(57)【要約】【課題】光の利用効率を高め単純な構造とすること及び／又は小型化することが容易な光情報再生装置を提供する。【解決手段】情報光と記録用参照光との干渉パターンが記録された情報記録層２２を備えた光情報記録媒体２０から情報を再生する光情報再生装置であって、光源１１と、空間的に変調された再生用参照光を再生する参照光生成用パターン１３ａが形成されたホログラフィック光学素子１３と、再生用参照光１８を光情報記録媒体の干渉パターンに照射することによって発生する再生光１９を検出する光検出器１６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報光と記録用参照光との干渉パターンが記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生装置であって、
光源と、
空間的に変調された再生用参照光を再生する参照光生成用パターンが形成されたホログラフィック光学素子と、
再生用参照光を前記光情報記録媒体の干渉パターンに照射することによって発生する再生光を検出する光検出器とを有することを特徴とする光情報再生装置。
【請求項２】
前記ホログラフィック光学素子を所定の位置に着脱可能に設けたことを特徴とする請求項１に記載の光情報再生装置。
【請求項３】
前記ホログラフィック光学素子には複数の参照光生成用パターンが記録されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光情報再生装置。
【請求項４】
前記ホログラフィック光学素子は、再生用参照光の光束と補助参照光の光束とを一定の角度で交差させることよって形成された干渉パターンが参照光生成用パターンとして記録された他の光情報記録媒体であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光情報再生装置。
【請求項５】
前記ホログラフィック光学素子は、光源からの光を側端面から入射させる構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光情報再生装置。
【請求項６】
前記ホログラフィック光学素子と前記光検出器とが隣接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光情報再生装置。
【請求項７】
前記ホログラフィック光学素子の前記光情報記録媒体に対する光学系内における相対的な位置を移動可能に設けたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光情報再生装置。
【請求項８】
情報光と記録用参照光との干渉パターンが記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生方法であって、
光源からの光をホログラフィック光学素子に形成された参照光生成用パターンに照射して前記参照光生成用パターンから空間的に変調された再生用参照光を再生し、
前記再生した再生用参照光を前記光情報記録媒体の干渉パターンに照射して前記干渉パターンから再生光を再生し、
前記再生した再生光を光検出器によって検出することを特徴とする光情報再生方法。
【請求項９】
前記参照光生成用パターンに照射される前記光源からの光の照射角度を変更することにより、前記ホログラフィック光学素子から異なるパターンに空間的に変調された再生用参照光を再生することを特徴とする請求項８に記載の光情報再生方法。
【請求項１０】
前記ホログラフィック光学素子の前記光情報記録媒体に対する光学系内における相対的な位置を移動させることにより、前記光情報記録媒体に照射される再生用参照光の照射位置又は照射角度を補正することを特徴とする請求項８又は９に記載の光情報再生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報光と記録用参照光との干渉パターンによって情報が記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体より情報を再生するための光情報再生装置及び再生方法に関し、特に、空間的に変調された記録用参照光によって記録された干渉パターンから情報を再生するために、空間的に変調された再生用参照光を用いる光情報再生装置及び再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホログラフィを利用して記録媒体に情報を記録するホログラフィック記録は、一般的に、記録用光を構成するイメージ情報を担持した情報光と記録用参照光とを記録媒体の内部で重ね合わせ、そのときにできる干渉パターンを記録媒体に書き込むことによって行われる。記録された情報の再生時には、その記録媒体に再生用参照光を照射することにより、干渉パターンによる回折によりイメージ情報が再生される。
【０００３】
近年では、超高密度光記録のために、ボリュームホログラフィ、特にデジタルボリュームホログラフィが実用域で開発され注目を集めている。ボリュームホログラフィとは、記録媒体の厚み方向も積極的に活用して、３次元的に干渉パターンを書き込む方式であり、厚みを増すことで回折効率を高め、多重記録を用いて記録容量の増大を図ることができるという特徴がある。そして、デジタルボリュームホログラフィとは、ボリュームホログラフィと同様の記録媒体と記録方式を用いつつも、記録するイメージ情報は２値化したデジタルパターンに限定した、コンピュータ指向のホログラフィック記録方式である。このデジタルボリュームホログラフィでは、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタイズして、、これをイメージ情報として記録する。再生時は、このデジタルパターン情報を読み出してデコードすることで、元の画像情報に戻して表示する。これにより、再生時にＳＮ比（信号対雑音比）が多少悪くても、微分検出を行ったり、２値化データをコード化しエラー訂正を行ったりすることで、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。
【０００４】
その中でも、情報光の光軸と記録用参照光の光軸とを同軸に配置し、一つの対物レンズによって干渉パターンを記録する方式（コリニア方式）が次世代の記録方式として注目されている（特許文献１及び非特許文献１）。従来のコリニア方式のホログラフィック記録における光情報記録装置の原理を説明する光学系の概略構成を図８（Ａ）に示し、光情報再生装置の原理を説明する光学系の概略構成を図８（Ｂ）に示す。
【０００５】
図８（Ａ）に示すように、記録装置の光学系は、保護層１２１、情報記録層１２２及び反射層１２３を有する記録媒体１２０に情報を記録するものであり、光源１０１、コリメータレンズ１０２、空間光変調器１０３及び対物レンズ１０４を有している。その記録動作を簡単に述べると次のとおりである。まず、光源１０１から射出された発散光線束をコリメータレンズ１０２によってほぼ平行光線として空間光変調器１０３に入射させる。空間光変調器１０３には空間変調パターン１１１が表示されており、入射した平行光線を空間的に変調して情報光１１２と記録用参照光１１３を生成する。空間変調パターン１１１には、記録する情報を展開したデジタルパターン情報が中心部分に配置され、円環状の領域に表示された放射状パターンがその周囲に配置されており、中心部分のデジタルパターン情報によって情報光１１２が生成され、周囲の放射状パターンによって記録用参照光１１３が生成される（特許文献２）。情報光１１２及び記録用参照光１１３は、対物レンズ１０４によって全体として収束する光線束として記録媒体１２０に照射され、情報光１１２及び記録用参照光１１３のフーリエ変換された空間周波数成分同士の干渉パターンが情報記録層１２２に記録される。
【０００６】
このようにして干渉パターンが記録された光情報記録媒体１２０から情報を再生するための再生装置の光学系は、図８（Ｂ）に示すとおり、光源１０１、コリメータレンズ１０２、空間光変調器１０３及び対物レンズ１０４に加えて、ビームスプリッタ１０５及び光検出器１０６を有している。そして、再生装置では、空間光変調器１０３には空間変調パターン１１４が表示されており、光源１０１及びコリメータレンズ１０２からの平行光線を空間的に変調して再生用参照光１１５を生成する。空間変調パターン１１４には、記録時における記録用参照光を生成した放射状パターンのみが、記録時と同様に配置されており、放射状パターンによって記録用参照光と同様の再生用参照光１１５が生成される。再生用参照光１１５は、対物レンズ１０４によって全体として収束する光線束として記録媒体１２０の干渉パターンに照射され、干渉パターンによって回折されて再生光１１６を発生させる。記録媒体１２０の反射層１２３によって反射された再生用参照光１１５及び再生光１１６は、ビームスプリッタ１０５によって一部が反射され、光検出器１０６によって再生光１１６のデジタルパターン情報が検出される。
【０００７】
【特許文献１】特許第３６５２３３９号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／１０２５４２号パンフレット
【非特許文献１】堀米秀嘉、他４名「離陸間近のホログラフィック媒体２００６年に２００Ｇバイトを実現」、日経エレクトロニクス、２００５年１月１７日号、ｐ．１０５−１１４頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のような従来のホログラフィック記録における再生装置において、現状、干渉パターンによる回折効率が低く、照射した再生用参照光１１５に比べて、再生光１１６の強度は数十分の１から数百分の１でしかない。このため、検出するのに十分な強度の再生光１１６を干渉パターンから再生するには、再生用参照光１１５の強度をさらにその数十倍から数百倍とする必要があった。
【０００９】
加えて、再生用参照光１１５は、空間光変調器１０３に表示された空間変調パターン１１４によって生成されるところ、光源１０１からの光の大部分が使われておらず、光利用効率が低かった。その上、空間光変調器１０３の画素ピッチが細かいので、再生用参照光１１５は、回折され、散乱するために、さらに光利用効率の低下をもたらしてしまう。
【００１０】
これらの結果、再生装置の光源１０１としては、大出力レーザーが必要であったので、光学系が高価で大型になってしまう問題点があった。また大出力の光源を使用するため、使用時における消費電力も大きくなり、ランニングコストも高くなる。しかも、大出力の光源は、発生する熱量も大きいので、温度上昇による影響、例えば記録媒体の膨張等によって、ＳＮ比及び信頼性が低下する点でも問題であった。さらに、光学系が大型化することから、慣性及び駆動力の点から再生位置へのアクセス速度を速くすることができず、転送速度に対する制限にも繋がっていた。
【００１１】
また、コリニア方式において、再生用参照光１１５の空間変調パターン１１４は、対物レンズ１０４の入射瞳面に正確に表示される必要があった。しかしながら、空間光変調器１０３と対物レンズ１０４との間には再生光を分離する光学系（ビームスプリッタ１０５）を配置する必要があり、空間光変調器１０３を対物レンズ１０４の入射瞳面に配置することは物理的に困難であった。このため、リレーレンズなどの像を伝達する光学系をさらに配置して、空間光変調器１０３に表示された空間変調パターン１１４を対物レンズ１０４の入射瞳面に伝達していた。このように、従来の再生装置では、光学系が複雑化してしまうと言う問題があった。なお、図８は記録再生動作の原理を説明する概略図であり、リレーレンズなどの像を伝達する光学系は省略している。
【００１２】
本発明は、以上のような問題点を鑑みて、光の利用効率を高めた光情報再生装置及び再生方法を提供することを目的とする。また、単純な構造とすること及び／又は小型化することが容易な光情報再生装置及び再生方法を提供することを目的とする。加えて、安価で消費電力も少なくすることができる光情報再生装置及び再生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光情報再生装置は、情報光と記録用参照光との干渉パターンが記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生装置であって、光源と、空間的に変調された再生用参照光を再生する参照光生成用パターンが形成されたホログラフィック光学素子と、再生用参照光を前記光情報記録媒体の干渉パターンに照射することによって発生する再生光を検出する光検出器とを有することを特徴とする。
【００１４】
さらに、上記光情報再生装置において、前記ホログラフィック光学素子を所定の位置に着脱可能に設けることが好ましい。
【００１５】
さらに、上記光情報再生装置において、前記ホログラフィック光学素子には複数の参照光生成用パターンが記録されていることが好ましい。
【００１６】
さらに、上記光情報再生装置において、前記ホログラフィック光学素子は、再生用参照光の光束と補助参照光の光束とを一定の角度で交差させることよって形成された干渉パターンが参照光生成用パターンとして記録された他の光情報記録媒体であってもよい。また、前記ホログラフィック光学素子は、光源からの光を側端面から入射させる構造であってもよい。
【００１７】
さらに、上記光情報再生装置において、前記ホログラフィック光学素子と前記光検出器とが隣接して配置されていてもよい。
【００１８】
さらに、上記光情報再生装置において、前記ホログラフィック光学素子の前記光情報記録媒体に対する光学系内における相対的な位置を移動可能に設けてもよい。
【００１９】
また、本発明の光情報再生方法は、情報光と記録用参照光との干渉パターンが記録された情報記録層を備えた光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生方法であって、光源からの光をホログラフィック光学素子に形成された参照光生成用パターンに照射して前記参照光生成用パターンから空間的に変調された再生用参照光を再生し、前記再生した再生用参照光を前記光情報記録媒体の干渉パターンに照射して前記干渉パターンから再生光を再生し、前記再生した再生光を光検出器によって検出することを特徴とする。
【００２０】
さらに、上記光情報再生方法において、前記参照光生成用パターンに照射される前記光源からの光の照射角度を変更することにより、前記ホログラフィック光学素子から異なるパターンに空間的に変調された再生用参照光を再生してもよい。
【００２１】
さらに、上記光情報再生方法において、前記ホログラフィック光学素子の前記光情報記録媒体に対する光学系内における相対的な位置を移動させることにより、前記光情報記録媒体に照射される再生用参照光の照射位置又は照射角度を補正してもよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の光情報再生装置及び再生方法においては、ホログラフィック光学素子の参照光生成用パターンは再生効率が高いため、光の利用効率を著しく高めることができた。このため、光源として、従来よりも出力の小さいものを採用することも可能となり、光情報再生装置の小型化、軽量化及び低コスト化を図ることができ、また信頼性を高め、消費電力を低減し、転送速度を高めることも可能である。またホログラフィック光学素子それ自体が、従来の空間光変調器に較べて軽量、安価なものであり、この点からも軽量化及び低コスト化できる。
【００２３】
加えて、ホログラフィック光学素子から再生された再生用参照光は、参照光生成用パターンを形成する際に調整することにより、再生用参照光の空間変調パターンが結像する位置（仮想表示面）を適宜設計することができるので、対物レンズの入射瞳面との関係で配置の許容範囲が格段に広がり、光情報再生装置の小型化を実現可能なものとできる。例えば、再生用参照光を生成するホログラフィック光学素子と光検出器とを光軸方向において隣接させることも可能である。
【００２４】
その他の効果及び効果の詳細については、以下に述べる実施形態の説明において明らかにする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の光情報再生装置における情報の再生の原理を示す説明図である。
【００２６】
図１において、光情報再生装置１０は、光源１１、コリメータレンズ１２、ホログラフィック光学素子１３、対物レンズ１４、ビームスプリッタ１５及び光検出器１６を有している。再生装置１０の動作は、まず光源１１からの光をコリメータレンズ１２によってほぼ平行光線１７とし、ホログラフィック光学素子１３に照射する。ホログラフィック光学素子１３には、空間的に変調された再生用参照光を再生する参照光生成用パターン１３ａが形成されており、光源からの平行光線１７が参照光生成用パターン１３ａによって回折され、空間的に変調された再生用参照光１８が再生される。ここで再生用参照光１８の空間変調パターンは、記録時における記録用参照光の空間変調パターンと同じパターンである。そして、ビームスプリッタ１５を通過した再生用参照光１８は、対物レンズ１４によって全体として収束する光線束として光情報記録媒体２０の情報記録層２２に記録された干渉パターンに照射され、干渉パターンによって回折されて再生光１９を再生する。再生した再生光１９は、再生用参照光１８と共に、記録媒体２０の反射層２３によって反射され対物レンズ１４を通過し、ビームスプリッタ１５によって反射され、光検出器１６によって再生光１９のデジタルパターン情報が検出される。
【００２７】
このように、本発明の光情報再生装置１０及び再生方法においては、再生用参照光１８を生成するためにホログラフィック光学素子１３（ＨＯＥ：Holographic Optical Element）を利用している。ホログラフィック光学素子１３としては、記録時における記録用参照光の空間変調パターンと同じパターンで空間的に変調された再生用参照光と、他の光（以下「補助参照光」という）との干渉パターンによって参照光生成用パターン１３ａを記録した光情報記録媒体であってもよいし、コンピュータを用いて再生用参照光が再生されるよう計算したパターンを描画装置によって書き込むことで参照光生成用パターン１３ａを形成してもよい。また、光をホログラフィック光学素子１３の側端面から入射させる構造とすることもできる。ホログラフィック光学素子１３の参照光生成用パターン１３ａによる回折は、再生効率（回折効率）を高くすることができる。
【００２８】
再生用参照光としては、空間変調パターンによって空間的に変調された回折光でもよいし、さらに対物レンズによってフーリエ変換されたフーリエ像であってもよい。フーリエ像を記録する場合は、対物レンズの入射瞳面に空間変調パターンが表示された再生用参照光を対物レンズによって、補助参照光と交差する位置において収束するように照射して、補助参照光と干渉させればよい。
【００２９】
補助参照光としては、平面波を利用すると設計が容易であるが、特に限定されるものではなく、収束光束でも発散光束でもよく、参照光生成用パターン１３ａを記録する時に使用した補助参照光を再生用参照光の再生時にも使用すればよい。但し、ホログラフィック光学素子１３を通過した補助参照光は、再生した再生用参照光と分離する必要があり、例えば図１に示すように、補助参照光である平行光線１７の光路と再生用参照光１８の光路とが異なる軸となるように、二光束干渉型の構成とすれば、通過した平行光線１７（図示していないが、図面左斜め下に進行する）は再生用参照光１８の光学系から除外することができる。
【００３０】
また、ホログラフィック光学素子１３に複数の参照光生成用パターン１３ａを記録しておくことにより、複数の異なる空間変調パターンの再生用参照光を生成することができる。複数の参照光生成用パターン１３ａは、例えば異なる位置に記録されるシフト多重記録や、補助参照光の照射角度を変化させて記録される角度多重などを利用することができる。
【００３１】
ホログラフィック光学素子１３の参照光生成用パターン１３ａは再生効率が高いため、光の利用効率を著しく高めることができた。このため、光源として、従来よりも出力の小さいものを採用することも可能となり、光情報再生装置の小型化、軽量化及び低コスト化を図ることができ、また信頼性を高め、消費電力を低減し、転送速度を高めることも可能である。またホログラフィック光学素子１３それ自体が、従来の空間光変調器に較べて軽量、安価なものであり、この点からも軽量化及び低コスト化できる。
【００３２】
加えて、ホログラフィック光学素子１３から再生された再生用参照光は、参照光生成用パターン１３ａを形成する際に調整することにより、再生用参照光の空間変調パターンが結像する位置（仮想表示面）を適宜設計することができるので、対物レンズの入射瞳面との関係で配置の許容範囲が格段に広がり、光情報再生装置の小型化を実現可能なものとできる。例えば、再生用参照光を生成するホログラフィック光学素子１３と光検出器１６とを光軸方向において隣接させることも可能である。
【００３３】
さらに、ホログラフィック光学素子１３を着脱可能な構成とすれば、ホログラフィック光学素子１３をキーとして情報の再生の選別が可能である。つまり、各ホログラフィック光学素子１３には、それぞれ異なる空間変調パターンの再生用参照光が生成されるように参照光生成用パターン１３ａを形成しておき、あるホログラフィック光学素子１３を装置に装着した場合と別のホログラフィック光学素子１３を装置に装着した場合とで、光情報記録媒体から再生される情報を異なるものにできる。典型的には、ある特定の空間変調パターンの再生用参照光が生成できるホログラフィック光学素子１３でなければ情報が再生できないようにすることができる。
【００３４】
以下、より具体的な光情報再生装置について図２〜図６を用いて説明する。図２は、装置３０の全体構造を示す概略図であり、参照光生成用パターン４３ａが形成されたホログラフィック光学素子４３を作製する装置と情報光と記録用参照光との干渉パターンが記録された光情報記録媒体７０から情報を再生する光情報再生装置が複合されている。図３は図２のホログラフィック光学素子４３近傍の光学系（図２において点線の四角で囲った部分）を拡大したものである。なお、図２においてはホログラフィック光学素子作製装置と光情報再生装置とで幾つかの部材を共通させているが、それぞれ分離して独立の装置とすることは容易である。
【００３５】
図２において、複合装置３０は、光源３１、ビームエキスパンダー３２、第１の二分の一波長板３３（以下、二分の一波長板を「ＨＷＰ」と略す）、第１の偏光ビームスプリッタ３４（以下、偏光ビームスプリッタを「ＰＢＳ」と略す）、第２のＨＷＰ３５、ミラー３６、第２のＰＢＳ３７、ミラー３８、空間光変調器３９、第３のＨＷＰ４０、ミラー４１及び４２、光情報記録媒体（ホログラフィック光学素子）４３、第１のリレーレンズ系４４及び４５、第３のＰＢＳ４６、第２のリレーレンズ系４７及び４８、アパーチャー４９、四分の一波長板５０、対物レンズ５１、第３のリレーレンズ系５２及び５３、倍率調整レンズ５４、ミラー５５、光検出器５６を有している。
【００３６】
光源３１は、コヒーレントな直線偏光の光線束を発生するもので、例えば半導体レーザを用いることができる。光源３１から発生した光は、記録時における記録用参照光と同じ波長を有することが好ましく、補助参照光及び再生用参照光を生成する。
【００３７】
ビームエキスパンダー３２は、図２においては２枚のレンズからなるが、光源３１からの光の口径を大きく成形すると共にほぼ平行光線にしている。
【００３８】
第１のＨＷＰ３３及び第１のＰＢＳ３４は、光量調整手段として機能するものであり、第１のＨＷＰ３３によってＰ偏光とＳ偏光の割合を変更し、第１のＰＢＳ３４によって一方の偏光を分離することで任意の光量に調整できる。なお、図２は複合装置であるから、光情報記録媒体４３に参照光生成用パターンを記録して、ホログラフィック光学素子を製造する必要とホログラフィック光学素子から再生用参照光を再生し、さらに光情報記録媒体７０から再生光を参照する必要があり、異なる二つの目的に応じて光量を調整するために第１のＨＷＰ３３及び第１のＰＢＳ３４が配置されている。単なる光情報再生装置の場合、光量調整手段を設けなくてもよい。
【００３９】
第２のＨＷＰ３５及び第２のＰＢＳ３７は、第２のＰＢＳ３７において分離される２つの光束の光量バランスを調整するものである。第２のＰＢＳ３７において分離された２つの光束の一方（図３の６１）は再生用参照光となり、他の一方（図３の６２）は補助参照光となる。なお、第２のＨＷＰ３５及び第２のＰＢＳ３７についても、ホログラフィック光学素子を製造する必要があるため配置されたものであり、単なる光情報再生装置の場合は設けなくてもよい。
【００４０】
ミラー３６は光学系の占有面積を小さくするために光の進路を変更するために配置されている。ミラー３８は、第２のＰＢＳ３７によって分離された光の一方を空間光変調器３９に向けて反射するものである。
【００４１】
空間光変調器３９は、ホログラフィック光学素子４３に参照光生成用パターン４３ａを形成するための再生用参照光を生成するものであり、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相又は／および強度を変調することができる透過型又は反射型の空間光変調器を使用することができる。空間光変調器３９としては、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）やマトリクス型の液晶素子を使用することができる。ＤＭＤは、入射した光を画素ごとに反射方向を変えることで強度を変調したり、入射した光を画素ごとに反射位置を変えることで位相を空間的に変調することができる。液晶素子は、画素ごとに液晶の配向状態を制御することで、入射した光の強度や位相を空間的に変調することができる。例えば、各画素毎に出射光の位相を、互いにπラジアンだけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができる。図２においては、空間光変調器３９としてＤＭＤを採用し、記録時における記録用参照光と同じ空間変調パターンを表示することで、ミラー３８から一定角度で入射した光を空間的に変調して再生用参照光（図３の６３）を生成している。
【００４２】
第３のＨＷＰ４０は、補助参照光（図３の６２）の偏光方向を９０度回転させて再生用参照光６３の偏光方向と合わせるために配置されている。
【００４３】
ミラー４１及び４２は、第２のＰＢＳから光情報記録媒体４３までの光路長を同じにするため配置されており、再生用参照光６３がミラー３８及びＤＭＤ３９によって反射されたのと同様に補助参照光６２をミラー４１及び４２によって反射して光情報記録媒体４３に入射させる。
【００４４】
光情報記録媒体（ホログラフィック光学素子）４３は、参照光生成用パターン（図３の４３ａ）が形成されるものであり、参照光生成用パターン４３ａが形成された後に光情報再生装置で使用される場合はホログラフィック光学素子となる。図２及び３においては透過型の光情報記録媒体であるが、反射型の光情報記録媒体であってもよい。図２及び３の透過型の光情報記録媒体４３は、一対の透光性基板の間に感光材料が封入された構造である。
【００４５】
これまで述べた光源３１から光情報記録媒体４３までの構造によって、参照光生成用パターン４３ａが形成されたホログラフィック光学素子４３を作製する装置が機能する。
【００４６】
さらに、第１のリレーレンズ系４４及び４５並びに第２のリレーレンズ系４７及び４８は、空間光変調器３９に表示された再生用参照光６３の空間変調パターンを対物レンズ５１の入射瞳面に伝達するように配置されている。すなわち、空間光変調器３９の表示面からレンズ４４までの距離がレンズ４４の焦点距離であり、レンズ４４からレンズ４５までの距離がレンズ４４の焦点距離とレンズ４５の焦点距離の和であり、レンズ４５からレンズ４７までの距離がレンズ４５の焦点距離とレンズ４７の焦点距離の和であり、レンズ４７からレンズ４８までの距離がレンズ４７の焦点距離とレンズ４８の焦点距離の和であり、レンズ４８から対物レンズ５１の入射瞳面までの距離がレンズ４８の焦点距離となるように配置されている。
【００４７】
ところで、光情報再生装置において、空間光変調器３９それ自体は再生用参照光を生成するものではなく、ホログラフィック光学素子４３から再生用参照光（図３の６４）が再生される。ホログラフィック光学素子４３とレンズ４４との位置関係は、直接的ではなく、再生された再生用参照光６４の空間変調パターンが表示されていた位置（仮想表示面）がレンズ４４の焦点距離となるように配置する。図２の構成によれば、空間光変調器３９の位置が仮想表示面となる。
【００４８】
第３のＰＢＳ４６及び四分の一波長板５０は、光情報記録媒体７０から再生した再生光を分離するものであり、光情報記録媒体７０に照射される再生用参照光６４の偏光方向を四分の一波長板５０を照射時と反射時の２回通過させることにより、反射してきた再生用参照光の偏光方向を９０度回転させ、第３のＰＢＳ４６によって分離することができる。同様に、情報光として記録する際に、四分の一波長板５０を通過させておくことにより、光情報記録媒体７０から再生した再生光は、もう一度四分の一波長板５０を通過するので、偏光方向が９０度回転し、第３のＰＢＳ４６によって分離される。
【００４９】
アパーチャー４９は、第２のリレーレンズ系４７及び４８の間の焦点位置に配置されており、高次の回折光を除去することができる。
【００５０】
対物レンズ５１は、入射瞳面に結像した再生用参照光を光情報記録媒体７０に照射し、光情報記録媒体２１から発生した再生光を入射して射出瞳面に結像させるものである。
【００５１】
第３のリレーレンズ系５２及び５３は、第２のリレーレンズ系４７及び４８と共に、対物レンズ５１の射出瞳面に結像させた再生光を光検出器５６まで伝達させるものである。図２においては、その後、倍率調整レンズ５４が配置されており、光検出器５６に結像する再生光の空間変調パターンの倍率を変更する構成である。ミラー５５は、第３のリレーレンズ系５２及び５３の間の焦点位置に配置されており、光学系の占有面積を小さくするために光の進路を変更するために配置されている。
【００５２】
光検出器５６は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっており、光の強度を空間的に変調することで形成された空間変調パターンを検出することができる。光検出器５６としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出器５６として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇ（ギガ）ビット／秒オーダの転送レートで再生を行なうことが可能となる。
【００５３】
次に、図２の複合装置３０において、光情報記録媒体４３に参照光生成用パターン４３ａを形成する動作について説明する。光学系３２〜３６によって適宜調整した光源からの光６０は、第２のＰＢＳ３７によって偏光方向が９０度異なる２つの光束６１、６２に分離される（図３）。光束６１は、ミラー３８によって反射され、空間光変調器３９に入射する。空間光変調器３９には、図４（Ａ）に示す参照光の空間変調パターンが表示されており、光束６１を空間的に変調して再生用参照光６３が生成され、光情報記録媒体４３に照射される。また、光束６２は、第３のＨＷＰ４０によって偏光方向が９０度回転されるので、再生用参照光６３の偏光方向と偏光方向が一致する。その後、ミラー４１及び４２によって反射され、補助参照光６２として平面波が光情報記録媒体４３に照射される。図２及び３においては、光情報記録媒体４３は、再生用参照光６３及び補助参照光６２の入射角がそれぞれ４５度となるように傾けられており、再生用参照光６３と補助参照光６２が光情報記録媒体４３内において９０度の交差角で交差するよう配置されている。この結果、再生用参照光６３と補助参照光６２との干渉パターンが光情報記録媒体４３の感光材料に記録され、参照光生成用パターン４３ａが形成されたホログラフィック光学素子を作製できる。
【００５４】
また、光学系の一部を移動可能に設けることにより、再生用参照光６３と補助参照光６２との交差角を変更することができ、同一位置又は異なる位置に複数の参照光生成用パターン４３ａを角度多重記録することができる。例えば、ミラー４１又はミラー４２を回動可能な構成とし、光情報記録媒体４３に対する補助参照光６２の照射角度を変更させればよい。なお再生用参照光の照射角度を変更することも可能であるが、この場合は、ホログラフィック光学素子を光情報再生装置において使用する際に、ホログラフィック光学素子から再生した再生用参照光の射出角度も各参照光生成用パターン４３ａによって異なるので、光情報再生装置の構造が複雑化する。このように、角度多重記録すると、補助参照光の照射角度によって、異なる空間変調パターンの再生用参照光を生成することができる。
【００５５】
さらに、このホログラフィック光学素子４３を用いて、光情報記録媒体７０から情報を再生する光情報再生装置の動作について説明する。図５は、再生時の光路を示す図である。図５に示すように、第２のＨＷＰ３５及び第２のＰＢＳ３７によって補助参照光６２のみを生成し、平面波の補助参照光６２をホログラフィック光学素子４３の参照光生成用パターン４３ａに照射する。すると、補助参照光６２が参照光生成用パターン４３ａによって回折された再生用参照光６４が再生される。この時の回折効率は非常に高く、光の利用効率を高めることができる。図４（Ｂ）は、再生した再生用参照光６４の空間変調パターンである。再生用参照光６４の空間変調パターンは、第１のリレーレンズ系４４及び４５並びに第２のリレーレンズ系４７及び４８によって対物レンズ５１の入射瞳面に伝達され、対物レンズ５１によってフーリエ変換された像が光情報記録媒体７０に照射される。そして、光情報記録媒体７０の情報記録層に記録された干渉パターンと回折することで再生光が発生し、発生した再生光は、第３のＰＢＳ４６によって分離され、第２のリレーレンズ系４７及び４８、第３のリレーレンズ系５２及び５３並びに倍率調整レンズ５４によって、光検出器５６の空間変調パターンが結像される。なお、図示していないが、光情報記録媒体７０によって反射された再生用参照光を除去する手段を設けておくことが好ましい。
【００５６】
また、図５において、ミラー４１又はミラー４２を回動可能な構成とし、光情報記録媒体４３に対する補助参照光６２の照射角度を変更できるように構成し、複数の参照光生成用パターンが角度多重記録されているホログラフィック光学素子から適宜異なる再生用参照光を再生させてもよい。
【００５７】
さらに、図５において、ホログラフィック光学素子４３の光情報記録媒体に対する光学系内における相対的な位置を移動させることにより、光情報記録媒体７０に照射される再生用参照光６４の照射位置又は照射角度を補正することができる。例えば、図５において、ホログラフィック光学素子４３を再生用参照光６４の光軸に対して垂直な方向に平行移動すれば、対物レンズ５１によって光情報記録媒体７０に照射される再生用参照光の照射角度を変更できる。またホログラフィック光学素子４３の参照光生成用パターンとして、再生用参照光のフーリエ像と補助参照光との干渉パターンが記録されている場合、ホログラフィック光学素子４３を移動させることにより、対物レンズ５１によって光情報記録媒体７０に照射される照射位置を補正することができる。その他、照射位置の補正としては、対物レンズ５１によって光情報記録媒体７０に照射される焦点の位置やフーリー像の倍率なども補正可能である。
【００５８】
実際に、図５の装置によって再生された情報のエラービットは３であり、ＳＮ比は３．７８であった。また、ホログラフィック光学素子４３に入射した光の強度に対し、再生した再生用参照光６４の０次及び１次回折光の強度（実際に使用される強度）の割合は、１３．９％であった。
【００５９】
一方、比較例として、従来の光情報再生方法として図６に示す光路で情報を再生した。図６においては、第２のＨＷＰ３５及び第２のＰＢＳ３７によって再生用参照光６３となる光６１のみを生成し、空間光変調器３９に表示した空間変調パターンによって空間的に変調して再生用参照光６３を生成した。なお、図６ではホログラフィック光学素子４３は取り外し、ダミーガラスを配置して実験した。図６の装置によって再生された情報のエラービットは０であり、ＳＮ比は４．０４であったが、空間光変調器３９に入射した光の強度に対し、生成した再生用参照光６４の０次及び１次回折光の強度（実際に使用される強度）の割合は、１．４１％に過ぎなかった。
【００６０】
以上のとおり、本発明の光情報再生装置においては、約１０倍の光の利用効率を実現することができた。このため、光源３１として１／１０の出力のものを利用することができ、また空間光変調器３９が必要なくなるので、非常に低コストで光情報再生装置を製造することができる。
【００６１】
図７は、他の実施形態であり、光情報再生装置８０の光学系を非常に小型のピックアップ装置として集積化した構造である。図７において、光情報再生装置８０は、光源８１、ホログラフィック光学素子８２、部分偏光板８３、四分の一波長板８４、対物レンズ８５及び光検出器８６とを有している。
【００６２】
図７において、ホログラフィック光学素子８２は、側端面から光が入射する端面入射型のＨＯＥである。ホログラフィック光学素子８２は、導波路層内に、参照光生成用パターン８２ａが形成されている。参照光生成用パターン８２ａは、例えば、あらかじめ再生用参照光が再生されるようにコンピュータを用いて計算したパターンを描写して製造してもよい。そして、端面から光を入射することにより、導波路層内の参照光生成用パターンによって散乱し、再生用参照光が再生される。ここで、ホログラフィック光学素子８２から再生する再生用参照光の空間変調パターンの仮想表示面は、対物レンズ８５の入射瞳面（再生光にとっての射出瞳面と同位置）に配置されるように計算されている。
【００６３】
部分偏光板８３は、再生用参照光が通過する部分にのみ偏光板が設けられており、四分の一波長板８４と組み合わせることにより、光情報記録媒体７０によって反射した再生用参照光９３を除去することができる。つまり、ホログラフィック光学素子８２から再生した再生用参照光９１は、部分偏光板８３の偏光方向と一致するようにされているので、部分偏光板８３を通過することができる。その後、再生用参照光９１が光情報記録媒体７０に照射される前に四分の一波長板８４を通過し、さらに光情報記録媒体７０から反射した再生用参照光９３が、再び四分の一波長板８４を通過することで９０度偏光方向が回転される。この結果、反射した再生用参照光９３は、部分偏光板８３を通過することができず遮断されるのである。
【００６４】
光検出器８６は、入射面が対物レンズ８５の射出瞳面に位置するように配置され、光情報記録媒体７０から再生された再生光９２がその入射面に結像し、再生光の空間変調パターンを検出する構成である。光検出器８６は光軸方向にホログラフィック光学素子８２と隣接して配置されているので、光検出器８６の入射面とホログラフィック光学素子８２から再生する再生用参照光の空間変調パターンの仮想表示面とが完全に一致する。このような構成とすることにより、非常に光情報再生装置のピックアップを小型化することができるものである。
【００６５】
さらに、ホログラフィック光学素子８２は、厚いホログラム媒体を用いるなどして波長選択性を高めることが出来るため，側端面から入射する光源８１としてシングルモード化されてコヒーレンシーを高めたレーザー光源だけでなく，マルチモード発振した半導体レーザーや，コヒーレンシーの低い発光ダイオードなどの安価な光源を用いることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の光情報再生装置における情報の再生の原理を示す説明図
【図２】本発明の光情報再生装置の一実施形態を示す概略図
【図３】図２の一部拡大図
【図４】（Ａ）は空間光変調器に表示された参照光の空間変調パターン、（Ｂ）はホログラフィック光学素子から再生された参照光の空間変調パターンを示す図
【図５】本発明の光情報再生装置の再生時の動作を説明する図
【図６】従来の光情報再生装置の再生時の動作を説明する図
【図７】本発明の光情報再生装置の他の一実施形態を示す概略図
【図８】（Ａ）は従来の光情報記録装置の原理を説明する光学系の概略図、（Ｂ）は従来の光情報再生装置の原理を説明する光学系の概略図
【符号の説明】
【００６７】
１０  光情報再生装置
１１  光源
１２  コリメータレンズ
１３  ホログラフィック光学素子
１３ａ  参照光生成用パターン
１４  対物レンズ
１５  ビームスプリッタ
１６  光検出器
１８  再生用参照光
１９  再生光
２０  光情報記録媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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【図８】
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