JPWO2007026588A1 - Optical pickup device and hologram recording / reproducing system - Google Patents

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Abstract

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、光源と、光軸上に配置された中央領域と中央領域を囲むように配置された環状領域とからなり、中央領域の通過成分と環状領域の通過成分とを空間的に分離して参照光と信号光とを生成して共軸に同一方向に伝播させる空間光変調器と、光軸上に配置されかつ信号光及び参照光をホログラム記録層へ向け共軸に照射するとともに、参照光及び信号光を互いに異なる焦点に集光させる対物レンズと、ホログラム記録層から戻る光を受光する像検出手段と、光軸上に配置された中央補正領域と中央補正領域を囲むように配置された環状周囲領域とからなり、中央補正領域及び環状周囲領域の少なくとも一方が通過光束の波面の位相を部分的に変化させる通過光束の波面収差を補正する複数の透明電極を備える透過型の液晶装置からなる収差補正装置と、を含む。An optical pickup device for recording or reproducing information on a hologram record carrier, comprising a light source, a central region disposed on the optical axis, and an annular region disposed so as to surround the central region. And a spatial light modulator that spatially separates the passing component of the annular region and generates reference light and signal light and propagates them in the same direction on the same axis, and signal light and reference light arranged on the optical axis Is arranged on the optical axis, an objective lens for condensing the reference light and the signal light at different focal points, an image detecting means for receiving the light returning from the hologram recording layer, The center correction area and the annular surrounding area arranged so as to surround the center correction area, and at least one of the center correction area and the annular surrounding area partially changes the phase of the wavefront of the passing light flux. Including, an aberration correcting device comprising a transmissive liquid crystal device comprising a plurality of transparent electrodes to correct the difference.

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担体のための光ピックアップ装置及びホログラム記録再生システムに関する。  The present invention relates to a record carrier on which information is recorded or reproduced optically, such as an optical disk and an optical card, and more particularly to an optical pickup device for a hologram record carrier having a hologram recording layer capable of recording or reproducing information by irradiation with a light beam. And a hologram recording / reproducing system.

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、薄膜記録層上に書込用の短波長の物体光及び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、記録時よりも長い波長の読出用の参照光を用い、別個の再生光学系で再生する。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、中心の参照光照射で偏光ホログラムから再生光を得る。そして、長波長の参照光に起因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書込用及び読出用波長光源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、特表2002−513981号公報の技術では参照光が記録媒体中で平行光であるのでシフト多重記録を行うことができない。
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)。
Holograms that can record two-dimensional data at high density are attracting attention for high-density information recording. The feature of this hologram is that the wavefront of light carrying recorded information is recorded as a change in refractive index in volume on a recording medium made of a photosensitive material such as a photorefractive material. By performing multiplex recording on the hologram record carrier, the recording capacity can be dramatically increased. As a structure, a recording medium in which a substrate, an information recording layer, and a reflective layer are formed in this order is known.
For example, conventionally, in an information recording apparatus for recording a hologram by coaxially irradiating a short wavelength object light for writing and a reference light on a thin film recording layer to record a hologram, There is a technique for performing polarization hologram recording by condensing reference light on a recording medium with the same lens (see Japanese Patent Application Publication No. 2002-513981). In such polarization holography recording, two plane wave object beams and reference beams having polarizations orthogonal to each other are converted into right-handed circularly polarized light and left-handed circularly polarized light using a quarter-wave plate, and their interference in the recording medium. Thus, one polarization hologram is recorded. At the time of reproduction, reference light for reading having a longer wavelength than that at the time of recording is used, and reproduction is performed by a separate reproduction optical system. In the reproduction optical system, a special half-wave plate having a central aperture is provided, and reproduction light is obtained from the polarization hologram by irradiation of the central reference light. Since the reproduction light is broadened due to the long wavelength reference light, it passes through the half-wave plate part around the aperture, so the polarization direction is changed and separated by the polarization beam splitter, and the transmitted reproduction light is detected. The Therefore, in the technique of JP-T-2002-513981, it is necessary to switch between the writing and reading wavelength light sources and the optical system at the time of recording and reproduction, and the reflected light does not return from the recording medium at the time of recording. A separate optical system that performs positioning servo control with the medium is required. Further, in the technique disclosed in JP-T-2002-513981, since the reference light is parallel light in the recording medium, shift multiplex recording cannot be performed.
Further, conventionally, the information light is converged and irradiated so as to have the smallest diameter on the boundary surface between the hologram recording layer and the protective layer of the recording medium, and reflected by the reflective layer. At the same time, the recording reference light is reflected by the hologram recording layer and the protective layer. The light is converged so as to have the smallest diameter on the front side of the boundary surface, irradiated with divergent light, and recorded on the hologram recording layer by causing interference (see JP-A-11-311938).
Furthermore, in the recording optical system, the information light is converged on the reflection layer, the recording reference light is defocused on the reflection layer, and the conjugate focal point of the recording reference light is from the boundary surface between the substrate and the information recording layer. There is also a technique of irradiating recording reference light so as to be positioned on the substrate side (see Japanese Patent Laid-Open No. 2004-171611).

従来技術において記録媒体に体積的に屈折率の変化として記録するために、記録後に記録媒体の収縮などによって干渉パターンを回折格子の間隔が変化して、再生時の回折効率が低下しまう場合があり、再生信号に歪が含まれる問題があった。従来の記録媒体、特にポリマ系の感光材料においては、光照射による膨張、収縮の変化率が大きいが、従来技術においてかかる問題への対策が採られていない。
さらに、従来技術、例えば特開平11−311938号公報、特開2004−171611号公報に開示された技術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。
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、従来方法では、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のための光ピックアップ装置及びホログラム記録再生システムを提供することが一例として挙げられる。
本発明の光ピックアップ装置は、参照光及び信号光の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、
可干渉性光を発生する光源と、
前記可干渉性光の光軸上に配置された中央領域と前記中央領域を囲むように配置された環状領域とからなり、前記可干渉性光の前記中央領域の通過成分と前記環状領域の通過成分とを空間的に分離して参照光と信号光とを生成して共軸に同一方向に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及び前記参照光を前記ホログラム記録層へ向け共軸に照射するとともに、前記参照光及び前記信号光を互いに異なる焦点に集光させる対物レンズ光学系と、
光軸上に配置されかつ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光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、
光軸上に配置された中央補正領域と前記中央補正領域を囲むように配置された環状周囲領域とからなり、前記中央補正領域及び前記環状周囲領域の少なくとも一方が通過光束の波面の位相を部分的に変化させる前記通過光束の波面収差を補正する複数の透明電極を備える透過型の液晶装置からなる収差補正装置と、を含むことを特徴とする。
本発明のホログラム記録再生システムは、参照光及び信号光の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担体へ情報を記録又は再生するホログラム記録再生システムであって、
可干渉性光から、参照光と、記録情報に応じて前記可干渉性光を変調した信号光と、を生成する光生成手段と、
前記参照光及び前記信号光のいずれか一方を光軸上に、他方を前記一方の周囲に環状に、互いに空間的に分離して同軸に同一方向に伝搬させ、対物レンズ光学系を介して、前記参照光及び前記信号光を互いに光軸上の異なる焦点に集光させ、前記参照光及び信号光を干渉させる干渉手段と、
前記異なる焦点のうち前記対物レンズ光学系に近い焦点側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、
前記異なる焦点のうち前記対物レンズ光学系に遠い焦点側に位置する反射層と、
光軸上に配置されかつ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光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、
光軸上に配置された中央補正領域と前記中央補正領域を囲むように配置された環状周囲領域とからなり、前記中央補正領域及び前記環状周囲領域の少なくとも一方が通過光束の波面の位相を部分的に変化させる前記通過光束の波面収差を補正する複数の透明電極を備える透過型の液晶装置からなる収差補正装置と、
前記複数の透明電極の各々へ、情報の記録又は再生の際に補正電圧を供給する収差補正液晶駆動回路と、を含むことを特徴とする。
以上の構成によれば、ホログラム記録担体などに歪みや厚みの誤差、傾きなどが生じた場合でも、収差補正装置における透明電極がその収差に応じた補正を行うのに適した分割形状になっているので、印加補正電圧により、液晶に分割電極パターンに応じた屈折率変化を付与することができるため透過波面に収差を打ち消すのに適した位相差(収差)を与えることができる。当該位相差の付与によって、ホログラム記録担体の傾き、厚みの誤差、ホログラム記録担体の屈折率誤差などによって通過光に発生する収差を低減することができる。ホログラム記録担体の物理的な誤差に左右されず適切な参照光を得ることができるため、ホログラム記録が良好に行える。ホログラム記録担体ディスクの傾きなどは別途設けるチルトセンサなどによって得られたエラー信号などを用いることができる。
In order to record the refractive index as a volume change on the recording medium in the prior art, the diffraction pattern spacing may change due to the shrinkage of the recording medium after recording, which may reduce the diffraction efficiency during reproduction. There is a problem that the reproduction signal includes distortion. Conventional recording media, particularly polymer-based photosensitive materials, have a large rate of change in expansion and contraction due to light irradiation, but no countermeasures have been taken in the prior art.
Furthermore, examples of objective lens configuration in a mode in which recording / reproduction is performed from one side of the recording layer in the prior art, for example, the techniques disclosed in JP-A-11-311938 and JP-A-2004-171611 are shown in FIGS. 1 and 2, respectively. Show.
In any technique, as shown in the drawing, the reference light and the signal light are guided to the objective lens OB so as to be coaxial and overlap each other at the time of recording. The reference light and the signal light after passing through the objective lens OB are set to have different focal lengths.
In FIG. 1A, the signal light is condensed (focal point P) at a position where the reflective layer is to be disposed, and the reference light is condensed (focal point P1) before the focal point P. In FIG. 2A, the signal light is condensed (focal point P) at a position where the reflection layer is to be disposed, and the reference light is condensed (focal point P2) before the focal point P. In any case, the reference light and the signal light collected by the objective lens OB always interfere with each other on the optical axis. Therefore, as shown in FIGS. 1B and 2B, when the reflective layer is arranged at the position of the focal point P of the signal light and the recording medium is arranged between the objective lens and the reflective layer, the reference light and The signal light passes back and forth through the recording medium to perform hologram recording. During reproduction, the reference light passes back and forth through the recording medium, and the reflected reference light returns to the objective lens OB together with the reproduction light.
As shown in FIG. 3, the holograms to be specifically recorded are hologram recording A (reflecting reference light and reflected signal light) and hologram recording B (incident reference light and reflected signal light) in any technique. ), Hologram recording C (reflecting reference light and incident signal light), and hologram recording D (incident reference light and incident signal light). In addition, the hologram to be reproduced is also a hologram record A (read by reflected reference light), hologram record B (read by incident reference light), hologram record C (read by reflected reference light), hologram record D. There are four types (read by the incident reference light).
Therefore, in these conventional techniques, all the light rays (incident light and reflected light of the reference light and incident light and reflected light of the information light) interfere with each other in the recording layer, so that a plurality of holograms are recorded and reproduced. . This is, for example, as described in paragraphs (0096) and (0097) of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-171611.
In the conventional method, when a hologram is recorded on a hologram record carrier having a reflective surface, four holograms are recorded due to interference of four light fluxes of incident reference light, signal light, reflected reference light, and signal light. The performance of the recording layer was used unnecessarily. Therefore, when reproducing information, the reference light is reflected by the reflection layer of the hologram record carrier, and thus it is necessary to separate it from the reproduced light from the reproduced hologram. For this reason, the read performance of the reproduction signal is degraded.
In the conventional method, since many optical components are required for generating and merging the reference light and the signal light, it is desired to reduce the size of the apparatus.
Thus, the problem to be solved by the present invention is to provide an optical pickup device and hologram recording / reproducing system for hologram recording / reproducing that enable stable recording or reproduction.
An optical pickup device of the present invention is an optical pickup device that records or reproduces information on a hologram record carrier having a hologram recording layer that stores therein an optical interference pattern of reference light and signal light as a diffraction grating.
A light source that generates coherent light;
The coherent light comprises a central region disposed on the optical axis and an annular region disposed so as to surround the central region, and the coherent light passes through the central region and the annular region. A spatial light modulator that spatially separates components to generate reference light and signal light and propagates them in the same direction on the same axis;
An objective lens optical system that is arranged on an optical axis and irradiates the signal light and the reference light to the hologram recording layer on a coaxial axis and collects the reference light and the signal light at different focal points;
An image detecting means for receiving light that is arranged on an optical axis and returns from the hologram recording layer via the objective lens optical system when the reference light is irradiated onto the hologram recording layer;
A central correction region disposed on the optical axis and an annular peripheral region disposed so as to surround the central correction region, wherein at least one of the central correction region and the annular peripheral region partially includes a phase of a wavefront of a passing light beam; And an aberration correction device comprising a transmissive liquid crystal device provided with a plurality of transparent electrodes for correcting wavefront aberration of the passing light flux that is changed in a steadily manner.
The hologram recording / reproducing system of the present invention is a hologram recording / reproducing system that records or reproduces information on a hologram record carrier that stores therein an optical interference pattern of reference light and signal light as a diffraction grating,
Light generating means for generating, from coherent light, reference light and signal light obtained by modulating the coherent light according to recording information;
One of the reference light and the signal light is on the optical axis, the other is annularly formed around the one, spatially separated from each other and propagated coaxially in the same direction, via the objective lens optical system, Interference means for condensing the reference light and the signal light at different focal points on an optical axis and interfering the reference light and the signal light;
A hologram recording carrier having a hologram recording layer located on the focal side near the objective lens optical system among the different focal points;
A reflective layer located on the focal side far from the objective lens optical system among the different focal points;
An image detecting means for receiving light that is arranged on an optical axis and returns from the hologram recording layer via the objective lens optical system when the reference light is irradiated onto the hologram recording layer;
A central correction region disposed on the optical axis and an annular peripheral region disposed so as to surround the central correction region, wherein at least one of the central correction region and the annular peripheral region partially includes a phase of a wavefront of a passing light beam; An aberration correction device comprising a transmissive liquid crystal device including a plurality of transparent electrodes for correcting wavefront aberrations of the passing light flux to be changed in an automatic manner,
And an aberration correction liquid crystal driving circuit for supplying a correction voltage to each of the plurality of transparent electrodes when recording or reproducing information.
According to the above configuration, even when distortion, thickness error, inclination, etc. occur in the hologram record carrier, etc., the transparent electrode in the aberration correction device has a divided shape suitable for correcting according to the aberration. Therefore, the applied correction voltage can give the liquid crystal a change in refractive index corresponding to the divided electrode pattern, so that a phase difference (aberration) suitable for canceling the aberration can be given to the transmitted wavefront. By providing the phase difference, it is possible to reduce the aberration generated in the passing light due to the tilt and thickness error of the hologram record carrier, the refractive index error of the hologram record carrier, and the like. Since appropriate reference light can be obtained regardless of physical errors of the hologram record carrier, hologram recording can be performed satisfactorily. For the tilt of the hologram record carrier disk, an error signal obtained by a tilt sensor provided separately can be used.

図1〜図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5は、本発明による実施形態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6は、本発明による他の実施形態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7は、本発明による実施形態のピックアップの対物レンズモジュールを示す概略断面図である。
図8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モジュールを示す概略断面図である。
図9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10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断面図である。
図11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断面図である。
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13は、本発明による他の実施形態のピックアップの対物レンズモジュールを示す概略断面図である。
図14及び図15は、本発明による他の実施形態のピックアップの対物レンズの2焦点レンズを示す概略断面図である。
図16は、本発明による他の実施形態のピックアップの対物レンズモジュールを示す概略断面図である。
図17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断面図である。
図18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19は、本発明による他の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断面図である。
図20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断面図である。
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22は、本発明による他の実施形態のピックアップの対物レンズモジュールを示す概略断面図である。
図23及び図24は、本発明による他の実施形態のピックアップの対物レンズの2焦点レンズを示す概略断面図である。
図25は、本発明による実施形態のピックアップの収差補正装置の収差補正液晶パネルの斜視図である。
図26は、本発明による他の実施形態のピックアップの収差補正装置の収差補正液晶パネルの斜視図である。
図27は、図26の線XXにおける部分断面図である。
図28は、本発明による他の実施形態のピックアップの収差補正装置の部分切欠斜視図である。
図29は、本発明による実施形態のホログラム記録担体を示す概略部分断面図である。
図30は、本発明による他の実施形態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31は、偏光状態を説明する図26の線XXにおける部分断面図である。
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33は、本発明による実施形態のホログラム装置の概略構成を示すブロック図である。
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35及び図36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におけ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担体の情報を記録再生するホログラム装置における記録方法を示すフローチャートである。
図38及び図39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における再生方法を示すフローチャートである。
図40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41は、本発明による他の実施形態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。
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の概略構成を示す。
ピックアップ23は、ホログラムの記録及び再生用のレーザ光源LD、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、結像レンズML、像センサIS及びその駆動系(図示せず)、透過型の収差補正液晶パネルLCP、並びに対物レンズモジュールOBMを含む。対物レンズモジュールOBMなどは筐体内(図示せず)にてレーザ光源LDからの光束の光軸上に配置されている。レーザ光源LDの波長は、ホログラム記録担体2の光学干渉パターンを保存できる透光性の光感応材料が反応する波長である。コリメータレンズCLはレーザ光源LDからの発散する可干渉光を平行光に変換する。
<空間光変調器>
図5は平行光束径内で照射される空間光変調器SLMを光軸から見た正面である。空間光変調器SLMは光軸近傍で光軸を含む中央領域LCCRとその周囲の光軸を含まない環状領域LCPRとに分割されている。中央領域LCCRは貫通開口又は透明材料からなり、ここを透過する光束には変調が与えられない。透過型の環状領域LCPRは、マトリクス状に分割された複数の画素電極を有する検光子付きの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。図4に示すように、環状領域LCPRは、コリメータレンズCLからの平行光を記録情報に応じて変調する。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に同心円状に分離される。
この空間光変調器SLMは空間光変調器駆動回路26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。
さらに、図6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表示装置として、その制御回路26により、記録すべきページデータの所定パターンを表示する環状領域LCPRとその内部に中央領域LCCR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。なお、中央領域LCCRを位相変調の光透過領域として用いることもでき、位相変調参照光を生成してもよい。
以上のように、空間光変調器SLMは可干渉性光の光軸上に配置された中央領域LCCRとこれを囲むように配置された環状領域LCPRとからなり、可干渉性光の中央領域の通過成分と環状領域の通過成分とを空間的に分離して参照光と信号光とを生成して共軸に伝搬させる。なお、中央領域LCCRと環状領域LCPRで参照光と信号光とを生成するが、中央領域LCCRで信号光を、環状領域LCPRで参照光を生成することも可能である。
空間光変調器の例として透過型のものの他に反射型の液晶パネルやDMDを用いることもでき、反射型の空間光変調器においても、透過型と同様で中央領域LCCRとその周囲の光軸を含まない環状領域LCPRとを備え、その作用は中央領域と環状領域の光束の分離を行う。
<対物レンズ光学系>
図4の対物レンズモジュールOBMは、信号光及び参照光をホログラム記録担体2へ向け共軸に照射するとともに、参照光RB及び信号光SBを互いに異なる焦点に集光させる対物レンズ光学系に属する。
図7は対物レンズモジュールOBMの一例の概略断面図である。対物レンズモジュールOBMは、中空ホルダ(図示せず)などにより固定されかつ光軸を共軸とする凸レンズの対物レンズOB及び対物レンズOBより径の小なる凸レンズを共軸に配置した凸レンズ光学素子CVXからなる。凸レンズ光学素子CVXは、光軸を含む中央領域CR(凸レンズ)とその周囲の環状領域PR(透過平行平板)からなる。図8(a)に示すように、対物レンズモジュールOBMは、中央領域CRの通過光を手前の近距離焦点nPに集光させ、環状領域PRの通過光を遠方の遠距離焦点fPに集光させる。近距離焦点nPは対物レンズOB及び凸レンズ光学素子CVXの合成焦点であり、遠距離焦点fPは対物レンズOBの焦点である。
ホログラム記録時において、図8(a)に示すように、空間光変調器SLMからの光軸周りに参照光RB及びその周りに信号光SBは、それぞれ同軸で互いに空間的に離れた状態で対物レンズモジュールOBMに導かれる。空間光変調器は参照光RBを光軸上にて中央領域CRへ、環状断面の信号光SBを参照光RBの周囲の環状領域PRへ、互いに空間的に分離して同軸に伝搬させている。対物レンズモジュールOBM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OB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8(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を対物レンズモジュールOBM及び反射層5の間に配置する。環状断面の信号光SBは反射層5で反射され遠距離焦点fPの対称位置に集光され、参照光RBは遠距離焦点fPより手前(近距離焦点nP)の反射層5で反射される。よって、互いに反対向きの伝搬方向の反射され収束する信号光SBと参照光RBとで光軸近傍の環状領域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、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、多重間隔を小さくできる光学干渉パターンがホログラムHGとして記録される。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光学干渉パターンを生成するに足りる膜厚を有する必要がある。
図9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(反射して発散する参照光と反射して収束する信号光)、ホログラム記録B(入射収束する参照光と反射して収束する信号光)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10に示すように、参照光RBのみを対物レンズモジュールOBMの中央領域CRに供給し、参照光RBを近距離焦点nP(反射層5)に収束させつつホログラム記録層のホログラムHGを透過させると、ホログラムHG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OB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。
他のホログラム記録再生システムにおいては、参照光RBの近距離焦点nPの位置に反射層5を配置するのではなく、図11に示すように、信号光SBの遠距離焦点fPの位置に反射層5を配置して、ホログラム記録担体2はホログラム記録層7が対物レンズモジュールOBM及び反射層5の間にあるように配置する。環状断面の信号光SBは反射層5で合焦して反射され、参照光RBは反射層5より手前(近距離焦点nP)で集光して発散しつつ反射層5で反射される。この場合、反射層5では参照光RBがデフォーカス状態で信号光SBが合焦となる。よって、反射後の参照光RBのみと信号光SBとが交差する範囲となるように反射層5から離れてホログラム記録層7を配置すれば、互いに反対向きの伝搬方向の信号光SB及び参照光RB成分で光軸近傍の環状領域で干渉する状態になる。図12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(反射して発散する参照光と反射して発散する信号光)、ホログラム記録C(反射して発散する参照光と入射収束する信号光)の2種類である。また、再生されるホログラムも同様に2種類である。この場合のホログラム再生システムでは、参照光RBのみを対物レンズモジュールOBMの中央領域CRに供給し、参照光RBを記録時と同様のデフォーカス状態で反射層5へ照射して、ホログラム記録層のホログラムHGを透過させると、ホログラムHGから通常の再生光と位相共役波の再生光が同一の光路で生成できる。
なお、他の変形例の対物レンズモジュールOBMは、凸レンズ光学素子に代えて、図13に示すように光軸上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の直前に同軸に配置することでも、構成できる。また、図14に示すように対物レンズOBと凸レンズ機能を有する透過型の回折光学素子DOEとを一体とすることもできる。その屈折面(中央領域CR)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DOEを有する2焦点レンズOB2として対物レンズモジュールOBMを構成することより、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。さらに、図15に示すように凸レンズ部CVXを対物レンズと一体として中央領域CR及び環状領域PRの境に段差を設け互いに曲率の異なるに非球面レンズの2焦点レンズOB2として対物レンズモジュールOBMを構成してもよい。さらに、2焦点レンズの変形例は中央領域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。
上記実施形態においては、参照光の周りの信号光を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。例えば、図16は、他の実施形態の対物レンズ光学系の構成例を示す。
図16の対物レンズモジュールOBMは、中空ホルダ(図示せず)などにより固定されかつ光軸を共軸とする凸レンズの対物レンズOB及び対物レンズOBより径の小なる凹レンズを共軸に配置した凹レンズ光学素子CCVからなる。凹レンズ光学素子CCVは、光軸を含む中央領域CR(凹レンズ)とその周囲の環状領域PR(透過平行平板)からなる。対物レンズモジュールOBMは、図17(a)に示すように、中央領域CRの通過光を遠方の遠距離焦点fPに集光させ、環状領域PRの通過光を手前の近距離焦点nPに集光させる。遠距離焦点fPは対物レンズOB及び凹レンズ光学素子CCVの合成焦点であり、近距離焦点nPは対物レンズOBの焦点である。
ホログラム記録時には、まず、対物レンズモジュールOBMに共軸な上記の空間光変調器などにより、光軸周りに可干渉性の参照光RBを、その周りに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を生成する。そして、図17(a)に示すように、参照光RB及び信号光SBはそれぞれ同軸で互いに空間的に離れた状態で対物レンズモジュールOBMに導かれる。対物レンズモジュールOBM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OBに近い近距離焦点nPに集光され、参照光RBは近距離焦点より遠い遠距離焦点に集光される。
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モジュールOBMに導かれる。すなわち、図17(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の周囲の環状領域PRへ、互いに空間的に分離して同軸に伝搬させる。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は対物レンズモジュールOBMに近い近距離焦点nP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に集光される。
図17(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を対物レンズモジュールOBM及び反射層5の間に配置する。環状断面の信号光SBはは反射層5より手前(近距離焦点nP)で集光して発散しつつ反射層5で反射され、参照光RBは反射層5で合焦して反射される。よって、環状断面の信号光SBは反射層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。
図18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C(反射して発散する参照光と入射収束する信号光)、ホログラム記録D(入射収束する参照光と入射収束する信号光)の2種類である。また、再生されるホログラムも、同様の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19に示すように、参照光RBのみを対物レンズモジュールOBM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ホログラムHGを透過させると、ホログラムHGから再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モジュールOBM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。
他のホログラム記録再生システムにおいては、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を対物レンズモジュールOBM及び反射層5の間に配置するのではなく、図20に示すように、環状領域PR通過の信号光SBの近距離焦点nPの位置に反射層5を配置して、ホログラム記録担体2はホログラム記録層7が対物レンズモジュールOBM及び反射層5の間にあるように配置する。環状断面の信号光SBは反射層5で合焦して反射され、参照光RBは反射層5で反射され遠距離焦点fPの対称位置に集光される。この場合、反射層5では参照光RBがデフォーカス状態で信号光SBが合焦となる。図21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B(入射する参照光と反射する信号光)、ホログラム記録C(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同様に2種類である。この場合のホログラム再生システムでは、参照光RBのみを対物レンズモジュールOBMの中央領域CRに供給し、参照光RBを記録時と同様のデフォーカス状態で反射層5へ照射して、ホログラム記録層のホログラムHGを透過させると、ホログラムHGから通常の再生光と位相共役波の再生光が同一の光路で生成できる。
さらに、2焦点の対物レンズモジュールOBMの他の変形例は、図22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により、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。また、図23に示すように対物レンズOB及び透過型の回折光学素子DOEを一体として(その屈折面の中央領域CRに同軸に形成された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DOEを有する)2焦点レンズOB2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。また、レンズ一体型の回折格子に代えて、図24に示すように凹レンズ部CCVを一体として中央領域CR及び環状領域PRの境に段差を設け互いに曲率の異なるに非球面レンズの2焦点レンズOB2として対物レンズモジュールOBMを構成してもよい。
以上の参照光と信号光のいずれか一方の周り共軸で他方を分離して囲むように伝搬させ照射する構成によれば、入射時には参照光と信号光の重なりが或る程度制限できる。
また、図8及び図17に示す実施形態では、反射層で合焦する参照光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。さらに、図11及び図20に示す実施形態では中央で参照光をと外周の環状領域で信号光とを生成するが、これを変形して中央領域で信号光を、外周の環状領域で参照光を生成するようにすれば、反射層で合焦する環状断面の参照光をサーボエラー検出用の光束として用いることが可能である。
以上の実施形態及び変形例によれば、ホログラム記録時には、干渉する信号光及び参照光が制限され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、シフト多重が可能となり、多重間隔を小さくすることができる。
<像検出手段>
図4の光軸上に配置された偏光ビームスプリッタPBS、結像レンズML、像センサISは、参照光がホログラム記録層に照射された際にホログラム記録担体2から対物レンズモジュールOBMを介して戻る光を受光する像検出手段として機能する。像センサISは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光電変換素子である。
<収差補正液晶パネル>
図4の透過型の収差補正液晶パネルLCPは、光軸上に配置された中央補正領域PLCCRとこれを囲むように配置された環状周囲領域PLCPRとを含みかつ、それらの少なくとも一方がその通過光束の波面の位相を部分的に変化させて、通過光束の波面収差を補正する複数の透明電極を備える透過型の液晶装置である。
図25は透過型液晶装置からなる収差補正液晶パネルLCPを示す。収差補正液晶パネルLCPは、収差補正液晶駆動回路LCPDに接続され、環状周囲領域PLCPRとその内部に中央補正領域PLCCRとで構成される。
図25及び図26に示すように、収差補正液晶パネルLCPにおいては、流動状の透明な液晶組成物11が2枚のガラス基板12a,12b間に挟持され、該基板周りが封止された構造を有している。両ガラス基板12a,12bの内面には、インジウムスズ酸化物などからなる液晶に電圧を印加する透明電極層(13ai,13a)(13b)と、近接する液晶分子の軸の向き(配向)を規定する配向膜14a,14bと、が順に積層されている。収差補正液晶パネルLCPでは、液晶に生じる電位差に応じて液晶の配向性が変化し、電圧に応じて屈折率が変化することを利用して、液晶を通過する波面の位相を変化させ、それによって通過光の収差を相殺しようとするものである。
参照光のみが透過する中央補正領域PLCCRは参照光に発生する収差に応じた電極分割形状を有している。中央補正領域PLCCRの電極分割形状は、後述する球面収差補正用のパターン及びコマ収差補正用のパターンや、非点収差補正用のパターンなどを取ることができ、またそれらを複合的に構成することもできる。たとえば、中央補正領域PLCCRの対向する電極層の少なくとも一方を、位相調整部として複数の透明電極に分割し、当該複数の透明電極の各々に参照光に生じた収差の分布形状に応じた電圧を印加する構成とすることによって、収差補正液晶パネルLCPを透過する参照光の収差を補正できる。図26では透明電極13bは共通電極であるが、環状周囲領域PLCPRの透明電極13aと、その内部に中央補正領域PLCCの複数の透明電極13ai(i=1,2,3,・・・・)と、は収差補正液晶駆動回路LCPDにより独立して補正電圧が印加される。
図27は、球面収差を補正するための収差補正液晶パネルLCPの中央補正領域PLCCRの構造の一例を模式的に示した電極パターンの平面図である。図27(a)に示すように、中央補正領域PLCCRは、入射される参照光光束の有効径内において、ホログラム記録担体2で生じる球面収差の分布に対応付けて、間隙によって区画され電気的に分離された同心円状(円環状)の複数の透明電極13a1,13a2,13a3,13a4,13a5,13a6,13a7を含む。透明電極13a1−13a7それぞれの幅は、球面収差の分布に対応して波面の位相を変化させるため異ならせることができるが、均等に構成してもよい。なお、図27においては、中央補正領域PLCCRが7つの透明電極を有する場合を示しているが、電極数は2以上あればよい。透明電極13a1−13a7に補正電圧Vi(i=1,2,3,4,5,6,7)がリードラインを介して印加されると、その補正電圧Viによって生じる電界に応じて液晶層11内の各部の液晶分子の屈折率配向が変化する。その結果、液晶層11中を通る光の波面は、液晶層11の複屈折を受けて位相が変化する。すなわち、通過する参照光の波面は、液晶層11に印加される補正電圧Viによって制御することができる。
図27(b)に示すように、中央補正領域PLCCRの直径上において透明電極13a1−13a7に印加される基準電圧からの補正電圧Viの電圧波形を示す。このような補正すべき球面収差の分布形状に応じた補正電圧が電極パターンに印加されることによって、ホログラム記録担体の光透過保護層の厚みムラ等に起因する球面収差を打ち消すことができ、球面収差が抑制されるように補正される。
従って、ホログラム記録によって記録層が収縮する場合や屈折率が変化する場合には、軸対称な収差が発生すると考えられ、その場合には球面収差やデフォーカス収差が発生すると思われる。そのような場合には、あらかじめ保存しておいた球面収差補正量などを収差補正液晶パネルLCPに補正電圧として印加することで参照光の収差補正が実現され、記録時と同一の波面を有する参照光で再生することができるので良好な再生信号を得ることができる。
図28は、コマ収差を補正するための収差補正液晶パネルLCPの中央補正領域PLCCRの構造の一例を模式的に示した平面図である。図28(a)に、中央補正領域PLCCRのコマ収差補正用の透明電極パターンを示す。中央補正領域PLCCRに入射される参照光光束の有効径内に、波面の位相を変化させるための4つの分割された透明電極13a11,13a12,13a13,13a14が間隙によって区画され電気的に分離されて配置されている。透明電極13a11,13a12と透明電極13a13,13a14との組は中央補正領域PLCCRの直径に関して対称に配置されている。すなわち、コマ収差補正用透明電極パターンは、央補正領域PLCCRは光軸に垂直なその直径に対称でかつ当該直線を含む間隙で分割された内側及び外側の領域として配置され、これに収差補正液晶駆動回路が補正すべきコマ収差に応じた補正電圧を供給するのである。
分割された透明電極に基準電圧に対して正の電圧を印加すると、対向透明電極13bとの間に電位差を生じ、その間の液晶の配向性が電位差に応じて変化し屈折率が変化するので、この透明電極を通過する参照光成分の波面はその位相が進められる。逆に、分割された透明電極に基準電圧に対して負の電圧を印加すると、この透明電極を通過する参照光成分の波面はその位相が遅れる。よって、対称配置の透明電極13a11,13a12及び透明電極13a13,13a14に、図28(b)に示すように、補正すべきコマ収差の分布形状に応じた電圧波形の補正電圧を印加することによって、中央補正領域PLCCRは、ホログラム記録担体が光軸に対して傾くことによって発生するコマ収差を打ち消すことができ、コマ収差が抑制されるように補正される。
従って、ホログラム記録によって記録層が光ビームに対して傾く場合には、再生信号の品位に基づいて参照光の収差補正を行うことができる。再生信号の品位は再生像のSNRもしくはエラーレートにより評価しそれらが最も良好になるように補正電圧を決める。補正電圧を収差補正液晶パネルLCPに印加することで参照光の収差補正が実現され、記録時と同一の波面を有する参照光で再生することができるので良好な再生信号を得ることができる。
さらに、収差補正液晶パネルLCPは、接続された収差補正液晶駆動回路LCPDにより、ホログラム記録時に環状周囲領域PLCPRとその内部に中央補正領域PLCCRとで同一の偏光付与の透光状態として、再生時に両領域において異なる偏光作用状態とするように制御できる。
収差補正液晶パネルLCPは、たとえば、環状領域を透過する信号光及びその内部の中央領域を透過する参照光の偏光面を回転し、その回転角度をホログラム記録時から再生時にて切り替えるように、収差補正液晶駆動回路LCPDにより制御され得る。収差補正液晶駆動回路LCPD及び収差補正液晶パネルLCPは、レーザ光源から射出した光束の環状領域光束部分とその内部の中央領域光束部分の偏光方向を所定角度、例えば90度回転ができるシステムである。
液晶はその分子が細長く、その位置及びその軸の方向が規則性及び不規則性の両面を有する固体及び液体の中間の相を示す物質である。一般に自然状態(無印加電界)において複数の液晶分子はその長軸方向にゆるやかな規則性を持って並んでいる。ラビングなどにより一定方向の複数の微小溝を刻んだ配向膜に液晶分子を接触させると、液晶分子の分子軸が溝に沿って並び方を変える性質がある。よって、TN(Twisted Nematic)型液晶において、それぞれの微小溝の向きが90度となるように所定間隔で平行に配置された2枚の配向膜間に液晶が充填されていると、液晶分子は一方の配向膜から他方の配向膜へと徐々にねじれて90度回転するように配列(螺旋配列)される。この液晶分子がツイスト状に配向する状態で、一方の配向膜から他方の配向膜へ光を液晶中を通過させると、液晶分子の並ぶ隙間に沿って、光が透過する。例えば一方の配向膜近傍の液晶分子軸に平行な直線偏光の光は、他方の配向膜近傍の液晶分子軸に平行な直線偏光となって、その振動面(偏光面)が90度ねじれて透過する(電圧を印加をしないオフ状態)。
一方、液晶を挟む対向透明電極間に電圧を印加すると、液晶分子は配向膜に沿った方向からその軸が垂直方向に変化し電界に沿って並ぶ。液晶分子が配向膜から直立して液晶分子の配向が変化するので、図26に示すように、例えば直線偏光の透過光の偏光面(紙面平行)が回転せずにそのままの偏光状態で透過する(同一電圧を印加したオン状態)。
以上のような複数の機能を複合する液晶パネルを得るためには、収差補正に用いる領域では液晶分子が平行に配向されるように配向膜を設定し、一方で偏光作用に用いる領域ではTN配向になるように配向膜を設定する。たとえば、図26に示す収差補正液晶パネルLCPの対向する配向膜14a,14bにおいて、一方の配向膜14bを一様に一定方向に(図25に破線の双方向矢印にて示す)ラビングして、他方の配向膜14aにおいては環状周囲領域PLCPRと中央補正領域PLCCRとで分離して環状周囲領域PLCPRでは配向膜14bのラビング方向に対して90度をなす方向(図25に実線の双方向矢印にて示す)にラビングしかつ中央補正領域PLCCRでは配向膜14bのラビング方向に平行(図25に実線の双方向矢印にて示す)にラビングする。このようにして、収差補正に用いる中央補正領域PLCCRでは液晶分子が平行に配向され、一方で偏光作用に用いる環状周囲領域PLCPRではTN配向になるように設定することができる。
<ホログラム記録担体>
図4のホログラム記録担体2の一例を図29に示す。ホログラム記録担体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。
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、トラックを、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。
<記録再生動作>
図4の本実施形態の記録再生動作を説明する。
記録動作において、図4(a)に示すように、紙面に平行な偏光のレーザ光源LDからのレーザ光はコリメータレンズCLにより平行光束に変換された後、空間光変調器SLMを通過し、これで光軸を含む光束とそれを取り囲む環状断面光束とに分割されて、光軸を含む光束を参照光RBと環状断面光束を信号光SBとして生成される。参照光RBと信号光SBは共軸で偏光ビームスプリッタPBS及び収差補正液晶パネルLCPを経て、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に集光される。ホログラム記録時、収差補正液晶パネルLCPの参照光RBのみが通過する領域(中央補正領域PLCCR)と信号光SBのみが通過する領域(環状周囲領域PLCPR)はすべてオン状態として、信号光SBと参照光RBの偏光状態が同一(紙面平行方向)になるように設定される。よって、信号光SB及び参照光RBの干渉によりホログラム記録担体2のホログラム記録層7に記録される。ここで、中央補正領域PLCCR及び環状周囲領域PLCPRのすべてがオン状態と設定されるとともに参照光の収差補正を行ってもよいが、行わないこととしてもよい。未記録状態の媒体への照射では収差の影響は少ないと考えられる。
再生動作において、図4(b)に示すように、紙面に平行な偏光方向の光束から空間光変調器SLMで光軸を含む光束(参照光RB)のみが生成され、かかる参照光RBが偏光ビームスプリッタPBS及び収差補正液晶パネルLCPを経て対物レンズモジュールOBMを介してホログラム記録担体2に集光されると、紙面に平行な偏光の再生光が再構築される。再生時には、収差補正液晶パネルLCPの位相調整部の複数の分割透明電極へ、参照光に生じる収差の分布形状に応じた補正電圧を印加するとともに、中央補正領域PLCCRをオン状態とし、環状周囲領域PLCPRを透過する通過光と中央補正領域PLCCRを透過する透過光の偏光状態が略90°異なるように設定する。参照光RBで再生される再生光は記録時の信号光と同じ発散及び収束する光束でかつ紙面平行の偏光方向であるが、再生光は偏光液晶パネルLCPの環状偏光領域PLCPRを透過するので偏光液晶パネルLCPによる偏光作用を受け、その偏光方向が紙面垂直となる。一方、参照光RBは紙面平行のまま反射層5で反射され収差補正液晶パネルLCPでの偏光作用を受けない。よって再生時に反射層5で反射する参照光RBと再生される再生光の偏光方向が異なるため偏光ビームスプリッタPBSとで分離することが可能となり、再生光を受光する検出器上に参照光RBが入射しないため再生SNが向上する。
収差補正液晶パネルLCPで紙面に垂直な偏光とされ(収差補正液晶パネルLCPにより透過光束の偏光方向を90度回転させる)、偏光ビームスプリッタPBSで反射された成分が像センサISに入射する。像センサISは再生光で結像された像に対応する出力を再生信号検出処理回路(図示せず)に送出して、処理を施してページデータが再生される。
このように、ホログラム記録に用いるピックアップにおいて、ホログラム記録光束は光軸近傍の光軸を含む光束(参照光)とそれを取り囲む環状断面光束(信号光)とに分割されており、ピックアップは信号光と参照光とで焦点距離の異なる対物レンズ光学系(レンズ群)を有し、さらに、空間光変調器SLMと対物レンズOBの間に配置された収差補正液晶パネルLCPを有する。そして、収差補正液晶パネルLCPは中央補正領域PLCCRと環状周囲領域PLCPRを有し、その分割形状はそれぞれ透過すべき光軸を含む光束(参照光)とそれを取り囲む環状断面光束(信号光)の横断面形状に略一致している。
<変形例>
上記の収差補正液晶パネルLCPは、中央補正領域PLCCRの分割透明電極をその電圧印加状態によって波面収差補正すべき参照光用として用い、環状周囲領域PLCPRに透過する光束を信号光用として用いる場合を説明しているが、変形例としては、収差補正液晶パネルLCP及び空間光変調器SLMの構成によって、参照光を光軸でかつ信号光をその周囲で伝搬させるのではなく、逆に信号光を光軸で参照光をその周囲で生成して伝搬させることもできる。この場合、図30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表示装置として、その制御回路26により、記録すべきページデータの所定パターンを表示する中央領域LCCRとその周囲に環状領域LCPR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。なお、環状領域LCPRの無変調の光透過領域を透明材料から形成できる。さらに、図31に示すように、収差補正液晶パネルLCPの環状周囲領域PLCPRにおいて参照光通過用として球面収差補正用透明電極パターンやコマ収差補正用透明電極パターン13aiなどを作り込み、中央補正領域PLCCRには信号光通過用として透明電極パターン13aaを形成する。すなわち、中央補正領域PLCCR及び環状周囲領域PLCPRの透明電極パターンを入れ替えた以外、図26に示す構成と同一とすることもできる。
また、この変形例においても、収差補正液晶パネルLCPにより、ホログラム記録時には信号光SBと参照光RBの偏光状態がホログラム記録層7中で同一になるようにし、再生時には互いに略90°異なるようにすることもできる。したがって、収差補正液晶パネルLCPは、収差補正液晶駆動回路LCPDにより、ホログラム記録時に両領域の同一の偏光付与の透光状態としたり、たとえば再生時に収差補正液晶パネルLCPの中央補正領域PLCCRをオフ状態とし、環状周囲領域PLCPRでは波面収差用補正電圧を印加するとともにオン状態として、両領域を異なる偏光作用状態とすることができる。この場合、図32(a)に示すように空間光変調器SLMを通過した平行光束は、信号光SB(光軸を含む光束)とそれを取り囲む環状断面光束の参照光RBとに分割、生成されて、さらに環状断面光束の参照光RBには波面収差がなされ、偏光ビームスプリッタPBS及び収差補正液晶パネルLCPを通過する。記録動作(図32(a))及び再生動作(図32(b))は参照光及び信号光が内外で伝搬位置が異なる以外上記例と同様である。この変形例の場合でも図8〜図24に示すような対物レンズモジュールOBMの構成を適用できる。
以上の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が像センサIS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。
サーボ制御は、図示しないが、例えば反射層5上にトラックを設け、参照光RBを当該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サーボ光学系を用いて、検出されたサーボエラー信号に応じて対物レンズ光学系をアクチュエータで駆動することにより、可能である。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。
<ホログラム装置>
他の本実施形態として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本発明のホログラム記録再生システムとしてホログラム装置を説明する。
図33はホログラム装置の一例のブロック図である。
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、xy方向移動サーボ回路30、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、収差補正液晶駆動回路LCPD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、xy方向移動サーボ回路30、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、収差補正液晶駆動回路LCPD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。
ホログラム記録再生用レーザ光源LD1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LD1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ISに接続された再生光信号検出回路27からの読み取り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。制御回路37は収差補正部40を含み、再生光信号検出回路27から受信した信号に基づいて、及び/又は予め定められた処理手順に従って、参照光の収差を判別する。さらに、制御回路37は、当該参照光の収差に基づいて、収差補正液晶パネルLCPの位相調整部(透明電極)の各々の補正電圧Viを確定する。制御回路37は、当該補正電圧Viを表す各制御信号を、収差補正液晶パネルLCPを駆動するための収差補正液晶駆動回路LCPDへ供給する。収差補正液晶駆動回路LCPDは、当該制御信号に応じて収差補正液晶パネルLCPに印加すべき駆動電圧(補正電圧)を生成し、収差補正液晶パネルLCPに供給する。
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(図35参照)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xy方向移動サーボ回路30に供給される。xy方向移動サーボ回路30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(図35参照)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。
<光ピックアップ>
図34はピックアップ23の概略構成を示す。
ピックアップ23は、ホログラム記録光学系、ホログラム再生光学系、サーボ制御系を含む。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用レーザ光源LD1、コリメータレンズCL1、空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBS、4fレンズfd及びfe及び像センサISが直線上に配置され、ミラーMR、1/4波長板1/4λ、4fレンズfc、偏光ビームスプリッタPBS、収差補正液晶パネルLCP、対物レンズモジュールOBMが直線上に配置され、これら直線状配列部品は偏光ビームスプリッタPBSで直交して配列されている。
<ホログラム記録光学系>
ホログラム記録光学系は、ホログラム記録再生用レーザ光源LD1、コリメータレンズCL1、透過型の空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBS、収差補正液晶パネルLCP、4fレンズfc、ミラーMR、1/4波長板1/4λ、並びに、対物レンズモジュールOBMを含む。
レーザ光源LD1の射出光がコリメータレンズCL1により平行光に変換され、これが空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBSに順に入射する。平行光の偏光方向は紙面垂直な方向とする。記録したいページデータを中央領域に表示する空間光変調器SLMは、光軸を含む中央領域を透過する光束を無変調の参照光RBとし、この周囲の環状光束を信号光SBとする。偏光ビームスプリッタPBSは、入射する空間的に分離された参照光RBと信号光SBをともその偏光膜により反射して(S偏光)、4fレンズfcに入射するように、配置されている。この4fレンズfcは、対物レンズOBの焦点位置(光軸上の焦点距離fob)に像を結像させるためのレンズである。空間光変調器SLMを対物レンズOBの焦点位置に配置するのが困難であるため、空間光変調器SLMから4fレンズfcまでの距離はこの4fレンズfcの焦点距離とする。4fレンズfcは、これに入射した光束が1/4波長板1/4λを透過し円偏光に変換された後、ミラーMRで反射し再び1/4波長板1/4λに入射するように、配置されている。その結果、1/4波長板1/4λからの参照光RBと信号光SBは、偏光方向が紙面平行となり再び偏光ビームスプリッタPBSに入射するが、偏光方向が紙面水平になっているので(P偏光)、偏光ビームスプリッタPBSを透過する。参照光RB及び信号光SBは4fレンズfcの焦点位置に再び結像し、この結像位置に空間光変調器SLMが存在するのと等価となる。この焦点位置に、収差補正液晶パネルLCPを配置し、さらに対物レンズモジュールOBMの対物レンズOBの焦点位置を一致させる。収差補正液晶パネルLCPは収差補正液晶パネルLCPの配向方向はTN型になっている。
図35に示すように、対物レンズモジュールOBMにおいて、凹レンズ光学素子CCVが参照光RBにのみ凹レンズ作用が働くように配置されており、参照光RBが対物レンズOBの作用と組み合わせて本来の対物レンズOBの焦点よりも遠方に焦点を結び、かつ信号光SBがレンズ作用を受けず対物レンズOBの焦点に集光するように設定されている。信号光SBの対物レンズOBの焦点がホログラム記録担体2の波長選択性反射層5上に位置するように、ホログラム記録担体2に対する対物レンズモジュールOBMの相対位置が制御される。
<ホログラム再生光学系>
ホログラム再生光学系は、図34に示すように、ホログラム記録再生用レーザ光源LD1、コリメータレンズCL1、空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBS、収差補正液晶パネルLCP、対物レンズモジュールOBM、4fレンズfc、fd及びfe、ミラーMR、1/4波長板1/4λ、並びに像センサISを含む。この光学系において、4fレンズfd及びfe並びに像センサISを除く光学部品は上記ホログラム記録光学系と共通である。
図34に示すように、ホログラム再生光学系の4fレンズfdは偏光ビームスプリッタPBSを介して対物レンズOBの焦点位置にその焦点が一致する位置に配置されている。さらに4fレンズfdからその焦点の2倍の距離の光軸上位置に、4fレンズfdと同様の焦点距離を有する4fレンズfeが配置され、これらは、いわゆる4f系光学系を構成している。ホログラム記録担体2からの再生光による再生像が結像する対物レンズOBの焦点の位置に像センサISを配置することが困難なため、再生光を受光する像センサISは、その受光面が4fレンズfeの焦点に位置するように配置され、再生像が像センサISの受光面で結像して、再生信号が得られる。これを再生することで記録信号を再生することができる。
<ホログラム記録担体>
ホログラム記録担体2は、図35に示すように、参照光の入射側から見て保護層8、ホログラム記録層7、分離層6、波長選択性反射層5、第2分離層4、サーボガイド層9及びアドレスやトラック構造が転写された基板3からなる。この波長選択性反射層5は、サーボビームSVBを透過しかつ参照光及び信号光の波長を含む反射波長帯域のみ反射する誘電体積層体などからなる。サーボガイド層9には、離れて交わることなく延在する複数のトラックなどのサーボマークTとしてサーボ用グルーブ又はピットが形成されている。また、サーボガイド層9のサーボマークTのピッチPx(いわゆるトラックピッチ)は、信号光及び参照光のスポット上方に記録されるホログラムHGの多重度から決まる所定距離として設定される。サーボマークTの幅は、サーボビームSVBの光スポットからの反射光を受光する光検出器の出力、例えばプッシュプル信号に応じて適宜設定される。図35に示すホログラム記録担体2のサーボガイド層9のサーボマークT上へのサーボビームSVBの追従によって、ホログラム記録再生を行うためのホログラム記録担体2上の位置決め(フォーカスサーボ、xy方向サーボ)を行う。フォーカスサーボや予め記録されたグループやピットなどのガイドトラック信号を再生することでトラッキングサーボなどを行うことができる。
<サーボ制御系>
サーボ制御系はホログラム記録担体2に対する対物レンズモジュールOBMの位置をサーボ制御(xyz方向移動)するためのもので、図34に示すように、サーボビームSVBを発する第2レーザ光源LD2、調節レンズCL2、ハーフミラーMR、ダイクロイックプリズムDP、偏光ビームスプリッタPBS、対物レンズモジュールOBM、カップリングレンズAS、並びに光検出器PDを含む。
第2レーザ光源LD2は記録再生レーザの波長とは異なる波長(サーボビームSVB)とする。サーボビームSVBは、信号光及び参照光の感応波長帯域以外のホログラム記録層7に非感応な波長の光である。
サーボ制御系は、4f系光学系中の4fレンズfc、fe間に配置したダイクロイックプリズムDPによりホログラム再生光学系に結合される。すなわち、第2レーザ光源LD2からのサーボビームSVBがハーフミラーMRにより反射され、ダイクロイックプリズムDPにより反射されて、再生光学系の光束に合成されるように、第2レーザ光源LD2、調節レンズCL2、ハーフミラーMR、ダイクロイックプリズムDPは配置されている。調節レンズCL2は検出系4fレンズ4fdと合成することでサーボビームSVBが対物レンズモジュールOBM前には平行光となるように、設定されている。
図35に示すように、対物レンズモジュールOBMにおいて、サーボビームSVBの径(da)は参照光RBの光束の径(db)径以下に設定されている。したがって、信号光SBの外径(dc)及び内径(dd)とこれらの径の関係はdc>dd>db≧daとなる。ここで記録間隔(多重間隔)やトラックピッチなど記録ガイドとなる構造が通常の光ディスクのそれらよりも広い(大きい)構成とした場合、サーボビームSVBの収差や、サーボビームSVBの光束径は小さくなり開口数NAが低くなることは、読み取りにあまり影響を及ぼさない。
図34に示すように、サーボビームSVBの偏光方向は紙面垂直に設定されているため、サーボビームSVBは収差補正液晶パネルLCPの作用を受けることなく対物レンズモジュールOBMに入射する。
図35に示すように、対物レンズモジュールOBMは、凹レンズ光学素子CCV及び対物レンズOBと組み合わせてサーボビームSVBがホログラム記録担体2の波長選択性反射層5よりも遠方に集光、すなわち、波長選択性反射層5を透過しサーボマークTを形成したサーボガイド層9に集光するように、ホログラム記録担体2とともに、設定されている。ここで、凹レンズ光学素子CCVは、対物レンズOBと組み合わせてサーボビームSVBがその波長で収差無く、サーボガイド層9上に焦点を結ぶように、設定されている。
サーボビームSVBは波長選択性反射層5を透過し、サーボガイド層9に到達して、サーボガイド層9により反射される。
サーボガイド層9で反射され対物レンズモジュールOBMを介して戻るサーボビームSVBの反射光は、34に示すように、偏光ビームスプリッタPBSからダイクロイックプリズムDPへと往路と同一の光路によりハーフミラーMRに到達し、サーボ信号生成光学系を経て光検出器PDに入射する。
光検出器PDにおいては例えばシリンドリカルレンズなどによる非点収差法によりフォーカスサーボ信号を得ることができ、またサーボガイド層9上に形成されたサーボマークTを読み取ることによってプッシュプル方式のトラッキングエラー信号などを得ることもできる。また、ピット列などで形成されたアドレス信号なども読み取ることができる。
このように、サーボ制御は、対物レンズモジュールOBMを介して、サーボビームSVBをサーボガイド層9上のトラックに光スポットとして集光させ、かつ、その反射光を光検出器PDへ導き、そこで検出された信号に応じて対物レンズモジュールOBMを対物レンズ駆動部36のアクチュエータで駆動することにより、行われる。
図35に示すように、波長選択性反射層5がサーボガイド層9よりも対物レンズOB側(光照射側)にあるため信号光及び参照光が反射されるので、サーボガイド層9のサーボ構造(サーボマークT)による信号光及び参照光の回折光が生じないため、これにより回折光の影響が低減され、SNのよいホログラム再生が可能である。
<記録再生動作>
レーザ光源LD1の射出光がコリメータレンズCL1により平行光に変換され、これが空間光変調器SLM、偏光ビームスプリッタPBSに順に入射する。記録時には環状領域で記録すべきページデータを表示し中央領域で無変調とした空間光変調器SLMで分割され参照光RB及び信号光SBとなった平行光は、それぞれ偏光ビームスプリッタPBSで反射され1/4波長板1/4λ及びミラーMRで反射され、再び偏光ビームスプリッタPBSに戻りこれを透過する。透過した参照光RB及び信号光SBは収差補正液晶パネルLCPへ入射する。
記録時には、図35に示す収差補正液晶パネルLCPの中央補正領域PLCCR及び環状周囲領域PLCPの透明電極に同一電圧を印加することで、ともにをオン状態とする。よって収差補正液晶パネルLCPでの偏光作用が発生せず、透過する信号光SB及び参照光RBは偏光作用を受けず、それらの偏光方向(紙面平行)は変わらない。
収差補正液晶パネルLCPを透過した信号光SB及び参照光RBは互いに偏光方向が同一のまま対物レンズモジュールOBMに入射する。信号光SBは凹レンズ光学素子CCVの作用を受けないために本来の対物レンズOBの焦点に集光し、参照光RBは凹レンズ作用を受け当該焦点より更に遠方に集光する。
ホログラム記録担体2の波長選択性反射層5は記録再生用レーザの波長の光線を反射するように設定されているので、信号光SBは波長選択性反射層5上に集光して反射される。一方、参照光RBはデフォーカスした状態にて波長選択性反射層5で反射される。信号光SBと入射する参照光RBとで重なる領域が生じ、この領域で参照光RBと信号光SBの干渉が発生する。この領域(信号光SBの焦点より対物レンズ側でかつ、入射する参照光RBと信号光SBとがオーバーラップしている領域)にホログラム記録層7を配置することで、ホログラム記録層7にホログラムが記録される。
再生時には図36に示すように、レーザ光源LD1の射出光を、空間光変調器SLMの環状領域で遮光し中央領域で光軸を含む光束のみ無変調で透過させ、参照光RBを生成する。記録時と同様の光路をたどって参照光RBを収差補正液晶パネルLCPの中央補正領域PLCCRに到達せしめる。ここで収差補正液晶パネルLCPの位相調整部の複数の分割透明電極へ参照光に生じる収差の分布形状に応じた補正電圧を印加するとともに、環状周囲領域PLCPRをオフ状態(電圧印加をしない)とし、中央補正領域PLCCをオン状態のままにする。参照光RBは偏光方向が紙面平行のままホログラム記録層7に入射するので、再生される再生光も記録時の信号光と同じ発散及び収束する光束でかつ紙面平行の偏光方向となる。よって、再生光は収差補正液晶パネルLCPの環状周囲領域PLCPRを透過するため偏光作用を受け偏光方向が紙面垂直となる。一方、参照光RBは紙面平行のまま波長選択性反射層5で反射されるが液晶での偏光作用がないので再生光とは偏光方向が異なることになる。よって再生光の偏光を変えるので、紙面垂直なため偏光ビームスプリッタPBSで反射されるが、信号光SBはこれを透過される。分離された再生光は検出系の4fレンズfd及びfeを介して像センサISの受光面で結像して、再生像が得られ、像センサISが再生信号を出力する。
<ホログラム記録再生方法>
図34の本実施形態において、ホログラム記録再生方法について説明する。
ホログラム記録時で決まった収差補正量であり再生光の偏光を変える場合、ホログラムの記録は図37に示すフローチャートに従って行われる。
先ず、ホログラム記録担体が装置に装填された後、フォーカス/トラッキング(zx方向)サーボ及びスピンドルサーボを動作せしめて、対物レンズの焦点がホログラム記録担体の所定のサーボマーク位置情報を取得して(ステップS1)、位置に合うように記録エリアへピックアップを移動せしめる(ステップS2)。
次に、ポジションサーボ(y方向)を動作せしめて、光ビームと記録層7とを相対的に静止した状態とする(ステップS3)。
次に、参照光及び信号光をホログラム記録担体に照射する際に、参照光収差補正用の補正電圧は印加せずに(ステップS4)、収差補正液晶パネルLCPの中央補正領域PLCCR及び環状周囲領域PLCPの透明電極に同一電圧を印加してオン状態とする(ステップS5)。そして、所定量の記録されるべき情報データを空間光変調器に供給し、レーザ光の出力を上昇させて信号光及び参照光をホログラム記録担体に照射してホログラム記録を開始する(ステップS6)。
次に、情報データの記録継続又は終了を判別して(ステップS7)、継続であればステップS2へ戻り、記録終了であれば終了する。
ホログラム再生時で決まった収差補正量であり再生光の偏光を変える場合、ホログラムの再生は図38に示すフローチャートに従って行われる。
先ず、ホログラム記録担体が装置に装填された後、フォーカス/トラッキング(zx方向)サーボ及びスピンドルサーボを動作せしめて、対物レンズの焦点がホログラム記録担体の所定のサーボマーク位置情報を取得して(ステップS11)、位置に合うように再生エリアへピックアップを移動せしめる(ステップS12)。
次に、ポジションサーボ(y方向)を動作せしめて、光ビームと記録層7とを相対的に静止した状態とする(ステップS13)。
次に、参照光のみをホログラム記録担体に照射する際に、参照光収差補正用の補正電圧は印加して、参照光領域では収差補正を行う(ステップS14)。同時に、収差補正液晶パネルLCPの中央補正領域PLCCRをオン状態とし環状周囲領域PLCP(信号光領域)をオフ状態とする(ステップS15)ので、再生光が偏光により分離可能となる。この参照光の収差補正においては、記録層7の未記録/記録による状態変化はあらかじめ制御回路37のメモリに記録されていてそれに応じた収差補正量を収差補正部40が収差補正液晶駆動回路LCPDへ出力し、これにより収差補正液晶パネルLCPが参照光の収差補正を行う。ここでは特にホログラム記録担体特有の問題、例えばホログラム記録担体の収縮や屈折率の変化による収差を補正する。よって、ホログラム記録担体の記録層の特性によって記録後に記録層の屈折率などが変化する量があらかじめ見込まれている場合に有効である。
次に、レーザ光の出力を上昇させて参照光のみをホログラム記録担体に照射してホログラム再生を開始する(ステップS16)。
次に、情報データの再生継続又は終了を判別して(ステップS17)、継続であればステップS12へ戻り、再生終了であれば終了する。
なお、図37及び図38に示すプロセスにおいて、再生光の偏光を変える必要のない場合は、ステップS5及びステップS15の工程を省き、収差補正液晶パネルLCPすべてオン状態に維持しておけばよい。
ポログラム再生時に収差補正量を再生信号の品質で決める場合、ホログラムの再生は図39に示すフローチャートに従って行われる。
先ず、ステップS21〜ステップS23までは図38に示す記録プロセスと同様に実行する。
次に、低出力レーザ光の参照光のみをホログラム記録担体に照射してホログラム再生を開始する(ステップS24)。
次に、参照光収差補正用の補正電圧は印加して、参照光領域では収差補正を行う状態とする(ステップS25)。
次に、収差補正量を再生信号の品質を評価するために、再生された画像のSNR又はエラーレートを取得する(ステップS26)。たとえば、記録層7に記録されているページデータは、空間光変調器SLMの入射光を透過せしめるピクセルを“1”として白レベルで表し、入射光を遮蔽せしめるピクセルを“0”として黒レベルで表すこととして記録されているので、再生された画像のSNRは下記式で算出される。

Figure 2007026588
(式中、m1は黒レベルの平均光量を、m2は白レベルの平均光量を、σ1は黒レベルの標準偏差を、σ2は白レベルの標準偏差を、それぞれ示す。)
次に、取得された画像のSNR又はエラーレートが制御回路37のメモリにあらかじめ記録されている所定値を超えるか否かで、最適補正値探索を行う(ステップS27)。取得値が所定値未満であれば継続してステップS24に戻り、取得値が所定値を超えれば探索終了として、次へ移行し、参照光収差補正値を決定する(ステップS28)。
次に、参照光収差補正値に基づき参照光領域で収差補正を行いつつ、レーザ光の出力を上昇させて参照光のみをホログラム記録担体に照射してホログラム再生を開始する(ステップS29)。
次に、情報データの再生継続又は終了を判別して(ステップS30)、継続であればステップS22へ戻り、再生終了であれば終了する。
ここでは特にホログラム記録担体特有の収縮や屈折率の変化による収差をホログラム記録担体の記録状態に応じて補正するので、種々のホログラム記録担体の再生に有効である。また、ホログラム記録担体の収縮などによってホログラムの読み取り品位が低下する場合には参照光の波面制御が効果的と思われるがそれを実施した場合にサーボビームまでもその作用を受けると不具合が生じることが予想される。そのためにサーボビームには液晶の収差補正効果が作用しないようにすることは効果がある。
以上のように、収差補正液晶パネルLCPの透明電極はホログラム記録担体などに歪みや厚みの誤差、傾きなどが生じた場合にその収差に応じた補正を行うのに適した分割になっているので、参照光の収差補正を行うことができる。
このように、先行技術ではホログラム記録用の参照光は平行光束であるが、本実施形態では、特定の対物レンズモジュールにより信号光及び参照光をそれら焦点位置を異ならすように発散又は収束光とするとともに、収差補正液晶パネルなどの特定の収差補正装置を用いて記録時と再生時に行う偏光状態の切り替える構成としている。また、この対物レンズモジュールにおいては対物レンズとの組み合わせる特定光学素子により、記録再生のレーザ波長とは異なる波長を用いるサーボビームにおいて、ホログラム記録担体のサーボガイド層上で収差無く集光するように設定されている。さらに、従来技術では記録再生で光学系を変更する必要があったが、本実施形態では収差補正液晶パネルに印加する電圧をコントロールすることで同一の効果を得ることができる。
また従来技術では参照光が平行光であるため、シフト多重記録が不可能であり記録容量が少なかった。しかしながら本実施形態では参照光RBを収束光にしてシフト多重可能にしたことで高品位な再生信号を得ることができる。このことは、記録後にホログラム記録層の収縮や屈折率変化などによって記録時の参照光の波面と再生時の参照光の波面が異なってしまう場合などに特に有効である。また、サーボビームSVBの波長において光学素子と対物レンズの組み合わせによって収差が除去されているので、サーボ信号の再生が良好に行える。
さらに、サーボビームの合成光路を検出系の4f系内に配置することで省スペース化を実現でき、集光系中に合成プリズムを配置できるのでプリズムなどの有効径を小さくすることができる。
<他のピックアップ変形例>
図40に他のピックアップの構成を示す。
このピックアップは、図34に示すピックアップにおけるミラーMR、1/4波長板1/4λ及び4fレンズfcを取り除き、これらの位置に、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を配置して、ホログラム記録再生用レーザ光源LD1からの光束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。よって、記録再生動作も上記ピックアップ23と同様に行われる。
偏光空間光変調器PSLMは、図41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。反射される光束に90度回転する偏光の変調が与えられ、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光変調領域Bの空間変調された信号光SBと中央領域Aの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26に接続され、これからの記録すべきページデータに基づいた分布を有するように光束偏光を変調して、環状断面の信号光SBを生成する。また、偏光空間光変調器PSLMは入射及び反射で同一偏光を維持することもできるので、空間光変調領域Bのみで変調状態を維持したまま反射状態とする制御を行えば、偏光ビームスプリッタPBSとの組み合わせでシャッタとして機能して、中央領域Aの空間変調されない参照光のみを対物レンズモジュールOBMへ供給できる。1 to 3 are schematic partial sectional views showing a hologram record carrier for explaining conventional hologram recording.
FIG. 4 is a configuration diagram showing an outline of a pickup of a hologram apparatus for recording / reproducing information on the hologram record carrier according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a front view seen from the optical axis of the spatial light modulator of the pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a front view seen from the optical axis of a spatial light modulator of a pickup according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the objective lens module of the pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a hologram record carrier and an objective lens module for explaining hologram recording according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a schematic partial sectional view showing a hologram record carrier for explaining hologram recording of an embodiment according to the present invention.
FIG. 10 is a schematic sectional view showing a hologram record carrier and an objective lens for explaining hologram reproduction according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a schematic sectional view showing a hologram record carrier and an objective lens module for explaining hologram recording of another embodiment according to the present invention.
FIG. 12 is a schematic partial sectional view showing a hologram record carrier for explaining hologram recording of another embodiment according to the present invention.
FIG. 13 is a schematic sectional view showing an objective lens module of a pickup according to another embodiment of the present invention.
14 and 15 are schematic sectional views showing a bifocal lens of an objective lens of a pickup according to another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing an objective lens module of a pickup according to another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic sectional view showing a hologram record carrier and an objective lens module for explaining hologram recording of another embodiment according to the present invention.
FIG. 18 is a schematic partial sectional view showing a hologram record carrier for explaining hologram recording of another embodiment according to the present invention.
FIG. 19 is a schematic sectional view showing a hologram record carrier and an objective lens for explaining hologram reproduction according to another embodiment of the present invention.
FIG. 20 is a schematic sectional view showing a hologram record carrier and objective lens module for explaining hologram recording of another embodiment according to the present invention.
FIG. 21 is a schematic partial sectional view showing a hologram record carrier for explaining hologram recording of another embodiment according to the present invention.
FIG. 22 is a schematic sectional view showing an objective lens module of a pickup according to another embodiment of the present invention.
23 and 24 are schematic cross-sectional views showing a bifocal lens of an objective lens of a pickup according to another embodiment of the present invention.
FIG. 25 is a perspective view of an aberration correction liquid crystal panel of the aberration correction apparatus for a pickup according to the embodiment of the present invention.
FIG. 26 is a perspective view of an aberration correction liquid crystal panel of an aberration correction apparatus for a pickup according to another embodiment of the present invention.
27 is a partial cross-sectional view taken along line XX in FIG.
FIG. 28 is a partially cutaway perspective view of an aberration correction apparatus for a pickup according to another embodiment of the present invention.
FIG. 29 is a schematic partial sectional view showing a hologram record carrier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 30 is a front view as seen from the optical axis of the spatial light modulator of the pickup according to another embodiment of the present invention.
FIG. 31 is a partial cross-sectional view taken along line XX in FIG. 26 for explaining the polarization state.
FIG. 32 is a configuration diagram showing an outline of a pickup of a hologram apparatus for recording / reproducing information on a hologram record carrier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 33 is a block diagram showing a schematic configuration of the hologram apparatus according to the embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a block diagram showing an outline of a pickup of a hologram apparatus for recording / reproducing information on a hologram record carrier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 35 and FIG. 36 are schematic cross-sectional views showing a hologram record carrier and an objective lens module in a pickup of a hologram apparatus for recording / reproducing information on a hologram record carrier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a flowchart showing a recording method in a hologram apparatus for recording / reproducing information on a hologram record carrier according to another embodiment of the present invention.
38 and 39 are flowcharts showing a reproducing method in a hologram apparatus for recording / reproducing information on a hologram record carrier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 40 is a configuration diagram showing an outline of a pickup of a hologram apparatus for recording / reproducing information on a hologram record carrier according to another embodiment of the present invention.
FIG. 41 is a front view seen from the optical axis of the polarization spatial light modulator of the pickup according to another embodiment of the present invention.
Detailed Description of the Invention
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 4 shows a schematic configuration of a pickup 23 for recording or reproducing the hologram record carrier 2.
The pickup 23 includes a hologram light source LD for recording and reproduction, a collimator lens CL, a transmissive spatial light modulator SLM, a polarization beam splitter PBS, an imaging lens ML, an image sensor IS, and a drive system (not shown). , A transmissive aberration correction liquid crystal panel LCP, and an objective lens module OBM. The objective lens module OBM and the like are disposed on the optical axis of the light beam from the laser light source LD in the housing (not shown). The wavelength of the laser light source LD is a wavelength at which a light-transmitting photosensitive material capable of preserving the optical interference pattern of the hologram record carrier 2 reacts. The collimator lens CL converts coherent light diverging from the laser light source LD into parallel light.
<Spatial light modulator>
FIG. 5 is a front view of the spatial light modulator SLM irradiated within the parallel light beam diameter as seen from the optical axis. The spatial light modulator SLM is divided in the vicinity of the optical axis into a central region LCCR including the optical axis and an annular region LCPR not including the surrounding optical axis. The central region LCCR is made of a through-opening or a transparent material, and the light beam passing therethrough is not modulated. The transmissive annular region LCPR has a function of electrically shielding a part of incident light for each pixel in a liquid crystal panel with an analyzer having a plurality of pixel electrodes divided in a matrix, or transmitting all light. It has a function to make a modulation state. As shown in FIG. 4, the annular region LCPR modulates the parallel light from the collimator lens CL according to the recording information. That is, when the light passes through the spatial light modulator SLM, the light beam is concentrically separated into the spatially modulated signal light SB and the non-spatial modulated reference light RB.
This spatial light modulator SLM is connected to the spatial light modulator drive circuit 26 and has a light flux so as to have a distribution based on page data to be recorded (information pattern of two-dimensional data such as bright and dark dot patterns on a plane). Is modulated and transmitted to generate a signal light SB.
Further, as shown in FIG. 6, the entire spatial light modulator SLM is used as a transmissive matrix liquid crystal display device, and the control circuit 26 controls an annular region LCPR for displaying a predetermined pattern of page data to be recorded and a central region therein. It can also be configured to display the unmodulated light transmission region of the LCCR. The central region LCCR can also be used as a phase-modulated light transmission region, and phase-modulated reference light may be generated.
As described above, the spatial light modulator SLM includes the central region LCCR arranged on the optical axis of the coherent light and the annular region LCPR arranged so as to surround the central region LCCR. The passing component and the passing component of the annular region are spatially separated to generate reference light and signal light, which are propagated coaxially. The central region LCCR and the annular region LCPR generate reference light and signal light. However, the central region LCCR can generate signal light and the annular region LCPR can generate reference light.
As an example of the spatial light modulator, a reflection type liquid crystal panel or DMD can be used in addition to the transmission type. In the reflection type spatial light modulator, as in the transmission type, the central region LCCR and its surrounding optical axes are used. And an annular region LCPR that does not contain the light, and its action separates the light flux in the central region and the annular region.
<Objective lens optical system>
The objective lens module OBM of FIG. 4 belongs to an objective lens optical system that irradiates signal light and reference light toward the hologram recording carrier 2 on the same axis and collects the reference light RB and the signal light SB at different focal points.
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an example of the objective lens module OBM. The objective lens module OBM is a convex lens optical element CVX in which a convex lens having a diameter smaller than that of the objective lens OB and a convex lens having a diameter smaller than that of the objective lens OB is fixed by a hollow holder (not shown) and the like. Consists of. The convex lens optical element CVX includes a central region CR (convex lens) including the optical axis and an annular region PR (transmission parallel plate) around the central region CR (convex lens). As shown in FIG. 8A, the objective lens module OBM collects the light passing through the central region CR at the near focal point nP on the near side and condensing the light passing through the annular region PR at the far focal point fP far away. Let The short-distance focal point nP is the combined focal point of the objective lens OB and the convex lens optical element CVX, and the long-distance focal point fP is the focal point of the objective lens OB.
At the time of hologram recording, as shown in FIG. 8A, the reference light RB and the signal light SB around the optical axis from the spatial light modulator SLM are respectively coaxially and spatially separated from each other in the objective state. Guided to the lens module OBM. The spatial light modulator spatially separates the reference light RB from the central region CR on the optical axis and the signal light SB having an annular cross section to the annular region PR around the reference light RB and propagates them coaxially. . The objective lens module OBM refracts the reference light RB and the signal light SB in the central region CR and the annular region PR, respectively. Therefore, the reference light RB and the signal light SB are spatially separated even after passing through the objective lens, the reference light RB is condensed on the short-distance focal point nP close to the objective lens OB, and the signal light SB is far away from the short-distance focal point. Since the light is focused on the focal point, interference occurs farther than the short-distance focal point nP.
As shown in FIG. 8B, the reflective layer 5 is disposed at the position of the short-distance focal point nP of the reference light RB, and the hologram recording layer 7 is disposed between the objective lens module OBM and the reflective layer 5 as a recording medium. The signal light SB having an annular cross section is reflected by the reflection layer 5 and collected at a symmetrical position of the far-distance focal point fP, and the reference light RB is reflected by the reflection layer 5 before (the short-distance focal point nP). Therefore, the signal light SB reflected and converged in the opposite propagation directions and the reference light RB interfere with each other in the annular region near the optical axis. If a hologram record carrier having a hologram recording layer located between the near focus nP and the far focus fP is used, since the reference light RB and the signal light SB are spherical waves that propagate in directions opposite to each other, Since the angle can be made relatively large, an optical interference pattern that can reduce the multiplexing interval is recorded as the hologram HG. Therefore, the hologram recording layer 7 needs to have a film thickness that is sufficient for the reflected signal light and the reference light to intersect and interfere to generate an optical interference pattern.
As shown in FIG. 9, the holograms to be specifically recorded are hologram recording A (reflected and diverged reference light and reflected and converged signal light), hologram record B (incident and converged reference light reflected and reflected). 2 types of convergent signal light). There are also two types of holograms to be reproduced: hologram recording A (read out with reflected reference light) and hologram recording B (read out with incident reference light).
Therefore, in the hologram reproduction system for reproducing information from such a hologram record carrier, as shown in FIG. 10, only the reference light RB is supplied to the central region CR of the objective lens module OBM, and the reference light RB is supplied to the short-distance focus nP (reflection). When the hologram HG of the hologram recording layer is transmitted while being converged on the layer 5), normal reproduction light and phase conjugate wave reproduction light can be generated from the hologram HG. By the objective lens OB which is also a part of the detection means, the reproduction light and the phase conjugate wave can be guided to the photodetector.
In another hologram recording / reproducing system, the reflective layer 5 is not disposed at the position of the short-distance focal point nP of the reference light RB, but as shown in FIG. 11, the reflective layer is disposed at the position of the long-distance focal point fP of the signal light SB. 5 is arranged, and the hologram recording carrier 2 is arranged so that the hologram recording layer 7 is between the objective lens module OBM and the reflection layer 5. The signal light SB having an annular cross section is focused and reflected by the reflection layer 5, and the reference light RB is reflected by the reflection layer 5 while being condensed and diverged before the reflection layer 5 (short-distance focal point nP). In this case, in the reflection layer 5, the reference light RB is in focus and the signal light SB is in focus. Therefore, if the hologram recording layer 7 is arranged away from the reflective layer 5 so that only the reflected reference light RB and the signal light SB intersect, the signal light SB and the reference light in the opposite propagation directions are arranged. The RB component interferes with the annular region near the optical axis. As shown in FIG. 12, the holograms to be recorded specifically are hologram recording A (reflected and diverging reference light and reflected and diverging signal light), hologram recording C (reflected and diverging reference light and incident light). 2 types of convergent signal light). There are also two types of holograms to be reproduced. In the hologram reproducing system in this case, only the reference light RB is supplied to the central region CR of the objective lens module OBM, and the reference light RB is irradiated to the reflection layer 5 in the same defocused state as at the time of recording. If the hologram HG is transmitted, normal reproduction light and phase conjugate wave reproduction light can be generated from the hologram HG in the same optical path.
Note that an objective lens module OBM of another modified example has a transmission type diffractive optical element DOE having a convex lens function on the optical axis coaxially in front of the objective lens OB, as shown in FIG. 13, instead of the convex lens optical element. It can also be configured by arranging. As shown in FIG. 14, the objective lens OB and the transmissive diffractive optical element DOE having a convex lens function can be integrated. By constructing the objective lens module OBM as a bifocal lens OB2 having a convex lens function or a Fresnel lens surface coaxially formed on the refracting surface (central region CR), the reference light RB and the signal light SB are formed. The focal lengths can be different from each other. Further, as shown in FIG. 15, the convex lens portion CVX is integrated with the objective lens, a step is formed at the boundary between the central region CR and the annular region PR, and the objective lens module OBM is configured as a bifocal lens OB2 of an aspherical lens having different curvatures. May be. Further, a modification of the bifocal lens is one in which an annular diffraction grating is provided in the central region CR and a convex lens portion is left around it, but conversely, an annular diffraction grating is provided in the annular region PR and a convex lens portion is provided in the central region. You may leave.
In the above embodiment, the mode in which the signal light around the reference light is irradiated so as to be in a defocused state on the reflection layer is used when the focus of the signal light is farther from the objective lens than the focus of the reference light. However, such a defocused state can be achieved even when the focus of the signal light is in front of the focus of the reference light. For example, FIG. 16 shows a configuration example of an objective lens optical system according to another embodiment.
The objective lens module OBM of FIG. 16 is a concave lens in which a convex lens is fixed by a hollow holder (not shown) and the like, and a concave lens whose diameter is smaller than that of the objective lens OB. It consists of an optical element CCV. The concave lens optical element CCV includes a central region CR (concave lens) including the optical axis and a surrounding annular region PR (transmission parallel plate). As shown in FIG. 17A, the objective lens module OBM collects the light passing through the central region CR at the far focal point fP at the far end and condensing the light passing through the annular region PR at the near focal point nP at the front. Let The far focus fP is a combined focus of the objective lens OB and the concave lens optical element CCV, and the short focus nP is a focus of the objective lens OB.
At the time of hologram recording, first, the coherent reference light RB around the optical axis is modulated by the spatial light modulator or the like coaxial with the objective lens module OBM, and the reference light RB is modulated around it according to the recording information. The signal light SB obtained in this way is generated. As shown in FIG. 17A, the reference light RB and the signal light SB are guided to the objective lens module OBM while being coaxial and spatially separated from each other. The objective lens module OBM refracts the reference light RB and the signal light SB in the central region CR and the annular region PR, respectively. Therefore, the reference light RB and the signal light SB are spatially separated even after passing through the objective lens, the signal light SB is condensed on the short-distance focal point nP close to the objective lens OB, and the reference light RB is far away from the short-distance focal point. Focused at the focal point.
At the time of hologram recording, first, a coherent reference beam RB and a signal beam SB obtained by modulating the reference beam RB according to the recording information are generated.
Then, the reference light RB and the signal light SB are guided to the objective lens module OBM so as to be coaxially spaced apart from each other. That is, as shown in FIG. 17A, the reference light RB is spatially separated and coaxially separated from each other into the central region CR on the optical axis and the signal light SB into the annular region PR around the reference light RB. Propagate. Even after passing through the objective lens, the reference light RB and the signal light SB are spatially separated, the signal light SB is collected at the short-distance focal point nP near the objective lens module OBM, and the reference light RB is far-distance focal point farther than the short-distance focal point Focused on fP.
As shown in FIG. 17B, the reflective layer 5 is disposed at the position of the long-distance focal point fP of the reference light RB, and the hologram recording layer 7 is disposed between the objective lens module OBM and the reflective layer 5. The signal light SB having an annular cross section is reflected by the reflection layer 5 while being condensed and diverged before the reflection layer 5 (short-distance focal point nP), and the reference light RB is focused and reflected by the reflection layer 5. Therefore, since the signal light SB having the annular cross section is condensed before the reflection layer 5, the signal light SB is defocused by the reflection layer 5, and the reflected signal light SB does not intersect with the reference light RB and does not interfere. Since the intersection angle between the incident signal light SB and the reference light RB can be made relatively large, the multiplexing interval can be reduced.
As shown in FIG. 18, the holograms that are specifically recorded are hologram recording C (reflected and divergent reference light and incident convergent signal light), hologram record D (incident convergent reference light and incident convergent signal light). ). Also, the same two types of holograms are reproduced.
Therefore, in the hologram reproducing system for reproducing information from the hologram record carrier, as shown in FIG. 19, only the reference light RB is supplied to the central region CR of the objective lens module OBM, and the reference light RB is supplied to the reflection layer 5 (long distance). When the hologram HG of the hologram recording layer is transmitted while being converged to the focal point fP), renormal reproduction light and phase conjugate wave reproduction light can be generated from the hologram HG. The objective lens module OBM which is also a part of the detection means can guide the reproduction light and the phase conjugate wave to the photodetector.
In another hologram recording / reproducing system, the reflective layer 5 is disposed at the position of the long-distance focal point fP of the reference light RB, and the hologram recording layer 7 is not disposed between the objective lens module OBM and the reflective layer 5. As shown in FIG. 20, the reflection layer 5 is arranged at the position of the short-distance focal point nP of the signal light SB passing through the annular region PR, and the hologram recording carrier 2 has the hologram recording layer 7 between the objective lens module OBM and the reflection layer 5. Arrange as shown. The signal light SB having an annular cross section is focused and reflected by the reflective layer 5, and the reference light RB is reflected by the reflective layer 5 and collected at a symmetrical position of the long-distance focal point fP. In this case, in the reflection layer 5, the reference light RB is in focus and the signal light SB is in focus. As shown in FIG. 21, there are two types of holograms specifically recorded: hologram recording B (incident reference light and reflected signal light) and hologram recording C (incident reference light and incident signal light). . There are also two types of holograms to be reproduced. In the hologram reproducing system in this case, only the reference light RB is supplied to the central region CR of the objective lens module OBM, and the reference light RB is irradiated to the reflection layer 5 in the same defocused state as at the time of recording. If the hologram HG is transmitted, normal reproduction light and phase conjugate wave reproduction light can be generated from the hologram HG in the same optical path.
Further, another modified example of the bifocal objective lens module OBM is an objective lens module in which a transmissive diffractive optical element DOE having a concave lens function at the center is disposed immediately before the objective lens OB as shown in FIG. By doing so, the focal lengths of the reference light RB and the signal light SB can be made different from each other. Further, as shown in FIG. 23, the objective lens OB and the transmissive diffractive optical element DOE are integrated (having a Fresnel lens surface having a concave lens action or a diffraction grating DOE formed coaxially in the central region CR of the refractive surface). By using the bifocal lens OB2, the focal lengths of the reference light RB and the signal light SB can be made different from each other. Further, instead of the lens-integrated diffraction grating, as shown in FIG. 24, the concave lens portion CCV is integrated and a step is provided at the boundary between the central region CR and the annular region PR, and the bifocal lens OB2 of an aspherical lens having different curvatures. The objective lens module OBM may be configured as follows.
According to the configuration in which the reference light and the signal light are propagated and irradiated so that the other is separated and surrounded by a coaxial axis, the overlap of the reference light and the signal light can be limited to some extent at the time of incidence.
Further, in the embodiment shown in FIGS. 8 and 17, the reference light focused on the reflective layer can be used as a light beam for servo error detection. Further, in the embodiment shown in FIGS. 11 and 20, the reference light is generated in the center and the signal light is generated in the outer annular region, but this is modified to generate the signal light in the central region and the reference light in the outer annular region. Can be used as the light beam for servo error detection.
According to the embodiment and the modification described above, during hologram recording, the interfering signal light and reference light are limited, so that no extra hologram is recorded or reproduced. Further, since the reference light RB and the signal light SB are spherical waves propagating in directions opposite to each other, their crossing angle can be made relatively large, so that shift multiplexing is possible and the multiplexing interval can be reduced.
<Image detection means>
The polarization beam splitter PBS, the imaging lens ML, and the image sensor IS arranged on the optical axis in FIG. 4 return from the hologram recording carrier 2 through the objective lens module OBM when the reference light is irradiated onto the hologram recording layer. It functions as image detection means for receiving light. The image sensor IS is a photoelectric conversion element composed of an array such as a CCD (charge coupled device) or a CMOS (complementary metal oxide semiconductor device).
<Aberration correction LCD panel>
The transmission type aberration correction liquid crystal panel LCP of FIG. 4 includes a central correction region PLCCR disposed on the optical axis and an annular peripheral region PLCPR disposed so as to surround the center correction region PLCCR, and at least one of them is a passing light beam. This is a transmissive liquid crystal device including a plurality of transparent electrodes that partially correct the wavefront phase of the light beam and correct the wavefront aberration of the passing light beam.
FIG. 25 shows an aberration correction liquid crystal panel LCP composed of a transmissive liquid crystal device. The aberration correction liquid crystal panel LCP is connected to the aberration correction liquid crystal driving circuit LCPD, and includes an annular peripheral region PLCPR and a central correction region PLCCR therein.
As shown in FIGS. 25 and 26, in the aberration-correcting liquid crystal panel LCP, a fluid transparent liquid crystal composition 11 is sandwiched between two glass substrates 12a and 12b, and the periphery of the substrate is sealed. have. On the inner surfaces of both glass substrates 12a and 12b, the transparent electrode layers (13ai, 13a) and (13b) for applying a voltage to the liquid crystal made of indium tin oxide and the direction (alignment) of the axis of liquid crystal molecules in the vicinity are defined. The alignment films 14a and 14b to be stacked are sequentially stacked. In the aberration correction liquid crystal panel LCP, the orientation of the liquid crystal changes according to the potential difference generated in the liquid crystal, and the refractive index changes according to the voltage, thereby changing the phase of the wavefront passing through the liquid crystal, thereby It is intended to cancel the aberration of the passing light.
The central correction region PLCCR through which only the reference light is transmitted has an electrode division shape corresponding to the aberration generated in the reference light. The electrode division shape of the central correction region PLCCR can take a spherical aberration correction pattern, a coma aberration correction pattern, an astigmatism correction pattern, and the like, which will be described later, and are configured in a composite manner. You can also. For example, at least one of the opposing electrode layers of the central correction region PLCCR is divided into a plurality of transparent electrodes as a phase adjustment unit, and a voltage corresponding to the distribution shape of the aberration generated in the reference light is applied to each of the plurality of transparent electrodes. By adopting the configuration to apply, the aberration of the reference light transmitted through the aberration correction liquid crystal panel LCP can be corrected. In FIG. 26, the transparent electrode 13b is a common electrode, but the transparent electrode 13a in the annular peripheral region PLCPR and a plurality of transparent electrodes 13ai (i = 1, 2, 3,...) In the central correction region PLCC therein. The correction voltage is applied independently by the aberration correction liquid crystal drive circuit LCPD.
FIG. 27 is a plan view of an electrode pattern schematically showing an example of the structure of the central correction region PLCCR of the aberration correction liquid crystal panel LCP for correcting spherical aberration. As shown in FIG. 27 (a), the central correction region PLCCR is partitioned by a gap and electrically connected to the distribution of spherical aberration generated in the hologram record carrier 2 within the effective diameter of the incident reference light beam. It includes a plurality of concentric (annular) separated transparent electrodes 13a1, 13a2, 13a3, 13a4, 13a5, 13a6, 13a7. The width of each of the transparent electrodes 13a1-13a7 can be varied in order to change the phase of the wavefront corresponding to the distribution of spherical aberration, but may be configured equally. FIG. 27 shows a case where the central correction region PLCCR has seven transparent electrodes, but the number of electrodes may be two or more. When the correction voltage Vi (i = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) is applied to the transparent electrodes 13a1 to 13a7 via the lead lines, the liquid crystal layer 11 according to the electric field generated by the correction voltage Vi. The refractive index alignment of the liquid crystal molecules in each part changes. As a result, the wavefront of the light passing through the liquid crystal layer 11 changes in phase due to the birefringence of the liquid crystal layer 11. That is, the wavefront of the reference light passing through can be controlled by the correction voltage Vi applied to the liquid crystal layer 11.
As shown in FIG. 27B, the voltage waveform of the correction voltage Vi from the reference voltage applied to the transparent electrodes 13a1-13a7 on the diameter of the central correction region PLCCR is shown. By applying a correction voltage corresponding to the distribution shape of the spherical aberration to be corrected to the electrode pattern, it is possible to cancel the spherical aberration caused by the uneven thickness of the light transmission protective layer of the hologram record carrier. Correction is performed so that the aberration is suppressed.
Therefore, when the recording layer contracts due to hologram recording or when the refractive index changes, it is considered that axially symmetric aberration occurs, and in that case, spherical aberration and defocus aberration occur. In such a case, the aberration correction of the reference light is realized by applying a spherical aberration correction amount stored in advance as a correction voltage to the aberration correction liquid crystal panel LCP, and a reference having the same wavefront as that during recording. Since it can be reproduced with light, a good reproduction signal can be obtained.
FIG. 28 is a plan view schematically showing an example of the structure of the central correction region PLCCR of the aberration correction liquid crystal panel LCP for correcting the coma aberration. FIG. 28A shows a transparent electrode pattern for correcting coma aberration in the central correction region PLCCR. Four divided transparent electrodes 13a11, 13a12, 13a13, 13a14 for changing the phase of the wavefront are partitioned by a gap and electrically separated within the effective diameter of the reference light beam incident on the central correction region PLCCR. Is arranged. A set of the transparent electrodes 13a11, 13a12 and the transparent electrodes 13a13, 13a14 is arranged symmetrically with respect to the diameter of the central correction region PLCCR. That is, in the coma aberration correcting transparent electrode pattern, the central correction region PLCCR is arranged as inner and outer regions divided by a gap including the straight line symmetrical to the diameter perpendicular to the optical axis. A correction voltage corresponding to the coma aberration to be corrected by the drive circuit is supplied.
When a positive voltage is applied to the divided transparent electrode with respect to the reference voltage, a potential difference is generated between the transparent electrode 13b and the orientation of the liquid crystal therebetween changes according to the potential difference and the refractive index changes. The phase of the wavefront of the reference light component passing through the transparent electrode is advanced. Conversely, when a negative voltage with respect to the reference voltage is applied to the divided transparent electrode, the phase of the wavefront of the reference light component passing through the transparent electrode is delayed. Therefore, by applying a correction voltage having a voltage waveform corresponding to the distribution shape of coma aberration to be corrected to the transparent electrodes 13a11 and 13a12 and the transparent electrodes 13a13 and 13a14 arranged symmetrically, as shown in FIG. The central correction area PLCCR is corrected so that the coma aberration generated when the hologram record carrier is tilted with respect to the optical axis can be canceled and the coma aberration is suppressed.
Therefore, when the recording layer is tilted with respect to the light beam by hologram recording, the aberration of the reference light can be corrected based on the quality of the reproduction signal. The quality of the reproduced signal is evaluated based on the SNR or error rate of the reproduced image, and the correction voltage is determined so as to obtain the best result. By applying the correction voltage to the aberration correction liquid crystal panel LCP, the aberration correction of the reference light is realized, and reproduction can be performed with the reference light having the same wavefront as that during recording, so that a good reproduction signal can be obtained.
Further, the aberration-correcting liquid crystal panel LCP is connected to the annular peripheral region PLCPR and the central correction region PLCCR in the same optically polarized light transmission state at the time of hologram recording by the connected aberration-correcting liquid crystal driving circuit LCPD. It can be controlled to have different polarization action states in the region.
The aberration correction liquid crystal panel LCP, for example, rotates the polarization plane of the signal light that passes through the annular area and the reference light that passes through the central area inside thereof, and changes the rotation angle from the time of hologram recording to the time of reproduction. It can be controlled by the correction liquid crystal driving circuit LCPD. The aberration correction liquid crystal driving circuit LCPD and the aberration correction liquid crystal panel LCP are systems capable of rotating the polarization directions of the annular region light beam portion and the central region light beam portion inside the light beam emitted from the laser light source by a predetermined angle, for example, 90 degrees.
A liquid crystal is a substance exhibiting an intermediate phase between a solid and a liquid in which the molecule is elongated and the position and the direction of its axis are both regular and irregular. In general, in a natural state (non-application electric field), a plurality of liquid crystal molecules are arranged with gentle regularity in the major axis direction. When liquid crystal molecules are brought into contact with an alignment film in which a plurality of micro grooves in a certain direction are cut by rubbing or the like, there is a property that the molecular axes of the liquid crystal molecules change the alignment along the grooves. Therefore, in a TN (Twisted Nematic) type liquid crystal, if the liquid crystal is filled between two alignment films arranged in parallel at a predetermined interval so that the direction of each minute groove is 90 degrees, the liquid crystal molecules The alignment film is twisted gradually from one alignment film to the other alignment film so as to rotate 90 degrees (helical array). When light passes through the liquid crystal from one alignment film to the other alignment film in a state where the liquid crystal molecules are aligned in a twisted manner, the light is transmitted along the gap where the liquid crystal molecules are arranged. For example, linearly polarized light parallel to the liquid crystal molecular axis near one alignment film becomes linearly polarized light parallel to the liquid crystal molecular axis near the other alignment film, and its vibration plane (polarization plane) is twisted by 90 degrees and transmitted. (Off state when no voltage is applied).
On the other hand, when a voltage is applied between the opposing transparent electrodes sandwiching the liquid crystal, the liquid crystal molecules are aligned along the electric field with the axis changing from the direction along the alignment film to the vertical direction. Since the liquid crystal molecules stand upright from the alignment film and the alignment of the liquid crystal molecules changes, for example, as shown in FIG. 26, the polarization plane (parallel to the paper surface) of the linearly polarized transmitted light is transmitted as it is without being rotated. (On state with the same voltage applied).
In order to obtain a liquid crystal panel having a plurality of functions as described above, an alignment film is set so that liquid crystal molecules are aligned in parallel in the region used for aberration correction, while TN alignment is used in the region used for polarization action. The alignment film is set so that For example, in the alignment films 14a and 14b facing each other in the aberration-correcting liquid crystal panel LCP shown in FIG. 26, one alignment film 14b is uniformly rubbed in a fixed direction (shown by a broken-line bidirectional arrow in FIG. 25) In the other alignment film 14a, the annular peripheral region PLCPR is separated from the central correction region PLCCR, and in the annular peripheral region PLCPR, the direction is 90 degrees with respect to the rubbing direction of the alignment film 14b (in FIG. In the central correction region PLCCR, the rubbing is performed in parallel with the rubbing direction of the alignment film 14b (indicated by a solid double-directional arrow in FIG. 25). In this way, the liquid crystal molecules can be aligned in parallel in the central correction region PLCCR used for aberration correction, while the TN alignment can be set in the annular peripheral region PLCPR used for polarization action.
<Hologram record carrier>
An example of the hologram record carrier 2 of FIG. 4 is shown in FIG. The hologram record carrier 2 includes a reflection layer 5, a separation layer 6, a hologram recording layer 7, and a protective layer 8 laminated on the substrate 3 in the film thickness direction.
The hologram recording layer 7 stores therein an optical interference pattern by the recording coherent reference light RB and the signal light SB as a diffraction grating (hologram). For the hologram recording layer 7, for example, a light-transmitting photosensitive material capable of storing an optical interference pattern such as a photopolymer, a light anisotropic material, a photorefractive material, a hole burning material, or a photochromic material is used.
The substrate 3 supporting each film is made of, for example, glass, plastic such as polycarbonate, amorphous polyolefin, polyimide, PET, PEN, or PES, or an ultraviolet curable acrylic resin.
The separation layer 6 and the protective layer 8 are made of a light transmissive material, and have functions of flattening the laminated structure and protecting the hologram recording layer and the like.
If the substrate 3 is a disc, the track can be formed spirally or concentrically on it with respect to the center of the circular substrate, or in the form of a plurality of split spiral arcs. In addition, when the board | substrate 3 is card shape, a track | truck may be formed in parallel on the board | substrate. Further, even in the case of the rectangular card substrate 3, the track may be formed in a spiral shape, a spiral arc shape or a concentric shape on the center of gravity of the substrate, for example.
<Recording and playback operation>
The recording / reproducing operation of the present embodiment shown in FIG. 4 will be described.
In the recording operation, as shown in FIG. 4A, the laser light from the laser light source LD polarized in parallel to the paper surface is converted into a parallel light beam by the collimator lens CL, and then passes through the spatial light modulator SLM. Are divided into a light beam including the optical axis and an annular cross-section light beam surrounding the light beam, and a light beam including the optical axis is generated as the reference light RB and an annular cross-sectional light beam as the signal light SB. The reference light RB and the signal light SB are coaxially passed through the polarization beam splitter PBS and the aberration correction liquid crystal panel LCP, and are collected on the hologram record carrier 2 by the objective lens module OBM. At the time of hologram recording, the region through which only the reference light RB of the aberration correction liquid crystal panel LCP passes (center correction region PLCCR) and the region through which only the signal light SB passes (annular peripheral region PLCPR) are turned on, and the signal light SB is referred to. The polarization state of the light RB is set to be the same (parallel to the paper surface). Therefore, it is recorded on the hologram recording layer 7 of the hologram record carrier 2 by the interference between the signal light SB and the reference light RB. Here, all of the central correction region PLCCR and the annular peripheral region PLCPR are set to the on state and the aberration correction of the reference light may be performed, but may not be performed. It is considered that the influence of the aberration is small when the recording medium is irradiated.
In the reproduction operation, as shown in FIG. 4B, only a light beam including the optical axis (reference light RB) is generated by the spatial light modulator SLM from a light beam having a polarization direction parallel to the paper surface, and the reference light RB is polarized. When the light is condensed on the hologram record carrier 2 through the beam splitter PBS and the aberration correction liquid crystal panel LCP via the objective lens module OBM, the reproduction light having the polarization parallel to the paper surface is reconstructed. At the time of reproduction, a correction voltage corresponding to the distribution shape of the aberration generated in the reference light is applied to the plurality of divided transparent electrodes of the phase adjustment unit of the aberration correction liquid crystal panel LCP, and the central correction region PLCCR is turned on to The polarization state of the light passing through the PLCPR and the light passing through the central correction region PLCCR is set to be different by about 90 °. The reproduction light reproduced by the reference light RB is a light beam that diverges and converges with the signal light at the time of recording and has a polarization direction parallel to the paper surface. Due to the polarization action by the liquid crystal panel LCP, the polarization direction becomes perpendicular to the paper surface. On the other hand, the reference light RB is reflected by the reflection layer 5 while being parallel to the paper surface, and is not subjected to the polarization action at the aberration correcting liquid crystal panel LCP. Therefore, since the polarization direction of the reference light RB reflected by the reflective layer 5 and the reproduction light to be reproduced differs during reproduction, it can be separated by the polarization beam splitter PBS, and the reference light RB is received on the detector that receives the reproduction light. Since it does not enter, reproduction SN improves.
The aberration correction liquid crystal panel LCP makes the polarized light perpendicular to the paper surface (the polarization direction of the transmitted light beam is rotated by 90 degrees by the aberration correction liquid crystal panel LCP), and the component reflected by the polarization beam splitter PBS enters the image sensor IS. The image sensor IS sends an output corresponding to the image formed with the reproduction light to a reproduction signal detection processing circuit (not shown), and performs processing to reproduce the page data.
Thus, in the pickup used for hologram recording, the hologram recording light beam is divided into a light beam including the optical axis in the vicinity of the optical axis (reference light) and an annular cross-section light beam (signal light) surrounding it. And an objective lens optical system (lens group) having different focal lengths for the reference light and an aberration correction liquid crystal panel LCP disposed between the spatial light modulator SLM and the objective lens OB. The aberration correction liquid crystal panel LCP has a central correction region PLCCR and an annular peripheral region PLCPR, and the divided shapes thereof are a light beam including an optical axis to be transmitted (reference light) and an annular cross-section light beam (signal light) surrounding it. It substantially matches the cross-sectional shape.
<Modification>
In the above-described aberration correction liquid crystal panel LCP, the divided transparent electrode of the central correction region PLCCR is used for reference light to be corrected for wavefront aberration depending on the voltage application state, and the light beam transmitted through the annular peripheral region PLCPR is used for signal light. Although described, as a modification, the configuration of the aberration-correcting liquid crystal panel LCP and the spatial light modulator SLM does not propagate the reference light on the optical axis and the signal light around it, but conversely transmits the signal light. It is also possible to generate and propagate reference light around the optical axis. In this case, as shown in FIG. 30, the entire spatial light modulator SLM is used as a transmissive matrix liquid crystal display device, and the control circuit 26 has a central region LCCR for displaying a predetermined pattern of page data to be recorded and a ring around it. It can also be configured to display an unmodulated light transmission region of the region LCPR. The non-modulated light transmission region of the annular region LCPR can be formed from a transparent material. Further, as shown in FIG. 31, a spherical aberration correcting transparent electrode pattern, a coma aberration correcting transparent electrode pattern 13ai, etc. are formed for passing the reference light in the annular peripheral region PLCPR of the aberration correcting liquid crystal panel LCP, and the central correcting region PLCCR. The transparent electrode pattern 13aa is formed for signal light passage. That is, the configuration shown in FIG. 26 can be the same as that of the central correction region PLCCR and the annular peripheral region PLCPR except that the transparent electrode patterns are replaced.
Also in this modified example, the aberration correction liquid crystal panel LCP is used so that the polarization states of the signal light SB and the reference light RB are the same in the hologram recording layer 7 during hologram recording and differ from each other by approximately 90 ° during reproduction. You can also Therefore, the aberration-correcting liquid crystal panel LCP has the same polarized light-transmitting state in both areas at the time of hologram recording by the aberration-correcting liquid crystal driving circuit LCPD, or the central correction area PLCCR of the aberration-correcting liquid crystal panel LCP is in the off state at the time of reproduction, for example. In the annular peripheral region PLCPR, the wavefront aberration correction voltage is applied and turned on so that both regions can have different polarization action states. In this case, as shown in FIG. 32A, the parallel light beam that has passed through the spatial light modulator SLM is divided and generated into the signal light SB (light beam including the optical axis) and the reference light beam RB of the annular cross-section light beam that surrounds it. Further, the reference light RB of the annular cross section light beam is subjected to wavefront aberration and passes through the polarization beam splitter PBS and the aberration correction liquid crystal panel LCP. The recording operation (FIG. 32 (a)) and the reproducing operation (FIG. 32 (b)) are the same as the above example except that the reference light and the signal light have different propagation positions inside and outside. Even in this modification, the configuration of the objective lens module OBM as shown in FIGS. 8 to 24 can be applied.
According to the above embodiment, since the reference light RB reflected at the time of reproduction is separated or does not form an image, the reference light RB does not reach the image sensor IS, so that only the reproduction light from the hologram necessary for signal reproduction is obtained. Can receive light. As a result, the reproduction SN is improved and stable reproduction can be performed.
Servo control is not shown, but using a servo optical system including an objective lens that provides a track on the reflective layer 5 and condenses the reference light RB as a spot on the track and guides the reflected light to a photodetector, for example. This is possible by driving the objective lens optical system with an actuator in accordance with the detected servo error signal. That is, the reference light RB light beam irradiated from the objective lens is used so as to be in focus when the reflective layer 5 is positioned at the position of the beam waist.
<Hologram device>
As another embodiment, a hologram apparatus will be described as a hologram recording / reproducing system of the present invention for recording and reproducing information on a disc-shaped hologram record carrier.
FIG. 33 is a block diagram of an example of a hologram apparatus.
The hologram apparatus includes a spindle motor 22 that rotates a disk of the hologram record carrier 2 on a turntable, a pickup 23 that reads a signal from the hologram record carrier 2 by a light beam, and a pickup drive unit that holds the pickup and moves it in the radial direction (x direction). 24, a light source drive circuit 25, a spatial light modulator drive circuit 26, a reproduction light signal detection circuit 27, a servo signal processing circuit 28, a focus servo circuit 29, an xy direction moving servo circuit 30, and a pickup drive unit 24 connected to the pickup position. A pickup position detection circuit 31 that detects a signal, a slider servo circuit 32 that is connected to the pickup drive unit 24 and supplies a predetermined signal thereto, a rotation number detection unit 33 that is connected to the spindle motor 22 and detects a rotation number signal of the spindle motor, Connected to the rotation speed detector Is provided with a hologram recording rotational position detecting circuit 34 for generating a rotational position signal of the carrier 2, the aberration correcting liquid crystal drive circuit LCPD and the spindle servo circuit 35 supplies a predetermined signal connected to the spindle motor 22.
The hologram apparatus has a control circuit 37. The control circuit 37 is a light source drive circuit 25, a spatial light modulator drive circuit 26, a reproduction light signal detection circuit 27, a servo signal processing circuit 28, a focus servo circuit 29, and an xy direction movement. The servo circuit 30, the pickup position detection circuit 31, the slider servo circuit 32, the rotation speed detection unit 33, the rotation position detection circuit 34, the aberration correction liquid crystal drive circuit LCPD and the spindle servo circuit 35 are connected. Based on signals from these circuits, the control circuit 37 performs focus servo control relating to the pickup, x and y direction movement servo control, reproduction position (positions in the x and y directions), and the like via these drive circuits. The control circuit 37 is composed of a microcomputer equipped with various memories and controls the entire apparatus. Various control operations are performed according to the operation input by the user from the operation unit (not shown) and the current operation state of the apparatus. It is connected to a display unit (not shown) that generates a control signal and displays an operation status and the like to the user.
The light source drive circuit 25 connected to the hologram recording / reproducing laser light source LD1 adjusts the output of the laser light source LD1 so that the intensity of both emitted light beams is strong during hologram recording and weak during reproduction.
The control circuit 37 executes processing such as encoding of data to be recorded on the hologram input from the outside, and supplies a predetermined signal to the spatial light modulator drive circuit 26 to control the hologram recording sequence. The control circuit 37 restores the data recorded on the hologram record carrier by performing demodulation and error correction processing based on the read signal from the reproduction light signal detection circuit 27 connected to the image sensor IS. Further, the control circuit 37 reproduces the information data by performing a decoding process on the restored data, and outputs this as reproduced information data. The control circuit 37 includes an aberration correction unit 40, and determines the aberration of the reference light based on the signal received from the reproduction light signal detection circuit 27 and / or according to a predetermined processing procedure. Furthermore, the control circuit 37 determines each correction voltage Vi of the phase adjustment unit (transparent electrode) of the aberration correction liquid crystal panel LCP based on the aberration of the reference light. The control circuit 37 supplies each control signal representing the correction voltage Vi to the aberration correction liquid crystal drive circuit LCPD for driving the aberration correction liquid crystal panel LCP. The aberration correction liquid crystal drive circuit LCPD generates a drive voltage (correction voltage) to be applied to the aberration correction liquid crystal panel LCP according to the control signal, and supplies the drive voltage to the aberration correction liquid crystal panel LCP.
Furthermore, the control circuit 37 controls to form holograms at predetermined intervals so that the holograms to be recorded can be recorded at predetermined intervals (multiple intervals).
In the servo signal processing circuit 28, a focusing drive signal is generated from the focus error signal, and this is supplied to the focus servo circuit 29 via the control circuit 37. The focus servo circuit 29 drives the focusing portion of the objective lens driving unit 36 (see FIG. 35) mounted on the pickup 23 in accordance with the drive signal, and the focusing portion is the focal point of the light spot irradiated on the hologram record carrier. Operates to adjust position.
Further, in the servo signal processing circuit 28, x and y direction movement drive signals are generated and supplied to the xy direction movement servo circuit 30. The xy direction movement servo circuit 30 drives the objective lens drive unit 36 (see FIG. 35) mounted on the pickup 23 in accordance with the x and y direction movement drive signals. Therefore, the objective lens is driven by an amount corresponding to the drive current by the drive signals in the x, y, and z directions, and the position of the light spot irradiated on the hologram record carrier is displaced. As a result, the hologram formation time can be ensured by keeping the relative position of the light spot relative to the moving hologram record carrier at the time of recording.
The control circuit 37 generates a slider drive signal based on the position signal from the operation unit or pickup position detection circuit 31 and the x-direction movement error signal from the servo signal processing circuit 28, and supplies this to the slider servo circuit 32. The slider servo circuit 32 moves the pickup 23 in the radial direction of the disk via the pickup drive unit 24 in accordance with the drive current generated by the slider drive signal.
The rotation speed detection unit 33 detects a frequency signal indicating the current rotation frequency of the spindle motor 22 that rotates the hologram record carrier 2 on a turntable, generates a rotation speed signal corresponding to the spindle rotation speed, and generates a rotation position. This is supplied to the detection circuit 34. The rotational position detection circuit 34 generates a rotational position signal and supplies it to the control circuit 37. The control circuit 37 generates a spindle drive signal, supplies it to the spindle servo circuit 35, controls the spindle motor 22, and rotationally drives the hologram record carrier 2.
<Optical pickup>
FIG. 34 shows a schematic configuration of the pickup 23.
The pickup 23 includes a hologram recording optical system, a hologram reproduction optical system, and a servo control system. These systems are arranged in a housing (not shown) except for the objective lens module OBM and its drive system. Hologram recording / reproducing laser light source LD1, collimator lens CL1, spatial light modulator SLM, polarization beam splitter PBS, 4f lenses fd and fe and image sensor IS are arranged on a straight line, mirror MR, quarter wavelength plate 1 / 4λ. The 4f lens fc, the polarization beam splitter PBS, the aberration correction liquid crystal panel LCP, and the objective lens module OBM are arranged on a straight line, and these linearly arranged components are arranged orthogonally by the polarization beam splitter PBS.
<Hologram recording optical system>
The hologram recording optical system includes a hologram recording / reproducing laser light source LD1, a collimator lens CL1, a transmissive spatial light modulator SLM, a polarization beam splitter PBS, an aberration correction liquid crystal panel LCP, a 4f lens fc, a mirror MR, and a quarter wavelength plate. 1 / 4λ, as well as the objective lens module OBM.
The light emitted from the laser light source LD1 is converted into parallel light by the collimator lens CL1, and this is sequentially incident on the spatial light modulator SLM and the polarization beam splitter PBS. The polarization direction of the parallel light is a direction perpendicular to the paper surface. The spatial light modulator SLM that displays the page data to be recorded in the central region uses the light beam transmitted through the central region including the optical axis as the unmodulated reference light RB, and the surrounding annular light beam as the signal light SB. The polarization beam splitter PBS is arranged so that both the incident spatially separated reference light RB and signal light SB are reflected by the polarizing film (S-polarized light) and enter the 4f lens fc. The 4f lens fc is a lens for forming an image at the focal position (focal length fob on the optical axis) of the objective lens OB. Since it is difficult to dispose the spatial light modulator SLM at the focal position of the objective lens OB, the distance from the spatial light modulator SLM to the 4f lens fc is the focal length of the 4f lens fc. The 4f lens fc passes through the quarter-wave plate 1 / 4λ and is converted into circularly polarized light, and then is reflected by the mirror MR and incident on the quarter-wave plate 1 / 4λ again. Has been placed. As a result, the reference light RB and the signal light SB from the ¼ wavelength plate ¼λ have the polarization directions parallel to the paper surface and enter the polarization beam splitter PBS again, but the polarization directions are horizontal to the paper surface (P Polarized light) and transmitted through the polarizing beam splitter PBS. The reference light RB and the signal light SB are imaged again at the focal position of the 4f lens fc, which is equivalent to the presence of the spatial light modulator SLM at this imaging position. The aberration correction liquid crystal panel LCP is disposed at this focal position, and the focal position of the objective lens OB of the objective lens module OBM is matched. The aberration correction liquid crystal panel LCP has a TN type orientation direction of the aberration correction liquid crystal panel LCP.
As shown in FIG. 35, in the objective lens module OBM, the concave lens optical element CCV is arranged so that the concave lens action acts only on the reference light RB, and the reference objective lens OB is combined with the action of the objective lens OB. It is set so that the focal point is farther than the focal point of OB and the signal light SB is focused on the focal point of the objective lens OB without receiving the lens action. The relative position of the objective lens module OBM with respect to the hologram record carrier 2 is controlled so that the focal point of the objective lens OB of the signal light SB is located on the wavelength selective reflection layer 5 of the hologram record carrier 2.
<Hologram reproduction optical system>
As shown in FIG. 34, the hologram reproducing optical system includes a hologram recording / reproducing laser light source LD1, a collimator lens CL1, a spatial light modulator SLM, a polarization beam splitter PBS, an aberration correction liquid crystal panel LCP, an objective lens module OBM, and a 4f lens fc. , Fd and fe, mirror MR, ¼ wavelength plate ¼λ, and image sensor IS. In this optical system, the optical components other than the 4f lenses fd and fe and the image sensor IS are the same as those in the hologram recording optical system.
As shown in FIG. 34, the 4f lens fd of the hologram reproducing optical system is arranged at a position where the focal point coincides with the focal position of the objective lens OB via the polarization beam splitter PBS. Further, a 4f lens fe having a focal length similar to that of the 4f lens fd is disposed at a position on the optical axis at a distance twice the focal point from the 4f lens fd, and these constitute a so-called 4f system optical system. Since it is difficult to dispose the image sensor IS at the focal position of the objective lens OB on which a reproduction image by the reproduction light from the hologram record carrier 2 is formed, the light receiving surface of the image sensor IS that receives the reproduction light is 4f. It is arranged so as to be positioned at the focal point of the lens fe, and a reproduced image is formed on the light receiving surface of the image sensor IS to obtain a reproduced signal. By reproducing this, the recorded signal can be reproduced.
<Hologram record carrier>
As shown in FIG. 35, the hologram record carrier 2 includes a protective layer 8, a hologram recording layer 7, a separation layer 6, a wavelength selective reflection layer 5, a second separation layer 4, and a servo guide layer as viewed from the reference light incident side. 9 and a substrate 3 onto which addresses and track structures are transferred. The wavelength selective reflection layer 5 is made of a dielectric laminate that transmits the servo beam SVB and reflects only the reflection wavelength band including the wavelengths of the reference light and the signal light. Servo grooves or pits are formed on the servo guide layer 9 as servo marks T such as a plurality of tracks extending without being separated from each other. The pitch Px (so-called track pitch) of the servo marks T of the servo guide layer 9 is set as a predetermined distance determined from the multiplicity of the hologram HG recorded above the spot of the signal light and the reference light. The width of the servo mark T is appropriately set according to the output of the photodetector that receives the reflected light from the light spot of the servo beam SVB, for example, a push-pull signal. Positioning (focus servo, xy direction servo) on the hologram record carrier 2 for performing hologram recording / reproduction by following the servo beam SVB on the servo mark T of the servo guide layer 9 of the hologram record carrier 2 shown in FIG. Do. A tracking servo or the like can be performed by reproducing a guide track signal such as a focus servo or a pre-recorded group or pit.
<Servo control system>
The servo control system is for servo-controlling (moving in the xyz direction) the position of the objective lens module OBM with respect to the hologram record carrier 2, and as shown in FIG. 34, the second laser light source LD2 that emits the servo beam SVB, the adjustment lens CL2 , Half mirror MR, dichroic prism DP, polarizing beam splitter PBS, objective lens module OBM, coupling lens AS, and photodetector PD.
The second laser light source LD2 has a wavelength (servo beam SVB) different from the wavelength of the recording / reproducing laser. The servo beam SVB is light having a wavelength insensitive to the hologram recording layer 7 other than the sensitive wavelength bands of the signal light and the reference light.
The servo control system is coupled to the hologram reproducing optical system by a dichroic prism DP disposed between the 4f lenses fc and fe in the 4f system optical system. That is, the second laser light source LD2, the adjusting lens CL2, and the like so that the servo beam SVB from the second laser light source LD2 is reflected by the half mirror MR, reflected by the dichroic prism DP, and combined with the light beam of the reproducing optical system. The half mirror MR and the dichroic prism DP are arranged. The adjustment lens CL2 is set so that the servo beam SVB becomes parallel light before the objective lens module OBM by being combined with the detection system 4f lens 4fd.
As shown in FIG. 35, in the objective lens module OBM, the diameter (da) of the servo beam SVB is set to be equal to or smaller than the diameter (db) of the light beam of the reference light RB. Therefore, the relationship between the outer diameter (dc) and inner diameter (dd) of the signal light SB and these diameters is dc>dd> db ≧ da. Here, when the structure serving as a recording guide such as recording interval (multiple interval) and track pitch is wider (larger) than those of a normal optical disc, the aberration of the servo beam SVB and the beam diameter of the servo beam SVB are reduced. Lowering the numerical aperture NA does not significantly affect reading.
As shown in FIG. 34, since the polarization direction of the servo beam SVB is set to be perpendicular to the paper surface, the servo beam SVB is incident on the objective lens module OBM without being affected by the aberration correction liquid crystal panel LCP.
As shown in FIG. 35, in the objective lens module OBM, in combination with the concave lens optical element CCV and the objective lens OB, the servo beam SVB is condensed farther than the wavelength selective reflection layer 5 of the hologram record carrier 2, that is, wavelength selection is performed. It is set together with the hologram record carrier 2 so as to be focused on the servo guide layer 9 which has passed through the reflective reflecting layer 5 and formed the servo mark T. Here, the concave lens optical element CCV is set so that the servo beam SVB is focused on the servo guide layer 9 without aberration at the wavelength in combination with the objective lens OB.
The servo beam SVB passes through the wavelength selective reflection layer 5, reaches the servo guide layer 9, and is reflected by the servo guide layer 9.
The reflected light of the servo beam SVB reflected by the servo guide layer 9 and returning through the objective lens module OBM reaches the half mirror MR through the same optical path from the polarization beam splitter PBS to the dichroic prism DP as indicated by 34. Then, the light enters the photodetector PD through the servo signal generation optical system.
In the photodetector PD, a focus servo signal can be obtained by an astigmatism method using, for example, a cylindrical lens, and a push-pull tracking error signal can be obtained by reading a servo mark T formed on the servo guide layer 9. You can also get It is also possible to read an address signal formed by a pit row or the like.
In this way, the servo control condenses the servo beam SVB as a light spot on the track on the servo guide layer 9 through the objective lens module OBM, and guides the reflected light to the photodetector PD, where it is detected. The objective lens module OBM is driven by the actuator of the objective lens driving unit 36 in accordance with the received signal.
As shown in FIG. 35, since the wavelength selective reflection layer 5 is on the objective lens OB side (light irradiation side) with respect to the servo guide layer 9, the signal light and the reference light are reflected. Since the diffracted light of the signal light and the reference light by the (servo mark T) is not generated, the influence of the diffracted light is reduced, and the hologram reproduction with good SN can be performed.
<Recording and playback operation>
The light emitted from the laser light source LD1 is converted into parallel light by the collimator lens CL1, and this is sequentially incident on the spatial light modulator SLM and the polarization beam splitter PBS. At the time of recording, the parallel light which is divided by the spatial light modulator SLM which displays the page data to be recorded in the annular area and is unmodulated in the central area and becomes the reference light RB and the signal light SB is reflected by the polarization beam splitter PBS, respectively. The light is reflected by the quarter-wave plate ¼λ and the mirror MR, and returns to the polarizing beam splitter PBS and is transmitted therethrough. The transmitted reference light RB and signal light SB enter the aberration correction liquid crystal panel LCP.
At the time of recording, the same voltage is applied to the transparent electrodes in the central correction area PLCCR and the annular peripheral area PLCP of the aberration correction liquid crystal panel LCP shown in FIG. Therefore, no polarization action occurs in the aberration-correcting liquid crystal panel LCP, the transmitted signal light SB and reference light RB do not receive the polarization action, and their polarization directions (parallel to the paper surface) do not change.
The signal light SB and the reference light RB transmitted through the aberration correction liquid crystal panel LCP enter the objective lens module OBM with the same polarization direction. Since the signal light SB is not affected by the concave lens optical element CCV, it is condensed at the focal point of the original objective lens OB, and the reference light RB is condensed further away from the focal point due to the concave lens action.
Since the wavelength selective reflection layer 5 of the hologram record carrier 2 is set so as to reflect the light beam having the wavelength of the recording / reproducing laser, the signal light SB is condensed and reflected on the wavelength selective reflection layer 5. . On the other hand, the reference light RB is reflected by the wavelength selective reflection layer 5 in a defocused state. A region where the signal light SB and the incident reference light RB overlap is generated, and interference between the reference light RB and the signal light SB occurs in this region. By placing the hologram recording layer 7 in this region (the region on the objective lens side from the focal point of the signal light SB and where the incident reference light RB and the signal light SB overlap), the hologram recording layer 7 has a hologram. Is recorded.
At the time of reproduction, as shown in FIG. 36, the light emitted from the laser light source LD1 is shielded by the annular region of the spatial light modulator SLM, and only the light beam including the optical axis is transmitted without modulation in the central region, thereby generating the reference light RB. The reference light RB is made to reach the central correction area PLCCR of the aberration correction liquid crystal panel LCP by following the same optical path as that during recording. Here, a correction voltage corresponding to the distribution shape of the aberration generated in the reference light is applied to the plurality of divided transparent electrodes of the phase adjustment unit of the aberration correction liquid crystal panel LCP, and the annular peripheral region PLCPR is turned off (no voltage is applied). The central correction area PLCC is left in the ON state. Since the reference light RB is incident on the hologram recording layer 7 with the polarization direction being parallel to the paper surface, the reproduced light to be reproduced is the same divergent and convergent light beam as the signal light at the time of recording and has a polarization direction parallel to the paper surface. Therefore, the reproduction light is transmitted through the annular peripheral region PLCPR of the aberration correction liquid crystal panel LCP, so that it receives a polarization action and the polarization direction becomes perpendicular to the paper surface. On the other hand, the reference light RB is reflected by the wavelength-selective reflection layer 5 while being parallel to the paper surface, but has no polarization action in the liquid crystal, and therefore the polarization direction differs from that of the reproduction light. Therefore, since the polarization of the reproduction light is changed, it is reflected by the polarization beam splitter PBS because it is perpendicular to the paper surface, but the signal light SB is transmitted therethrough. The separated reproduction light forms an image on the light receiving surface of the image sensor IS through the 4f lenses fd and fe of the detection system to obtain a reproduction image, and the image sensor IS outputs a reproduction signal.
<Hologram recording and playback method>
In the present embodiment of FIG. 34, a hologram recording / reproducing method will be described.
When the aberration correction amount determined at the time of hologram recording and the polarization of the reproduction light is changed, hologram recording is performed according to the flowchart shown in FIG.
First, after the hologram record carrier is loaded in the apparatus, the focus / tracking (zx direction) servo and the spindle servo are operated, and the focal point of the objective lens acquires predetermined servo mark position information of the hologram record carrier (step) S1) The pickup is moved to the recording area so as to match the position (step S2).
Next, the position servo (y direction) is operated to bring the light beam and the recording layer 7 into a relatively stationary state (step S3).
Next, when irradiating the hologram recording carrier with the reference light and the signal light, the correction voltage for correcting the reference light aberration is not applied (step S4), and the central correction region PLCCR and the annular peripheral region of the aberration correction liquid crystal panel LCP are applied. The same voltage is applied to the PLCP transparent electrode to turn it on (step S5). Then, a predetermined amount of information data to be recorded is supplied to the spatial light modulator, the output of the laser light is increased, the signal light and the reference light are irradiated onto the hologram record carrier, and hologram recording is started (step S6). .
Next, it is determined whether or not the recording of the information data is continued (step S7). If the recording is continued, the process returns to step S2, and if the recording is finished, the process ends.
When the aberration correction amount determined at the time of hologram reproduction is changed and the polarization of the reproduction light is changed, the reproduction of the hologram is performed according to the flowchart shown in FIG.
First, after the hologram record carrier is loaded in the apparatus, the focus / tracking (zx direction) servo and the spindle servo are operated, and the focal point of the objective lens acquires predetermined servo mark position information of the hologram record carrier (step) S11) The pickup is moved to the reproduction area so as to match the position (step S12).
Next, the position servo (y direction) is operated to make the light beam and the recording layer 7 relatively stationary (step S13).
Next, when irradiating the hologram record carrier with only the reference light, a correction voltage for correcting the reference light aberration is applied to correct the aberration in the reference light region (step S14). At the same time, the central correction region PLCCR of the aberration correction liquid crystal panel LCP is turned on and the annular peripheral region PLCP (signal light region) is turned off (step S15), so that the reproduction light can be separated by polarization. In this aberration correction of the reference light, the state change due to the non-recording / recording of the recording layer 7 is recorded in advance in the memory of the control circuit 37, and the aberration correction unit 40 sets the aberration correction amount corresponding thereto according to the aberration correction liquid crystal drive circuit LCPD. Thus, the aberration correction liquid crystal panel LCP corrects the aberration of the reference light. Here, in particular, problems peculiar to the hologram record carrier, for example, aberration due to shrinkage of the hologram record carrier and changes in the refractive index are corrected. Therefore, it is effective when an amount by which the refractive index of the recording layer changes after recording due to the characteristics of the recording layer of the hologram record carrier is expected in advance.
Next, the output of the laser beam is raised and only the reference light is irradiated onto the hologram record carrier to start hologram reproduction (step S16).
Next, it is determined whether or not the reproduction of the information data is continued (step S17). If the reproduction is continued, the process returns to step S12, and if the reproduction is finished, the process ends.
In the process shown in FIGS. 37 and 38, if it is not necessary to change the polarization of the reproduction light, the steps of steps S5 and S15 may be omitted and all the aberration-correcting liquid crystal panels LCP may be kept on.
When the aberration correction amount is determined by the quality of the reproduction signal at the time of reproducing the program, the hologram is reproduced according to the flowchart shown in FIG.
First, steps S21 to S23 are executed in the same manner as the recording process shown in FIG.
Next, hologram reproduction is started by irradiating the hologram record carrier with only the low-power laser beam reference light (step S24).
Next, the correction voltage for correcting the reference light aberration is applied, and the aberration correction is performed in the reference light region (step S25).
Next, in order to evaluate the quality of the reproduction signal based on the aberration correction amount, the SNR or error rate of the reproduced image is acquired (step S26). For example, the page data recorded on the recording layer 7 is represented by a white level where “1” is a pixel which transmits the incident light of the spatial light modulator SLM, and a black level where “0” is a pixel which blocks the incident light. Since it is recorded as representing, the SNR of the reproduced image is calculated by the following equation.
Figure 2007026588
(In the formula, m1 represents the average light amount at the black level, m2 represents the average light amount at the white level, σ1 represents the standard deviation of the black level, and σ2 represents the standard deviation of the white level.)
Next, an optimum correction value search is performed based on whether the SNR or error rate of the acquired image exceeds a predetermined value recorded in advance in the memory of the control circuit 37 (step S27). If the acquired value is less than the predetermined value, the process returns to step S24. If the acquired value exceeds the predetermined value, the search ends, and the process proceeds to the next to determine a reference light aberration correction value (step S28).
Next, while performing aberration correction in the reference light region based on the reference light aberration correction value, the output of the laser light is increased and only the reference light is irradiated onto the hologram record carrier to start hologram reproduction (step S29).
Next, it is determined whether or not the reproduction of the information data is continued (step S30). If the reproduction is continued, the process returns to step S22, and if the reproduction is finished, the process ends.
Here, since the aberration due to the shrinkage and the change in refractive index peculiar to the hologram record carrier is corrected according to the recording state of the hologram record carrier, it is effective for reproducing various hologram record carriers. In addition, when the hologram reading quality deteriorates due to the shrinkage of the hologram record carrier, etc., the wavefront control of the reference light seems to be effective. Is expected. Therefore, it is effective to prevent the aberration correction effect of the liquid crystal from acting on the servo beam.
As described above, the transparent electrode of the aberration-correcting liquid crystal panel LCP has a division suitable for correcting according to the aberration when distortion, thickness error, inclination, etc. occur in the hologram record carrier or the like. Thus, aberration correction of the reference light can be performed.
As described above, in the prior art, the reference light for holographic recording is a parallel light beam, but in this embodiment, the signal light and the reference light are diverged or convergent light so that their focal positions are different by a specific objective lens module. In addition, the polarization state is switched between recording and reproduction using a specific aberration correction device such as an aberration correction liquid crystal panel. Also, in this objective lens module, a specific optical element combined with the objective lens is set so that a servo beam using a wavelength different from the recording / reproducing laser wavelength is condensed without aberration on the servo guide layer of the hologram record carrier. Has been. Furthermore, in the prior art, it was necessary to change the optical system for recording and reproduction, but in the present embodiment, the same effect can be obtained by controlling the voltage applied to the aberration correction liquid crystal panel.
In the prior art, since the reference light is parallel light, shift multiplex recording is impossible and the recording capacity is small. However, in the present embodiment, a high-quality reproduction signal can be obtained by making the reference beam RB the convergent beam and enabling shift multiplexing. This is particularly effective when the wavefront of the reference light during recording differs from the wavefront of the reference light during reproduction due to shrinkage of the hologram recording layer or change in refractive index after recording. Further, since the aberration is removed by the combination of the optical element and the objective lens at the wavelength of the servo beam SVB, the servo signal can be reproduced satisfactorily.
Furthermore, space can be saved by arranging the combined optical path of the servo beam in the detection system 4f system, and the effective diameter of the prism and the like can be reduced because the combining prism can be arranged in the condensing system.
<Other pickup variations>
FIG. 40 shows another pickup configuration.
This pickup removes the mirror MR, the quarter wave plate 1 / 4λ, and the 4f lens fc in the pickup shown in FIG. 34, and instead of the transmissive spatial light modulator SLM, a reflective polarization space is provided at these positions. The optical modulator PSLM is arranged, and the light beam from the hologram recording / reproducing laser light source LD1 is incident on the polarization spatial light modulator PSLM through the polarization beam splitter PBS and the reflected light is used. . Therefore, the recording / reproducing operation is performed in the same manner as the pickup 23.
As shown in FIG. 41, the polarization spatial light modulator PSLM is a so-called LCOS (Liquid) divided into a central region A including the optical axis and a spatial light modulating region B not including the optical axis in the vicinity of the optical axis. Crystal On Silicon) device. When the reflected light beam is modulated by polarized light that rotates by 90 degrees, and the polarization spatial light modulator PSLM reflects the light beam, the light beam is spatially modulated in the spatial light modulation region B and in the space of the central region A. The reference beam RB which is not modulated is separated on the same axis.
The polarization spatial light modulator PSLM has a function of electrically polarizing a part of incident light for each pixel in a liquid crystal panel having a plurality of pixel electrodes divided in a matrix. This polarization spatial light modulator PSLM is connected to the spatial light modulator drive circuit 26, and modulates the light beam polarization so as to have a distribution based on the page data to be recorded from now, and generates the signal light SB having an annular cross section. . In addition, since the polarization spatial light modulator PSLM can maintain the same polarization by incidence and reflection, if the reflection state is maintained while maintaining the modulation state only in the spatial light modulation region B, the polarization beam splitter PBS and Thus, only the reference light that is not spatially modulated in the central area A can be supplied to the objective lens module OBM.

Claims (20)

参照光及び信号光の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、
可干渉性光を発生する光源と、
前記可干渉性光の光軸上に配置された中央領域と前記中央領域を囲むように配置された環状領域とからなり、前記可干渉性光の前記中央領域の通過成分と前記環状領域の通過成分とを空間的に分離して参照光と信号光とを生成して共軸に同一方向に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及び前記参照光を前記ホログラム記録層へ向け共軸に照射するとともに、前記参照光及び前記信号光を互いに異なる焦点に集光させる対物レンズ光学系と、
光軸上に配置されかつ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光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、
光軸上に配置された中央補正領域と前記中央補正領域を囲むように配置された環状周囲領域とからなり、前記中央補正領域及び前記環状周囲領域の少なくとも一方が通過光束の波面の位相を部分的に変化させる前記通過光束の波面収差を補正する複数の透明電極を備える透過型の液晶装置からなる収差補正装置と、
を含むことを特徴とする光ピックアップ装置。
An optical pickup device that records or reproduces information on a hologram record carrier having a hologram recording layer that stores therein an optical interference pattern of reference light and signal light as a diffraction grating,
A light source that generates coherent light;
The coherent light comprises a central region disposed on the optical axis and an annular region disposed so as to surround the central region, and the coherent light passes through the central region and the annular region. A spatial light modulator that spatially separates components to generate reference light and signal light and propagates them in the same direction on the same axis;
An objective lens optical system that is arranged on an optical axis and irradiates the signal light and the reference light to the hologram recording layer on a coaxial axis and collects the reference light and the signal light at different focal points;
An image detecting means for receiving light that is arranged on an optical axis and returns from the hologram recording layer via the objective lens optical system when the reference light is irradiated onto the hologram recording layer;
A central correction region disposed on the optical axis and an annular peripheral region disposed so as to surround the central correction region, wherein at least one of the central correction region and the annular peripheral region partially includes a phase of a wavefront of a passing light beam; An aberration correction device comprising a transmissive liquid crystal device including a plurality of transparent electrodes for correcting wavefront aberrations of the passing light flux to be changed in an automatic manner,
An optical pickup device comprising:
前記空間光変調器が透過型のマトリクス液晶表示装置からなり、前記中央領域は貫通開口又は透明材料からなることを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ装置。  2. The optical pickup device according to claim 1, wherein the spatial light modulator is made of a transmissive matrix liquid crystal display device, and the central region is made of a through opening or a transparent material. 前記空間光変調器が透過型のマトリクス液晶表示装置からなり、前記中央領域も透過型のマトリクス液晶表示装置からなり、記録時に前記中央領域が透光状態であることを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ装置。  2. The spatial light modulator comprises a transmissive matrix liquid crystal display device, the central region also comprises a transmissive matrix liquid crystal display device, and the central region is in a translucent state during recording. Optical pickup device. 前記中央補正領域は前記透過型の液晶装置からなり、記録時及び再生時の少なくとも一方に前記通過光束の波面収差を補正することを特徴とする請求項2〜3のいずれかに記載の光ピックアップ装置。  4. The optical pickup according to claim 2, wherein the central correction area is formed of the transmissive liquid crystal device, and corrects wavefront aberration of the passing light beam at least during recording and during reproduction. apparatus. 再生時のみに前記通過光束の波面収差を補正することを特徴とする請求項4記載の光ピックアップ装置。  5. The optical pickup device according to claim 4, wherein the wavefront aberration of the passing light beam is corrected only during reproduction. 前記空間光変調器が透過型のマトリクス液晶表示装置からなり、前記環状領域は貫通開口又は透明材料からなることを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ装置。  2. The optical pickup device according to claim 1, wherein the spatial light modulator is made of a transmissive matrix liquid crystal display device, and the annular region is made of a through opening or a transparent material. 前記空間光変調器が透過型のマトリクス液晶表示装置からなり、前記環状領域も透過型のマトリクス液晶表示装置からなり、記録時に前記環状領域が透光状態であることを特徴とする請求項1記載の光ピックアップ装置。  2. The spatial light modulator comprises a transmissive matrix liquid crystal display device, the annular region also comprises a transmissive matrix liquid crystal display device, and the annular region is in a light-transmitting state during recording. Optical pickup device. 前記環状周囲領域は前記透過型の液晶装置からなり、記録時及び再生時の少なくとも一方に前記通過光束の波面収差を補正することを特徴とする請求項6〜7のいずれかに記載の光ピックアップ装置。  8. The optical pickup according to claim 6, wherein the annular peripheral region is formed of the transmissive liquid crystal device, and corrects wavefront aberration of the passing light beam at least during recording and during reproduction. apparatus. 再生時のみに前記通過光束の波面収差を補正することを特徴とする請求項8記載の光ピックアップ装置。  9. The optical pickup device according to claim 8, wherein the wavefront aberration of the passing light beam is corrected only during reproduction. 前記収差補正装置は前記中央補正領域及び前記環状周囲領域の通過成分の偏光面の回転角度を互いに異ならしめることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の光ピックアップ装置。  The optical pickup device according to claim 1, wherein the aberration correction device makes rotation angles of polarization planes of passing components of the central correction region and the annular peripheral region different from each other. 前記対物レンズ光学系は、集光レンズに一体となってその屈折面に同軸に形成された凸若しくは凹レンズ又は凸若しく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を特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の光ピックアップ装置。  The objective lens optical system is a bifocal lens having a convex or concave lens, a Fresnel lens surface having a convex or concave lens function, or a diffraction grating formed integrally with a condenser lens and coaxially on a refractive surface thereof. The optical pickup device according to claim 1. 前記対物レンズ光学系は、集光レンズと前記集光レンズと同軸に配置された凸若しくは凹レンズ又は凸若しく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透過型の光学素子であることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の光ピックアップ装置。  The objective lens optical system is a transmissive optical element having a condenser lens and a convex or concave lens arranged coaxially with the condenser lens, or a Fresnel lens surface having a convex or concave lens action or a diffraction grating. The optical pickup device according to claim 1. 前記複数の透明電極は、前記光軸を中心に同心円のパターンで配置されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の光ピックアップ装置。  The optical pickup device according to claim 1, wherein the plurality of transparent electrodes are arranged in a concentric pattern centered on the optical axis. 前記複数の透明電極は、前記光軸に垂直な直線に対称でかつ当該直線を含む間隙で分割された内側及び外側の領域のパターンで配置されていることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の光ピックアップ装置。  The plurality of transparent electrodes are arranged in a pattern of inner and outer regions that are symmetrical with respect to a straight line perpendicular to the optical axis and divided by a gap including the straight line. The optical pick-up apparatus in any one. 参照光及び信号光の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担体へ情報を記録又は再生するホログラム記録再生システムであって、
可干渉性光から、参照光と、記録情報に応じて前記可干渉性光を変調した信号光と、を生成する光生成手段と、
前記参照光及び前記信号光のいずれか一方を光軸上に、他方を前記一方の周囲に環状に、互いに空間的に分離して同軸に同一方向に伝搬させ、対物レンズ光学系を介して、前記参照光及び前記信号光を互いに光軸上の異なる焦点に集光させ、前記参照光及び信号光を干渉させる干渉手段と、
前記異なる焦点のうち前記対物レンズ光学系に近い焦点側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、
前記異なる焦点のうち前記対物レンズ光学系に遠い焦点側に位置する反射層と、
光軸上に配置されかつ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光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、
光軸上に配置された中央補正領域と前記中央補正領域を囲むように配置された環状周囲領域とからなり、前記中央補正領域及び前記環状周囲領域の少なくとも一方が通過光束の波面の位相を部分的に変化させる前記通過光束の波面収差を補正する複数の透明電極を備える透過型の液晶装置からなる収差補正装置と、
前記複数の透明電極の各々へ、情報の記録又は再生の際に補正電圧を供給する収差補正液晶駆動回路と、を含むことを特徴とするホログラム記録再生システム。
A hologram recording / reproducing system for recording or reproducing information to / from a hologram record carrier that stores therein an optical interference pattern of reference light and signal light as a diffraction grating,
Light generating means for generating, from coherent light, reference light and signal light obtained by modulating the coherent light according to recording information;
One of the reference light and the signal light is on the optical axis, the other is annularly formed around the one, spatially separated from each other and propagated coaxially in the same direction, via the objective lens optical system, Interference means for condensing the reference light and the signal light at different focal points on an optical axis and interfering the reference light and the signal light;
A hologram recording carrier having a hologram recording layer located on the focal side near the objective lens optical system among the different focal points;
A reflective layer located on the focal side far from the objective lens optical system among the different focal points;
An image detecting means for receiving light that is arranged on an optical axis and returns from the hologram recording layer via the objective lens optical system when the reference light is irradiated onto the hologram recording layer;
A central correction region disposed on the optical axis and an annular peripheral region disposed so as to surround the central correction region, wherein at least one of the central correction region and the annular peripheral region partially includes a phase of a wavefront of a passing light beam; An aberration correction device comprising a transmissive liquid crystal device including a plurality of transparent electrodes for correcting wavefront aberrations of the passing light flux to be changed in an automatic manner,
A hologram recording / reproducing system, comprising: an aberration correction liquid crystal driving circuit that supplies a correction voltage to each of the plurality of transparent electrodes when information is recorded or reproduced.
前記ホログラム記録層は、前記参照光及び前記信号光のいずれか一方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て前記他方と交差し干渉して回折格子を生成するに足りる膜厚を、有することを特徴とする請求項15記載のホログラム記録再生システム。  The hologram recording layer has a film thickness sufficient to generate a diffraction grating by causing one of the reference light and the signal light to be in a defocused state on the reflective layer and reflected to intersect and interfere with the other. 16. The hologram recording / reproducing system according to claim 15, further comprising: 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分離層を積層した一体物として形成されたことを特徴とする請求項15〜16のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。  The hologram recording / reproducing system according to any one of claims 15 to 16, wherein the hologram record carrier is formed as an integrated body in which a separation layer is laminated between the hologram recording layer and the reflective layer. 前記収差補正装置は情報の記録又は再生の際に前記偏光面の回転角度を互いに異ならしめる機能を有し、前記収差補正液晶駆動回路は、前記収差補正装置に対して前記中央補正領域及び前記環状周囲領域の通過成分の偏光面の回転角度を互いに異ならしめる制御をなすことを特徴とする請求項15〜17のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。  The aberration correction device has a function of making the rotation angles of the polarization planes different at the time of recording or reproducing information, and the aberration correction liquid crystal driving circuit is configured to have the central correction region and the annular shape with respect to the aberration correction device. 18. The hologram recording / reproducing system according to claim 15, wherein control is performed to make the rotation angles of the polarization planes of the passing components in the surrounding area different from each other. 前記複数の透明電極は、前記光軸を中心に同心円のパターンで配置され、前記収差補正液晶駆動回路は、補正すべき球面収差に応じた補正電圧を供給することを特徴とする請求項15〜18のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。  The plurality of transparent electrodes are arranged in a concentric pattern with the optical axis as a center, and the aberration correction liquid crystal driving circuit supplies a correction voltage corresponding to a spherical aberration to be corrected. The hologram recording / reproducing system according to claim 18. 前記複数の透明電極は、前記光軸に垂直な直線に対称でかつ当該直線を含む間隙で分割された内側及び外側の領域のパターンで配置され、前記収差補正液晶駆動回路は、補正すべきコマ収差に応じた補正電圧を供給することを特徴とする請求項15〜18のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。  The plurality of transparent electrodes are arranged in a pattern of inner and outer regions that are symmetric with respect to a straight line perpendicular to the optical axis and divided by a gap including the straight line, and the aberration correction liquid crystal drive circuit includes a frame to be corrected. The hologram recording / reproducing system according to claim 15, wherein a correction voltage corresponding to the aberration is supplied.
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