけた像となる。
これに対して位相共役再生では、再生光は元の信号光ＳＢの光路を逆戻りするように出現する。このため、対物レンズＯＢの性能などにかかわらず元のページデータと同じ像を形成することができる。よって、使用する対物レンズＯＢのＮＡが大きい場合や、空間光変調器ＳＬＭのパターンが大きくて像高が大きい部分も存在するような場合、位相共役再生を用いることで、対物レンズＯＢの性能の制約を受けずに良好な再生像を得られる。但し、通常再生光に比べて位相共役再生光はＳＮ比が劣るため、良好なＳＮ比での再生を望むのであれば通常再生光のみを使用することが好ましい。ＳＮ比をとるか、結像性能をとるかの仕様で、通常再生か位相共役再生かを選ぶことができる。
なお、上述の説明から明らかであるように、回反マスクＲＩＭの形状が厳密な回反対称でなく、図１６Ａに例示したような遮光領域ＳＲが透光領域ＴＲより面積が多少小さい回反対称に準ずる形状（準回反対称）であっても、媒体中において「行きの参照光」と「帰りの参照光」が同時に存在する領域を大幅に減ずることができるので、余分なホログラムの影響を低減するという本願発明の効果が得られる。また、図１６Ｂに例示したような遮光領域ＳＲが透光領域ＴＲより面積が多少大きい形状とした場合は、媒体中に参照光が全く存在しない領域が生ずるが、「行きの参照光」と「帰りの参照光」のいずれか一方のみ存在する状況を実現することができ、やはり本願発明の効果が得られる。よって、回反マスクＲＩＭの形状では厳密に遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲの面積が等しいだけでなく、それらの面積は、媒体中における入射光及び反射光の光路の制限すれば、増減させることができる。
他の実施形態としては、以下のものがある。
例えば、図１７に示すように、光源ＬＤからのレーザ光束の外周部分のみを変調して、外周部を信号光ＳＢ、光軸上の内周部を無変調の参照光ＲＢとすることができる。この場合、図１８に示すように、空間光変調器ＳＬＭを、参照光ＲＢを無変調で通過させる光軸上に配置された透過中央領域ＴＣＲと、透過中央領域ＴＣＲの周囲に配置されかつ記録情報に応じて参照光ＲＢを変調して参照光ＲＢから空間的に分離された信号光ＳＢ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環状領域ＳＬＭＲＲと、から構成する。この形態では、光軸及びその近傍が参照光ＲＢとなるので、いずれかの場所に、信号光ＳＢに影響を与えないように内周部だけに作用する回反マスクＲＩＭを配置すればよい。すなわち、回反マスクＲＩＭは、信号光ＳＢを遮らずに透過中央領域ＴＣＲを通過する参照光ＲＢのみを部分的に遮るように、配置される。また、透過中央領域ＴＣＲは貫通開口又は透明材料から構成できる。さらに、透過中央領域ＴＣＲは透過型の液晶素子から構成して、記録時に液晶素子が透光状態であるように制御する。
一方、図１９のように、空間光変調器ＳＬＭと回反マスクＲＩＭを一体で形成し、他は図１７の例と同一に構成してもよい。この場合、図２０に示すように、空間光変調器ＳＬＭは、回反マスクＲＩＭとしての中央マスク領域ＣＭＲと、中央マスク領域ＣＭＲの周囲に配置されかつ記録情報に応じて参照光ＲＢを変調して参照光ＲＢから空間的に分離された信号光ＳＢ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環状領域ＳＬＭＲＲと、からなる。中央マスク領域ＣＭＲは固定式の板状体で構成できるが、中央マスク領域ＣＭＲは透過型の液晶素子から構成して、記録時に液晶素子が遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲを表示する状態であるように制御することもできる。
図１７及び図１９の例とは逆に内周部が信号光ＳＢ、外周部が参照光ＲＢとなる構成も採用できる。例えば、図２１に示すように、光源ＬＤからのレーザ光束の内周部分のみを変調して、内周部を信号光ＳＢ、外周部を無変調の参照光ＲＢとすることができる。この場合、図２２に示すように、空間光変調器ＳＬＭは、記録情報に応じて参照光ＲＢを変調して通過させ信号光ＳＢを生成する光軸上に配置された透過型のマトリクス液晶装置からなる空間光変調中央領域ＳＬＭＣＲと、空間光変調中央領域ＳＬＭＣＲの周囲に配置されかつ参照光ＲＢを無変調で通過させ信号光ＳＢから空間的に分離する透過環状領域ＴＲＲと、から構成する。回反マスクＲＩＭは、信号光ＳＢを遮らずに透過環状領域ＴＲＲを通過する参照光ＲＢのみを部分的に遮るように、配置される。透過環状領域ＴＲＲは貫通開口又は透明材料からなる。さらに、透過環状領域ＴＲＲは透過型の液晶素子から構成して、記録時に液晶素子が透光状態であるように制御することもできる。
また、図２３のように、空間光変調器ＳＬＭと回反マスクＲＩＭを一体で形成し、他は図２１の例と同一に構成してもよい。この場合、図２４に示すように、空間光変調器ＳＬＭは、記録情報に応じて参照光ＲＢを変調して通過させ信号光ＳＢを生成する光軸上に配置された透過型のマトリクス液晶装置からなる空間光変調中央領域ＳＬＭＣＲと、空間光変調中央領域ＳＬＭＣＲの周囲に配置された回反マスクＲＩＭとしての環状マスク領域ＲＭＲと、からなる。環状マスク領域ＲＭＲは透過型の液晶素子からなり、記録時に液晶素子が環状マスク領域ＲＭＲが遮光領域ＳＲ及び透光領域ＴＲを表示する状態である。
図２５に示すように、空間光変調器ＳＬＭや、回反マスクＲＩＭ一体型空間光変調器ＳＬＭの液晶装置部分は透過型の液晶素子からなり、これらは、対向する１対の偏光板８０ａ，８０ｂ間のそれぞれの内面に順に形成された透明電極８１ａ，８１ｂ及び配向膜８２ａ，８２ｂにて、挟持された液晶層８３（液晶分子の層）からなる。透明電極８１ａ，８１ｂは回反マスクＲＩＭの形状に応じた１種類以上の１対の電極形状とする。また、図２６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、例えば内部の中央領域Ａ及びその外周に外周領域Ｂにそれぞれ回反マスク領域及びページデータ領域などを表示するように、構成することもできる。
再生時に通常再生と位相共役再生を切り替えるのに回反マスクＲＩＭを光軸周りに１８０度回転させるが、液晶素子を用いると、電気的な切り替えのみで同様の効果が得られる。
液晶分子は電圧を印加した部分のみ光の偏光面を回転させる（旋光）性質がある。偏光面の回転量は液晶層の厚さや印加電圧の大きさによって変化する。
透明電極８１ａ，８１ｂ間に電圧を印加した部分の偏光が９０度回転するように設定されているとする。偏光板８０ａを通過した光の偏光状態が、紙面に平行な直線偏光（Ａ偏光と呼ぶこととする）であるとする。
偏光板８０ａはＡ偏光のみを通過させる偏光板であり、偏光板８０ｂも同様である。
液晶層８３には或る電極対だけ電圧が印加してあり、この部分を通過した光だけ偏光面が９０度回転し、紙面に垂直な直線偏光（Ｂ偏光と呼ぶこととする）となる。
その後に対向する偏光板８０ｂは、Ａ偏光のみを通過させるので、他の電極対の光だけ通過し、そのほかの光は遮断される。
この液晶素子全体としては、電圧を印加した部分だけ遮光される回反マスクＲＩＭとして作用する。
例えば、図７Ｃのパターンの回反マスクＲＩＭを液晶で実現するとすれば、電極パターンを白抜き及び斜線部分に相当する部分とし、斜線部分のみに電圧を印加することにより、図の斜線部分が遮光領域ＳＲとなる。
再生時、通常再生と、位相共役再生を切り替えるために、この回反マスクＲＩＭ全体を１８０度回転させる代わりに、白抜きの部分に電圧を印加し斜線部分に電圧を印加しないようにすることにより、斜線部は透光状態、その他の部分が遮光状態となり、光学的には回反マスクＲＩＭ全体を光軸を中心に１８０度回したのと同じことになる。なお、入射する側の偏光板（この例では偏光板８０ａ）は無くてもよい。さらに、偏光板を光軸周りに９０度回転させた配置にすることにより、電圧をかけた部分だけ透過（そのほかは遮光）とすることもできる。このように、物理的に回反マスクＲＩＭを回転させることなく、電気的な切り替えのみで同様の効果が得られる。
更なる他の実施形態においては、図１７〜図２４に示す実施形態（光源ＬＤからのレーザ光束有効径の内外周で信号光ＳＢ及び参照光ＲＢを光軸に沿って分けて伝搬する構成）ではなく、図２７に示すように、光軸から見て第１〜第４象限に光束を分割した回反マスク一体型空間光変調器ＱＳＬＭで生成する構成も可能である。図２８Ａに示すように、記録時には、第１、第３象限Ｑ１，Ｑ３にて記録情報に応じて参照光ＲＢを変調するページデータパターンを表示する状態で信号光ＳＢを生成し、第２、第４象限Ｑ２，Ｑ４を参照光ＲＢに用いる（ただし第２象限Ｑ２は遮光状態）。このとき、参照光ＲＢに対応する第２、第４象限Ｑ２，Ｑ４が回反対称になる。図２８Ｂに示すように、再生時は第１〜第３象限Ｑ１〜Ｑ３を遮光して、参照光を記録時と同じ透光状態（第４象限Ｑ４）として通常再生でき、又は、図２８Ｃに示すように、記録時と明暗が反転（第４象限Ｑ４が遮光、第２象限が透光の状態）とすることで位相共役再生が可能となる。
以上、本実施形態によれば、ホログラム記録時には、信号光ＳＢと干渉するのは行きの参照光か反射された参照光のいずれか一方のみであるため、余分なホログラムが記録されることがない。また、再生時においては、通常再生と位相共役再生のどちらか一方のみを行うことが出来、通常再生光と位相共役再生光が検出器上で混在することがないため、良好な再生を行うことが出来る。

Claims (25)

1. 可干渉性の信号光及び参照光による光学干渉縞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記録媒体を、前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層が位置するように、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空間光変調器を含む信号光生成部と、
   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縞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、
   前記参照光の光路に配置されかつ前記参照光を部分的に遮る回反マスクと、前記回反マスクと同軸に配置されかつ通過した前記参照光を前記反射層へ集光する対物レンズと、を含むことを特徴とするホログラム記録装置。
2. 前記回反マスクは、前記遮光領域及び透光領域を前記参照光の光軸の周りにπ／（２ｍ−１）だけ回転する回転操作（ただしｍは正の整数である）を行うときに前記遮光領域が透光領域に、及び前記透光領域が遮光領域になるパターンを、有することを特徴とする請求項１記載のホログラム記録装置。
3. 前記ｍは、６以下であることを特徴とする請求項２記載のホログラム記録装置。
4. 前記空間光変調器は、前記参照光を無変調で通過させる光軸上に配置された透過中央領域と、前記透過中央領域の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参照光から空間的に分離された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環状領域と、からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
5. 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を特徴をとする請求項４記載のホログラム記録装置。
6. 前記透過中央領域は透過型の液晶素子からなり、記録時に前記液晶素子が透光状態であることを特徴をとする請求項４記載のホログラム記録装置。
7. 前記回反マスクは、前記信号光を遮らずに前記透過中央領域を通過する前記参照光のみを部分的に遮るように、配置されたことを特徴をとする請求項４又は５記載のホログラム記録装置。
8. 前記空間光変調器は、前記回反マスクとしての中央マスク領域と、前記中央マスク領域の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参照光から空間的に分離された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環状領域と、からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
9. 前記中央マスク領域は透過型の液晶素子からなり、記録時に前記液晶素子が前記遮光領域及び透光領域を表示する状態であることを特徴をとする請求項８記載のホログラム記録装置。
10. 前記空間光変調器は、記録情報に応じて前記参照光を変調して通過させ前記信号光を生成する光軸上に配置された透過型のマトリクス液晶装置からなる空間光変調中央領域と、前記空間光変調中央領域の周囲に配置されかつ前記参照光を無変調で通過させ前記信号光から空間的に分離する透過環状領域と、からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
11. 前記透過環状領域は貫通開口又は透明材料からなることを特徴をとする請求項１０記載のホログラム記録装置。
12. 前記透過環状領域は透過型の液晶素子からなり、記録時に前記液晶素子が透光状態であることを特徴をとする請求項１０記載のホログラム記録装置。
13. 前記回反マスクは、前記信号光を遮らずに前記透過環状領域を通過する前記参照光のみを部分的に遮るように、配置されたことを特徴をとする請求項１０又は１１記載のホログラム記録装置。
14. 前記空間光変調器は、記録情報に応じて前記参照光を変調して通過させ前記信号光を生成する光軸上に配置された透過型のマトリクス液晶装置からなる空間光変調中央領域と、前記空間光変調中央領域の周囲に配置された前記回反マスクとしての環状マスク領域と、からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
15. 前記環状マスク領域は透過型の液晶素子からなり、記録時に前記液晶素子が前記遮光領域及び透光領域を表示する状態であることを特徴をとする請求項１４記載のホログラム記録装置。
16. 前記空間光変調器は、前記回反マスクとして前記遮光領域及び透光領域を表示する状態であり、かつ、前記透光領域において記録情報に応じて前記参照光を変調するパターンを表示する状態であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録装置。
17. 参照光及び信号光による光学干渉縞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記録媒体から情報を再生するホログラム再生装置であって、
    前記記録媒体を、前記ホログラム記録層の光照射面の反対側に反射層が位置するように、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、
    前記参照光の光路に配置されかつ前記参照光を部分的に遮る前記参照光の光軸の周りに回反対称な遮光領域及び透光領域からなる回反マスクと、
    前記参照光を前記回反マスク及び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へ集光させて前記回折格子から再生光を生成するとともに、前記再生光を受光する対物レンズと、
    受光された前記再生光を検出する像センサと、を含むことを特徴とするホログラム再生装置。
18. 前記回反マスクは記録時と同一の遮光領域及び透光領域からなることを特徴とする請求項１７記載のホログラム再生装置。
19. 前記回反マスクは記録時に遮光領域であったところが透光領域に、記録時に透光領域であったところが遮光領域になっていることを特徴とする請求項１７記載のホログラム再生装置。
20. 前記回反マスクは、透過型の液晶素子からなり、再生時に前記液晶素子が前記遮光領域及び透光領域を表示する状態であることを特徴とする請求項１７〜１９記載のホログラム再生装置。
21. 前記回反マスクの前記遮光領域及び透光領域を反転する手段を有することを特徴とする請求項１７又は２０記載のホログラム再生装置。
22. 参照光及び信号光による光学干渉縞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記録媒体へ情報を記録するホログラム記録方法であって、
    可干渉性の参照光を生成するステップと、
    前記参照光を部分的に遮る前記参照光の光軸の周りに回反対称な遮光領域及び透光領域からなる回反マスクを、前記参照光の光路に配置するステップと、
    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、
    前記参照光を、前記回反マスクの透光領域を通過させかつ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へ照射し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、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、前記参照光にて前記ホログラム記録層内で干渉させて、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。
23. 参照光及び信号光による光学干渉縞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記録媒体から情報を再生するホログラム再生方法であって、
    可干渉性の参照光を生成するステップと、
    前記参照光を部分的に遮る前記参照光の光軸の周りに回反対称な遮光領域及び透光領域からなる回反マスクを、前記参照光の光路に配置するステップと、
    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、
    前記参照光を、前記回反マスクの透光領域を通過させかつ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へ照射して前記回折格子から再生光を生成するステップと、
    前記再生光を前記対物レンズを介して像センサへ導くステップと、を含むことを特徴とするホログラム再生方法。
24. 前記再生光を生成するステップにおいて、前記回反マスクが記録時と同一の遮光領域と透光領域からなることを特徴とする請求項２３記載のホログラム再生方法。
25. 前記再生光を生成するステップにおいて、前記回反マスクの前記遮光領域及び透光領域が記録時とは反転されることを特徴とする請求項２３記載のホログラム再生方法。