(57)【要約】      （修正有）【課題】記録時には光記録媒体内で大きい光量が得られ、高速で記録を行うことができ、再生時には光検出器上で大きい光量が得られ、高い信号対雑音比で再生できる光学ユニット、光学的情報記録再生装置を提供。【解決手段】ディスクへの記録時には、光路切替素子は偏光ビームスプリッタとしての機能を有する。レーザからの出射光は半分が偏光ビームスプリッタ、光路切替素子で反射され、半分が偏光ビームスプリッタ、光路切替素子を透過し、ディスクの記録層内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点に回折格子を形成する。情報の再生時には、光路切替素子は入射光をその偏光状態に依存することなく反射する機能を有する。レーザからの出射光は偏光ビームスプリッタ、光路切替素子で反射され、ディスクの記録層内に集光され、集光点に形成された回折格子で反射され、光路切替素子で反射され、偏光ビームスプリッタを透過し、光検出器で受光される。【選択図】図３
2010205366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源と、
前記光源から出射したビームを第１のビームおよび第２のビームに分割可能なビーム分割部と、
前記第１のビームを、記録層と反射層とを積層して有する光記録媒体に向けて導く第１の光路と、
前記第２のビームを前記光記録媒体に向けて導く第２の光路と、
前記光源から出射したビームを、前記第１のビームおよび前記第２のビームとして前記光記録媒体に向けて導くか、前記第１のビームとして前記光記録媒体に向けて導くかを、外部からの制御信号に応じて切り替えるビーム切替部と、
前記第１の光路と、前記第２の光路との交点に配置されて、外部からの制御信号に応じて切り替わる、第１の機能および第２の機能を有する機能性光学素子と、
前記機能性光学素子と、前記光記録媒体との間に配置されて、前記第１のビームおよび前記第２のビーム、または、前記第１のビームを、前記記録層に集光する対物レンズと
を具備し、
前記第１の光路を経た前記第１のビームは第１の偏光状態で前記機能性光学素子へ入射し、前記第２の光路を経た前記第２のビームは第２の偏光状態で前記機能性光学素子へ入射し、前記記録層で反射された前記第１のビームの反射光は前記第２の偏光状態で前記機能性光学素子へ入射し、
前記機能性光学素子は、
前記第１の機能で動作する際には、前記第１の光路を経た前記第１のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、かつ、前記第２の光路を経た前記第２のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、
前記第２の機能で動作する際には、前記第１の光路を経た前記第１のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、かつ、前記記録層で反射された前記第１のビームの反射光の全てを前記第１の光路に向けて導く
光学ユニット。
【請求項２】
請求項１に記載の光学ユニットにおいて、
前記機能性光学素子は、
高屈折率層と、低屈折率層とを交互に積層して有する第１の誘電体多層膜と、
ネマチック液晶を含み、光学軸の方向が、第１の方向または第２の方向のいずれかに、印加される電圧に応じて切り替わる液晶層と、
高屈折率層と、低屈折率層とを交互に積層して有する第２の誘電体多層膜と
をこの順番に積層して具備し、
前記第１の方向は、前記液晶層の厚さ方向であり、
前記第２の方向は、前記液晶層の面内で、かつ、前記機能性光学素子に入射するビームの光軸に垂直な方向である
光学ユニット。
【請求項３】
請求項１または２に記載の光学ユニットにおいて、
前記第１の光路は、前記第１のビームが前記記録層に集光する位置を、前記光記録媒体の厚さ方向に調節するための、第１のレンズ
を具備し、
前記第２の光路は、前記第２のビームが前記記録層に集光する位置を、前記光記録媒体の厚さ方向に調節するための、第２のレンズ
を具備する
光学ユニット。
【請求項４】
光源と、
前記光源から出射したビームを第１のビームおよび第２のビームに分割可能なビーム分割部と、
前記第１のビームを、記録層と反射層とを積層して有する光記録媒体に向けて導く第１の光路と、
前記第２のビームを前記光記録媒体に向けて導く第２の光路と、
前記光源から出射したビームを、前記第１のビームおよび前記第２のビームとして前記光記録媒体に向けて導くか、前記第１のビームとして前記光記録媒体に向けて導くかを、外部からの制御信号に応じて切り替えるビーム切替部と、
前記ビーム切替部を制御するための制御信号を生成するビーム切替部駆動回路と、
前記第１の光路と、前記第２の光路との交点に配置されて、外部からの制御信号に応じて切り替わる、第１の機能および第２の機能を有する機能性光学素子と、
前記機能性光学素子を制御するための制御信号を生成する機能性光学素子駆動回路と、
前記機能性光学素子と、前記光記録媒体との間に配置されて、前記第１のビームおよび前記第２のビーム、または、前記第１のビームを、前記記録層に集光する対物レンズと
を具備し、
前記第１の光路を経た前記第１のビームは第１の偏光状態で前記機能性光学素子へ入射し、前記第２の光路を経た前記第２のビームは第２の偏光状態で前記機能性光学素子へ入射し、前記記録層で反射された前記第１のビームの反射光は前記第２の偏光状態で前記機能性光学素子へ入射し、
前記機能性光学素子は、
前記第１の機能で動作する際には、前記第１の光路を経た前記第１のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、かつ、前記第２の光路を経た前記第２のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、
前記第２の機能で動作する際には、前記第１の光路を経た前記第１のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、かつ、前記記録層で反射された前記第１のビームの反射光の全てを前記第１の光路に向けて導く
光学的情報記録再生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の光学的情報記録再生装置において、
前記機能性光学素子は、
高屈折率層と、低屈折率層とを交互に積層して有する第１の誘電体多層膜と、
ネマチック液晶を含み、光学軸の方向が、第１の方向または第２の方向のいずれかに、印加される電圧に応じて切り替わる液晶層と、
高屈折率層と、低屈折率層とを交互に積層して有する第２の誘電体多層膜と
をこの順番に積層して具備し、
前記第１の方向は、前記液晶層の厚さ方向であり、
前記第２の方向は、前記液晶層の面内で、かつ、前記機能性光学素子に入射するビームの光軸に垂直な方向であり、
前記機能性光学素子を制御するための制御信号は、
前記液晶層に印加される電圧
を含む
光学的情報記録再生装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の光学的情報記録再生装置において、
前記第１の光路は、前記第１のビームが前記記録層に集光する位置を、前記光記録媒体の厚さ方向に調節するための、第１のレンズ
を具備し、
前記第２の光路は、前記第２のビームが前記記録層に集光する位置を、前記光記録媒体の厚さ方向に調節するための、第２のレンズ
を具備し、
前記第１のレンズおよび前記第２のレンズを制御するための制御信号を生成するレンズ駆動回路
をさらに具備する
光学的情報記録再生装置。
【請求項７】
（ａ）光源からビームを出射するステップと、
（ｂ）前記光源から出射したビームを、第１の光路を経た第１のビームおよび第２の光路を経た第２のビームとして、記録層と反射層とを積層して有する光記録媒体に向けて導くステップと、
（ｃ）前記光源から出射したビームを前記第１の光路を経た前記第１のビームとして前記光記録媒体に向けて導き、かつ、前記記録層で反射された前記第１のビームの反射光を前記第１の光路に向けて導くステップと、
（ｄ）外部からの制御信号に応じて、前記ステップ（ｂ）または前記ステップ（ｃ）のいずれかを切り替えて実行するステップと
を具備し、
前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ−１）前記第１の光路を経た前記第１のビームを第１の偏光状態とし、かつ、前記第２の光路を経た前記第２のビームを第２の偏光状態とするステップと、
（ｂ−２）前記第１の光路と前記第２の光路との交点において、前記第１の光路を経た前記第１のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、かつ、前記第２の光路を経た前記第２のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導くステップと
を具備し、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−１）前記第１の光路を経た前記第１のビームを前記第１の偏光状態とし、かつ、前記記録層で反射された前記第１のビームの反射光を前記第２の偏光状態とするステップと、
（ｃ−２）前記交点において、前記第１の光路を経た前記第１のビームの全てを前記光記録媒体に向けて導き、かつ、前記記録層で反射された前記第１のビームの反射光の全てを前記第１の光路に向けて導くステップと
を具備する
光学的情報記録再生方法。
【請求項８】
請求項７に記載の光学的情報記録再生方法において、
前記ステップ（ｂ）は、
（ｂ−３）前記第１のビームが前記記録層に集光する位置を、前記光記録媒体の厚さ方向に調節し、かつ、前記第２のビームが前記記録層に集光する位置を、前記光記録媒体の厚さ方向に調節するステップ
を具備し、
前記ステップ（ｃ）は、
（ｃ−３）前記第１のビームが前記記録層に集光する位置を、前記光記録媒体の厚さ方向に調節するステップ
を具備する
光学的情報記録再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光記録媒体に対して情報の記録再生を行うための光学ユニットおよびこの光学ユニットを用いる光学的情報記録再生装置に係り、特に、光記録媒体の面内方向の次元だけでなく厚さ方向の次元も利用して光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行うための光学ユニットおよびこの光学ユニットを用いる光学的情報記録再生装置に係る。
【背景技術】
【０００２】
光記録媒体の大容量化技術の一つとして、マイクロホログラム記録技術と呼ばれる３次元記録再生技術がある。マイクロホログラム記録技術では、光記録媒体の面内方向の次元だけでなく厚さ方向の次元も利用し、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行う。
【０００３】
マイクロホログラム記録技術では、対向する２つのビームを光記録媒体の記録層内の同一の位置に集光して干渉させ、集光点の近傍に微小な回折格子を形成することにより情報の記録を行う。また、２つのビームのうちどちらか一方のみをこの回折格子に集光し、回折格子からの反射光を受光することにより情報の再生を行う。
【０００４】
マイクロホログラム記録技術においては、記録層と反射層とを有する光記録媒体を用いることが出来る。こうすることにより、光記録媒体に対して情報の記録再生を行うための光学ユニットを、光記録媒体の片側のみに集約して簡素化することができる。このような記録層と反射層とを有する光記録媒体を使用対象とするマイクロホログラム記録用の光学ユニットとして、非特許文献１（Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇｓ、２００６、ｐｐ．１８８〜１９０）に記載の光学ユニットがある。
【０００５】
図１は、非特許文献１に記載された光学ユニットの構成について説明するための光路図である。レーザ４１から出射した光は、凹レンズ４２および凸レンズ４３ａにより構成されるエキスパンダレンズ系を透過してビーム径が拡大される。エキスパンダレンズ系を透過した光のうち、一部はビームスプリッタ４４ａで反射され、１／２波長板４５ａを透過して偏光方向が所定の方向となる。１／２波長板４５ａを透過した光のうち、一部は偏光ビームスプリッタ４６ａをＰ偏光成分として透過する。また、１／２波長板４５ａを透過した光のうち、一部は偏光ビームスプリッタ４６ａでＳ偏光成分として反射される。
【０００６】
ここで、ディスク４０への情報の記録時について説明する。偏光ビームスプリッタ４６ａを透過した光は、ミラー４７で反射され、１／４波長板４９ａを透過して直線偏光から円偏光へ変換される。１／４波長板４９ａを透過した円偏光は、凸レンズ４３ｂおよび凸レンズ４３ｃにより構成されるリレーレンズ系を透過して平行光から弱い収束光へ変換される。リレーレンズ系を透過した弱い収束光のうち、一部はビームスプリッタ４４ｃで反射され、対物レンズ５０を透過して弱い収束光から強い収束光へ変換される。対物レンズ５０を透過した強い収束光は、ディスク４０の記録層内に集光される。
【０００７】
一方、偏光ビームスプリッタ４６ａで反射された光は、１／２波長板４５ｂを透過して偏光方向が９０°変化する。１／２波長板４５ｂを透過した光は、シャッタ４８を通過し、偏光ビームスプリッタ４６ｂへＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ４６ｂを透過した光は、１／４波長板４９ｂを透過して直線偏光から円偏光へ変換される。１／４波長板４９ｂを透過した円偏光は、凸レンズ４３ｄおよび凸レンズ４３ｅにより構成されるリレーレンズ系を透過して平行光から弱い発散光へ変換される。リレーレンズ系を透過した弱い発散光のうち、一部がビームスプリッタ４４ｂで反射される。ビームスプリッタ４４ｂで反射された光のうち、一部がビームスプリッタ４４ｃを透過する。ビームスプリッタ４４ｃを透過した光は、対物レンズ５０を透過して弱い発散光から強い収束光へ変換される。対物レンズ５０を透過した強い収束光は、ディスク４０の記録層内に集光される。
【０００８】
偏光ビームスプリッタ４６ａを透過した光と、偏光ビームスプリッタ４６ａで反射された光とは、ディスク４０の記録層内の同一の位置に集光されて干渉する。その結果、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。
【０００９】
次に、ディスク４０からの情報の再生時について説明する。偏光ビームスプリッタ４６ａを透過した光は、一部がディスク４０の記録層内に集光される。その一方で、偏光ビームスプリッタ４６ａで反射された光は、シャッタ４８で遮断され、ディスク４０へ向かわない。ディスク４０の記録層内に集光された光は、集光点の近傍に形成された回折格子で反射される。回折格子で反射された光は、対物レンズ５０を逆向きに透過して強い発散光から弱い発散光へ変換される。対物レンズ５０を逆向きに透過した弱い発散光のうち、一部がビームスプリッタ４４ｃで反射される。一部がビームスプリッタ４４ｃで反射された光は、凸レンズ４３ｃおよび凸レンズ４３ｂにより構成されるリレーレンズ系を透過して弱い発散光から平行光へ変換される。リレーレンズ系を透過した平行光は、１／４波長板４９ａを透過して円偏光から直線偏光へ変換される。１／４波長板４９ａを透過した直線偏光は、ミラー４７で反射される。ミラー４７で反射され直線偏光は、偏光ビームスプリッタ４６ａへＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。偏光ビームスプリッタ４６ａで反射された直線光は、凸レンズ４３ｆを透過して平行光から収束光へ変換され、光検出器５１の受光部上に集光される。
【００１０】
図２Ａ〜Ｃは、ディスク４０への入射ビームおよびディスク４０からの反射ビームの光路について説明するための光路図である。図２Ａは、ディスク４０への情報の記録時における第１の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。図２Ｂは、ディスク４０への情報の記録時における第２の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。図２Ｃは、ディスク４０からの情報の再生時の入射ビームおよび反射ビームの光路を示している。ディスク４０は、基板５２ａと、記録層５３と、反射層５４と、基板５２ｂとをこの順に積層して具備する。
【００１１】
光は、基板５２ａを通して記録層５３の側から入射する。図２Ａにおける入射ビーム５６ａは、図１における偏光ビームスプリッタ４６ａを透過した光に対応する。図２Ｂにおける入射ビーム５６ｂは、図１における偏光ビームスプリッタ４６ａで反射された光に対応する。図２Ｃにおける入射ビーム５６ｃは、図１における偏光ビームスプリッタ４６ａを透過した光に対応する。
【００１２】
図２Ａにおいて、入射ビーム５６ａは弱い収束光として対物レンズ５０へ入射し、記録層５３内を反射層５４の側へ向かう途中で集光される。この光は反射層５４で反射されて反射ビーム５７ａとなり、記録層５３を透過し、弱い収束光として対物レンズ５０から出射する。
【００１３】
図２Ｂにおいて、入射ビーム５６ｂは弱い発散光として対物レンズ５０へ入射し、記録層５３を透過する。記録層５３を透過した光は、反射層５４で反射されて反射ビーム５７ｂとなり、記録層５３内を反射層５４と反対の側へ向かう途中で集光される。この光は弱い発散光として対物レンズ５０から出射する。入射ビーム５６ａと反射ビーム５７ｂとは記録層５３内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。
【００１４】
図２Ｃにおいて、入射ビーム５６ｃは弱い収束光として対物レンズ５０へ入射し、記録層５３内を反射層５４の側へ向かう途中で集光される。この光は集光点の近傍に形成された回折格子５５で反射されて反射ビーム５７ｃとなり、弱い発散光として対物レンズ５０から出射する。反射ビーム５７ｃは図１における光検出器５１で受光される。ここで、回折格子５５はビットデータの情報を有している。
【００１５】
入射ビーム５６ａおよび反射ビーム５７ｂの集光点の位置は、記録層５３の厚さ方向へ移動させることが可能である。このように、記録層５３の面内方向だけでなく厚さ方向にも多数の回折格子を形成することにより、３次元記録再生を行うことができる。
【００１６】
非特許文献１に記載の光学ユニットにおいては、ディスク４０への情報の記録時には、レーザ４１から出射して偏光ビームスプリッタ４６ａを透過した光のうち、一部はビームスプリッタ４４ｃで反射されてディスク４０へ向かう。しかし、偏光ビームスプリッタ４６ａを透過した光のうち、残りはビームスプリッタ４４ｃを透過してディスク４０へ向かわない。
【００１７】
一方、レーザ４１から出射して偏光ビームスプリッタ４６ａで反射された光のうち、一部はビームスプリッタ４４ｃを透過してディスク４０へ向かう。しかし、偏光ビームスプリッタ４６ａで反射された光のうち、残りはビームスプリッタ４４ｃで反射されてディスク４０へ向かわない。
【００１８】
すなわち、レーザ４１から出射した光のうちディスク４０へ向かう光の割合である往路の効率が低い。このため、記録時にディスク４０内で得られる光量が小さく、高い速度で記録を行うことができない。
【００１９】
また、ディスク４０からの情報の再生時には、ディスク４０の記録層内で反射された光のうち、一部がビームスプリッタ４４ｃで反射されて光検出器５１へ向かう。しかし、ディスク４０の記録層内で反射された光のうち、残りはビームスプリッタ４４ｃを透過して光検出器５１へ向かわない。
【００２０】
すなわち、ディスク４０の記録層内で反射された光のうち光検出器５１へ向かう光の割合である復路の効率が低い。このため、再生時に光検出器５１上で得られる光量が小さく、高い信号対雑音比で再生を行うことができない。
【００２１】
また、上記に関連して、特許文献１（特開２００５−２４３１１６号公報）には、再生装置に係る発明が開示されている。この再生装置は、ホログラフィック記録媒体から情報を再生するものである。このホログラフィック記録媒体は、対向した記録層及び反射層を備える。このホログラフィック記録媒体は、記録用参照光と、情報光との同時照射によって情報を記録したものである。この記録用参照光は、反射層の、記録層との対向面に、フォーカスさせるものである。また、この情報光は、対向面から記録層側に離間した位置にフォーカスさせるものである。この再生装置は、光源と、イメージセンサと、光学系と、情報再生処理部とを具備したことを特徴とする。この光学系は、光源が放出する光を再生参照光として対抗面にフォーカスさせる。この光学系は、このフォーカスさせる動作により記録媒体から出力される位相共役再生光と通常再生光とをイメージセンサへと導く。この光学系は、イメージセンサの受光面上に、第１再生画像と、第２再生画像とを形成する。この第１再生画像は、位相共役再生光に対応する。この第２再生画像は、第１再生画像と比較してより小さく且つ光強度がより強い。この情報再生処理部は、イメージセンサの出力から情報を再生処理する。このイメージセンサの出力は、第１再生画像の、第２再生画像との非重複部に対応する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００５−２４３１１６号公報
【非特許文献】
【００２３】
【非特許文献１】Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｔａ  Ｓｔｏｒａｇｅ  Ｔｏｐｉｃａｌ  Ｍｅｅｔｉｎｇ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｐｒｏｃｅｄｉｎｇｓ、２００６、ｐｐ．１８８〜１９０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の目的は、光記録媒体に対して３次元的に情報の記録再生を行うための光学ユニットおよび光学的情報記録再生装置における上に述べた課題を解決し、光記録媒体への情報の記録時には光記録媒体内で大きい光量が得られ、高い速度で記録を行うことができ、光記録媒体からの情報の再生時には光検出器上で大きい光量が得られ、高い信号対雑音比で再生を行うことができる光学ユニットおよび光学的情報記録再生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明による光学ユニットは、光源と、ビーム分割部と、第１の光路と、第２の光路と、ビーム切替部と、対物レンズとを具備する。ここで、ビーム分割部は、光源から出射したビームを第１のビームおよび第２のビームに分割可能なものである。第１の光路は、第１のビームを、記録層と反射層とを積層して有する光記録媒体に向けて導くものである。第２の光路は、第２のビームを光記録媒体に向けて導くものである。ビーム切替部は、光源から出射したビームを、第１のビームおよび第２のビームとして光記録媒体に向けて導くか、第１のビームとして光記録媒体に向けて導くかを、外部からの制御信号に応じて切り替えるものである。機能性光学素子と、第１の光路と、第２の光路との交点に配置されて、外部からの制御信号に応じて切り替わる、第１の機能および第２の機能を有するものである。対物レンズは、機能性光学素子と、光記録媒体との間に配置されて、第１のビームおよび第２のビーム、または、第１のビームを、記録層に集光するものである。第１の光路を経た第１のビームは第１の偏光状態で機能性光学素子へ入射する。第２の光路を経た第２のビームは第２の偏光状態で機能性光学素子へ入射する。記録層で反射された第１のビームの反射光は第２の偏光状態で機能性光学素子へ入射する。機能性光学素子は、第１の機能で動作する際には、第１の光路を経た第１のビームの全てを光記録媒体に向けて導き、かつ、第２の光路を経た第２のビームの全てを光記録媒体に向けて導く。機能性光学素子は、第２の機能で動作する際には、第１の光路を経た第１のビームの全てを光記録媒体に向けて導き、かつ、記録層で反射された第１のビームの反射光の全てを第１の光路に向けて導く。
【００２６】
本発明による光学的情報記録再生装置は、光源と、ビーム分割部と、第１の光路と、第２の光路と、ビーム切替部と、ビーム切替部駆動回路と、機能性光学素子と、機能性光学素子駆動回路と、対物レンズとを具備する。ここで、ビーム分割部は、光源から出射したビームを第１のビームおよび第２のビームに分割可能なものである。第１の光路は、第１のビームを、記録層と反射層とを積層して有する光記録媒体に向けて導くものである。第２の光路は、第２のビームを光記録媒体に向けて導くものである。ビーム切替部は、光源から出射したビームを、第１のビームおよび第２のビームとして光記録媒体に向けて導くか、第１のビームとして光記録媒体に向けて導くかを、外部からの制御信号に応じて切り替えるものである。ビーム切替部駆動回路は、ビーム切替部を制御するための制御信号を生成するものである。機能性光学素子は、第１の光路と、第２の光路との交点に配置されて、外部からの制御信号に応じて切り替わる、第１の機能および第２の機能を有するものである。機能性光学素子駆動回路は、機能性光学素子を制御するための制御信号を生成するものである。対物レンズは、機能性光学素子と、光記録媒体との間に配置されて、第１のビームおよび第２のビーム、または、第１のビームを、記録層に集光するものである。第１の光路を経た第１のビームは第１の偏光状態で機能性光学素子へ入射する。第２の光路を経た第２のビームは第２の偏光状態で機能性光学素子へ入射する。記録層で反射された第１のビームの反射光は第２の偏光状態で機能性光学素子へ入射する。機能性光学素子は、第１の機能で動作する際には、第１の光路を経た第１のビームの全てを光記録媒体に向けて導き、かつ、第２の光路を経た第２のビームの全てを光記録媒体に向けて導く。機能性光学素子は、第２の機能で動作する際には、第１の光路を経た第１のビームの全てを光記録媒体に向けて導き、かつ、記録層で反射された第１のビームの反射光の全てを第１の光路に向けて導く。
【００２７】
本発明による光学的情報記録再生方法は、（ａ）光源からビームを出射するステップと、（ｂ）光源から出射したビームを、第１の光路を経た第１のビームおよび第２の光路を経た第２のビームとして、記録層と反射層とを積層して有する光記録媒体に向けて導くステップと、（ｃ）光源から出射したビームを第１の光路を経た第１のビームとして光記録媒体に向けて導き、かつ、記録層で反射された第１のビームの反射光を第１の光路に向けて導くステップと、（ｄ）外部からの制御信号に応じて、ステップ（ｂ）またはステップ（ｃ）のいずれかを切り替えて実行するステップとを具備する。ここで、ステップ（ｂ）は、（ｂ−１）第１の光路を経た第１のビームを第１の偏光状態とし、かつ、第２の光路を経た第２のビームを第２の偏光状態とするステップと、（ｂ−２）第１の光路と第２の光路との交点において、第１の光路を経た第１のビームの全てを光記録媒体に向けて導き、かつ、第２の光路を経た第２のビームの全てを光記録媒体に向けて導くステップとを具備する。ステップ（ｃ）は、（ｃ−１）第１の光路を経た第１のビームを第１の偏光状態とし、かつ、記録層で反射された第１のビームの反射光を第２の偏光状態とするステップと、（ｃ−２）交点において、第１の光路を経た第１のビームの全てを光記録媒体に向けて導き、かつ、記録層で反射された第１のビームの反射光の全てを第１の光路に向けて導くステップとを具備する。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の光学ユニットおよび光学的情報記録再生装置によれば、１つのビームを偏光ビームスプリッタで２つに分けたうちの一方をシャッタで遮る必要が無い。すなわち、光記録媒体への情報の記録時には、光記録媒体内で大きい光量が得られる。したがって、高い速度で記録を行うことが出来る。また、光記録媒体からの情報の再生時には、光検出器上で大きい光量が得られ、高い信号対雑音比で再生を行うことが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、非特許文献１に記載された光学ユニットの構成について説明するための光路図である。
【図２Ａ】図２Ａは、ディスク４０への情報の記録時における第１の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。
【図２Ｂ】図２Ｂは、ディスク４０への情報の記録時における第２の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。
【図２Ｃ】図２Ｃは、ディスク４０からの情報の再生時の入射ビームおよび反射ビームの光路を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態による光学ユニットの構成について説明するための光路図である。
【図４Ａ】図４Ａは、ディスク２への情報の記録時における第１の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。
【図４Ｂ】図４Ｂは、ディスク２への情報の記録時における第２の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。
【図４Ｃ】図４Ｃは、ディスク２からの情報の再生時の入射ビームおよび反射ビームの光路を示している。
【図５】図５は、光路切替素子９の構成について説明するための側面図である。
【図６】図６は、光路切替素子９の詳細な構成について説明するための断面図である。
【図７Ａ】図７Ａは、ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合におけるネマチック液晶の光学軸の方向を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合におけるネマチック液晶の光学軸の方向を示す。
【図８Ａ】図８Ａは、ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合の計算例である。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合の計算例である。
【図９Ａ】図９Ａは、ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合の計算例である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合の計算例である。
【図１０】図１０は、本実施形態による光学的情報記録再生装置の構成について説明するためのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
添付図面を参照して、本発明による光学ユニットおよび光学的情報記録再生装置を実施するための形態を以下に説明する。
【００３１】
図３は、本発明の実施形態による光学ユニットの構成について説明するための光路図である。この光学ユニットは、レーザ３と、凹レンズ４と、凸レンズ５ａと、可変波長板６と、偏光ビームスプリッタ７と、ミラー８ａと、凸レンズ５ｂと、凸レンズ５ｃと、凸レンズ５ｄと、凸レンズ５ｅと、ミラー８ｂと、光路切替素子９と、１／４波長板１０と、対物レンズ１１と、凸レンズ５ｆと、光検出器１２とを具備する。
【００３２】
この光学ユニットにおける各構成要素の配置を、各構成要素の光軸に基づいて説明する。レーザ３の光軸と、凹レンズ４の光軸と、凸レンズ５ａの光軸と、可変波長板６の光軸と、偏光ビームスプリッタ７における第１の光軸と、凸レンズ５ｄの光軸と、凸レンズ５ｅの光軸と、ミラー８ｂにおける第１の光軸とは、一直線上に配置されている。偏光ビームスプリッタ７における第２の光軸と、ミラー８ａにおける第１の光軸と、凸レンズ５ｆの光軸と、光検出器１２の光軸とは、一直線上に配置されている。なお、偏光ビームスプリッタ７における第２の光軸は、偏光ビームスプリッタ７における第１の光軸が、偏光ビームスプリッタ７で反射したものである。ミラー８ａにおける第２の光軸と、凸レンズ５ｂの光軸と、凸レンズ５ｃの光軸と、光路切替素子９における第１の光軸とは、一直線上に配置されている。なお、ミラー８ａにおける第２の光軸は、ミラー８ａにおける第１の光軸が、ミラー８ａで反射されたものである。ミラー８ｂにおける第２の光軸と、光路切替素子９における第２の光軸と、１／４波長板１０の光軸と、対物レンズ１１の光軸とは、一直線上に配置されている。なお、ミラー８ｂにおける第２の光軸は、ミラー８ｂにおける第１の光軸が、ミラー８ｂで反射したものである。また、光路切替素子９における第２の光軸は、光路切替素子９における第１の光軸が、光路切替素子９で反射したものである。
【００３３】
この光学ユニットの動作について説明する。光源であるレーザ３は外部共振器型の単一モード半導体レーザであり、波長が４００ｎｍの光を出射する。レーザ３から出射した光は、凹レンズ４および凸レンズ５ａにより構成されるエキスパンダレンズ系を透過してビーム径が拡大さる。エキスパンダレンズ系を透過した光は、ビーム切替部である可変波長板６へ入射する。可変波長板６は、光記録媒体であるディスク２への情報の記録時には入射光に対して１／４波長板の働きをする。また、可変波長板６は、光記録媒体であるディスク２からの情報の再生時には入射光に対して１／２波長板の働きをする。
【００３４】
ここで、ディスク２への情報の記録時について説明する。可変波長板６へ入射した光は、可変波長板６を透過して直線偏光から円偏光へ変換される。可変波長板６を透過した円偏光のうち、約５０％は偏光ビームスプリッタ７でＳ偏光として反射される。また、可変波長板６を透過した円偏光のうち、約５０％は偏光ビームスプリッタ７をＰ偏光として透過する。
【００３５】
次に、ディスク２からの情報の再生時について説明する。可変波長板６へ入射した光は、可変波長板６を透過して偏光方向が９０°変化し、偏光ビームスプリッタ７へＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。ここで、偏光ビームスプリッタ７はビーム分割部である。偏光ビームスプリッタ７で反射された光を、第１のビームと呼ぶ。また、偏光ビームスプリッタ７を透過した光を、第２のビームと呼ぶ。
【００３６】
さらに、偏光ビームスプリッタ７から光路切替素子９までのミラー８ａ、凸レンズ５ｂ、凸レンズ５ｃを経由する光路を、第１の光路と呼ぶ。また、偏光ビームスプリッタ７から光路切替素子９までの凸レンズ５ｄ、凸レンズ５ｅ、ミラー８ｂを経由する光路を、第二の光路と呼ぶ。ここで、光路切替素子９は機能性光学素子である。
【００３７】
ここで、ディスク２への情報の記録時について説明する。偏光ビームスプリッタ７で反射された光は、ミラー８ａで反射される。ミラー８ａで反射された光は、凸レンズ５ｂおよび凸レンズ５ｃにより構成されるリレーレンズ系を透過して平行光から弱い収束光へ変換される。リレーレンズ系を透過した弱い収束光は、光路切替素子９へＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。光路切替素子９で反射された光は、１／４波長板１０を透過して直線偏光から右回り円偏光へ変換される。１／４波長板１０を透過した右回り円偏光は、対物レンズ１１を透過して弱い収束光から強い収束光へ変換される。対物レンズ１１を透過した強い収束光は、ディスク２の記録層内に集光される。
【００３８】
一方、偏光ビームスプリッタ７を透過した光は、凸レンズ５ｄおよび凸レンズ５ｅにより構成されるリレーレンズ系を透過して平行光から弱い発散光へ変換される。リレーレンズ系を透過した弱い発散光は、ミラー８ｂで反射され、光路切替素子９へＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。光路切替素子９を透過した光は、１／４波長板１０を透過して直線偏光から左回り円偏光へ変換される。１／４波長板１０を透過した左回り円偏光は、対物レンズ１１を透過して弱い発散光から強い収束光へ変換される。対物レンズ１１を透過した強い収束光は、ディスク２の記録層内に集光される。
【００３９】
偏光ビームスプリッタ７で反射された光と、偏光ビームスプリッタ７を透過した光とは、ディスク２の記録層内の同一の位置に集光されて干渉する。その結果、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。
【００４０】
次に、ディスク２からの情報の再生時について説明する。偏光ビームスプリッタ７で反射された光は、ミラー８ａで反射される。ミラー８ａで反射された光は、凸レンズ５ｂおよび凸レンズ５ｃにより構成されるリレーレンズ系を透過して平行光から弱い収束光へ変換される。リレーレンズ系を透過した弱い収束光は、光路切替素子９へＳ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。光路切替素子９で反射された光は、１／４波長板１０を透過して直線偏光から右回り円偏光へ変換される。１／４波長板１０を透過した右回り円偏光は、対物レンズ１１を透過して弱い収束光から強い収束光へ変換される。対物レンズ１１を透過した強い収束光は、ディスク２の記録層内に集光される。
【００４１】
ディスク２の記録層内に集光された光は、集光点の近傍に形成された回折格子で反射される。回折格子で反射された光は、対物レンズ１１を逆向きに透過して強い発散光から弱い発散光へ変換される。対物レンズ１１を逆向きに透過した弱い発散光は、１／４波長板１０を透過して左回り円偏光から直線偏光へ変換される。１／４波長板１０を透過した光は、光路切替素子９へＰ偏光として入射してほぼ１００％が反射される。光路切替素子９で反射された光は、凸レンズ５ｃおよび凸レンズ５ｂにより構成されるリレーレンズ系を透過して弱い発散光から平行光へ変換される。リレーレンズ系を透過した平行光は、ミラー８ａで反射され、偏光ビームスプリッタ７へＰ偏光として入射してほぼ１００％が透過する。偏光ビームスプリッタ７を透過した光は、凸レンズ５ｆを透過して平行光から収束光へ変換される。凸レンズ５ｆを透過した収束光は、光検出器１２の受光部上に集光される。
【００４２】
可変波長板６は、第１の基板と、第１の透明電極と、ネマチック液晶を含む液晶層と、第２の透明電極と、第２の基板とを、この順番に積層して具備する。第１の透明電極と、第２の透明電極とは、液晶層に電圧を印加するためのものである。
【００４３】
ネマチック液晶は、一軸の屈折率異方性を有する。ここで、光学軸に平行な方向の偏光成分（異常光成分）に対する屈折率をｎｅ、光学軸に垂直な方向の偏光成分（常光成分）に対する屈折率をｎｏとすると、ｎｅ＞ｎｏである。ここで、入射光の波長をλ、液晶層の厚さをｔとしたとき、ｔ＝λ／２（ｎｅ−ｎｏ）である。液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加した場合、ネマチック液晶の光学軸の方向は入射光の光軸に平行な方向と垂直な方向との中間の方向となる。従って、入射光に対するネマチック液晶の屈折率は、光学軸と光軸を含む面に平行な方向の偏光成分に対しては（ｎｅ＋ｎｏ）／２となる。
【００４４】
また、入射光に対するネマチック液晶の屈折率は、光学軸と光軸を含む面に垂直な方向の偏光成分に対してはｎｏとなる。このとき、透過光に生じる２つの偏光成分の間の位相差は２π［（ｎｅ＋ｎｏ）／２−ｎｏ］ｔ／λ＝π／２となる。このため、可変波長板６は１／４波長板の働きをする。
【００４５】
これに対し、液晶層に交流電圧を印加しない場合、ネマチック液晶の光学軸の方向は入射光の光軸に垂直な方向となる。従って、入射光に対するネマチック液晶の屈折率は、光学軸に平行な方向の偏光成分に対してはｎｅ、光学軸に垂直な方向の偏光成分に対してはｎｏとなる。このとき、透過光に生じる２つの偏光成分の間の位相差は２π（ｎｅ−ｎｏ）ｔ／λ＝πとなるため、可変波長板６は１／２波長板の働きをする。
【００４６】
図４Ａ〜Ｃは、本発明による光学的情報記録再生装置における、ディスク２への入射ビームおよびディスク２からの反射ビームの光路について説明するための光路図である。図４Ａは、ディスク２への情報の記録時における第１の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。図４Ｂは、ディスク２への情報の記録時における第２の入射ビームおよびその反射ビームの光路を示している。図４Ｃは、ディスク２からの情報の再生時の入射ビームおよび反射ビームの光路を示している。
【００４７】
ディスク２は、基板１３ａと、記録層１４と、１／４波長板層１５と、反射層１６と、基板１３ｂとを、この順番に積層して具備する。光は、基板１３ａを通して、記録層１４の側から入射する。基板１３ａおよび基板１３ｂの材料としては、例えばガラスやプラスチック等が用いられるが、これらの材料に限定されない。記録層１４の材料としては、例えばフォトポリマ等が用いられるが、この材料に限定されない。１／４波長板層１５の材料としては、例えば液晶高分子材料、構造複屈折材料、フォトニック結晶材料等が用いられるが、これらの材料に限定されない。反射層１６の材料としては、例えばアルミニウム、銀等が用いられるが、これらの材料に限定されない。
【００４８】
図４Ａにおける入射ビーム１８ａは、記録時において、図３における偏光ビームスプリッタ７で反射された光に対応する。図４Ｂにおける入射ビーム１８ｂは、記録時において、図３における偏光ビームスプリッタ７を透過した光に対応する。図４Ｃにおける入射ビーム１８ｃは、再生時において、図３における偏光ビームスプリッタ７で反射された光に対応する。
【００４９】
図４Ａにおいて、入射ビーム１８ａは右回り円偏光である弱い収束光として対物レンズ１１へ入射し、記録層１４内を反射層１６の側へ向かう途中で集光される。この光は１／４波長板層１５を透過して右回り円偏光から偏光方向が紙面に平行な直線偏光へ変換され、反射層１６で反射されて反射ビーム１９ａとなる。反射層１６で反射された反射ビーム１９ａは、１／４波長板層１５を透過して偏光方向が紙面に平行な直線偏光から右回り円偏光へ変換される。１／４波長板層１５を透過した右回り円偏光は、記録層１４を透過し、右回り円偏光である弱い収束光として対物レンズ１１から出射する。
【００５０】
一方、図４Ｂにおいて、入射ビーム１８ｂは左回り円偏光である弱い発散光として対物レンズ１１へ入射し、記録層１４を透過する。記録層１４を透過した光は、１／４波長板層１５を透過して左回り円偏光から偏光方向が紙面に垂直な直線偏光へ変換される。１／４波長板層１５を透過した光は、反射層１６で反射されて反射ビーム１９ｂとなる。反射層１６で反射された反射ビーム１９ｂは、１／４波長板層１５を透過して偏光方向が紙面に垂直な直線偏光から左回り円偏光へ変換される。１／４波長板層１５を透過した左回り円偏光は、記録層１４内を反射層１６と反対の側へ向かう途中で集光される。この光は左回り円偏光である弱い発散光として対物レンズ１１から出射する。入射ビーム１８ａと反射ビーム１９ｂとは記録層１４内の同一の位置に集光されて干渉し、集光点の近傍に微小な回折格子が形成される。
【００５１】
これに対し、図４Ｃにおいて、入射ビーム１８ｃは右回り円偏光である弱い収束光として対物レンズ１１へ入射し、記録層１４内を反射層１６の側へ向かう途中で集光される。この光は、集光点の近傍に形成された回折格子１７で反射されて反射ビーム１９ｃとなり、左回り円偏光である弱い発散光として対物レンズ１１から出射する。反射ビーム１９ｃは、図３における光検出器１２で受光される。ここで、回折格子１７はビットデータの情報を有している。入射ビーム１８ａおよび反射ビーム１９ｂの集光点の位置は、記録層１４の厚さ方向へ移動させることが可能である。すなわち、記録層１４の面内方向だけでなく厚さ方向にも多数の回折格子を形成することにより、３次元記録再生を行うことができる。
【００５２】
図５は、光路切替素子９の構成について説明するための側面図である。光路切替素子９は、第１の基板２０ａと、第１の誘電体多層膜２３ａと、ネマチック液晶層２１と、第２の誘電体多層膜２３ｂと、第２の基板２０ｂとを、この順番に積層して具備する。ここで、２つの誘電体多層膜２３ａ、２３ｂは、高屈折率層と低屈折率層とを交互に積層して具備する。なお、光路切替素子９は、ネマチック液晶層２１に電圧を印加するための、図示されない複数の電極をさらに具備する。
【００５３】
基板２０ａ、２０ｂの厚さ方向は、入射光の方向に対して４５°の角度をなしている。光路切替素子９は、第１の機能と、第２の機能とを有し、これらの機能は、ネマチック液晶層２１へ印加される電圧に応じて切り替わる。ここで、第１の機能は、図５の左側からＳ偏光として入射した光を図の上側へ反射し、図５の下側からＰ偏光として入射した光を図の上側へ透過させる、偏光ビームスプリッタとしての機能である。また、第２の機能は、図５の左側からＳ偏光として入射した光を図の上側へ反射し、図５の上側から入射したＰ偏光として入射した光を図の左側へ反射する、入射光をその偏光状態に依存することなく反射する機能である。
【００５４】
図６は、光路切替素子９の詳細な構成について説明するための断面図である。誘電体多層膜２３ａは、交互に積層された複数の高屈折率層２４ａと複数の低屈折率層２５ａとを具備する。誘電体多層膜２３ｂは、交互に積層された複数の高屈折率層２４ｂと複数の低屈折率層２５ｂとを具備する。誘電体多層膜２３ａにおける高屈折率層２４ａおよび誘電体多層膜２３ｂにおける高屈折率層２４ｂの層数はいずれも６である。誘電体多層膜２３ａにおける低屈折率層２５ａおよび誘電体多層膜２３ｂにおける低屈折率層２５ｂの層数はいずれも５である。高屈折率層２４ａ、２４ｂの材料としては例えば二酸化チタンが用いられ、低屈折率層２５ａ、２５ｂの材料としては例えば二酸化ケイ素が用いられる。基板２０ａの誘電体多層膜２３ａ側の面には、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加するための透明電極２２ａが形成されている。基板２０ｂの誘電体多層膜２３ｂ側の面には、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加するための透明電極２２ａが形成されている。
【００５５】
図７Ａ、Ｂは、ネマチック液晶層２１が含むネマチック液晶の光学軸の方向について説明するための図である。図７Ａは、ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合におけるネマチック液晶の光学軸の方向を示す。図７Ｂは、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合におけるネマチック液晶の光学軸の方向を示す。
【００５６】
ネマチック液晶は、一軸の屈折率異方性を有する。光学軸に平行な方向の偏光成分（異常光成分）に対する屈折率をｎｅとする。光学軸に垂直な方向の偏光成分（常光成分）に対する屈折率をｎｏとする。ここで、ｎｅ＞ｎｏである。
【００５７】
図７Ａ、Ｂ中の記号はネマチック液晶の光学軸の方向を表している。ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合、ネマチック液晶は、図７Ａに示すような第一の状態となる。この第一の状態では、光学軸の方向がネマチック液晶層２１の厚さ方向である。これに対し、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合、ネマチック液晶は、図７Ｂに示すような第二の状態となる。この第二の状態では、光学軸の方向がネマチック液晶層２１の面内で入射光の光軸に垂直な方向である。
【００５８】
光路切替素子９への入射光の波長をλとする。また、光路切替素子９への入射光の入射角をθとする。ここで、光路切替素子９をλ＝４００ｎｍ、θ＝４５°の条件で動作させるための光路切替素子９の設計例について述べる。
【００５９】
高屈折率層２４ａ、２４ｂの屈折率をｎＨとする。低屈折率層２５ａ、２５ｂの屈折率をｎＬとする。高屈折率層２４ａ、２４ｂにおける屈折角をθＨとする。低屈折率層２５ａ、２５ｂにおける屈折角をθＬとする。このとき、θＨは
ｓｉｎθＨ＝ｓｉｎθ／ｎＨ
により求められる。また、θＬは
ｓｉｎθＬ＝ｓｉｎθ／ｎＬ
により求められる。
【００６０】
さらに、高屈折率層２４ａ、２４ｂの厚さをｄＨとする。また、低屈折率層２５ａ、２５ｂの厚さをｄＬとする。このとき、ｄＨは
ｄＨ＝λｃｏｓθＨ／４ｎＨ
により定められる。また、ｄＬは
ｄＬ＝λｃｏｓθＬ／４ｎＬ
により定められる。例えば、ｎＨ＝２．３５、ｎＬ＝１．４６であるとするとｄＨ＝４４．６ｎｍ、ｄＬ＝７８．３ｎｍとなる。
【００６１】
また、ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合の入射光に対するネマチック液晶の屈折率を、次のように定める。すなわち、Ｐ偏光成分に対してはｎ１Ｐとする。同様に、Ｓ偏光成分に対してはｎ１Ｓとする。同様に、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合の入射光に対するネマチック液晶の屈折率をＰ偏光成分に対してはｎ２Ｐとする。同様に、Ｓ偏光成分に対してはｎ２Ｓとする。
このとき、ｎ１Ｐは、
ｎ１Ｐ＝［（２ｎｅ２ｎｏ２＋ｎｅ２−ｎｏ２）／２ｎｅ２］１／２
により求められる。また、ｎ１Ｓは、
ｎ１Ｓ＝ｎｏ
により求められる。また、ｎ２Ｐは、
ｎ２Ｐ＝ｎｏ
により求められる。また、ｎ２Ｓは、
ｎ２Ｓ＝ｎｅ
により求められる。例えば、ｎｅ＝１．７３、ｎｏ＝１．５３であるとするとｎ１Ｐ＝１．５６５２、ｎ１Ｓ＝１．５３、ｎ２Ｐ＝１．５３、ｎ２Ｓ＝１．７３となる。
【００６２】
図８Ａ、Ｂと、図９Ａ、Ｂとは、光路切替素子９への入射光の波長と光路切替素子９の透過率との関係の計算例を示す。図８Ａ、図９Ａは、ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合の計算例である。
図８Ｂ、図９Ｂは、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合の計算例である。
【００６３】
図８Ａ、Ｂと、図９Ａ、Ｂとにおいて、横軸は、光路切替素子９への入射光の波長を表する。また、縦軸は、光路切替素子９の透過率を表す。図８Ａ、Ｂの横軸の範囲は、２００ｎｍ〜６００ｎｍである。図９Ａ、Ｂの横軸の範囲は、３８０ｎｍ〜４２０ｎｍである。ここで、ネマチック液晶層２１の厚さは１００２．６ｎｍとしている。また、図８Ａ、Ｂと、図９Ａ、Ｂとにおいて、実線および点線はそれぞれ、Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分に対する計算例を表している。
【００６４】
光路切替素子９の透過率スペクトルには、ネマチック液晶層２１がなければ、Ｐ偏光成分に対しては波長が約３４０ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲に、透過率がほぼ０％になる幅の広い反射波長帯が形成される。同様に、Ｓ偏光成分に対しては波長が約３３０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲に、透過率がほぼ０％になる幅の広い反射波長帯が形成される。これは、誘電体多層膜２３ａ、２３ｂの働きによるものである。
【００６５】
これに対し、ネマチック液晶層２１があると、ネマチック液晶層２１の働きにより、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれに対しても、上記の反射波長帯の内部に、透過率がほぼ１００％になる幅の狭い３本の透過波長帯が形成される。これらの透過波長帯を、中心波長が短い順に第一〜第三の透過波長帯と呼ぶことにする。第一〜第三の透過波長帯は、ネマチック液晶層２１を媒質とし、誘電体多層膜２３ａ、２３ｂを反射鏡とする共振器により形成されたものと考えることもできる。ここで、ネマチック液晶層２１の屈折率を変化させると、この共振器の実効的な長さが変化するため、第一〜第三の透過波長帯の中心波長が変化する。
【００６６】
ネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加した場合、図８Ａ、図９Ａに示すように、Ｐ偏光成分に対しては、波長４００ｎｍは第二の透過波長帯の中心波長と一致する。同様に、Ｓ偏光成分に対しては、波長４００ｎｍは第二の透過波長帯と第三の透過波長帯との中間に位置する。このため、光路切替素子９への入射光のうち、Ｐ偏光成分はほぼ１００％が透過し、Ｓ偏光成分はほぼ１００％が反射される。すなわち、光路切替素子９は、第一の機能である偏光ビームスプリッタとしての機能を有することになる。
【００６７】
これに対し、ネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない場合、図８Ｂ、図９Ｂに示すように、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分のいずれに対しても、波長４００ｎｍは第二の透過波長帯と第三の透過波長帯との中間に位置する。このため、光路切替素子９への入射光は、Ｐ偏光成分、Ｓ偏光成分ともほぼ１００％が反射される。すなわち、光路切替素子９は、第二の機能である入射光をその偏光状態に依存することなく反射する機能を有することになる。
【００６８】
図１０は、本実施形態による光学的情報記録再生装置の構成について説明するためのブロック図である。この光学的情報記録再生装置は、光学ユニット１と、ポジショナ２６と、スピンドル２７と、コントローラ２８と、変調回路２９と、記録信号生成回路３０と、レーザ駆動回路３１と、増幅回路３２と、再生信号処理回路３３と、復調回路３４と、可変波長板駆動回路３５と、光路切替素子駆動回路３６と、リレーレンズ駆動回路３７と、ポジショナ駆動回路３８と、スピンドル駆動回路３９とを具備する。変調回路２９は、外部から記録データを入力するための入力部を具備する。復調回路３４は、再生データを出力するための出力部を具備する。
【００６９】
コントローラ２８の出力部は、変調回路２９、記録信号生成回路３０およびレーザ駆動回路３１を含む回路部の入力部と、増幅回路３２、再生信号処理回路３３及び復調回路３４を含む回路部の入力部と、可変波長板駆動回路３５の入力部と、光路切替素子駆動回路３６の入力部と、リレーレンズ駆動回路３７の入力部と、ポジショナ駆動回路３８の入力部と、スピンドル駆動回路３９の入力部とに接続されている。
【００７０】
光路切替素子駆動回路３６の出力部は、光学ユニット１の入力部と、コントローラ２８の入力部とに接続されている。可変波長板駆動回路３５の出力部は、光学ユニット１の入力部と、コントローラ２８の入力部とに接続されている。対物レンズ駆動回路６９の出力部は、光学ユニット１の入力部と、コントローラ２８の入力部とに接続されている。
【００７１】
変調回路２９の出力部は、記録信号生成回路３０の入力部に接続されている。記録信号生成回路３０の出力部は、レーザ駆動回路３１の入力部に接続されている。レーザ駆動回路３１の出力部は、光学ユニット１の入力部に接続されている。変調回路２９と、記録信号生成回路３０と、レーザ駆動回路３１とを含む回路部の出力部は、コントローラ２８の入力部に接続されている。
【００７２】
光学ユニット１の出力部は、増幅回路３２の入力部に接続されている。増幅回路３２の出力部は、再生信号処理回路３３の入力部に接続されている。再生信号処理回路３３の出力部は、復調回路３４の入力部に接続されている。増幅回路３２と、再生信号処理回路３３と、復調回路３４とを含む回路部の出力部は、コントローラ２８の入力部に接続されている。
【００７３】
ポジショナ駆動回路３８の出力部は、ポジショナ２６の入力部と、コントローラ２８の入力部とに接続されている。スピンドル駆動回路３９の出力部は、スピンドル２７の入力部と、コントローラ２８の入力部とに接続されている。
【００７４】
光学ユニット１は、図３に示す本実施形態の光学ユニットに相当する。光学ユニット１はポジショナ２６に搭載されており、ディスク２はスピンドル２７に搭載されている。変調回路２９からレーザ駆動回路３１までの回路部、増幅回路３２から復調回路３４までの回路部、ビーム切替部駆動回路である可変波長板駆動回路３５、機能性光学素子駆動回路である光路切替素子駆動回路３６、ポジショナ駆動回路３８およびスピンドル駆動回路３９は、いずれもコントローラ２８により制御される。
【００７５】
変調回路２９は、ディスク２への情報の記録時に、記録データとして外部から入力された信号を変調規則に従って変調する。記録信号生成回路３０は、変調回路２９で変調された信号に基づいて、光学ユニット１内のレーザ３を駆動するための記録信号を生成する。レーザ駆動回路３１は、ディスク２への情報の記録時には、記録信号生成回路３０で生成された記録信号に基づいて、レーザ３へ記録信号に応じた電流を供給してレーザ３を駆動する。また、レーザ駆動回路３１は、ディスク２からの情報の再生時には、レーザ３からの出射光のパワーが一定になるように、レーザ３へ一定の電流を供給してレーザ３を駆動する。
【００７６】
増幅回路３２は、ディスク２からの情報の再生時に、光学ユニット１内の光検出器１２の受光部から出力される電圧信号を増幅する。再生信号処理回路３３は、増幅回路３２で増幅された電圧信号に基づいて、ディスク２に回折格子の形態で記録された再生信号の生成、波形等化および２値化を行う。復調回路３４は、再生信号処理回路３３で２値化された信号を復調規則に従って復調し、再生データとして外部へ出力する。
【００７７】
可変波長板駆動回路３５は、ディスク２への情報の記録時には、光学ユニット１内の可変波長板６が１／４波長板の働きをするように、可変波長板６が有する液晶層に実効値が２．５Ｖの交流電圧を印加する。また、可変波長板駆動回路３５は、ディスク２からの情報の再生時には、光学ユニット１内の可変波長板６が１／２波長板の働きをするように、可変波長板６が有する液晶層に交流電圧を印加しない。
【００７８】
光路切替素子駆動回路３６は、ディスク２への情報の記録時には、光路切替素子９が有するネマチック液晶層２１に実効値が５Ｖの交流電圧を印加する。これは、光学ユニット１内の光路切替素子９が第一の機能である偏光ビームスプリッタとしての機能を有するようにするためである。また、光路切替素子駆動回路３６は、ディスク２からの情報の再生時には、光路切替素子９が有するネマチック液晶層２１に交流電圧を印加しない。これは、光学ユニット１内の光路切替素子９が第二の機能である入射光をその偏光状態に依存することなく反射する機能を有するようにするためである。
【００７９】
リレーレンズ駆動回路３７は、ディスク２への情報の記録時には、光学ユニット１内の凸レンズ５ｃが搭載されている図示しないアクチュエータおよび光学ユニット１内の凸レンズ５ｅが搭載されている図示しないアクチュエータへ電流を供給する。こうすることで、凸レンズ５ｃおよび凸レンズ５ｅが光軸方向へ移動し、ディスク２の記録層１４内における入射ビーム１８ａおよび反射ビーム１９ｂの集光点の位置が記録層１４の厚さ方向へ移動する。
【００８０】
また、リレーレンズ駆動回路３７は、ディスク２からの情報の再生時には、光学ユニット１内の凸レンズ５ｃが搭載されている図示しないアクチュエータへ電流を供給する。こうすることで、凸レンズ５ｃが光軸方向へ移動し、ディスク２の記録層１４内における入射ビーム１８ｃの集光点の位置が記録層１４の厚さ方向へ移動する。
【００８１】
ポジショナ駆動回路３８は、図示しないモータへ電流を供給して、光学ユニット１が搭載されているポジショナ２６をディスク２の半径方向へ移動させる。こうすることで、ディスク２への情報の記録時には、ディスク２の記録層１４内における入射ビーム１８ａおよび反射ビーム１９ｂの集光点の位置がディスク２の半径方向へ移動する。同様に、ディスク２からの情報の再生時には、ディスク２の記録層１４内における入射ビーム１８ｃの集光点の位置がディスク２の半径方向へ移動する。
【００８２】
スピンドル駆動回路３９は、図示しないモータへ電流を供給して、ディスク２が搭載されているスピンドル２７を回転させる。こうすることで、ディスク２への情報の記録時には、ディスク２の記録層１４内における入射ビーム１８ａおよび反射ビーム１９ｂの集光点の位置がディスク２の接線方向へ移動する。同様に、ディスク２からの情報の再生時には、ディスク２の記録層１４内における入射ビーム１８ｃの集光点の位置がディスク２の接線方向へ移動する。
【符号の説明】
【００８３】
１  光学ユニット
２  ディスク
３  レーザ
４  凹レンズ
５ａ〜５ｆ  凸レンズ
６  可変波長板
７  偏光ビームスプリッタ
８ａ、８ｂ  ミラー
９  光路切替素子
１０  １／４波長板
１１  対物レンズ
１２  光検出器
１３ａ、１３ｂ  基板
１４  記録層
１５  １／４波長板層
１６  反射層
１７  回折格子
１８ａ〜１８ｃ  入射ビーム
１９ａ〜１９ｃ  反射ビーム
２０ａ、２０ｂ  基板
２１  ネマチック液晶層
２２ａ、２２ｂ  透明電極
２３ａ、２３ｂ  誘電体多層膜
２４ａ、２４ｂ  高屈折率層
２５ａ、２５ｂ  低屈折率層
２６  ポジショナ
２７  スピンドル
２８  コントローラ
２９  変調回路
３０  記録信号生成回路
３１  レーザ駆動回路
３２  増幅回路
３３  再生信号処理回路
３４  復調回路
３５  可変波長板駆動回路
３６  光路切替素子駆動回路
３７  リレーレンズ駆動回路
３８  ポジショナ駆動回路
３９  スピンドル駆動回路
４０  ディスク
４１  レーザ
４２  凹レンズ
４３ａ〜４３ｆ  凸レンズ
４４ａ〜４４ｃ  ビームスプリッタ
４５ａ、４５ｂ  １／２波長板
４６ａ、４６ｂ  偏光ビームスプリッタ
４７  ミラー
４８  シャッタ
４９ａ、４９ｂ  １／４波長板
５０  対物レンズ
５１  光検出器
５２ａ、５２ｂ  基板
５３  記録層
５４  反射層
５５  回折格子
５６ａ〜５６ｃ  入射ビーム
５７ａ〜５７ｃ  反射ビーム
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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