WO2006095882A1

WO2006095882A1 - ホログラム装置及び記録方法

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Publication number: WO2006095882A1
Application number: PCT/JP2006/304816
Authority: WO
Inventors: Makoto Sato; Masakazu Ogasawara
Original assignee: Pioneer Corporation
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2006-03-06
Publication date: 2006-09-14
Also published as: JPWO2006095882A1

Abstract

　安定的に記録媒体の記録又は再生を行うことが可能なように構成されたホログラム装置。ホログラム装置は、光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体を装着自在に保持する支持部と、参照光を記録媒体へ向け射出する参照光光学系と、記録媒体を挟んで参照光光学系の反対側に同軸に配置されかつ信号光を記録媒体へ向けて射出する信号光光学系と、を含み、信号光及び参照光の記録媒体への対向照射により回折格子を形成するホログラム装置であって、参照光を第１開口数で集光する対物レンズと、記録媒体を通過した参照光から記録情報に応じて変調された信号光を生成しかつ第１開口数と異なる第２開口数で記録媒体を通過せしめる空間光変調装置を有する。

Description

明細書ホロダラム装置及び記録方法技術分野

本発明は、光ディスク、光カードなどの光学的に情報記録又は情報再生が行われる記録媒体へ、対向して光照射を行うホロダラム装置及び記録方法に関する。背景技術

従来技術として、記録層の片側から反射層のほぼ同じ位置で最も小径となるよ' うに収束させながら照射して、記録媒体内に体積的にホログラム記録する技術が知られている。特開 2 0 0 4— 1 7 1 6 1 1号公報（特許文献 1 ) 参照。かかる技術において、記録時には、図 1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 O Bに導かれる。対物レンズ〇 B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に示すように、信号光の焦点の位置に反射層が配置されるように記録媒体を配置した場合、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 O Bへ戻ることとなる。

図 2に示すように、具体的に記録されるホログラムは、ホログラム記録 A (反射する参照光と反射する信号光）、ホログラム記録 B (入射する参照光と反射する信号光）、ホログラム記録 C (反射する参照光と入射する信号光）、ホロダラム記録 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。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、たとえば特許文献 1の段落（0 0 9 6 ) 、 ( 0 0 9 7 ) に記載されているとおりである。 ' このように、特許文献 1の従来方法では、反射型記録媒体にホログラムを記録する場合、入射及び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記録媒体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、参照光が記録媒体の信号光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。

一方、かかる問題を解決する従来技術として、図 3に示すように、透過型の記録媒体を挾んで、参照光を射出する対物レンズとは反対側にもう 1つの対物レンズを設置して、参照光と空間光変調器を通過した情報光とを、記録媒体に対して互いに反対の面側より同軸的にかつ同じ位置で最も小径となるように収束させながら照射して、記録媒体内に体積的にホログラム記録する技術が知られている。特開 2 0 0 2 - 1 2 3 9 4 8公報（特許文献 2 ) 参照。

かかる技術において、記録時には、空間光変調器によって、記録する情報に応じて光が空間的に変調されて情報光が生成される。情報光は、対向対物レンズによって集光されて、記録媒体に照射される。記録用参照光は、対物レンズによつて集光されて、記録媒体に照射される。情報記録層内には、情報光と記録用参照光とが干渉して干渉パターンが形成され、この干渉パターンが情報記録層内に体積的に記録される。再生時には、対物レンズによって参照光のみが記録媒体に照射される。

発明の開示

特許文献 2に記述された技術では、再生時の参照光と再生光を分離するのが困難である。記録媒体を挾んだ 1対の対物レンズが配置され、両対物レンズからそれぞれ同一焦点で収束する参照光及び再生光が重複して記録媒体に集光されているからである。.一- また、この従来方法では、球面波の参照光及び再生光の両光束が 1点で集光されているので、交差した両光線の交差角が 1 8 0度となり、角度選択性が大きく、シフト多重による高密度記録には不向きである。さらに、対物レンズと記録媒体の位置決めが正確に必要である。加えて 2つの対物レンズ間の相対間隔も正確に維持する必要があるため対物レンズ駆動系やサーポ系が複雑である。

そこで、本発明の解決しょうとする課題には、安定的に記録媒体の記録又は再生を行うことを可能にするホログラム装置及び記録方法を提供することが一例として挙げられる。

本発明の特徴によるホログラム装置は、光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体を装着自在に保持する支持部と、参照光を前記記録媒体へ向け射出する参照光光学系と、前記記録媒体を挟んで前記参照光光学系の反対側に同軸に配置されかつ信号光を前記記録媒体へ向けて射出する信号光光学系と、を含み、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への対向照射により回折格子を形成するホログラム装置であって前記参照光を第 1開口数で集光する対物レンズと、前記記録媒体を通過した前記参照光から記録情報に応じて変調された前記信号光を生成しかつ前記第 1開口数と異なる第 2開口数で前記記録媒体を通過せしめる空間光変調装置とを有する。

上記のホログラム記録方法は、対物レンズによって参照光を、光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体へ射出する参照光光学系と、前記記録媒体を挟んで前記参照光光学系の反対側に同軸に配置されかつ信号光を前記記録媒体へ向けて射出する信号光光学系と、を含み、前記信号光及び前記参照光の -前記記録媒体への対向照射により回折格子を形成するホログラム装置おけるホログラム記録方法であって、前記参照光光学系において対物レンズによって前記参照光を第 1開口数で前記記録媒体へ集光し透過せしめる工程と、前記信号光光学系において透過した前記参照光を無変調で空間光変調器を透過せしめる工程と、透過した前記参照光を反射部により反射し前記空間光変調器を透過せしめ、記録情報に応じて変調された前記信号光を生成しかつ前記第 1開口数と異なる第 2開口数で前記記録媒体を通過せしめる工程と、を含む。

図面の簡単な説明

図 1は従来のホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体を示す概略部分断面図、

図 2は従来のホログラム記録を説明するホログラム記録媒体を示す概略部分断面図、

図 3は従来のホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、図 4は本発明による実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、図 5は本発明によるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 6は本発明による実施例のホログラム装置における空間光変調器を示す概略斜視図、

図 7は本発明による他の実施例のホログラム装置における空間光変調器を示す概略斜視図、

図 8は本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、図 9は本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、図 1 0は本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 1 1は本発明による実施例のホログラム装置におけるホログラム再生を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、図 1 2は本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム再生を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 1 3は、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム再生を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 1 4は本発明による実施例のホログラム装置における空間光変調装置を示す部分切欠概略斜視図、

図 1 5 Aは、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 1 5 Bは、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、 —―.

図 1 6 A図は、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 1 6 Bは、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 1 7は、本発明による他の実施例のホログラム装置における要部の参照光光学系と信号光光学系とを説明する概略構成図、

図 1 8は、本発明による他の実施例のホログラム装置を説明する概略構成図、図 1 9は、本発明による他の実施例のホログラム装置における要部の参照光光学系と信号光光学系とを説明する概略斜視図、

図 2 0は、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 2 1は、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 2 2は本発明による他の実施例のホログラム装置における要部の参照光光学系と信号光光学系とを説明する概略構成図、

図 2 3は、本発明による実施例の記録媒体へ情報を記録又は再生するホロダラム装置の概略構成を示すプロック図、

図 2 4は、本発明による実施例の記録媒体の情報を記録又は再生するホロダラム装置のピックアツプの要部を示す概略構成図、

図 2 5は、本発明による実施例のホログラム装置のピックアップにおける対物レンズの組立体を示す一部切欠概略斜視図、

図 2 6は、本発明による実施例のホログラム装置のピックアップにおける空間光変調装置のための 3軸ァクチユエ一夕の概略を示す概略斜視図である。

図' 2 7は、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 2 8は、本発明による他の実施例のホログラム装置におけるホログラム記録を説明する対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図、

図 2 9は、本発明による実施例のホログラム装置におけるディスク状ホロダラム記録媒体を示す部分断面図、図 3 0は本発明による実施例の記録媒体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアツプにおける対物サーポ用光検出器の受光部を示す平面図、図 3 1は、本発明による実施例の記録媒体の情報を記録再生するホログラム装置のピックアツプにおける反射サーポ用光検出器の受光部を説明するための平面図、

図 3 2は、本発明による他の実施例のホログラム装置のピックアップの概略を示す概略斜視図、

図 3 3は、本発明による他の実施例のホログラム装置の空間光変調器を説明するための対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図と空間光変調器の平面図、

図 3 4は、本発明による他の実施例のホログラム装置の空間光変調器を説明するための対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図と空間光変調器の平面図である。

図 3 5は、本発明による他の実施例のホログラム装置の空間光変調器を説明するための対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図と空間光変調器の平面図、

図 3 6は本発明による他の実施例のホログラム装置の空間光変調器を説明するための対物レンズとホログラム記録媒体と空間光変調装置を示す概略部分断面図と空間光変調器の平面図である。

発明を実施するための形態

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、実施例のホログラム装置における光学系要部の概略を示す。装置では、ホログラム記録媒体（記録媒体） 2を挟んで、参照光光学系 r OS と信号光光学系 s O Sとが共に同光軸上に対向して離間して配置されている。参照光光学系 r OSは、参照光の発生及び再生光の受光を行いかつ、参照光を集光する対物レンズ OBを含む。図 5に示すように、対物レンズ OBはその有効径内から、参照光を第 1開口数（s i n 0 a) でその焦点 F Pに集光する。

信号光光学系 s OSは、透過型の空間光変調器 SLMを含む。空間光変調器 S LMは、たとえば、対物レンズ〇Bの焦点 FPに配置されている。空間光変調器 SLMは、その光軸を含む中央に光透過部 NRを有し、光透過部 NRに収束された参照光が無変調で通過するように、配置されている。 · 図 6に示すように、空間光変調器 S L Mは透過型マトリクス液晶装置からなり、その空間光変調領域 Bに囲まれた光透過部 NRは、物理的な貫通開口又はこれに充填された透明材料からなる。また、図 7に示すように、空間光変調器 SLMは、全体を透過型マトリクス液晶装置として、接続された制御回路 26により、記録パターン表示の空間光変調領域 Bとその内部に光透過部 NR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。すなわち、ホログラム記録時における空間光変調器 S L Mの透光状態として光透過部 N Rを表示できる。

図 4及び図 5に示すように、信号光光学系 s〇 Sは空間光変調器 S L Mの他に、その入射反対側に、記録媒体 2及び空間光変調器 S LMの光透過部 NRを透過し発散する球面波の参照光から、平面波の平行光線を生成する凹面ミラーたとえば放物面ミラ一 PMを含む。放物面ミラー PMは、その焦点が対物レンズ〇Bの焦点 FPに一致するように、同軸に配置されている。

信号光光学系 s OSは、放物面ミラ一 PMからの平行光線が空間光変調器 SL Mを通過し、参照光光学系 r OSの対物レンズ OBへ戻るように、配置されている。

よって、光学系においては、図 5に示すように、放物面ミラー PM及び空間光変調器 S LMが平行光線を記録情報に応じて空間変調して信号光を生成し、そして、これを対物レンズ〇Bの第 1開口数と異なる第 2開口数（s i n 0 b≠ s ΐ η θ a) (0 b=Oで平行光）で記録媒体 2を通して、参照光とは逆方向に、通過せしめる。

光軸を含む光透過部 N Rを備えた空間光変調器 S L Mは、光透過部 N Rを通過する参照光と光透過部 N Rの周囲の空間光変調器 S L Mの外側環状部分から生成される信号光とを分離する機能を有する。そして、放物面ミラ一 PMは、射出される信号光の光束の有効径及び開口数を決定する機能を有する。すなわち、放物面ミラー PMなどの反射部は、射出光束の断面積と平行、収束又は発散の波面の状態とを周囲の参照光と異なる状態にする。このように、空間光変調器 SLMの裏の反射部により、信号光は、第 1開口数と異なる、たとえば、それ以下の第 2 開口数で対物レンズ OBへ向け記録媒体 2を通過するようになる。

図 4及び図 5に示すように、記録時には、対物レンズ〇Bにより参照光を集光状態として記録媒体 2に照射する。記録媒体 2を透過した参照光は焦点を結び、無変調で空間光変調器 SLMを透過し、再び拡散光となる過程で、放物面ミラ一 PMなど反射部により平行光として反射される。平行光となった反射光. (参照光) は記録媒体 2へ向かう途中で空間光変調器 SLMを透過し。記録情報に応じて変調された信号光となる。信号光は平面波で記録媒体 2に照射され、記録媒体 2内で行きの球面波の参照光と千渉し、ホログラムが記録される。空間光変調器 SL Mは、行きの参照光の焦点近傍の光透過部 N Rにより、行きの参照光には作用しない。

再生時には記録媒体 2裏面側の反射部は必要なく、よって、反射部の機能を停止して参照光を反射しない非反射手段を設ければ、記録媒体 2表面側から参照光を照射し、参照光に邪魔される異無く、同じ側に再生光を得ることができる。記録又は記録再生用ホログラム装置では、信号光光学系 s O S内にかかる非反射手段を設け、参照光光学系 r O S内に記録媒体 2から生成された再生光を検出する光検出器と、再生光を対物レンズ〇Bから光検出器へ導く光学手段と、を設ける。再生専用ホグラム装置では、信号光光学系 s O Sは必要ない。 · 実施例では、参照光は球面波、信号光は平面波となっているため、参照光と信号光の両光線の交差角をある程度、確保することが可能であり、シフト多重記録にも向いている。図 4のように、記録媒体 2を対物レンズ〇Bの光軸と垂直方向にシフ卜することで多重記録することができる。

上記実施例では参照光の反射部として凹面ミラーとして放物面ミラ一を用いているが、他の実施例では凹面ミラーに代えて、図 8のように、反射部を、焦点 F Pの平凸レンズ P C Lとその入射反対側の平面部に形成された平面ミラー F Mとからなる組立体とすることができる。さらに、反射部を、図 9のように、平行に離間した焦点 F Pの凸レンズ C V Lと平面ミラー F Mの組み合わせからなる組立体とすることができる。さらに、平凸レンズ P C L及び凸レンズ C V Lに代えて、焦点 F Pに集光する凸レンズ作用を有する回折光学素子を用いることができる

(図示せず）。回折光学素子は透光性の平板とその上に形成された複数の位相段差若しくは凹凸又はブレーズからなる回折輪帯（光軸を中心とした回転対称体）すなわち凸レンズ作用を有する回折格子などの光学素子である。さらに、回折光学素子を用いる場合、図 10に示すように、空間光変調器 SLMの光透過部 NR の周囲に一体的に回折光学素子 DOEを形成し、平行に離間した平面ミラー FM と組み合わせた組立体とすることでシンプルな構成とすることもできる（図では回折光学素子 DOEは対物レンズ反対側に位置するが対物レンズ側でもよい）。記録済みの記録媒体 2を再生専用装置で読み取る場合には、図 4の信号光光学系 s〇 Sを除いたシンプルな構成でよく、再生専用の光学系が非常に簡単になることは本方式の一つのメリットである。また、記録又は記録再生用ホログラム装置にて再生を行う場合には、図 11のように、再生時に放物面ミラ一 P—Mを光軸から取り除く非反射機構 Mlか、図 12のように、再生時に遮光板や散乱板 SC Pを挿入する非反射機構 M 2力、を設けることができ、又は、図 13のように再生時に、空間光変調器 S LMのパターンをすベての画素について不透過となるように接続された制御回路 26により制御することで参照光を遮つて、参照光が対物レンズ〇Bへ戻らないようにすればよい。

実施例において、参照光を収束光（球面波）とし信号光を平行光（平面波）として対向照射した場合、記録媒体 2を光軸垂直に水平方向に移動させて重ねて記録するシフト多重記録を行うことが可能である。放物面ミラー PMなどの反射部と空間光変調器 SLMとの光軸位置合わせのために、たとえば、図 14に示すように、放物面ミラー PM及び空間光変調器 SLMは、中空ホルダによって光軸に同軸に固着されることによって、これに巻装されるコイルなどの反射部駆動部 3

6 aを設けることができ、放物面ミラ一 PM及び空間光変調器 SLMの一体駆動に寄与する。このように、対物レンズ OBに同軸に配置された空間光変調器 SL Mと、これに形成された無変調領域の光透過部 N尺と、空間光変調器 SLMを通過した参照光を反射する放物面ミラー PMなどの反射部とは、反射した参照光を変調して信号光を生成する空間光変調装置 SDとして機能する。ピックアップ内にて空間光変調装置 SDを移動自在とすれば、再生時にメリッ卜がある。

空間光変調装置 SDにおいて、空間光変調器 SLMの貫通開口などの光透過部 NRの径は、対物レンズ〇B及び放物面ミラー PMの径、間隔、開口数、焦点距離などのパラメータや、これらの光軸に対する偏倚も考慮して設定される。さらに光透過部 NRの周囲のマトリクス液晶装置の部分も外径も同様のパラメ一夕を考慮して設定される。空間光変調器 S LMの裏の放物面.—ミ.ラー PMによる平行光線として信号光を生成しているが、かかる平行光線は対物レンズ OBの第 1開口数と異な第 2開口数で対物レンズ OBへ向ければよく、或る程度の範囲で、たとえば、反射参照光を図 15 Aに示すように収束するように、又は図 15Bに示すように発散するように放物面ミラー PMの仕様を設定できる。図 15Aに示すように収束する球面波信号光を用いることにより、対向伝搬する球面波の信号光及び参照光両光線の交差角が 90度に近づき角度選択性が減少して、シフト多重記録に寄与する。

さらに、空間光変調装置 SDにおいて空間光変調器と反射部とを個別に用いる他に、空間光変調器及び反射部を一体化することも可能である。例えば、図 16 Aに示すように、反射部を、平行に離間した凸レンズ CVLと、平面ミラー FM に空間光変調器の機能を組み合わせた平面反射型空間光変調器 FM— S LMと、力、らなる組立体とすることができる。これは、図 9における透過型空間光変調器を省き平面ミラ一 FMの位置にてこれを平面反射型空間光変調器 FM— S LMに置き変えた構成である。また、図 16 Bに示すように、反射部を、凹面ミラ一（好ましくは放物面ミラー）に空間光変調器の機能を組み合わせた凹面反射型空間光変調器 CM— SLMとすることもできる。これは、図 4における透過型空間光変調器を省き放物面ミラー PMの位置にてこれを凹面反射型空間光変調器 CM— S LMに置き変えた構成である。これらの場合、穴付き透過型空間光変調器を省略でき構成が簡略化される利点がある。ただ、対物レンズ OBと反射型空間光変調器 FM—SLM又は CM— SLMの距離が、対物レンズ O Bの焦点距離と一致していないので、そのままでは、他の実施例のよう像検出器上に結像されない。よつて、像検出用の像センサ I SR (後述する）の位置を光軸方向に移動させる、或いは像センサ I SRの前にレンズなどの光学系を追加するなどして、像センサ I S R上に空間光変調器の像が結像するようにする必要がある。

ぐ構成例 1 >

図 17に、記録媒体 2を挟んで共に同光軸上に対向して離間して配置されて参照光光学系 r〇 Sと信号光光学系 s O Sとの光学系対を含むホログラム装置の要部の構成例を示す。

参照光光学系 r O Sの対物レンズ〇 Bと信号光光学系 s 0 Sの空間光変調器 S LMとは、これらの距離（光学的距離）が対物レンズ OBの焦点距離 Πこ等しくなるように配置されている。

また、参照光光学系 r OSにおいて、対物レンズ OBから光学的距離 fの位置に焦点距離 fの集光レンズ CD Lが置かれ、その集光レンズ CDLからさらに光学的距離 f の位置に像センサ I SRが置かれている。対物レンズ〇B及び集光レンズ C D Lの間にハーフミラ一 HMが置かれ、記録再生用レーザ L D 1から射出された参照光がコリメ一夕レンズ CL 1で平行光とされ、ハーフミラー HMで反射されて、対物レンズ OBを介して記録媒体 2の方向へと向かうように、配置されている。

参照光は、対物レンズ〇Bにより集光され、記録媒体 2を透過し、焦点面近傍に置かれた空間光変調器 SLMの中央部に穴（光透過部 NR) を無変調で通り抜ける。

. 空間光変調器 S LMの穴を通過した参照光は放物面ミラー PMに反射して平行光となり、空間光変調器 SLMを透過することで空間的に変調を受けて信号光となる。このとき空間光変調器 S LMには記録すべき情報パターンが白黒 _の明暗パターンとして表示されている。信号光は記録媒体 2に入射し、行きの参照光と干渉して記録媒体 2内にホログラムを形成する。

この例において、記録時では、空間光変調器 SLM上の表示パターンがそのまま像センサ I SR上に像を結ぶ。記録媒体 2にホログラムを記録している途中も、記録媒体 2を通り抜けた信号光が、対物レンズ O Bと集光レンズ C D Lにより像センサ I SR上に像を結ぶため、空間光変調器 SLMのパターンの像と記録されたばかりのホログラムの再生像の混合像が像センサ I SR上に結像している。このとき像センサ I SR上にある像は特に使用しない。

再生時には参照光が記録媒体 2に当たらないように遮断することにより、ホログラムから再生された光のみが記録媒体 2から再生される。

かかるホログラム装置の概略図を図 18に示す。

ホログラム装置 1内に、記録媒体 2を挾んで参照光光学系 r O Sと信号光光学系 s〇 Sとが独立に固着され、記録媒体 2が焦点 F Pと対物レンズ〇Bとの間に配置されるように、媒体 2を装着自在に保持する支持部 S Sが設けられている。支持部 S Sを互いに垂直な XY Z方向に可動自在とすることで、参照光対物レンズ r〇と信号光対物レンズ s Oは互いに位置決めされた状態で固定されているので、たとえば光カード状の記録媒体 2とした場合、その位置決めは簡便でよいためフォーカスサーボやトラッキングサーポなどの高精度の位置決めは不要となる。さらに、他の実施例では、シフト多重記録は可能であるが、この多重記録方式は角度多重方式を採用できる。記録装置を、図 1 9に示すように、その光軸に垂直な回転軸を有する回転支持部 S S Rに記録媒体 2を装着して回転駆動自在に保持させるように構成する。さらに、光学系の光 Ifcこ垂直でかつ互いに垂直な X Y Z方向に支持部 S S Rを移動並進移動自在になす駆動ステージ D Sを設ける。これら回転支持部 S S R及び駆動ステージ D Sを備えたホログラム記録再生装置によって、媒体 2を光軸と垂直に交わる軸を中心に回転させ、ホログラムを角度多重記録することができる。

<他の実施例 >

図 4の実施例の光学系では、記録媒体 2を挟んで共に同光軸上に対向して離間して配置されている参照光光学系 r〇 Sから信号光光学系 s O Sへ収束する参照光を供給する構成であるが、図 2 0に示す実施例では、参照光光学系 r O Sから信号光光学系 s O Sへ平行光（平面波）の参照光を供給する構成も可能である。参照光光学系 r〇Sは、発散光（参照光）を略平行光とする対物レンズ O Bを含む。図 2 1に示すように、対物レンズ O Bはその有効径から、参照光を第 1開口数（s i n 0 a ) ( 0 a = Oで平行光）で記録媒体 2及び信号光光学系 s O Sへ向け射出する。信号光光学系 s OSにおいて、対物レンズ〇Bの焦点 FPに配置されている透過型の空空間光変調器 SLMは、上記の実施例のものと同一であり、その光軸を含む中央に光透過部 N Rを有し、放物面ミラー P Mにより光透過部 N Rに収束された信号光が無変調で通過するように、構成されている。記録媒体 2を透過した平行光が空間光変調器 SLMにより変調される。

すなわち、上記の実施例と同様に、空間光変調器 SLMの入射反対側に、放物面ミラー PMは、その焦点が対物レンズ〇Bの焦点 FPに一致するように、同軸に配置されている。放物面ミラ一 P Mが記録媒体 2及び空間光変調器 S L Mを透過した平面波の信号光を球面波の収束光線として反射する。 _ .. - 信号光光学系 s OSは、放物面ミラー PMからの収束光線が空間光変調器 SL Mの光透過部 NRを通過し、発散光線の信号光として記録媒体 2及び参照光光学系 r OSの対物レンズ〇Bへ戻るように、配置されている。

よって、光学系においては、図 21に示すように、放物面ミラー PM及び空間光変調器 SLMが平行光線の参照光を記録情報に応じて空間変調して信号光を生成し、そして、これを対物レンズ OBの第 1開口数と異なる第 2開口数（s i n 6 b≠ s ΐ θ a) で記録媒体 2を通して、参照光とは逆方向に、通過せしめる。このように、空間光変調器 SLMの裏の反射部により、信号光は、第 1開口数と異なる、たとえば、それ以上の第 2開口数で対物レンズ〇Bへ向け記録媒体 2を通過するようになる。

図 20及び図 21に示すように、記録時には、対物レンズ OBにより参照光を平行光として記録媒体 2に照射する。記録媒体 2を透過した参照光は無変調で空間光変調器 SLMを透過し、記録情報に応じて変調された信号光となる。平行光の信号光は放物面ミラー P Mにより収束光として反射され空間光変調器 S L Mの光透過部 N Rで焦点を結び、拡散光となる。拡散光となった信号光は記録媒体 2 を透過し、記録媒体 2内で行きの平面波の参照光と干渉し、ホログラムが記録される。空間光変調器 S L Mの光透過部 N Rは、信号光には作用しない。

再生時には、放物面ミラー P Mなど反射部の機能を停止して参照光を反射しない非反射手段を設ければ、記録媒体 2表面側から平面波の参照光を照射し、参照光に邪魔される異無く、同じ側に球面波の再生光を得ることができる。

この実施例では、参照光は平面波、信号光は球面波となっているため、参照光と信号光の両光線の交差角をある程度、確保することが可能であり、シフト多重... 記録にも向いている。

ぐ構成例 2 >

図 2 2に、記録媒体 2を挟んで共に同光軸上に対向して離間して配置されて参照光光学系 r〇 Sと信号光光学系 s〇 Sとの光学系対を含むホログラム装置の構成例を示す。

参照光光学系 r O Sの対物レンズ〇 Bと信号光光学系 s O Sの空間光変調器 S L Mとは対物レンズ O Bの焦点距離に等しくなるように配置されている。

また、参照光光学系 r O Sにおいて、記録媒体 2の反対側に対物レンズ〇Bと同軸の集光レンズ C D Lが置かれ、その集光レンズ C D Lの結像の位置に像センサ I S Rが置かれている。対物レンズ O B及び集光レンズ C D Lの間にハーフミラー HMが置かれ、記録再生用レーザ L D 1 (対物レンズ O Bをコリメ一夕として用いる場合は焦点位置であるが、.対物レンズ〇Bで平行光となるようなレーザ発散光を別光学系で生成してもよい）力、ら射出された参照光がハーフミラー HM で反射されて、対物レンズ〇 Bを介して平行光として記録媒体 2の方向へと向かうように、配置されている。

参照光は、対物レンズ〇Bにより平行光とされ、記録媒体 2を透過し、空間光変調器 S L Mを透過することで空間的に変調を受けて信号光となる。このとき空間光変調器 S L Mには記録すべき情報パターンが白黒の明暗パターンとして表示されている。平行光の信号光は放物面ミラー P Mに反射して収束光となり、焦点面近傍に置かれた空間光変調器 S L Mの中央部に穴（光透過部 N R) を無変調で通り抜ける。

_空間光変調器の穴を通過した拡散光の信号光は記録媒体 2 ζΛ射し、行きの平行光の参照光と干渉して記録媒体 2内にホログラムを形成する。

この実施例は空間光変調装置 S Dと平面波参照光とを用いることで従来のピックアップを利用できるので、構成が非常に簡単になり、本方式の一つのメリットである。

<ディスク状記録媒体用のホログラム装置〉

図 2 3は本発明を適用したディスク状ホログラム記録媒体（ディスク） 2の情報を記録又は再生するホログラム装置の概略構成の例を示す。

ホログラム装置は、ディスク 2をターンテーブルを介して回転させるスピンドルモ一夕 2 2、記録媒体 2から光ビームによって信号を読み出すピックアップ 2 3 (空間光変調装置 S Dと一体となっているが、別体としてもよい）、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 2 4、参照光源駆動回路 2 5 a、サ一ポ光源駆動回路 2 5 b、空間光変調器駆動回路 2 6、再生光信号検出回路 2 7、対物サーボ信号処理回路 2 8 a、反射サ一ポ信号処理回路 2 8 b、対物サーボ回路 2 9、反射サ一ポ回路 3 0、ピックアップ駆動部 2 4に接続されピックアツプの位置信号を検出するピックアツプ位置検出回路 3 1、 5 ピックアツプ駆動部 2 4に接続されこれに所定信号を供給するスライダサーポ回路 3 2、スピンドルモータ 2 2に接続されスピンドルモー夕の回転数信号を検出する回転数検出部 3 3、該回転数検出部に接続されディスク 2の回転位置信号を生成する回転位置検出回路 3 4、並びにスピンドルモータ 2 2に接続されこれに -- . 所定信号を供給するスビンドルザ一ボ回路 3 5 -を備えている。

0 ホログラム装置は制御回路 3 7を有しており、制御回路 3 7は参照光源駆動回路 2 5 a、サーボ光源駆動回路 2 5 b、空間光変調器駆動回路 2 6、再生光信号検出回路 2 7、対物サーポ信号処理回路 2 8 a、対物サーボ回路 2 9、反射サ一ボ回路 3 0、ピックアップ位置検出回路 3 1、スライダサーポ回路 3 2、回転数検出部 3 3、回転位置検出回路 3 4、並びにスピンドルサーボ回路 3 5に接続さ5 れている。制御回路 3 7はこれら検出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 X (トラック垂直）、 y (トラック平行）及び z (フォーカス）方向移動サ一ポ制御、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 3 7は、各種メモリを搭載したマイクロコンピュー夕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0 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。

また、制御回路 3 7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 2 6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 3 7は、再生光信号検出回路 2 7からの信号に基づいて復調及び誤り訂正処理をなすことにより、ディスク 2に記録されていたデータを復元する。更に、制御回路 3 7は、復元したデ一夕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。

さらに、制御回路 3 7は、操作部又はピックアップ位置検出回路 3 1からの位置信号及び対物サ一ボ信号処理回路 2 8 a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、—これをスライダサ一ボ回路 3 2に供給する。スライダサ一ポ回路 3 2はピックアップ駆動部 2 4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 2 3をディスク半径方向に移送せしめる。回転数検出部 3 3は、ディスク 2をターンテ一ブルで回転させるスピンドルモ一夕 2 2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 3 4に供給する。回転位置検出回路 3 4は回転数位置信号を生成し、それを制御回路 3 7に供給する。制御回路 3 7はスピンドル駆動信号を生成し、それをスピンドルサーポ回路 3 5に供給し、スピンドルモー夕 2 2を制御して、ディスク 2を回転駆動する。

図 2 4は当該ホログラム装置のピックァップの概略構成に示す。

ピックアップ 2 3は、照射光学系としての参照光光学系と、これに対向して光軸上にて離間配置されかつ参照光を照射光学系へ向けて反射して戻す反射部を含む信号光光学系としての空間光変調装置 S Dとを備えている。ディスク 2は照射光学系及び空間光変調装置 S D間に配置される。照射光学系は、参照光用の記録再生用レーザ LD 1、コリメ一夕レンズ CL 1、ハーフミラー HM、参照光を空間光変調装置 SDへ向け第 1開口数で集光する対物レンズ〇B、集光レンズ CD L、 CCD (電荷結合素子）や CMOS (相補型金属酸化膜半導体装置）などのアレイからなる像センサ I SRからなる。対物レンズ〇B及び空間光変調装置 SDはピックアップ 23の筐体に駆動自在に設けられている。

記録再生用レーザ LD 1は参照光源駆動回路 25 aに接続され、射出する参照光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、同回路によりその出力調整がさる。対物サーボ用光検出器 PDはサ一ボ光源駆動回路 25 bに接続されている。

像センサ I SRは再生光信号検出回路 27に接続されている。

空間光変調装置 S Dは、対物レンズ〇 Bに同軸に配置された無変調領域の光透過部 NRが形成された空間光変調器 S LMと、これを通過した参照光を反射する放物面ミラー PMなどの反射部とを含み、図 14に示すように、放物面ミラ一 P M及び空間光変調器 SLMは、中空ホルダによって光軸に同軸に固着され、これに巻装されるコイルなどの反射部駆動部 36 aが設けられている。空間光変調器 S LMは、マトリクス状に分割された複数の透明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遮断する機能、又はすベて透過して無反射状態とする機能を有する。この空間光変調器 SLMは空間光変調器駆動回路 26に接続され、供給される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ビームを空間変調して、信号光を生成する。空間光変調装置 SDは、第 1開口数の参照光を受光し、これから信号光を生成しかつ第 1開口数と異なる第 2開口数でディスク 2を通過せしめる。

照射光学系には、対物レンズ〇 Bの位置制御をなす対物サ一ポ系及び空間光変調装置 S Dの位置制御をなす反射サ一ボ系が設けられている。

ぐ対物サーポ系 >

対物サーボ系には、サーボ用レーザ L D 2、凸レンズ C L 2、偏光ビームスプリツ夕 P B S、 1 4波長板 1 4え、ダイクロイツクプリズム D P、検出レンズ A S、及び対物サーポ用光検出器 P Dを含む対物サーポ信号検出部、デイスク 2—に対する光ビーム—の位置をサーポ制御するため対物サーポ用光揆出器 _P Dからの光電変換出力に基づいて対物レンズ〇 Bをき身の光軸に平行な方向（ z方向）、トラックに平行方向（y方向）及び垂直な方向（X方向）に移動させる対物レンズ駆動部 3 6が備えられている。

対物サーポ用光検出器 P Dは、対物サ一ポ信号処理回路 2 8 aの対物レンズサ —ボ部に接続され、たとえば、フォーカスサーポ用並びに X及び y方向移動サ一ポ用にそれぞれに受光素子を有する。対物サ一ポ用光検出器 P Dからの各出力信号は対物サーポ信号処理回路 2 8 aに供給される。

対物サーポ信号処理回路 2 8 aは、対物サ一ポ用光検出器 P Dの出力に基づいて演算されて得たエラー信号に基づいて、それぞれ駆動信号を生成し、制御回路 3 7に供給する。制御回路 3 7は駆動信号を対物サーボ回路 2 9に供給し、駆動信号に応じて対物サーボ回路 2 9が 3軸ァクチユエ一夕（対物レンズ駆動部 3 6 ) を駆動する。これによつて、ホログラムの記録及び再生時ともに、サーボビームによりディスク 2との x、 y及び z方向の 3軸位置決めを行う。たとえば、 Z方向のサ一ボ（フォーカスサーボ）制御は通常のピックアップで用いられている非点収差法、スポットサイズ法など、また、それらの混在して用いた方法も用い得る。たとえば非点収差法を用いた場合、 4分割光検出器と非点収差光学素子とが用いられる。 4分割光検出器の受光部は、直交する 2本の分割線を境界線として各々近接配置されかつ分割線の交点を中心に輪帯を通過する光線成分を受光する互いに独立した 4個の受光素子から構成される。非点収差光学素子は例えばシリンドリカルレンズ、斜め入射の透明平板などである。この場合、サーポ信号処理回路は受光素子の対角位置にある一方の 4個の受光素子のうち 2 個の出力和と他方の出力和の間の差分を距離のフォーカ誤差信号として生成する。

<反射サーポ系 >

反射サーボ系には、 1 2波長板1 2 、反射サーボ用光検出器 8 P D、偏光ビームスプリツ夕 P B S、及び空間光変調装置 S Dの反射部駆動部 3 6 aが備えられている。なお、図 2 4では、上記光学部品がほぼ一致するように配置されているが、これに限定されるものではない。

1 / 2波長板 1 2 λは輪帯を有する位相板であり、対物レンズ Ο Βに固定されかつ通過する参照光の有効径とその近傍領域を通過する光線成分に環状に位相差を与える。図 2 5に示すように、 1 / 2波長板 1ノ 2 λ及び対物レンズ〇 Βは、中空ホルダによって光軸に同軸に固着され、これに巻装されるコイルなどの対物レンズ駆動部 3 6が設けられている。

偏光ビームスプリッ夕 P B Sは、 .照射光学系の光軸に配置されかつ戻り光のうち輪帯を通過する光線成分を抽出して反射サーポ用光検出器 8 P Dへ導く。反射サーボ用光検出器 8 P Dは、その受光部が直交する 2本の分割線（X及び y方向）を境界線として各々近接配置されかつ分割線の交点を中心に輪帯を通過する光線成分を受光する互いに独立した 4個の中央受光素子と 4個の中央受光素子のそれぞれ外側に各々近接配置された 4個の外側受光素子とから構成される。反射サーポ用光検出器 8 P Dに接続された反射サーボ信号処理回路 2 8 bは、 4個の中央受光素子の出力和;^び 4個の外側受光素子の出力和の間の差分を対物レンズ〇B及び反射部間の距離の誤差信号として生成し、同時に、 2本の分割線の一方を境に 2分された一方の 4個の中央受光素子のうち 2個及び 4個の外側受光素子のうち 2個の出力和と他方の出力和一の間の差分を光軸からの反射部の偏倚誤差信号として生成し、これら信号が制御回路 3 7に供給される。制御回路 3 7 は、対物サーポ回路 2 9を介し x y及び z方向移動駆動信号により空間光変調装置 S Dの反射部駆動部 3 6 aを x y及び z方向に駆動する。すなわち、空間光変調装置 S Dの反射部駆動部 3 6 aは、反射サーポ用光検出器 8 P Dからの光電変換出力に基づいて空間光変調装置 S Dを X y及び z方向に移動させる。よって、空間光変調装置 S D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る。これにより、対物レンズ O Bに対する空間光変調装置 S D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。

このように、反射部駆動部 3 6 aにより、信号光の一部を利用して対物レンズ O Bに対する空間光変調装置 S Dの位置制御（間隔及び光軸偏倚の補正）がなされる。

く反射部駆動部〉

図 2 6に実施例のホログラム装置用の反射部の反射部駆動部 3 6 aを示す。反射部駆動部 3 6 aは、反射部ボディ（図示せず）に固設された支持部 4 0に結合したピエゾ素子 4 1によって y方向に振動自在なァクチユエ一夕ベース 4 2 を有している。

放物面ミラー P M及び空間光変調器 S L Mを含む空間光変調装置 S Dがホルダ 4 8内部に取り付けられている。ホルダ 4 8の外周にはコイル中心軸が放物面ミラ一 P Mの光軸と平行となるように z方向コイル 5 0が巻装されている。 z方向コイル 5 0の外側にはコイル中心軸が放物面ミラ一 P Mの光軸に対して直角となるようにたとえば 4つの X方向コイル 5 1が取り付けられている。各 X方向コィリレ 5 1は、予め各々環状に巻回されたものを z方向コイル 5 0上に貼付してなる。' ホルダ 4 8は 4本の長手支持部材 5 3の一端部により支持されている。但し、図には支持部材 5 3は 3本のみが示されている。 4本の長手支持部材 5 3はは、互いに放物面ミラ一 P Mの光軸方向において離隔して配置されかつ該放物面ミラー P M光軸方向に対して直角な y方向に延在する 2対である。各支持部材 5 3は、ァクチユエ一夕ベース 4 2上に固着された張出部 4 2 aに、その他端部において、片持梁状に取り付けられている。各支持部材 5 .3はコイル材料などからなり可撓性を有している。 4本の長手支持部材 5 3と上記ピエゾ素子 4 1によって、放物面ミラー P Mを含む空間光変調装置 S Dは、 X y及び z方向において移動自在となっている。

ホルダ 4 8は一対の磁気回路に離間しつつ挟まれている。各磁気回路はホルダ 4 8に面する磁石 5 5とこれを支持する金属プレート 5 6からなり、ァクチユエ一夕ベース 4 2上に固着されている。ホルダ 4 8の脇には一対の貫通孔が形成され、一対の貫通孔は長手支持部材 5 3の伸長方向におけるホルダ 4 8の z方向コィル 5 0の内側にはコィル中心軸及び放物面ミラー P Mの光軸と平行となり放物面ミラ一 P Mを挟む位置にある。各貫通孔内に磁気回路の金属プレート 5 6から伸長するヨーク 5 7が非接触で挿入されている。よって、 z方向コイル 5 0及び X方向コイル 5 1は、磁石 5 5及びヨーク 5 7からなる磁気回路の磁気ギャップ内に位置している。

z方向コイル 5 0、 X方向コイル 5 1及びピエゾ素子 4 1がそれぞれ z、 X及び y方向の駆動信号を供給する反射サーポ回路 3 0によって、制御されている。磁気ギャップには該各コイルと直角に鎖交する平行磁束が発生し得るので、該各コイルに所-定電流を供給することにより X及び z方向の駆動力が発生して該各方 _ 向に上記の可動光学系を駆動することができる。

このように、放物面ミラー P Mの X及び y方向の駆動はボイスコイルモー夕を使用したものであり、 y方向の駆動はピエゾ素子などを用いてァクチユエ一夕べ —スごと駆動するようにする。なお、駆動部はこの構造の他に、すべての軸についてボイスコイルモー夕を使用することもできる。

ぐホログラム装置の動作 >

図 2 4に示すように、波長 λ 1の記録再生用レーザ L D 1から射出された参照光は偏光方向が紙面に平行な直線偏光であり、コリメ一夕レンズ C L 1で平行光とされ、ハーフミラー ΗΜで反射されて、対物レンズ Ο Β及びディスク 2の方向へと向かう。ダイクロイツクプリズム D Pは λ 1の参照光を透過、波長 λ 2 のサ一ボ用レーザ L D 2の光を反射という構成になっており、参照光はダイク口イツクプリズム D Pをそのまま透過する。

対物レンズ 0 Bの直前にはリング状の 1 / 2波長板 1 2 λが配置されているので、参照光は、その外周光のみが紙面に垂直偏光方向をもつ直線偏光となる。参照光は、対物レンズ〇Bにより集光され、ディスク 2を透過し、焦点面近傍に置かれた空間光変調器 SLMには中央部に穴（光透過部 NR) が開けられているため、何の作用を受けることもなく通り抜ける。この穴の径は対物レンズ OB及 5 び放物面ミラー PMの径、これらの光軸に対する偏倚も考慮して、ある程度大きくてもよい。

空間光変調器 SLMの穴を通過した参照光は放物面ミラー PMに反射して平行光となり、光透過部 NRの周りの空間光変調器 S LMを透過することで空間的に

--. 変調を受けて信号光となる。このとき空間光変調器 SLMには記録すべき情報パ

10 ターンが白黒の明暗パターンとして表示されている。信号光はディスク 2に入射し、行きの参照光と干渉してディスク 2の記録層内にホログラムを形成する。対物レンズ OBと空間光変調器 SLMの距離（光学的距離）は、対物レンズ〇 Bの焦点距離 f に等しくなるように配置されている。また、対物レンズ OBからディスク 2とは反対方向に、光学的距離 fの位置に焦点距離 fの集光レンズ CD

15 Lが置かれ、その集光レンズ CDLからさらに光学的距離 fの位置に像センサ I SRと反射サ一ポ用光検出器 8 PDが置かれている。また、集光レンズ CDLと像センサ I S Rの間には偏光ビ一ムスプリッ夕 P B Sが置かれ、 45° の分離面に対して P偏光は透過、 S偏光は反射となる。参照光は紙面に平行な偏光方向であるためこの面に対しては P偏光となり、像センサ I SRへと向かう。ただし、

20 1 2波長板 1Z2 λを通過した光成分に対しては S偏光となるため、反射して反射サーポ用光検出器 8 P Dへと向かう。この配置では空間光変調器 S L Μ上の表示パターンがそのまま像センサ I S R上に像を結ぶ。ディスク 2にホロダラムを記録している途中も、ディスク 2を通り抜けた信号光が、対物レンズ O Bと集光レンズ C D Lにより像センサ I S R上に像を結ぶため、空間光変調器 S L M のパターンの像と記録されたばかりのホロダラムの再生像の混合像が像センサ I S R上に結像する。

1 / 2波長板 1 2 λが作用した外周の光と作用していない内周の光は偏光方向が 9 0 ° 異なる直線偏光となるため、互いに千渉することはない。デイスク 2に記録される可能性のあるホログラムは円環の内側を通り抜けた内周の参照光同士による干渉パターンと、円環部分を通過した外周の参照光光同士による干渉パターンである。よお、ディスク 2内で、. 参照光のビーム径より信号光のビ ^ ム径を十分小さくなるようにディスク 2の位置を工夫することで、外周の参照光光同士による干渉パターンの記録をしないことも可能である。たとえば、図 2 7 に示すように外周の参照光光同士が重なる位置ではディスク 2内で環状にホログラムが記録されるが、図 2 8に示すように、ディスク 2を対物レンズ O B寄りに位置を変位させれば、ディスク 2内で参照光光同士が重ならずホログラムが記録されない。通常は前者であるが、後者の場合、内周の参照光光同士による干渉パターンのホログラムが環状の未記録ブランクにより囲まれるので、再生時の目安になる。

再生時には参照光がディスク 2に当たらないように非反射手段により参照光を遮断することにより、ホログラムから再生された光のみがディスク 2から再生される。内周の参照光光同士による干渉パターンは 1 2波長板 1 2 λの内側の光によって再生され、偏光ビームスプリッタ P B Sを透過して、その再生信号は像センサ I S R上に結像する。外周の参照光光同士による千渉パターンは 1 / 2波長板 1/2 λを通過した光によって再生され、偏光ビームスプリッ夕 ΡΒ Sで反射して、反射サーポ用光検出器 8 PD上に結像する。再生光は略平行光であるので、円環状の 1 2波長板 1 2 λの中を通り抜けることになり、 1 2波長板 1ノ 2 λが作用することはない。よって、 1 2波長板 1ノ2久の輪帯の内側にて光ビームを戻すことが好ましい。

記録再生用レーザ LD 1とは別の波長のサーボ用レーザ LD 2は、対物レンズ ΟΒとディスク 2を所定の相対位置となるように対物レンズ ΟΒを駆動するための、サ一ポ信号を生成する役割を持つ。もちろんサ一ボビームの焦点位置と記録再生用レーザ LD 1の焦点位置は所定の間隔となるように調整されているものとする。サーポ用レーザ LD 2から射出された光は直線偏光であり、凸レンズ CL 2によりやや収束光とされて偏光ビームスプリツ夕 P B S Sへと入射する。このサ一ポビームは偏光ビームスプリッ夕 PBS Sの分離面に対して S偏光となっており、反射され、 1Z4波長板 1/4 λを通過して円偏光となり、ダイクロイックプリズム DPへと入射する。サーポビームの波長 λ 2に対しては反射となり、ディスク 2の方向へと向かう。サ一ボビームのビーム径は 1 2波長板 1 2 λの内径を通過できる程度に小さくしてあり、 1Z2波長板 1Z2 λの作用は受けずに対物レンズ〇 Βに入射する。対物レンズ 0 Βはサ一ポビームをディスク 2へ集光する。

ディスク 2はたとえば一対の基板 3に挟持された波長選択性反射層 5及びホ口グラム記録層 7からなる図 29に示すような断面構造となっている。光学干渉パターンを保存するホログラム記録層 7を構成する光感応材料としてフォトリフラクティブ材料や、ホ一ルバ一ニング材料、フォトクロミック材料などが用いられる。光照射側の波長選択性反射層 5には、たとえば、金属膜の他、相変化膜、色素膜など又はこれらの組合わせが使用され、参照光波長を透過しサ一ボビームの波長のみ反射するように設定されている。基板 3は、その材料として、たとえば、ガラス、又はポリカーボネート、アモルファスポリオレフイン、ポリイミド、 P E T、 P E N, P E Sなどのプラスチック、紫外線硬化型アクリル樹脂などが用いられる。波長選択性反射層 5の主面にサーポビーム追随用のトラックやピットなどマークが設けられている。

対物レンズ O Bにより集光されたサ一ポビームは波長選択性反射層 5 (記録媒体 2 ) で反射さ-ね.、同じ経路を戻ることになる。再び 1.ノ 4波長板 1 / 4 λを一通過して直線偏光（射出時とは偏光方向が 9 0 ° 異なる）となり、偏光ビームスプリツ夕 P B Sを透過して、検出レンズ A Sを経て対物サーポ用光検出器 P D へと導かれる。

対物サーボ用光検出器 P Dの信号を元に、サーボビームの焦点位置に波長選択性反射層 5が来るように対物レンズ O Bを光軸方向に移動し（フォーカスサ一ポ）、集光位置にサーボ用マークが一致するように対物レンズ O Bを光軸と垂直方向に移動する（トラッキングサーポ）。この方法は従来の光ディスク用のサ一ポ技術と全く同様であり、フォーカスサーポには、たとえば非点収差法を用いればよく、トラッキングサーボにはたとえばプッシュプル法を用いればよい。

たとえば非点収差法を用いた場合、 4分割光検出器（対物サーボ用光検出器 P D) と非点収差光学素子（図示せず）とが用いられる。 4分割光検出器の対物サ一ポ用光検出器 P Dの中央の 1つは、図 3 0に示すようにビーム受光用の 4等分割の受光面を有した受光素子 1 a〜l dから構成される。 4分割線の方向はディスク半径方向とトラック接線方向に対応している。対物サーポ用光検出器 P Dは、合焦時の光スポットが受光素子 1 a l dの分割交差中心を中心とする円形となるように設定されている。

4分割光検出器の受光素子 1 a l dの各出力信号に応じて、対物サーポ信号処理回路 28 aは種々の信号を生成する。受光素子 1 a l dの各出力信号をその順に Aa Adとすると、フォーカスエラー信号 FEは、 FE= (Aa+Ac) 一 (Ab+Ad) と算出され、トラッキングエラ一信号 TEは、 TE (A a + Ad) - (Ab+Ac) と算出される。これら信号は対物サーポ信号処理回路 2 8 aに供給される。これにより、記録媒体 2と対物レンズ〇Bとの間隔及び位置を適正に保つことが可能である。

また、対物レンズ OBと放物面ミラー PMの相対位置調整には、円環状の 1 2波長板 1 2 λを通過した円環状のビームを利用する。上記のようにこの円環状ビームは反射サーボ用光検出器 8 PD上に導かれる。この反射サーポ用光検出器 8 PDは図 31に示すように 8分割されている。よって、放物面ミラー ΡΜ の位置が適正な状態では図 31 (a) のように、円環状ビームパターン RPは円形分割線上にあるので、反射サーポ用光検出器 8 PDの外周側（A + B + C + D) と内周側（E + F + G + H) の受光素子への光量が等しくなつている。放物面ミラー PMが対物レンズ OBに近づくと図 31 (b) のように外周側の受光素子への光量が大きくなり、逆に対物レンズ〇Bから離れる方向に行くと図 31 (c) のように内周側の受光素子への光量が大きくなる。したがって、光軸方向（Z方向）エラー信号 FES= (A + B + C + D) - (E + F + G + H) というエラー信号がゼロレベルとなるように放物面ミラー PMの光軸方向の位置を調整することにより、放物面ミラー PMと対物レンズ OBとの間隔を適正に保つことが可能である。

また、放物面ミラー PMが光軸に垂直方向（xy方向）にずれた場合には図 3 1 (d) や図 31 (e) のように反射サーポ用光検出器 8 PD上の円環状ビームパターンがずれる。たとえば y方向の放物面ミラ一 PMの偏倚に対しては、 TR Ky= (A + B + E + F) - (C + D + G + H) をエラ一信号として、 x方向の放物面ミラ一 PMの偏倚に対しては、 TRKx= (A+C + E + G) - (B+D + F+H) をエラ一信号として、おのおののエラー信号がゼロレベルとなるように放物面ミラ一 PMの xy調整をすればよい。また、上記の TRKy、 TRKx の代わりに、 TRKy= (A + B + G + H) - (C + D + E + F) 、 TRKx = (A+C + F+H) ― (B + D + E + G) を用いてもよい。

放物面ミラー PMの傾きが生じた場合も、 X y方向調整でエラー信号がゼロレベルとなるように追い込めばよい。放物面ミラー PMの傾きや偏心がゼロになつていなくても、反射サーボ用光検出器 8 PD上のスポットが図 31 (a) のような状態となっていれば、空間光変調器 SLM上のパターンが正しく像センサ I S R上に結像していることを意味しており、全く問題ない。図では配線を示していないが、これら信号は反射サーポ信号処理回路 28 bに供給される。

ぐホログラム装置の記録再生動作 >

図 32に示すホログラム装置を用いた、ディスク 2に光ビームを照射して情報を記録又は再生する記録再生方法を説明する。

ステップ 1では、まず、サーボ用レーザ LD 2が点灯されディスク 2と対物レンズ OBの相対位置が調整される（フォーカス、トラッキング）。この時点で記録再生用レーザ LD 1は消灯またはホログラムを記録しない程度の低パワーでの点灯となっている。対物レンズ駆動部によりディスク 2の主面における垂直方向 (z方向）における対物レンズ OBの位置（対物レンズ OB—ディスク 2間距離) を制御するレーザスポッ卜のフォーカスサーポが行われる。

ステップ 2では、次に記録再生用レーザ LD 1を低パワーで点灯し（既に点灯してある場合はそのまま）、空間光変調器 SLMのパターンを全透過とすることにより、反射サ一ポ用光検出器 8 PD上に円環状のスポットが像を結ぶので、この像が正しい位置となるように放物面ミラー PMを移動し、位置制御（対物レンズ OB—放物面ミラー PM間距離）を^:る。ここで放物面ミラ一 PMと空間光変調器 SLMを一体として駆動、調整する。記録再生用レーザ LD 1の出力を小さくしてあるので、この工程でホログラムが記録されることはない。この調整により、対物レンズ〇B、ディスク 2、放物面ミラ一 PMが所定の位置に調整位置決めされる。

ステップ 3では、空間光変調器 S L Mに記録用のデータパターンを表示して、記録再生用レーザ LD 1の出力を大きくして、ディスク 2の記録層にホログラムを記録する。このときディスク 2を通り抜けた信号光が、対物レンズ OBと集光レンズ CD Lにより像センサ I SR上に像を結ぶため、空間光変調器 SLMのパターンの像と記録されたばカゝりのホロダラムの再生像の混合像が像センサ I S R 上に結像している。

ステップ 4では、記録が終了すると記録再生用レーザ LD 1が消灯され（または低出力とされ）、ディスク 2 (又はピックアップ）を駆動機構により概略次のサーポマークの位置に光軸が重なるように相対移動する。厳密な位置合わせはサーポビームを用いたサーボ機構により行うので、ディスク 2の移動位置は概略の位置でかまわない。

これらのステップ 1から 4を繰り返すことにより、ディスク 2に次々にホログラムを記録していく。

5 次に再生の流れを説明する。

ステップ 11では、まず、図 32に示すサーボ用レーザ LD 2力点灯されディスクと対物レンズ ΟΒの相対位置が調整される（フォーカス、トラッキング）。この時点で記録再生用のレーザは消灯またはホログラムを記録しない程度の低パ - - ヮ一での点灯となって-い-る。 - .

10 ステップ 12では、空間光変調器 SLMを全遮断のパターンとして記録再生用レーザ LD 1を低出力（再生用の出力）で点灯する。ディスク 2の裏面側からの光は遮断され、参照光のみが照射される。ホログラムの再生光がディスク 2の表面から、対物レンズ〇Βに向けて現れる。このとき円環状 1 2波長板 1Z2 λ の内周部の参照光による再生光は像センサ I SR上に結像し、円環状 1/2

15 波長板 1Z2 λを通過した参照光による再生光は反射サーポ用光検出器 8 PD 上に結像する。ここでは像センサ I SR上の像のみを使用し、像センサ I SR上の像が信号処理回路へと送られ再生信号となる。

ステップ 13では、ディスク 2を駆動機構により概略次のサ一ポマークの位置に光軸が重なるように移動する。厳密な位置合わせはサーボビームを用いたサ一

20 ポ機構により行うので、ディスク 2の移動位置は概略の位置でかまわない。

このステップ 1 1から 13を繰り返すことにより、ディスク 2に記録されたホログラムを再生していく。なお、ステップ 1 1から 13の工程では記録再生用のレーザは点灯していても消灯していてもどちらでもよい。

上記実施例では環状の 1 Z 2波長板 1 Z 2 λを用いているが、透明平板に環状輪帯として 1 2波長板を形成してもよい。また、 1ノ 2波長板 1 2入に代えて 1 / 4波長板 1 4 λを同様に環状輪帯とし配置し、円偏光の外周ビーム環を用いて、偏光ビ一ムスプリッ夕 PBSで、再生光からサーボビーム成分を分離しても、同様の効果を奏する。

ぐ空間光変調器の実施例 >

具体的な空間光変調器 SLMの形状について、図 33のように開口数 ΝΑの対物レンズ〇Βを用いて、空間光変調器 SLMから f 'の距離に放物面ミラー— Μ を配置する構成では、放物面ミラー PMに反射した平行光のビーム半径 Rou t は、

となる。従って、空間光変調器 SLMのパターンは半径 Rou tの円の内側に配置すれば

よい。中央部の穴のサイズ R i nは任意であり、これを小さくすれば画素数が増加するが、信号光と参照光の交差角度が 180° に近づくことになり、角度選択性、さらには多重度が悪くなる。また R i nを大きくすれば多重度は上がるが画素数は小さくなる。状況に応じて適切な値を選択すればよい。

画素数は、（信号光の断面積） ÷ (1つの画素の面積） = (画素数）で得られる。式で表すと、 p²

となる。ただし Pは画素ピッチであり、ここでは正方形の画素を想定している。実際には上図に示すように、最外周部と最内周部には画素を配置できない部分があるため、単純な面積比で求めた値（上式の値）より画素数は多少小さくなる。空間光変調器 SLMによる回折光の最大回折角度 0は λΖ (2 ρ) となるため、記録媒体 2を空間光変調器 SLMから距離 ζの位置に置いた場合の干渉領域は直径、 p ― ― の円内となる。

<配置例 1 >

対物レンズ OBとして NA=0. 6、 f = 11. 8mmのレンズを使用する。 f ， = 3mmの位置に放物面ミラー PMを配置する。このとき Rou t = l. 8 mmとなる。空間光変調器 S LMは図のように外形 5mmx 5mmの正方形の形状で、直径 3. 6 mmの円の内側にパターンがある。中央部には直径 1. 8m mの穴が開けてある。画素ピッチ pは 0. 015mmで、このときの有効画素数は約 33000画素となる。

干渉領域の直径は A= 3. .78 mmであるので、直径 3. 78mmの円形状のホログラムが記録され、記録媒体 2を微少距離ずつ移動しながら多重記録する。

<配置例 2>

空間光変調器 SLMの中央の穴を小さくした例である。対物は同じものを使用している。 f '= l. 5mm、 Rou t =0. 9 mmとしており、空間光変調器 3し1^1は図のょぅに直径1. 8 mmの円の内側にパターンを持つ。中央部の穴の代わりに、中央付近の 2 X 2画素を常に OFF (透過の状態）としている。画素ピッチは 0. 01mmとしており、中央部には 0. 02mmX 0. 02mm の正方形の穴が開いているのと同じ状態となる。もちろん物理的に微小な穴を開けてもよい。画素数は約 25000画素、干渉領域の径は 1. 9 lmmとなる。

<配置例 3>

この方式では f 'の値を変えることによりホログラムの大きさは任意に変えることが可能である。この例はこれまでの例よりもさらに小さなホログラムの記録を行う例である。 ..

対物レンズ〇Bは前の例と同じで、 f ' = 0. 5mm, Rou t = 0. 3mm としており、空間光変調器 S LMは図のように直径 0. 6 mmの円の内側にパ夕 —ンを持つ。内側の穴の直径は 0. 36mmとした。この穴は配置例 2のように空間光変調器 SLMの表示を OFFとすることで実現してもよい。

画素ピッチを p = 0. 00 lmmとすると、画素数は約 180000画素、干渉領域の径は A=0. 97mmとなる。

Claims

請求の範囲

1 . 光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体を装着自在に保持する支持部と、参照光を前記記録媒体へ向け射出する参照光光学系と、前記記録媒体を挟んで前記参照光光学系の反対側に同軸に配置されかつ信号光を前記記録媒体へ向けて射出する信号光光学系と、を含み、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への対向照射により回折格子を形成するホログラム装置であって前記参照光を第 1開口数で集光する対物レンズと、

前記記録媒体を通過した前記参照光から記録情報に応じて変調された前記信号光を生成しかつ前記第 1開口-数と異なる第 2開口数で前記記録媒体を通過せしめる空間光変調装置を有すること、を特徴とするホログラム装置。

2 . 前記信号光光学系の前記空間光変調装置は、前記対物レンズに同軸に配置された透過型の空間光変調器と、前記空間光変調器に形成された光透過部と、前記空間光変調器を通過した光を反射する反射部とを有することを特徴とする請求項 1記載のホログラム装置。

3 . 前記対物レンズは参照光を前記光透過部へ向けて集光し、前記反射部により反射した前記参照光を前記空間光変調器が変調して前記信号光を生成すること特徴とする請求項 1又は 2記載のホログラム装置。

4 . 前記第 2開口数は前記第 1開口数より小であること特徴とする請求項 3記載のホログラム装置。

5 . 前記第 2開口数はゼロを含むこと特徴とする請求項 4記載のホログラム装置。

6 . 前記対物レンズは参照光を前記空間光変調器へ向けて略平行光で照射し、前記空間光変調器が変調して前記信号光を生成し、前記反射部により反射した前記信号光を前記光透過部へ向けて集光し、球面波の前記信号光を射出すること特徵とする請求項 1又は 2記載のホログラム装置。

7 . 前記第 1開口数は前記第 2開口数より小であること特徴とする請求項 6記載のホログラム装置。

8 . 前記第 1開口数はゼロを含むこと特徴とする請求項 7記載のホログラム装置。

9 . 前記反射部は、前記光軸上における前記空間光変調器の前記記録媒体の反対側に配 ftされかつ前記光透過部を通過した前記参照光を前記第 2開口数で前記.— 空間光変調器を通過せしめる凹面ミラ一を有すること特徴とする請求項 1から 8 のいずれかに記載のホログラム装置。

1 0 . 前記凹面ミラーは、放物面ミラーであることを特徴とする請求項 9記載の光ピックアップ装置。

1 1 . 前記反射部は、前記光軸上における前記空間光変調器の前記記録媒体の反対側に配置されかつ前記光透過部を通過した前記参照光を前記第 2開口数で前記空間光変調器を通過せしめる同軸に平行に配置された平面ミラー及び凸レンズ作用を有する光学素子の組立体を含むこと特徴とする請求項 1力、ら 8のいずれかに記載のホログラム装置。

1 2 . 前記凸レンズ作用を有する光学素子は、凸レンズであることを特徴とする請求項 1 1記載のホログラム装置。

1 3 . 前記凸レンズ作用を有する光学素子は、凸レンズ作用を有する回折光学素子であることを特徴とする請求項 1 1記載のホログラム装置。

1 4. 前記凸レンズ作用を有する光学素子は、平凸レンズであり、その平面部に前記平面ミラーが形成されていること特徴とする請求項 1 1記載のホログラム装置。

1 5 . 前記反射部は、前記空間光変調器に一体的に形成された凸レンズ作用を有する回折光学素子と平行に離間した平面ミラーとの組立体を含むこと特徴とする請求項 1から 8のいずれかに記載のホログラム装置。

1 6 . 前記光透過部は、前記参照光を透過させる貫通開口又は透明材料からなること特徴とする請求項 1から 1 5のいずれかに記載のホログラム装置。

1 7 . 前記光透過部は、記録時における前記空間光変調器の透光状態である部分であること特徴とする請求項 1から 1 5のいずれかに記載のホログラム装置。

1 8 . 前記反射部の機能を停止して前記参照光を反射しない非反射手段と、前記参照光光学系内に配置されかつ、前記参照光の照射により前記記録媒体から生成された再生光を検出する光検出器と、前記再生光を、前記対物レンズから前記光検出器へ導く光学手段と、を含むことを特徴とする請求項 1から 1 7のいずれかに記載のホログラム装置。

1 9 . 対物レンズによって参照光を、光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体へ射出する参照光光学系と、前記記録媒体を挟んで前記参照光光学系の反対側に同軸に配置されかつ信号光を前記記録媒体へ向けて射出する信号光光学系と、を含み、前記信号光及び前記参照光の前記記録媒体への対向照射により回折格子を形成するホログラム装置におけるホログラム記録方法であつて、

前記参照光光学系において対物レンズによって前記参照光を第 1開口数で前記記録媒体へ集光し透過せしめる工程と、

前記信号光光学系において透過した前記参照光を無変調で空間光変調器を透過せしめる工程と、

透過した前記参照光を反射部により反射し前記空間光変調器を透過せしめ、記録情報に応じて変調された前記信号光を生成しかつ前記第 1開口数と異なる第 2 開口数で前記記録媒体を通過せしめる工程と、を含むことを特徴とするホロダラム記録方法。

2 0 . 前記空間光変調器は光透過部を備え、前記対物レンズは参照光を前記光透過部へ向けて集光し、. 前記反射部により反射した前記参照光を前記空間光変調器が変調して前記信号光を生成すること特徴とする請求項 1 9記載のホログラム記録方法。

2 1 . 前記第 2開口数は前記第 1開口数より小であること特徴とする請求項 2 0記載のホログラム記録方法。

2 2 . 前記第 2開口数はゼロを含むこと特徴とする請求項 2 1記載のホロダラム記録方法。

2 3 . 前記空間光変調器は光透過部を備え、前記対物レンズは参照光を前記空間光変調器へ向けて略平行光で照射し、前記空間光変調器が変調して前記信号光を生成し、前記反射部により反射した前記信号光を前記光透過部へ向けて集光し、球面波の前記信号光を射出すること特徴とする請求項 1 9記載のホログラム記録方法。

2 4. 前記第 1開口数は前記第 2開口数より小であること特徴とする請求項 6 記載のホログラム記録方法。

25. 前記第 1開口数はゼロを含むこと特徴とする請求項 7記載のホログラム記録方法。