(57)【要約】【課題】ＤＣ光の加算読み出し時において、記録時または再生時の何れかでのみ参照光とＤＣ光に「π／２」の位相差を与えるための構成を簡易化し、装置小型化・低コスト化を図る。【解決手段】信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とについて、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにしてその物理構造が与えられた位相変調素子を備える。そして、記録時または再生時にのみ上記信号光エリアを透過した光と上記参照光エリアを透過した光とに上記所定の位相差が与えられるようにして、上記位相変調素子に物理的な力を加えるようにして駆動する。記録時または再生時の何れかでのみ参照光とＤＣ光に「π／２」の位相差を与えるための構成として、例えば別途の空間光変調器を用いる場合と比較すれば、その構成は非常に簡易なものとすることができる。【選択図】図１２
2008305491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装置であって、
入射光に対し、記録時には、予め定められた信号光エリアに記録データに応じた光強度変調パターンを与え且つ予め定められた参照光エリアには所定の光強度変調パターンを与えることで上記信号光と上記参照光とを生成し、再生時には、上記信号光エリアにその全体を同値とした光強度変調パターンを与え且つ上記参照光エリアに所定の光強度変調パターンを与えることでＤＣ光と上記参照光とを生成する強度変調手段と、
光源から発せられ上記強度変調手段を介して得られる光を上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系と、
上記参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成された位相変調素子と、
上記位相変調素子を動かす駆動手段と、
上記駆動手段を制御する制御手段とを備えると共に、
上記制御手段は、
記録時または再生時にのみ上記信号光エリアを透過した光と上記参照光エリアを透過した光とに上記所定の位相差が与えられるようにして上記位相変調素子が動かされるように上記駆動手段を制御する、
ことを特徴とする記録再生装置。
【請求項２】
上記駆動手段は、
上記位相変調素子を光路に対して出し入れするようにして駆動するように構成され、
上記制御手段は、
上記位相変調素子が記録時または再生時にのみ光路に対して挿入されるように上記駆動手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項３】
上記位相変調素子は、上記第１の領域の厚みと上記第２の領域の厚みとが異なるように構成されて上記所定の位相差を与えるようにされる、
ことを特徴とする請求項２に記載の記録再生装置。
【請求項４】
上記位相変調素子は、上記第１の領域または上記第２の領域のいずれか一方が１／４波長板で構成されて上記所定の位相差を与えるようにされる、
ことを特徴とする請求項２に記載の記録再生装置。
【請求項５】
上記位相変調素子は、上記第１の領域または上記第２の領域のいずれか一方が１／４波長板で構成されると共に、上記第１の領域及び第２の領域が光路に対して挿入された状態で且つ上記１／４波長板における光学軸が入射光の偏光方向と同方向または直交する方向となる状態で設けられ、
上記駆動手段は、上記位相変調素子を回転駆動するように構成されており、
上記制御手段は、上記位相変調素子の回転角度が記録時と再生時とで９０度異なるものとなるようにして上記駆動手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項６】
上記位相変調素子は、上記第１及び第２の領域のさらに外周部分に対し位相非変調領域を有するようにして構成され、
上記駆動手段は、
上記位相変調素子をスライド駆動することで上記第１及び第２の領域と上記位相非変調領域とを光路に対して交互に出し入れするように構成されており、
上記制御手段は、
記録時と再生時とで、上記第１及び第２の領域と上記位相非変調領域とが光路に対して交互に出し入れされるようにして上記位相変調素子がスライド駆動されるように上記駆動手段を制御する、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項７】
さらに、光路中の所定位置に対して位相マスクが挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項８】
さらに、再生時において上記強度変調手段によって得られる上記ＤＣ光または上記参照光の位相を「０」と「π」に変調する０／π位相変調手段と、
上記０／π位相変調手段による位相「０」の変調時に上記ＤＣ光と上記参照光とが上記ホログラム記録媒体に照射されることで得られる第１の再生信号光と、位相「π」の変調時に上記ＤＣ光と上記参照光とが上記ホログラム記録媒体に照射されることで得られる第２の再生信号光とを受光し、それらの差分を計算した結果に基づきデータ再生を行う再生手段とを備える、
ことを特徴とする請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項９】
上記０／π位相変調手段は、
上記参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光にπの位相差が与えられるようにして構成された差動検出用位相変調素子と、この差動検出用位相変調素子を動かすように構成された差動検出用駆動部とを備えて構成される、
ことを特徴とする請求項８に記載の記録再生装置。
【請求項１０】
上記差動検出用位相変調素子は、上記第１の領域の厚みと上記第２の領域の厚みとが異なるように構成されて上記πの位相差を与えるようにされる、
ことを特徴とする請求項９に記載の記録再生装置。
【請求項１１】
上記差動検出用位相変調素子は、上記第１の領域または上記第２の領域のいずれか一方が１／２波長板で構成されて上記πの位相差を与えるようにされる、
ことを特徴とする請求項９に記載の記録再生装置。
【請求項１２】
上記強度変調手段と上記０／π位相変調手段とは、入射光に対して光強度変調と０／πによる位相変調とを同時に行うことが可能な強誘電性液晶素子を備えた共通の空間光変調器で構成される、
ことを特徴とする請求項８に記載の記録再生装置。
【請求項１３】
参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装置として、入射光に対し、記録時には、予め定められた信号光エリアに記録データに応じた光強度変調パターンを与え且つ予め定められた参照光エリアには所定の光強度変調パターンを与えることで上記信号光と上記参照光とを生成し、再生時には、上記信号光エリアにその全体を同値とした光強度変調パターンを与え且つ上記参照光エリアに所定の光強度変調パターンを与えることでＤＣ光と上記参照光とを生成する強度変調手段と、光源から発せられ上記強度変調手段を介して得られる光を上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系と、上記参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成された位相変調素子と、を備える記録再生装置における位相制御方法として、
記録時または再生時にのみ上記信号光エリアを透過した光と上記参照光エリアを透過した光とに上記所定の位相差が与えられるようにして上記位相変調素子を動かす、
ことを特徴とする位相制御方法。
【請求項１４】
参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対する再生を行う再生装置であって、
入射光に対して、予め定められた信号光エリアにその全体を同値とした光強度変調パターンを与え且つ予め定められた参照光エリアには所定の光強度変調パターンを与えることで、ＤＣ光と上記参照光とを生成する強度変調手段と、
光源から発せられ上記強度変調手段を介して得られる光を上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系と、
上記光学系による光路中の所定位置に対して挿入され、上記参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成された位相変調素子と、
を備えることを特徴とする再生装置。
【請求項１５】
参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体への記録または再生に用いられる位相変調素子であって、
上記参照光を生成するための参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と、上記信号光を生成するための信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成されている、
ことを特徴とする位相変調素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装置、及びそのような記録装置に好適な位相制御方法に関する。また、再生装置と位相変調素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】Yasuda et al.,Optics Letters,vol.31,p1639(2006)
【非特許文献２】Yasuda et al.,Optics Letters,vol.31,p2607(2006)
【非特許文献３】Yasuda et al.,Optics Letters,vol.32,p160(2007)
【０００３】
ホログラム記録再生方式において、特に光ストレージ系の分野におけるホログラム記録再生方式では、光強度変調として例えば透過型液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）などのＳＬＭ（空間光変調器）が使用され、信号光にbit１（例えば光強度＝強）、bit0（例えば光強度＝弱）のパターン配列が得られるような強度変調をかけるようにされる。
このとき、ＳＬＭにおいては、例えば図２に示されるようにしてその中心部において記録データに応じて光強度変調を与えて信号光を生成すると共に、その周りに輪状に光を透過させることで参照光を生成するようにされている。そして、記録データに応じて変調された信号光は、上記参照光と共にホログラム記録媒体に対して照射され、これにより、これら信号光と参照光との干渉縞がデータとしてホログラム記録媒体に記録される。
【０００４】
また、データの再生時においては、例えば図３に示されるようにＳＬＭにおいて上記参照光のみを生成してこれをホログラム記録媒体に対して照射することで、上記干渉縞に応じた回折光を得るようにされる。この回折光に応じた像を例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Oxide Semiconductor）センサなどのイメージセンサ上に結像させ、記録ビットの各値を得てデータ再生を行う。
このようにして信号光と参照光とを同一光軸上で照射するホログラム記録再生方式は、コアキシャル方式として知られている。
【０００５】
ここで、上記説明のように、ホログラム記録媒体に記録されたデータを読み出すにあたっては、原理的には、参照光のみを生成してこれを照射すればよいものとなるが、近年、再生性能の改善を狙った新たな手法として、再生時において信号光エリアにベタパターン（例えば全て「１」のパターン）を生成し、それによって得られるＤＣ光を参照光と共にホログラム記録媒体に照射してデータ読み出しを行うという手法が提案されている（例えば上記各非特許文献を参照）。
【０００６】
このようなＤＣ光の加算読み出し時には、参照光の照射に伴ってホログラム記録媒体から得られる再生像（再生信号光）と、この再生像と共にイメージセンサ上に結像することになる上記ＤＣ光との位相の差が、再生特性を大きく左右することになる。具体的に、このようなＤＣ光の加算読み出しの手法は、再生像にＤＣ光を干渉させるようにして加算する手法であることから、ＤＣ光の位相は、再生像の位相と同位相である必要がある。
【０００７】
ＤＣ光と再生像の位相を同位相とするためには、ＤＣ光の位相を、再生像を得るために照射される参照光の位相に対しπ／２だけずらせばよいことが知られている。これは、参照光を照射して再生像を得たとき、その位相は参照光の位相に対してπ／２だけずれるということに起因する。すなわち、このようなπ／２による位相差をキャンセルするためには、再生像を得るための参照光の位相に対し、加算するＤＣ光の位相をπ／２だけずらしておけばよいということである。
【０００８】
ここで、上記により説明したＤＣ光の加算読み出しは、例えば通常記録された信号について行われればよく、その場合記録再生装置においては、記録動作を通常通り行えばよい。このことと、上述したホログラム記録再生の基本原理とを踏まえると、記録再生装置においては、記録時と再生時とで例えば以下のような位相制御、及び光強度制御を行うことが要求されることになる。
記録時・・・信号光エリア＝記録データに応じたON/OFFパターン＆全体位相は「０」
参照光エリア＝所定のON/OFFパターン＆全体位相は「０」
再生時・・・信号光エリア＝ＤＣ光生成のためのベタパターン＆全体位相は「π／２」
参照光エリア＝所定のON/OFFパターン＆全体位相は「０」
【０００９】
このことより、ＤＣ光の加算読み出しによる再生手法を採る記録再生装置においては、光のON/0FF制御と共に、位相を「０」と「π／２」の２値に変調できることが必須となることがわかる。
上記各非特許文献に記載の技術では、このような制御を実現するための素子として、光強度変調と「０」「π／２」による位相変調とを同時に行うことが可能な空間光変調器を用いることが記載されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
但し、非特許文献３においても認められているように、１つの空間光変調器によって振幅と位相をそれぞれ独立して制御する上で、位相変調において充分なダイナミックレンジを確保すること（例えば上述した０とπ／２のような微妙な位相差を与えること）は、現状においては非常に困難とされている。つまり現状において、上記のように光強度変調と「０」「π／２」による位相変調とを同時に行うことが可能な空間光変調器は、その実現が不可能に近いものとなっている。
【００１１】
ここで、振幅を制御する空間光変調器、位相を制御する空間光変調器は、それぞれ実用可能なものとして存在している。そこで、これらを組み合わせることで上述のような記録時と再生時の振幅・位相制御を実現するということも考えられる。
しかしながら、このようにして２つの空間光変調器を設けることはコスト面及び装置の小型化の面で非常に不利となり、実用的ではない。また、この場合は変調器の駆動デバイス（例えば液晶駆動回路など）もさらに追加する必要があり、この点でもコスト増や装置の大型化を助長して実用性を欠くものとなってしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで、本発明では以上のような問題点に鑑み、記録再生装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明の記録再生装置は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体に対する記録再生を行う記録再生装置であって、入射光に対し、記録時には、予め定められた信号光エリアに記録データに応じた光強度変調パターンを与え且つ予め定められた参照光エリアには所定の光強度変調パターンを与えることで上記信号光と上記参照光とを生成し、再生時には、上記信号光エリアにその全体を同値とした光強度変調パターンを与え且つ上記参照光エリアに所定の光強度変調パターンを与えることでＤＣ光と上記参照光とを生成する強度変調手段を備える。
また、光源から発せられ上記強度変調手段を介して得られる光を上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系を備える。
また、上記参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成された位相変調素子を備える。
また、上記位相変調素子を動かす駆動手段と、上記駆動手段を制御する制御手段とを備える。
そして、上記制御手段は、記録時または再生時にのみ上記信号光エリアを透過した光と上記参照光エリアを透過した光とに上記所定の位相差が与えられるようにして上記位相変調素子が動かされるように上記駆動手段を制御するものである。
【００１３】
このようにして本発明の記録再生装置には、参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成された位相変調素子が備えられ、また、これを物理的に動かす駆動手段が備えられる。
ここで、上記のようにして駆動手段が位相変調素子を物理的に駆動することができれば、例えば位相変調素子を光路に対して出し入れするようにして動かすことができる。これによれば、記録時／再生時のいずれか一方でのみ信号光と参照光に所定の位相差を与えることができる。つまりは、記録時／再生時のいずれかでのみ、信号光と参照光に例えばπ／２の位相差を与えることができる。
先の説明より、再生時にπ／２の位相差が与えられれば、ＤＣ光の加算読み出し時において、加算するＤＣ光の位相と、参照光照射に伴い得られる再生像の位相を同位相とすることができる。また、記録時にのみ信号光と参照光にπ／２の位相差を与えた場合も、同様の原理で加算するＤＣ光と再生像の位相を同位相とすることができる。これは、記録された信号（像）の位相が、その再生像の位相を決定づけるものとなることを考えれば理解できる。
このようにして加算する上記ＤＣ光の位相と再生像の位相とを一致させることができることで、ＤＣ光の加算読み出しを有効なものとして実現することができる。
【００１４】
また、本発明では再生装置として以下のように構成することとした。
つまり、本発明の再生装置は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されたホログラム記録媒体に対する再生を行う再生装置であって、入射光に対して、予め定められた信号光エリアにその全体を同値とした光強度変調パターンを与え且つ予め定められた参照光エリアには所定の光強度変調パターンを与えることで、ＤＣ光と上記参照光とを生成する強度変調手段を備える。
また、光源から発せられ上記強度変調手段を介して得られる光を上記ホログラム記録媒体に対して導く光学系を備える。
また、上記光学系による光路中の所定位置に対して挿入され、上記参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成された位相変調素子を備えるものである。
【００１５】
上記本発明の再生装置は、記録時において通常記録が行われる場合、換言すれば参照光、信号光の位相変調が行われずに（つまり参照光と信号光の位相は共に「０」で）記録が行われる場合を前提としたものとなる。
上記のようにして、参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と上記信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とについて、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成された位相変調素子が光路中の所定位置に対して挿入されていれば、信号光エリアにて生成されるＤＣ光と参照光とに所定の位相差を与えた状態で再生動作を行うことができる。すなわち、これによって上記ＤＣ光と再生像との位相を揃えることができ、ＤＣ光の加算読み出しを有効なものとして実現することができる。
【００１６】
さらに、本発明では位相変調素子として以下のように構成することとした。
すなわち、本発明の位相変調素子は、参照光と信号光との干渉縞によってデータが記録されるホログラム記録媒体に対する記録または再生に用いられる位相変調素子であって、上記参照光を生成するための参照光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第１の領域と、上記信号光を生成するための信号光エリアを透過する光が入射する部分として設定された第２の領域とを有し、それぞれの領域を透過した光に所定の位相差が与えられるようにして構成されているものである。
【００１７】
上記本発明の位相変調素子によれば、信号光エリアを透過する光と参照光エリアを透過する光に所定の位相差を与えることのできる位相変調素子を実現することができる。
【発明の効果】
【００１８】
上記のようにして本発明の記録再生装置（及び位相制御方法）によっては、記録時または再生時にのみ参照光とＤＣ光に所定の位相差を与えることができ、これによってＤＣ光の加算読み出しを有効なものとして実現することができる。
そして、上記本発明の記録再生装置としては、このような位相制御の実現のための構成として、参照光エリアを透過する光と信号光エリアを透過する光に所定の位相差を与えるように構成された位相変調素子と、例えばこれを光路に対し出し入れするなど物理的に駆動するための駆動手段を備えている。このような構成によれば、例えば現状において実用可能な、位相制御が可能な空間光変調器とそのドライバとを用いて実現する場合と比較して、大幅な構成の簡易化を図ることができ、それによって装置小型化や低コスト化を図ることができる。
【００１９】
また、上記本発明の再生装置によっても、ＤＣ光の加算読み出しを有効なものとして実現することができる。そして、再生装置の場合、このようなＤＣ光の加算読み出しのための位相制御を実現する構成としては、参照光エリアを透過する光と信号光エリアを透過する光に所定の位相差を与えるように構成された位相変調素子を光路に挿入するのみでよい。従って、現状において想定される位相制御可能な空間光変調器とそのドライバを用いる場合の構成と比較すると、さらに大幅な構成の簡素化が図られる。
【００２０】
さらに、本発明の位相変調素子によれば、参照光エリアを透過する光と信号光エリアを透過する光に所定の位相差を与えることができる。これによれば、例えばこの位相変調素子を光路に対し出し入れするなど位相変調素子を物理的に駆動する簡易な構成のみで、参照光エリアを透過する光と信号光エリアを透過する光に所定の位相差を与える／与えないといった位相制御の実現が図られるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明していく。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．ホログラム記録再生の基本動作説明
１−１．基本的な装置構成・動作例
１−２．位相マスクを用いた記録方式
１−３．ＤＣ光加算による再生方式
２．実施の形態としての位相制御手法
２−１．第１の手法
２−２．第２の手法
３．実施の形態としての記録再生装置
３−１．第１の実施の形態
３−２．第２の実施の形態
３−３．第３の実施の形態
３−４．変形例
【００２２】
１．ホログラム記録再生の基本動作説明
１−１．基本的な装置構成・動作例
図１は、例えばコアキシャル方式が採用されたホログラム記録再生装置の内部構成について示した図である。なお、図１では主に記録再生装置の光学系の構成のみを抽出して示し、他の部分については省略する。
なお、コアキシャル方式は、先にも述べたように信号光と参照光とを同一軸上に配置し、それらを共に所定位置にセットされたホログラム記録媒体に照射して干渉縞によるデータ記録を行い、また再生時には参照光をホログラム記録媒体に対して照射することで干渉縞により記録されたデータの再生を行うものである。
【００２３】
この図１では、ホログラム記録媒体として、反射膜を備えた反射型のホログラム記録媒体に対応する記録再生装置の構成を例示している。
先ず、レーザダイオード（ＬＤ）１は、記録再生のためのレーザ光を得るための光源として設けられる。このレーザダイオード１としては、例えば外部共振器付きレーザダイオードが採用され、レーザ光の波長は例えば４１０ｎｍとされる。
レーザダイオード１からの出射光はコリメータレンズ２を介した後、ＳＬＭ（空間光変調器）３に対して入射する。
【００２４】
ＳＬＭ３は、例えば透過型液晶パネルなどにより構成され、図示されない駆動回路からの駆動信号に応じて各画素が駆動制御されることで、入射光に対して記録データに応じた光強度変調を施すようにされる。具体的には、例えば駆動信号によってONとされた画素は入射光を透過し、OFFとされた画素は入射光を透過しないといったように、画素単位（ピクセル単位）で光のON/OFF制御を行うことが可能とされる。このようなＳＬＭ３のON/OFF制御により、「０」「１」のデータをピクセル単位で記録することが可能とされている。
【００２５】
上記ＳＬＭ３にて空間光変調が施された光は、偏光ビームスプリッタ４を透過した後、リレーレンズ５→遮光マスク６→リレーレンズ７によるリレーレンズ光学系を介し、さらに１／４波長板８を介した後に対物レンズ９で集光されてホログラム記録媒体１０上に照射される。
【００２６】
ここで、記録時においては、後述するようにしてＳＬＭ３において記録データに応じた空間光強度変調を受けた信号光と、この信号光と同心円となる輪状の参照光とが生成されることになる。すなわち、このようにして生成された信号光と参照光とが、上記により説明した経路を経て上記ホログラム記録媒体１０上に集光するようにされるものとなる。
【００２７】
一方、再生時においては、レーザダイオード１からの光が、記録時と同様にコリメータレンズ２を介してＳＬＭ３に入射される。再生時においてＳＬＭ３は、入射光に対し再生用の空間光強度変調を施して参照光のみを生成するようにされる。すなわち再生時においては信号光は照射せず、参照光のみをホログラム記録媒体１０に対し照射するようにされている。
この参照光の照射に応じては、後述するようにしてホログラム記録媒体１０上の記録データに応じた回折光が得られ、この回折光は、ホログラム記録媒体１０からの反射光として、対物レンズ９を介した後、１／４波長板８→リレーレンズ７→遮光マスク６→リレーレンズ５を介して偏光ビームスプリッタ４に導かれる。偏光ビームスプリッタ４では、上記経路により導かれたホログラム記録媒体１０からの反射光が反射され、その反射光は図示するようにしてイメージセンサ１１に導かれる。
【００２８】
イメージセンサ１１は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサやＣＭＯＳ（Complementary Oxide Semiconductor）センサなどの撮像素子を備え、上記のようにして導かれたホログラム記録媒体１０からの反射光（回折光）を受光し、これを電気信号に変換する。
【００２９】
次の図２、図３は、上記により説明した光学系の構成によって実現されるホログラム記録再生の基本動作について説明するための図である。図２は記録時、図３は再生時の動作についてそれぞれ示している。
なお、図２では、図１に示す光学系のうちＳＬＭ３、対物レンズ９のみを抽出して示している。また図３において、図３（ａ）は同様にＳＬＭ３、対物レンズ９のみを示し、図３（ｂ）では対物レンズ９とイメージセンサ１１のみを抽出して示している。
【００３０】
先ず、図２に示される記録時においては、ＳＬＭ３が、入射光に対し、上述した参照光と、記録データに基づき「０」「１」のデータパターンに基づく光強度パターンが与えられた光（信号光と呼ばれる）とが同心円上に配置されるようにするための強度変調を行う。
この強度変調された光（つまり参照光と信号光）を、対物レンズ９によりホログラム記録媒体１０上に集光し、これにより形成される参照光と信号光の干渉縞をデータとしてホログラム記録媒体１０上に記録する。
【００３１】
また、再生時においては、先ず図３（ａ）に示すようにして、ＳＬＭ３が入射光について空間光強度変調を施すことで参照光のみを生成し、これをホログラム記録媒体１０上に集光するようにされる。その際、集光した光は、ホログラム記録媒体１０に記録されたデータパターンに応じた干渉縞により回折を受け、ホログラム記録媒体１０からの反射光として出力される。すなわち、この回折光は、図示するようにして記録データを反映した光強度パターンを有しており、この回折光の有する強度パターンをイメージセンサ１１で検出した結果に基づき、データ再生を行うようにされる。
【００３２】
ここで、上記のようにＳＬＭ３においては、記録／再生時に対応して参照光、信号光を生成するようにされる。このため、ＳＬＭ３においては、次の図４に示すような参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２、及びギャップエリアＡ３とが規定されている。すなわち、この図４に示されるように、ＳＬＭ３の中心部分を含む所定の円形のエリアが、信号光エリアＡ２として定められている。そして、その外周部分に対しては、ギャップエリアＡ３を隔てて、信号光エリアＡ２と同心円となる輪状の参照光エリアＡ１が定められている。
なお、上記ギャップエリアＡ３は、参照光が信号光エリアＡ２に漏れ込んでノイズになることを避けるための領域として定められている。
【００３３】
記録時においては、参照光エリアＡ１内の予め定められた画素を「１」（光強度＝強）、それ以外の画素を「０」（光強度＝弱）とし、且つギャップエリアＡ３と上記参照光エリアＡ１より外周部分とを全て「０」とした上で、信号光エリアＡ２内の各画素を記録データに応じた「０」「１」のパターンとすることで、先の図２に示したような参照光と信号光とを生成・出力することができる。
また、再生時には、参照光エリアＡ１を記録時と同じ「０」「１」のパターンとし、他の領域はすべてビット「０」とすることで、図３（ａ）に示したようにして参照光のみを生成・出力することができる。
【００３４】
なお、図１では、反射型のホログラム記録媒体に対応する場合の記録再生装置の構成を例示したが、例えば次の図５に示されるように、透過型のホログラム記録媒体に対応する構成とすることも可能である。
図５において、透過型のホログラム記録媒体１０に対応する場合としても、レーザダイオード１からの出射光はコリメータレンズ２を介してＳＬＭ３に入射するようにされる。但し、この場合は偏光ビームスプリッタ４、及び１／４波長板８は省略されたものとなっており、ＳＬＭ３を介した光は、リレーレンズ５→遮光マスク５→リレーレンズ７を介した後、対物レンズ９で集光されて透過型のホログラム記録媒体１０に対して照射される。
透過型の場合、再生時にホログラム記録媒体１０に参照光が照射されることに応じ、記録データに応じた回折光が参照光の入射側とは逆側に抜けるようにして得られるので、これに対応させて回折光が抜ける方向側に（つまり光源側から見てホログラム記録媒体１０の裏側に）集光レンズ１２を設け、この集光レンズ１２によって平行光とされた上記回折光をイメージセンサ１１に対して導くようにされる。
【００３５】
確認のために述べておくと、このような透過型の場合としてもホログラム記録再生の基本動作自体は反射型の場合と同様であり、記録時は信号光と共に参照光を照射してホログラム記録媒体１０上にそれらの干渉縞によってデータを記録し、再生時はホログラム記録媒体１０に対し参照光のみを照射してそれにより得られる回折光（再生像）をイメージセンサ１１で検出してデータ再生することに変わりはない。
【００３６】
１−２．位相マスクを用いた記録方式
ここで、上記により説明したホログラム記録再生の基本動作そのものを行った場合、信号光エリア内への「０」「１」のデータ配列について考慮しない場合などには、１枚のホログラムページ（ＳＬＭ３の１度の強度変調で記録可能な１枚の画像）内において「１」（光強度＝強）が連続して、ホログラム記録媒体１０上に信号強度の非常に強い成分（ＤＣ成分と呼ばれる）が記録されてしまう虞がある。
一般的にホログラム記録再生では、ホログラム記録媒体１０に対してホログラムページを多重化して記録することが想定されている。このことを考慮すると、上記のようなＤＣ成分が記録された部分は他のホログラムページを重複して記録できない部分となり、その結果、ＤＣ成分について何ら考慮しない場合には、各ホログラムページの間隔を空けて記録を行わなければならなくなり、記録容量の拡大が図られなくなってしまう。
【００３７】
そこで、従来では、このようなＤＣ成分を抑圧して記録容量の拡大を図るための手法として、例えば下記参考文献１に記載されているような位相マスクを用いる手法が提案されている。
参考文献１．特開２００６−１０７６６３号公報
【００３８】
図６、図７は、位相マスクを用いる場合の記録再生装置の構成例を示している。なおこれらの図において、既に先の図１、図５において説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
図６では反射型のホログラム記録媒体１０に対応する場合の構成例を示し、図７では透過型のホログラム記録媒体１０に対応する場合の構成例を示している。
【００３９】
ここで、位相マスクとしては、光路中の実像面において位相変調を与えるようにして設けられるべきものとなる。図６の例では、先の図１の構成におけるＳＬＭ３と偏光ビームスプリッタ４との間に、リレーレンズ５→遮光マスク６→リレーレンズ７の組をさらにもう１組追加した上で、この追加したリレーレンズ７と偏光ビームスプリッタ４との間の実像面に対し位相マスク１３を挿入している。
また、図７の例では、先の図５の構成におけるリレーレンズ７と対物レンズ９との間の実像面に対し位相マスク１３を挿入している。
【００４０】
或いは、次の図８に示されるように、位相マスク１３としてはＳＬＭ３と一体型に形成するようにして設けることもできる。すなわち、ＳＬＭ３からの出射光が得れる部分は実像面にあたるので、ＳＬＭ３における光の出射面側に対し、位相マスク１３を一体的に形成するものである。
【００４１】
ここで、このような位相マスク１３による位相変調は、入射光に対してピクセル単位で行うようにされる。具体的には、例えば位相をπだけ変調するピクセルと、位相変調を行わないピクセル（つまり位相＝０）とが半々となるようにして設定したランダムな位相変調パターンが設定されるものである。
このようなピクセル単位でのランダムな位相変調を可能とする位相マスク１３の具体的な構成例としては、ピクセル単位でその厚みを異ならせるようにしたものが一般的に知られている。例えば、ガラス等の光学材料を用い、その厚さの違いによる光路長差によって位相「０」によるピクセルと位相「π」による変調を行うピクセルとを設定するものが知られている。
具体的に、「π」による位相変調を与える場合には、入射光の波長をλ、用いる部材の屈折率をｎとしたとき、その厚さの違いｔをｔ＝λ／{２(ｎ−１)}に設定すればよい。
【００４２】
上記位相マスク１３の挿入によって、記録時においては、信号光に対しピクセル単位でランダムな「０」「π」の位相変調を与えることができる。
このようにして２値のランダムパターンによる位相変調が信号光に対して与えられることにより、参照光と信号光との干渉効率の向上を図ることができる。また、同時にフーリエ面（メディア上での像）において均質にスペクトルをばらまくことができ、これによって信号光内のＤＣ成分の抑圧を図ることができる。
【００４３】
図９は、位相マスク１３による位相変調によってＤＣ成分の抑圧が図られることについて説明するための図である。
先ず、比較として図９（ａ）には、位相マスク無しの場合に記録時において得られる信号光及び参照光を模式的に示している。なおこの図では光強度を色の濃淡で示しており、濃色から白色にかけて光強度が強いことを表している。具体的に言うと、この場合は黒色が光強度＝弱（データ「０」）、白色が光強度＝強（データ「１」）を表すものとなる。
この図９（ａ）より、位相マスク１３を設けない場合には、信号光に対しては、単に記録データに応じた「０」と「１」のパターンのみが与えられていることがわかる。先にも述べたように、ここで「１」が連続するパターンとなってしまうと、ＤＣ成分の発生を助長することになる。
なおこの図によると、参照光に対しても所要の「０」「１」のデータパターンが与えられていることがわかる。
【００４４】
図９（ｂ）は、位相マスク有りの場合に記録時において得られる信号光及び参照光を模式的に示している。この図においても濃色から白色にかけて光強度が強いことを表しているが、この場合は黒色が「−１」、灰色が「０」、白色が「＋１」を示すものとなっている。
このことを踏まえて図９（ｂ）を参照すると、位相マスク１３を設ける場合には、信号光は「０」と「＋１」と共に、「−１」にも変調されていることがわかる。このような「−１」という結果が得られるのは、上述したような位相マスク１３の「０」「π」によるランダムな位相変調により、データ「１」（つまり光強度＝強）のピクセルが位相「０」のものと位相「π」のものとに分けられることによる。すなわち、データ「１」に対し、位相変調無し（位相「０」）の場合は「＋１」という結果が得られ、位相「π」による変調が行われた場合は「−１」という結果が得られるものである。確認のために述べておくと、データ「０」についてはＳＬＭ３からの透過光は得られないので、位相マスク１３による「０」「π」の位相変調に対してもその結果は「０」のままで変わりはない。
なおこの図９（ｂ）によると、この場合は参照光に対しても位相「０」「π」による位相変調が施されて、「０」「＋１」「−１」の３値が得られていることが示されている。
【００４５】
このように信号光内においてランダムな「０」と「π」の位相変調によってデータ「１」が「＋１」と「−１」とに分けられることで、メディア上でスペクトルを均質にばらまくことができる。すなわち、これによって信号光内のＤＣ成分の抑圧を図ることができ、ホログラムページの多重記録が可能となって記録容量の拡大を図ることが可能となる。
【００４６】
ちなみに、次の図１０では、位相マスク１３が設けられた場合の、再生時の参照光について模式的に示している。図１０（ａ）では、比較として位相マスク無しの場合の参照光を示しているが、このような位相マスク無しの再生時の参照光としては、先の図９（ａ）の位相マスク無しの記録時と同様となる。すなわち、この場合も参照光にはＳＬＭ３によって所定の「０」「１」によるデータパターンが与えられることになる。
また、図１０（ｂ）の位相マスク有りの場合の参照光は、先の図９（ｂ）の位相マスク有りの記録時の場合と同様となる。つまり、この場合も参照光にはＳＬＭ３によって所定の「０」「１」のデータパターンが与えられると共に、同じ位相マスク１３による位相変調が行われるので、図９（ｂ）の場合と同様の結果が得られる。
【００４７】
なお、ここで重要なのは、位相マスク１３のようにピクセル単位での位相変調を行う場合は、上述のようにして記録時と再生時とで参照光の位相変調パターンが一致してなくてはならいということである。すなわち、記録時において或る位相変調パターンを有する参照光を用いて記録を行ったデータは、再生時において、その位相変調パターンと同パターンを有する参照光を用いてしか再生できないものであり、この点から、ＤＣ成分抑圧のためにピクセル単位での位相変調を行う場合は、記録時と再生時とで参照光の位相変調パターンを同パターンに設定しなければならいことになる。
先の図６、図７（及び図８）にて説明した構成では、記録／再生時で共通の位相マスク１３を介してホログラム記録媒体１０に対する光照射が行われるので、記録時と再生時とで参照光に同パターンによる位相変調を施すことが可能となっている。
【００４８】
１−３．ＤＣ光加算による再生方式
また、従来においては、上記のような位相マスク１３による記録容量拡大のための改良手法とは別に、近年、再生性能の改善を狙った手法として、ＤＣ光の加算読み出し手法が提案されている。
このＤＣ光の加算読み出し手法は、再生時において信号光エリアＡ２にベタパターン（全て「１」のパターン）を生成し、それによって得られるＤＣ光を参照光と共にホログラム記録媒体１０に照射してデータ読み出しを行うという手法である（先に挙げた各非特許文献を参照）。
具体的に、この場合のＳＬＭ３では、例えば次の図１１に示されるようにして、再生時において参照光を生成すると共に、信号光エリアを全て「１」としてＤＣ光を生成することになる。
【００４９】
先にも述べたように、このようなＤＣ光の加算読み出し手法は、参照光がホログラム記録媒体１０に対して照射されて得られる再生像（再生信号光）に対し、ＤＣ光を干渉させるようにして加算する手法であることから、ＤＣ光の位相は、再生像の位相と同位相とする必要がある。
ＤＣ光と再生像の位相を同位相とするためには、ＤＣ光の位相を、再生像を得るために照射される参照光の位相に対しπ／２だけずらせばよいことが知られている。つまり、先に述べたようにして参照光を照射して再生像を得たとき、その位相は参照光の位相に対してπ／２だけずれるという性質から、このようなπ／２による位相差をキャンセルするためには、参照光の位相に対し、加算するＤＣ光の位相をπ／２だけずらせばよいというものである。
なお、上記のように参照光を照射して再生像を得たときにその位相が照射した参照光の位相に対してπ／２だけずれるという点については、下記の参考文献２にも記載されている。
参考文献２．Kogelnik,H "Coupled wave theory for thick hologram grating". Bell System Technical Journal,48,2909-47
【００５０】
ここで、上記により説明したＤＣ光の加算読み出しは、通常記録された信号について行うことができ、従ってその場合の記録再生装置は、記録動作を通常通り行えばよいことになる。この点を鑑みると、再生時にＤＣ光加算による読み出しを行う記録再生装置においては、
記録時・・・信号光エリア＝記録データに応じたON/OFFパターン＆全体位相は「０」
参照光エリア＝所定のON/OFFパターン＆全体位相は「０」
再生時・・・信号光エリア＝ＤＣ光生成のためのベタパターン＆全体位相はπ／２
参照光エリア＝所定のON/OFFパターン＆全体位相は「０」
という振幅・位相制御を行えばよいことになる。
【００５１】
このことによると、ＤＣ光の加算読み出しによる再生手法を採る記録再生装置においては、光のON/0FF制御と共に、位相を「０」と「π／２」の２値に変調できることが必須となる。
このような条件を満たす構成として、先に挙げた各非特許文献では、光強度変調と「０」「π／２」による位相変調とを同時に行うことが可能な空間光変調器を備えるということが記載されているが、非特許文献３においても認められているように、１つの空間光変調器によって振幅と位相をそれぞれ独立して制御する上で、位相変調において充分なダイナミックレンジを確保すること（例えば上述した０とπ／２のような微妙な位相差を与えること）は、現状においては非常に困難とされている。つまり現状において、上記のように光強度変調と「０」「π／２」による位相変調とを同時に行う空間光変調器は、その実現が不可能に近いものとなっている。
【００５２】
一方で、先に述べたように振幅を制御する空間光変調器、位相を制御する空間光変調器はそれぞれ実用可能なものとして存在しているので、これらを組み合わせることで上述のような記録時と再生時の振幅・位相制御を実現するということも考えられる。
しかしながら、このようにして２つの空間光変調器を設けることはコスト面及び装置の小型化の面で非常に不利となり、実用的ではない。また、この場合は変調器の駆動デバイス（例えば液晶駆動回路など）もさらに追加する必要があり、この点でもコスト増や装置の大型化を助長して実用性を欠くものとなってしまう。
【００５３】
２．実施の形態としての位相制御手法
２−１．第１の手法
本実施の形態では、上記のようなＤＣ光の加算読み出しを行うにあたっての問題点を解決するための手法を提案する。以下、その第１の手法について説明していく。
第１の手法は、ＳＬＭ３における信号光エリアＡ２を透過した光と、参照光エリアＡ１を透過した光とに所定の位相差（この場合は上述した「π／２」の位相差）を与えることが可能に構成された位相素子１５を用い、この位相素子１５を、例えば次の図１２、図１３に示されるようにして再生時に光路に挿入し、記録時には光路から外すようにして、物理的に駆動するものである。
【００５４】
図１２、図１３において、（ａ）図では、ＳＬＭ３における参照光エリアＡ１と信号光エリアＡ２とを模式的に示し、（ｂ）図ではこれら参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２を介して得られる光が対物レンズ９を介してホログラム記録媒体１０に対して照射されるまでの様子を模式的に示している。
図１２、図１３の例では、信号光エリアＡ２を透過した光（具体的にはＤＣ光）に対してπ／２の位相変調を与え、参照光エリアＡ１を透過した光（参照光）に対しては位相変調を行わないことで、ＤＣ光と参照光に相対的に「π／２」の位相差を与える場合を示している。このため、図示するように位相素子１５には、その中心部における、信号光エリアＡ２を透過した光が入射される部分に対し、「π／２」の位相変調を与えるための位相変調領域１５ａが形成されている。
【００５５】
ここで、記録時においては、図１３に示すようにして上記位相素子１５を光路から外すようにしておけば、信号光、参照光に対して位相素子１５による位相変調を与えず、通常通りの記録動作が行われるようにすることができる。
一方、図１２に示す再生時において、図示するようにして信号光エリアＡ２を透過した光全体（つまりＤＣ光の光全体）が位相変調領域１５ａに対して入射されるようにして、位相素子１５を光路中に挿入することで、参照光とＤＣ光とにπ／２の位相差を与えることができる。
このようにして記録時においては通常記録を行い、再生時において参照光とＤＣ光とにπ／２の位相差を与えることができれば、参照光照射に応じてホログラム記録媒体１０から得られる再生像（再生信号光）の位相と、加算するＤＣ光の位相とを同相とすることができ、ＤＣ光の加算読み出しによる再生動作を有効なものとして実現することができる。
【００５６】
ここで、上記のようにして参照光エリアＡ１を透過する光と、信号光エリアＡ２を透過する光とに所定の位相差を与えることのできる位相素子１５としては、例えば先の位相マスク１３と同様、位相変調を与える領域とそれ以外の領域とでその厚みを異ならせて、それぞれに光路長差を与えるようにして構成することで実現できる。
つまり、例えば次の図１４の断面構造図に示されるように、光路に挿入されたときに参照光エリアＡ１を透過した光が入射される部分となる第１の領域（図中では「Ａ１」と示している）と、信号光エリアＡ２を透過した光が入射される部分となる第２の領域（図中「Ａ２」と示す）とで、その厚みを異ならせるように構成するものである。
具体的には、上記第１の領域と第２の領域のうち、「π／２」の位相変調を与えるべき領域について、用いる材料の屈折率をｎとし、入射光の波長をλとしたとき、その厚さの違いｔをｔ＝λ／{４(ｎ−１)}に設定することで実現できる。このように厚みに応じた光路長差を与える材料としては、例えばガラスなどの光学材料を用いればよい。
【００５７】
この図１４について具体的に見ると、図１４（ａ）では、先の図１２、図１３にて例示した位相素子１５のように、信号光エリアＡ２を透過した光側に位相変調を与える位相変調領域１５ａを形成する場合に対応した構成を示している。
一方、図１４（ｂ）では、逆に参照光エリアＡ１を透過した光側に位相変調を与える場合の構成について示している。
【００５８】
ここで、この図１４（ｂ）に示されるようにして、参照光側にπ／２の位相差を与えるように位相素子１５を構成した場合も、相対的には参照光とＤＣ光とにπ／２の位相差を与えることができるのに変わりはない。従って、この図１４（ｂ）に示す位相素子１５とした場合も、先の図１２、図１３に示したようにして例えば記録時には位相素子１５を光路から外し、再生時に位相素子１５を光路に挿入するようにして物理的に駆動することで、ＤＣ光の加算読み出しによる再生動作を有効なものとして実現することができる。
【００５９】
このようにして位相素子１５としては、例えばガラスなどの光学材料を用い、第１の領域と第２の領域とでその厚みを異ならせたものとして、第１の領域と第２の領域を透過したそれぞれの光に相対的に所定の位相差が与えられるようにすることで実現できる。
【００６０】
或いは、位相素子１５は、屈折率の違いによる光路長差により所定の位相差を与えるように構成することもできる。つまり、第１の領域と第２の領域とで屈折率の異なる部材を用い、それらの屈折率の差による光路長差によってそれぞれの領域を透過する光に所定の位相差（この場合はπ／２）を与えるものである。
【００６１】
また、位相素子１５は、例えば光ディスクの分野における波長板などとして用いられる、偏光方向に応じた異方性を有する位相子（位相板）を用いて実現することもできる。
ここで、周知のようにこのような位相子は、光学軸方位の偏光方向を有する入射光の位相を、その直交方向に対して一定量変調するものである。すなわち、このことから、位相子の光学軸方位を、入射光の偏光方向と一致する方向に設定しておくことで、当該位相子を透過した光に一定量の位相変調を与えることができるものである。
【００６２】
図１５は、このような位相子を用いて構成した位相素子１５の断面構造図を示している。
図１５（ａ）は、先の図１２、図１３に示したように信号光エリアＡ２を透過した光に位相変調を与える場合の構成を示している。つまりこの場合は、図中の斜線部により示すように、第２の領域（図中Ａ２）のみを位相子で構成する。
また、図１５（ｂ）は参照光エリアＡ１を透過した光に位相変調を与える場合の構成を示しており、この場合は第１の領域（図中Ａ１）のみが位相子で構成されるようにする。
【００６３】
ここで、このように位相子による位相変調を行う位相素子１５を用いる場合、当該位相素子１５が光路中に挿入されたときに、位相子の光学軸方位が入射光の偏光方向と一致する方向となるように調整しておく。先の説明から理解されるように、このようにして位相子の光学軸方位が入射光の偏光方向と一致した状態となることで、当該位相子に入射する光（信号光エリアＡ２または参照光エリアＡ２を透過した光）に対し、位相子の特性に応じた所定量の位相変調を与えることができる。
なお、この場合はＤＣ光の加算読み出しの実現のために位相差として「π／２」を与えるものとなるが、入射光にπ／２による位相変調を与えるための位相子としては、具体的には１／４波長板で用いられるものと同様の位相子を用いるものとすればよい。
【００６４】
なお、これまでの説明を踏まえると、実施の形態としての位相素子１５は、参照光エリアＡ１を透過する光全体、或いは信号光エリアＡ２を透過する光全体に対し、一様に所定の位相変調を与えるものとなっている。具体的には、参照光エリアＡ１を透過する光が入射する第１の領域全体と、信号光エリアＡ２を透過する光が入射する第２の領域全体とでそれぞれ物理構造が異なるように構成されているものである。
ここで、このように物理構造の違いによって位相変調を与える素子として、ホログラム記録再生の分野では、先に説明した位相マスク１３が知られているが、この位相マスク１３としてはピクセル単位での位相変調を行うことを前提としたものとなっている。すなわち、ピクセル単位でその物理構造が異なるように構成されているものである。
本実施の形態の位相素子１５は、このようなピクセル単位による微細加工は不要であり、この点からその製造は非常に簡易なものとできることが理解できる。
【００６５】
２−２．第２の手法
続いて、本実施の形態の位相制御手法の第２の手法について説明する。
第２の手法は、位相素子１５として、先の図１５にて説明した位相子を用いる場合に特化した手法である。具体的には、「入射光の偏光方向に応じた異方性を有する」という位相子の特性を利用して、位相素子１５を記録時と再生時とで９０°回転駆動することで、例えば再生時にのみ位相素子１５（位相子）による位相変調が行われるようにするものである。
【００６６】
図１６、図１７は、このような第２の手法について説明するための図であり、図１６は記録時、図１７は再生時について示している。なお、これら図１６、図１７においても、先の図１２、図１３と同様に（ａ）図ではＳＬＭ３における参照光エリアＡ１と信号光エリアＡ２とを模式的に示し、（ｂ）図ではこれら参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２を介して得られる光が対物レンズ９を介してホログラム記録媒体１０に対して照射されるまでの様子を模式的に示している。
また、これらの図において、位相素子１５としては、図示するようにして位相変調領域１５ａが信号光エリアＡ２を透過した光が入射する領域に設定されている（つまり図１５（ａ）に示したように第２の領域（Ａ２）が位相子で構成される場合）ものとする。
【００６７】
先ずこの場合、図１６の記録時には、位相素子１５における位相子の光学軸方向を、入射光の偏光方向と直交する状態としておく。すなわち、これによって記録時には信号光に対して位相変調を与えず、通常の記録動作が行われるようにする。
一方、図１７の再生時には、位相素子１５を９０°回転駆動させることで、入射光の偏光方向に対する位相子の光学軸方向を、記録時と直交させた状態とする。すなわち、入射光の偏光方向と位相素子１５の備える位相子の光学軸方向とを一致させるようにする。
このようにして入射光の偏光方向と位相素子１５の位相子の光学軸方向とを一致させることで、再生時に信号光エリアＡ２を透過したＤＣ光に対して所定量の位相変調（π／２の位相変調）を与えることができ、結果、再生信号光とＤＣ光とにπ／２の位相差を与えることができる。
なお、言うまでもないが、位相素子１５として、参照光エリアＡ１を透過する光が入射されるべき第１の領域側を位相子で構成したものを用いる場合にも、同様に記録時と再生時とで位相素子１５を９０°回転させることで、再生信号光とＤＣ光とにπ／２の位相差を与えることができる。
【００６８】
３．実施の形態としての記録再生装置
３−１．第１の実施の形態
以下、上記により説明した実施の形態としての位相制御手法を適用してＤＣ光の加算読み出しを実行する、実施の形態としての記録再生装置の各構成例について説明する。
先ずは図１８、図１９により、第１の実施の形態としての記録再生装置について説明する。
【００６９】
第１の実施の形態は、先の図１や図５で説明したような位相マスク１３を設けない基本的な構成を基として、上記第１の手法または第２の手法を適用したＤＣ光の加算読み出しを行う場合の構成例を提案するものである。
図１８は、第１の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成を示し、図１９は第１の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示している。
なお、これら図１８、図１９において、既に先の図１、図５にて説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。
【００７０】
先ず、図１８に示す第１例の記録再生装置は、位相素子１５の挿入位置を、図５に示した構成におけるリレーレンズ７と対物レンズ９との間としたものである。
ここで、先の図５では、記録再生装置における主に光学系の構成のみを抽出して示したが、この図１８に示されるようにして、実際にはＳＬＭ３による光強度変調動作を制御するためのデータ変調・振幅制御部１７、及びイメージセンサ１１により検出された画像信号に基づき再生データを得るためのデータ再生部１８、及び記録再生装置の全体制御を行うためのシステムコントローラ１９が設けられるものとなる。
【００７１】
先ず、データ変調・振幅制御部１７には、ホログラム記録媒体１０に対して記録されるべき記録データが入力される。データ変調・振幅制御部１７は、記録時には、この記録データに応じてＳＬＭ３の光強度変調（特に信号光エリアＡ２内の光強度変調）を制御する動作を行うことになる。
具体的には、先ず、入力される記録データについて所定の記録フォーマットに従った記録変調符号化処理を施す。例えば、ホログラム記録再生方式にて一般的とされるスパース符号化として、記録データの１バイト（＝８ビット）を４×４＝１６ビットの正方形によるブロック形状のデータ配列に変換する記録変調符号化が知られている。
そして、例えばこのような符号化により得られたブロック形状のデータ配列を、記録フォーマットに従って１枚のホログラムページ内に配列する（マッピングと呼ぶ）。先にも述べたように、ホログラムページとは、信号光エリアＡ２内に敷き詰められるデータ配列全体を指す。すなわち、信号光と参照光との干渉で一度に記録することのできるデータ単位となる。
このようにして記録データのマッピングを行うことで信号光エリアＡ２内の「０」「１」のデータパターンが得られる。
さらに、記録時においてデータ変調・振幅制御部１７は、上記のようにして信号光エリアＡ２内のデータパターンを得ると共に、参照光エリアＡ１の所定の画素を「１」、それ以外の画素を「０」とし、且つギャップエリアＡ３と参照光エリアＡ１より外周部分とを全て「０」としたデータパターンを生成する。その上で、このデータパターンと上記信号光エリアＡ２内のデータパターンとを併せてＳＬＭ３の全有効画素分のデータパターンを生成する。
【００７２】
記録時においてデータ変調・振幅制御部１７は、入力される記録データから順次、上記のようなＳＬＭ３の全有効画素分のデータパターンを得て、当該データパターンに基づいてＳＬＭ３の各画素を駆動制御する。これにより、記録時においてＳＬＭ３からは、所定のON/OFFパターンによる参照光と共に、記録データの内容に応じ順次そのON/OFFパターンが変化するようにされた信号光とが出力されることになる。
【００７３】
また、データ変調・振幅制御部１７は、再生時には参照光とＤＣ光とを生成するための以下のような動作を行う。
すなわち、先ず、信号光エリアＡ２内をすべて「１」とし且つ参照光エリアＡ１を記録時と同様の「０」「１」パターンとした上で、他の領域をすべてビット「０」としたデータパターンを生成する。再生時には、このデータパターンに基づきＳＬＭ３の各画素を駆動制御する。これによって再生時には、ＳＬＭ３から参照光と共にＤＣ光を出力させることができる。
【００７４】
先にも述べたように、ホログラム記録媒体１０に対して参照光が照射されることに伴っては、ホログラム記録媒体１０に記録された記録データに応じた回折光により再生信号光が得られる。そしてこの場合、再生信号光は、上記のようにしてＳＬＭ３から出力されるＤＣ光と干渉して加算され、この加算光が集光レンズ１２を介してイメージセンサ１１上に結像することになる。
【００７５】
データ再生部１８では、上記のように加算光が結像することに伴ってイメージセンサ１１から順次得られる画像信号から、ホログラムページ内の各ピクセルの値を検出し、その結果に基づいて再生データを得る。具体的には、これら各ピクセルの値に基づき、記録時に行った変調符号の復号処理を行うことで、例えば先に述べたような４×４＝１６のブロック形状のデータを元の１バイト単位によるデータに変換し、記録データを再生する。
【００７６】
システムコントローラ１９は、例えばＲＯＭ（Reed Only Memory）、ＲＡＭ（Randam Access Memory）、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などを備えたマイクロコンピュータで構成され、記録再生装置の全体制御を行う。
例えば、上述したような記録時と再生時のデータ変調・振幅制御部１７の動作切換制御は、このシステムコントローラ１９が行うものとされる。
【００７７】
また、この場合の記録再生装置には、図示するようにして位相素子１５と、これを物理的に駆動可能に構成された駆動部１６とが設けられる。先にも述べたが、この第１例では、図示するようにして位相素子１５をリレーレンズ７と対物レンズ９との間に対し挿入するものとしている。
【００７８】
ここで、先の説明によれば、上記駆動部１６としては、第１の手法が採用される場合には位相素子１５を光路に対して出し入れするようにして駆動するように構成されていればよいものとなる。その具体的な構成としては種々考えらことができるが、一例として、以下を挙げることができる。
・位相素子１５を縦方向に昇降させる機構を有するもの。
・位相素子１５を横方向にスライド駆動するためのスライド機構を有するもの。
また、第２の手法が採用される場合、駆動部１６は、位相素子１５を回転駆動するように構成される。このように回転駆動するための構成としても多様に考えられ、ここで特に限定されるべきものではない。
【００７９】
システムコントローラ１９は、記録時と再生時とで、このような駆動部１６による位相素子１５の駆動動作を制御する。すなわち、駆動部１６が位相素子１５を出し入れするように構成される場合には、記録時において、位相素子１５が光路から外されるように駆動部１６を制御し、再生時においては、位相素子１５が光路中に挿入されるように駆動部１６を制御する。
また、駆動部１６が位相素子１５を回転駆動するように構成される場合、記録時には位相素子１５における位相子の光学軸方向と当該位相子への入射光の偏光方向とが直交する状態となるようにして位相素子１５が回転駆動されるように駆動部１６を制御し、再生時には、位相子の光学軸方向と当該位相子への入射光の偏光方向とが同方向となるようにして位相素子１５が回転駆動されるように駆動部１６を制御する。
【００８０】
このようなシステムコントローラ１９による記録／再生時の制御により、先に説明したようにして再生時にのみ参照光とＤＣ光とにπ／２の位相差を与えることができ、これによってＤＣ光の加算読み出しを有効なものとして実現することができる。
【００８１】
なお、位相素子１５を光路に対し出し入れする構成の場合、位相素子１５を挿入する際には、第２の領域の位置が信号光エリアＡ２を透過する光の照射される位置と一致している、または第１の領域が参照光エリアＡ１を透過する光の照射される位置と一致している必要がある。そこで、光路に対する挿入動作のストッパとなるような位置決め部材を設けておき、当該位置決め部材によって正確な位置合わせが可能となるようにしておくなどの対策を採ることができる。
また、位相素子１５を回転駆動する場合は、記録時と再生時とで正確に９０°の回転が与えられるようにする必要があるので、回転動作に対するストッパとなるような位置決め部材を設けておき、これによって正確な回転角度の制御が行われるように図ることができる。
【００８２】
ここで、上記のような実施の形態としての記録再生装置の構成において、ＤＣ光の加算読み出し時に必要な位相制御の実現のために必要な追加構成は、実質的には位相素子１５と、これを物理的に駆動するための駆動部１６のみとなる。
位相素子１５は、先に例示したように参照光エリアＡ１全体と信号光エリアＡ２全体とでそれぞれ物理構造が異なるように構成されればよく、非常に簡易な構成とすることができる。また、駆動部１６としても、位相素子１５全体を物理的に動かすようにして駆動するのみで良いので、非常に簡易な構成とすることができる。
これらのことから、同じＤＣ光の加算読み出しのための位相制御を行う構成として、例えば先に述べたようなピクセル単位で「０」と「π／２」による位相変調を与える空間光変調器と、当該空間光変調器の各画素を駆動するための駆動回路とを設ける場合と比較すれば、より簡易な構成で実現できることが理解できる。
このようにして構成の簡易化が図られることで、ＤＣ光の加算読み出しを行うにあたって装置の小型化、及び低コスト化が図られる。
【００８３】
続いて、図１９は、第１の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示している。
第２例の記録再生装置は、第１例の記録再生装置の構成を元として、位相素子１５が挿入される位置を、コリメータレンズ２とＳＬＭ３との間に変更したものである。
なお図１９において、既に図１８にて説明した部分については同一符号を付して説明を省略する。なお、以下で説明する各図についても、既に説明を行った部分については同一符号を付してその説明は省略するものとする。
【００８４】
図１９において、この場合の駆動部１６は、位相素子１５をコリメータレンズ２とＳＬＭ３との間の光路中に出し入れすることができる位置に対して設けられる。或いは、このようなコリメータレンズ２とＳＬＭ３との間の光路中に挿入された位相素子１５を、その位相子の光学軸方向と当該位相子への入射光の偏光方向とが直交する状態と、上記位相子の光学軸方向と当該位相子への入射光の偏光方向とが同方向となる状態とに回転駆動することが可能となるようにして設けられる。
なお、この場合におけるシステムコントローラ１９による記録時と再生時とでの駆動部１６に対する制御内容としても、先の第１例において説明したものと同様となるので説明は省略する。
【００８５】
ここで、位相素子１５の挿入位置としては、図１８、図１９で例示した以外の位置とすることもできる。すなわち、位相素子１５としては、参照光エリアＡ１を透過する光の全体と、信号光エリアＡ２を透過する光の全体に所定の位相差を与えるために、ＳＬＭ３にて設定される参照光エリアＡ１と信号光エリアＡ２とに応じて空間的に分割されているものであるので、その挿入位置としては以下の２通りが可能となる。
・ＳＬＭ３の実像面または実像面付近（必要に応じてリレーレンズ光学系を追加する）
・コリメートされたレーザ光とＳＬＭ３の間
【００８６】
３−２．第２の実施の形態
第２の実施の形態は、先の図７にて説明したような位相マスク１３を設ける場合の構成に実施の形態の位相制御手法を適用するものである。
図２０は、第２の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成について示している。
この第２の実施の形態の第１例としての記録再生装置の構成は、先の第１の実施の形態の第１例の記録再生装置（図１８）の構成に対し、位相マスク１３を追加したものである。具体的に、図１８の構成においては、位相素子１５が挿入される位置と対物レンズ９との間に位相マスク１３を挿入している。
なお、位相マスク１３を設けた場合の作用・効果については先に説明した通りであり、改めての説明は省略する。但し、注意すべき点は、位相マスク１３は、その各ピクセルがＳＬＭ３における各ピクセルと１対１の関係で一致するようにその位置決めが為されるということである（ピクセルマッチングと言う）。このようなピクセルマッチングが為されることで、先に説明した信号光と参照光との干渉効率の向上効果、及びＤＣ成分の抑圧効果を適正に得ることができる。
【００８７】
図２１は、第２の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示している。
第３例の記録再生装置は、図２１に示した第２例としての構成における位相マスク１３の挿入位置を、リレーレンズ７と対物レンズ９との間に変更したものである。
【００８８】
また、図２２は、第２の実施の形態の第３例としての記録再生装置の内部構成を示している。
この第３例の記録再生装置は、先の図２０の第１例の構成における「リレーレンズ５→遮光マスク６→リレーレンズ７」によるリレーレンズ光学系の後段に、さらに同じ「リレーレンズ５→遮光マスク６→リレーレンズ７」によるリレーレンズ光学系を追加した上で、位相素子１５の挿入位置を、一方のリレーレンズ光学系におけるリレーレンズ７と、他方のリレーレンズ光学系におけるリレーレンズ５との間に変更したものである。
【００８９】
３−３．第３の実施の形態
続いて、第３の実施の形態について説明する。
第３の実施の形態は、いわゆる差動検出と呼ばれる手法によって再生を行う場合に、実施の形態としての位相制御手法を適用するものである。
ここで、上記「差動検出」とは、再生像に対して加算するＤＣ光として、その全体の位相を「０」（つまり「＋１」）として読み出しを行った結果と、位相を「π」（つまり「−１」）として読み出しを行った結果との差分を取ることで、再生信号特性の向上を図るものである。すなわち、ホログラム記録媒体１０に記録されるホログラムページごとに、それぞれ位相を「０」「π」としたＤＣ光を加算して読み出しを行い、それら読み出し結果の差分から各ホログラムページの再生データを得るものである。
【００９０】
図２３は、このような差動検出による再生動作を行うように構成された第３の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成を示している。
この図２３に示す第１例の記録再生装置は、先の図１９に示した第１の実施の形態の第２例としての構成に対し、差動検出のための構成を追加したものとなっている。具体的には、差動検出用位相素子２０とこの差動検出用位相素子２０に物理的な力を加えるようにして駆動する差動検出用駆動部２１と、さらにデータ再生部１８内に差動検出部１８ａが追加される。
【００９１】
差動検出用位相素子２０、及び差動検出用駆動部２１は、差動検出の実現のための「０」「π」の位相変調を可能とするために設けられる。
差動検出用位相素子２０は、先の位相素子１５と同様に、その物理的な構造によって参照光エリアＡ１を透過する光と信号光エリアＡ２を透過する光に所定の位相差を与えることができるように構成されている。但し、先の位相素子１５では「π／２」の位相差を与えるものとされていたが、差動検出については「π」の位相差を与える必要がある。
このような「π」の位相差を与えるための差動検出用位相素子２０の構成として、例えば参照光エリアＡ１を透過する光が入射する第１の領域と信号光エリアＡ２を透過する光が入射する第２の領域とでその厚みが異なるように構成する場合には、上記第１の領域と第２の領域のうち、「π」の位相変調を与えるべき領域について、部材（例えばガラスなどの光学材料）の屈折率をｎとし、入射光の波長をλとしたとき、その厚さの違いｔをｔ＝λ／{２(ｎ−１)}に設定することで実現できる。
或いは、この場合も厚みの差によって位相差を与えるのではなく、屈折率の差によって位相差を与えるようにすることもできる。
また、位相子を用いて所定の位相差を与えるとした場合は、上記第１の領域と第２の領域の何れかに用いる位相子として、１／２波長板で用いられるものと同様の位相子を用いるものとすればよい。
【００９２】
なお、確認のために述べておくと、差動検出としては、参照光の照射に応じて得られる再生像の位相と、これに加算されるＤＣ光の位相との相対的な位相差が「π」となればよいものであって、必ずしもＤＣ光側の位相を「０」と「π」に変調しなければならいものではない。つまりは、参照光側の位相を「０」と「π」に変調することによっても、その照射によって得られる再生像の位相とＤＣ光の位相との相対的な位相差を「π」とできるものであって、有効に差動検出を行うことができる。
【００９３】
差動検出用駆動部２１は、先に説明した位相素子１５に対する駆動部１６と同様に、差動検出用位相素子２０を物理的に駆動する。
具体的には、差動検出用位相素子２０を光路に対して出し入れするようにして駆動する。或いは、差動検出用位相素子２０が位相子を用いた構成とされる場合には、差動検出用位相素子２０を９０°回転駆動することができるように構成される。
この場合、図示するようにして差動検出用位相素子２０の挿入位置はリレーレンズ７と対物レンズ９との間に設定されているので、差動検出用駆動部２１は、差動検出用位相素子２０をこれらリレーレンズ７と対物レンズ９との間に対して出し入れすることができるようにして設けられるか、或いは、これらリレーレンズ７と対物レンズ９との間に対して挿入される差動検出用位相素子２０を９０°回転駆動できるようにして設けられる。
【００９４】
なお確認のために述べておくと、この場合も駆動部２１によって位相素子２０を挿入するにあたっては、その挿入後の位置として、第１の領域には参照光エリアＡ１を透過する光全体が入射されるようにし、第２の領域には信号光エリアＡ２を透過する光全体が入射するようにしてストッパなどによる位置決めが為されているとする。また、特に位相素子２０に位相子を用いる場合は、挿入後の状態として、上記位相子の光学軸方向が上記位相子への入射光の偏光方向と一致する方向となるようにして位置決めが為される。
さらに、位相素子２０を回転駆動する場合には、第１の領域には参照光エリアＡ１を透過する光全体が入射されるようにし第２の領域には信号光エリアＡ２を透過する光全体が入射するようにして位置決めが為されると共に、さらに回転前と回転後の状態として、位相子の光学軸方向が位相子への入射光の偏光方向と一致する方向と直交する方向となるようにして位置決めが為される。
【００９５】
ここで、差動検出にあたっては、加算するＤＣ光の位相（または参照光の位相）を「０」「π」とした２度読みを行う必要がある。このような２度読みのための制御は、システムコントローラ１９により行われる。
この場合のシステムコントローラ１９は、ホログラム記録媒体１０に記録された各ホログラムページの読み出しごとに、差動検出用位相素子２０が光路から外された状態と光路に挿入された状態とが得られるように差動検出用駆動部２１を制御する。或いは、各ホログラムページの読み出しごとに、差動検出用位相素子２０が基準取り付け角度（位相子の光学軸方向が入射光の偏光方向と一致または直交する角度）となる状態とそこから９０°回転された状態とが得られるように差動検出用駆動部２１を制御する。
なお、この場合もシステムコントローラ１９は、実施の形態としての位相制御のために駆動部１６に対する記録時／再生時の制御を行うが、その内容は先に説明したものと同様となるので改めての説明は省略する。この場合としても、当該実施の形態としての位相制御が行われることで、再生信号光に対しＤＣ光を適正に干渉させて加算させることができる。
【００９６】
上記のようなシステムコントローラ１９による駆動部２１の制御が行われることで、この場合のイメージセンサ１１では、１枚のホログラムページにつき、その位相が「０」と「π」とされた（つまり、それぞれコントラストの反転した）ＤＣ光加算再生像が検出され、その検出結果としての画像信号がデータ再生部１８における差動検出部１８ａに対して供給される。
差動検出部１８ａは、このようにして１枚のホログラムページにつき２枚分得られた画像信号について、それらの差分を計算する。
この場合のデータ再生部１８では、このような差動検出部１８ａによる差分計算結果からホログラムページ内の各ピクセルの値を求めるようにされ、その結果に基づき先に述べたような記録変調符号の復号化を行うことで元の記録データを再生する。
【００９７】
ここで、これまでの説明から理解されるように、差動検出を行うにあたっては、再生像へのＤＣ光の加算を要する。このＤＣ光の加算（再生像とＤＣ光とを適正に干渉させる）には、参照光またはＤＣ光について「０」「π／２」の変調を要するが、これについて第３の実施の形態の第１例では、位相素子１５と駆動部１６を用いた実施の形態としての位相制御を適用することで、先の各実施の形態と同様に構成の簡易化を図っている。
また、差動検出には、コントラストの反転した像を得るための「０」「π」の位相変調を要する。第３の実施の形態の第１例では、この「０」「π」の位相変調を実現するにあたっても、上記実施の形態としての位相制御手法と同様の手法を採っている。つまり、その物理構造により参照光エリアＡ１と信号光エリアＡ２を透過する光に所定の位相差（この場合は位相差「π」）を与えることができるように構成された位相素子２０と、これを物理的に駆動する駆動部２１とを用いるようにしている。
このような差動検出にあたっての「０」「π」の位相変調についても、従来手法を踏襲すると、位相変調が可能な空間光変調器とそのドライバを用いるものとなるが、上記のような位相素子２０と駆動部２１とを設けた構成により、この点においても構成の簡略化が図られることになる。つまり、図２３に示した構成によれば、差動検出を実現するにあたっても装置の小型化及び低コスト化が図られる。
【００９８】
続いて、第３の実施の形態の第２例について説明する。
図２４は、第３の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示している。
第２例としての記録再生装置は、先の第１例において用いられていた差動検出用の位相素子２０とその駆動部２１とを省略し、差動検出のための「０」「π」の位相変調を、ＦＬＣ（Ferroelectric Liquid Crystal：強誘電性液晶）を用いて位相変調が可能とされた空間光変調器を用いて行うようにしたものである。
【００９９】
ここで、このようなＦＬＣを用いた空間光変調器としては、ピクセル単位での振幅制御と位相変調（「０」「π」）の双方を行うことが可能に構成されたものがある（例えば下記参考文献３を参照）。先にも述べたように、現状では、１つの空間光変調器によって振幅制御と共に「０」「π／２」の位相変調を行うものはその実現が非常に困難とされているが、このように振幅制御と「０」「π」による位相変調とを同時に行うことが可能な空間光変調器は既に周知の技術である。
参考文献３．High-Tilt,high-PS,de vries FLCs for analog electro-optic phase modulation M.J.'Callaghan et al.FERROELECTRICS,vol.343,pp201-207(2006)
【０１００】
図２４では、上記のような振幅制御及び「０」「π」の位相制御を同時に行うことのできる空間光変調器を、振幅・位相変調器２２として示している。この場合、当該振幅・位相変調器２２によって振幅制御が可能とされるので、これまでの各構成例で用いていたＳＬＭ３は不要とすることができ、実際に図２４ではＳＬＭ３が省略された構成となっている。
【０１０１】
そして、振幅・位相変調器２２としては、この場合は反射型のものを用いるものとしている。これに伴い、図示するようにしてレーザダイオード１から出射されコリメータレンズ２を介して得られる光を入射するようにされた偏光ビームスプリッタ４を追加するものとしている。この場合の偏光ビームスプリッタ４は、コリメータレンズ２からの入射光を反射して上記振幅・位相変調器２２側に導くようにされると共に、振幅・位相変調器２２からの反射光を透過してこれをリレーレンズ５に導くようにして設けられる。
なお、このリレーレンズ５より後段の構成は、先の図２３に示した第１例としての構成とほぼ同様となる。但し、図２４に示す第２例の場合、第１例においてリレーレンズ７と対物レンズ９との間に対して挿入されるようにして設けられていた差動検出用位相素子２０とその駆動部２１とが省略され、代わりに位相素子１５と駆動部１６とが設けられる。なお、この場合もシステムコントローラ１９による上記駆動部１６への制御は同様となるので説明は省略する。
【０１０２】
また、この第２例においては、上記振幅・位相変調器２２の各画素を駆動制御するための構成として、これまでのデータ変調・振幅制御部１７に代えて、データ変調・振幅位相制御部２３が設けられる。
このデータ変調・振幅位相制御部２３は、先に説明したデータ変調・振幅制御部１７による記録／再生時の振幅制御のための動作に加えて、さらに差動検出に必要な「０」「π」の位相変調を実現するための制御動作を行う。
つまり、振幅制御については、記録時において、先のデータ変調・振幅制御部１７と同様に記録データに応じてデータパターンを生成し、このデータパターンに基づき振幅・位相変調器２２の各画素を駆動制御することで、参照光と信号光とを出力させる。また、再生時における振幅制御については、データ変調・振幅制御部１７の場合と同様にして再生時のデータパターンを生成し、このデータパターンに基づき振幅・位相変調器２２の各画素を駆動制御することで参照光とＤＣ光とを出力させる。
そして、位相制御については、再生時におけるホログラム記録媒体１０上のホログラムページの読み出しごとに、振幅・位相変調器２２の参照光エリアＡ１全体、または信号光エリアＡ２全体の何れかの位相が「０」と「π」に順次変調されるように振幅・位相変調器２２の各画素を駆動制御する。
【０１０３】
このようなデータ変調・振幅位相制御部２３の制御に基づき、振幅・位相変調器２２による位相変調が行われることで、この場合としても、イメージセンサ１１では１枚のホログラムページにつき位相が「０」と「π」とされたＤＣ光加算再生像が検出されるようになる。すなわち、これによって当該第２例の構成によっても、差動検出を実現できる。
【０１０４】
ここで、上記第２例の構成によれば、振幅制御と位相変調とを同時に行うことのできる１つの空間光変調器を用いることで、差動検出に必要な振幅制御（例えばＤＣ光生成のための振幅制御）と「０」「π」の位相変調とを行うことができる。つまり、この場合においても差動検出にあたって用いるべき空間光変調器（及びそのドライバ）は１つのみとすることができるので、この点で装置の小型化・低コスト化が図られる。さらにこの場合は、差動検出用の位相素子２０とその駆動部２１も省略できるので、さらなる小型化・低コスト化を図ることができる。
【０１０５】
また、次の図２５は、第３の実施の形態の第３例としての記録再生装置の内部構成について示している。
この第３例の記録再生装置は、先の第２例においては位相素子１５と駆動部１６の挿入位置をリレーレンズ７と対物レンズ９との間としていたものを、図示するようにして振幅・位相変調器２２と偏光ビームスプリッタ４との間に変更したものである。このような第３例としての構成によっても、先の第２例の場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
なお、上記により説明した第２例（図２４）、第３例（図２５）では、ＦＬＣを用いた振幅・位相変調器２２として反射型のものを用いる場合を例示したが、もちろん透過型の振幅・位相変調器２２を用いることも可能であり、その場合もデータ変調・振幅位相制御部２３により同様の駆動制御を行うことで、同様の効果を得ることができる。
【０１０７】
ここで、これまでで説明した第３の実施の形態の記録再生装置として、先の図２３に示した第１例では、位相マスク１３を設けない場合の構成を例示したが、このような第３の実施の形態の第１例に対しても位相マスク１３を設けるものとし、記録時におけるＤＣ成分の抑圧が図られるようにすることが可能である。なお、位相マスク１３の挿入位置については、先に説明した位相素子１５の挿入位置についての条件と同様の条件を満たす位置であれば任意とすることができる。
また、確認のために述べておくと、第２例（図２４）、第３例（図２５）のようにＦＬＣを用いた振幅・位相変調器２２を設ける場合には、記録時においてピクセル単位での「０」「π」の位相変調を行うことで、位相マスク１３を設ける場合と同様の効果を得ることができる。
【０１０８】
ところで、上記のようにして第１例の構成に対し位相マスク１３を設けた場合は、再生時においても当該位相マスク１３によりピクセル単位で「０」「π」の位相変調が行われてしまうものとなる。上述のようにして再生時には、参照光またはＤＣ光に「０」「π」の位相変調を要する差動検出が行われるので、この差動検出と位相マスク１３による位相変調とが共存可能であるかを考慮する必要がある。
以下、差動検出行うにあたって位相マスク１３が与える影響について検証してみる。
【０１０９】
先ず、一般に位相マスクには、
・多値レベル：２値、４値、６値など
・位相変化量：ランダム、擬似ランダム（連続的な変化）
など、様々な仕様があるが、ここでは最も基本的な２値ランダム位相マスクを考える（ちなみに、２値の場合にはランダム、擬似ランダムの区別はない）。
【０１１０】
２値ランダム位相マスクは、振幅「１」の信号に対して、位相差πの２つの位相状態を与えるものである。ここで、このような位相差πを与えられた２つの状態をそれぞれ信号１、信号２と呼ぶことにし、それぞれの位相を、
信号１：Φ１＝π/2
信号２：Φ２＝−π/2
とおく。このとき、それぞれの複素振幅は、
信号１：U１＝exp(j×π/2)
信号２：U２＝exp(j×−π/2)
とおくことができる。また、ＤＣ光の振幅をａとし、ＤＣ光と再生信号光との位相差をΔとおく。
【０１１１】
先ずは、実際の差動検出の動作に則して、ＤＣ光が加算された場合の複素振幅を求める。信号１および信号２に加算される信号成分はそれぞれ、
加算成分１：W１＝ａ×exp{j×(π/2+Δ)}
加算成分２：W２＝ａ×exp{j×(-π/2+Δ)}
とおくことができるので、加算後の複素振幅はそれぞれ、
加算後信号１：S１＝U１＋W１＝exp(j×π/2)＋ａ×exp{j×(π/2+Δ)}
加算後信号２：S２＝U２＋W２＝exp(j×−π/2)＋ａ×exp{j×(−π/2+Δ)}
となる。ここで、それぞれの光強度は、
光強度１：I１＝S１×S１*
光強度２：I２＝S２×S２*
より計算され、
光強度１：I１＝１＋a2＋2a×cos（Δ）
光強度２：I２＝１＋a2＋2a×cos（Δ）
となる。
【０１１２】
次に、差動検出後の光強度を計算する。差動検出は２つの再生信号の差をとるものであり、ここで２つの再生信号として、再生信号Ａ：Δ＝ΔＡ、再生信号Ｂ：Δ＝ΔＢとした場合を考える。
再生信号Ａにおける光強度は、
光強度１_Ａ：I１_Ａ＝１＋ａ2＋2ａ×cos（ΔＡ）
光強度２_Ａ：I２_Ａ＝１＋ａ2＋2ａ×cos（ΔＡ）
であり、再生信号Ｂにおける光強度は、
光強度１_Ｂ：I１_Ｂ＝１＋ａ2−2ａ×cos（ΔＢ）
光強度２_Ｂ：I２_Ｂ＝１＋ａ2−2ａ×cos（ΔＢ）
である。従って、差動光強度は、
差動光強度１：Ｄ１＝I１_Ａ−I１_Ｂ＝2ａ×{cos（ΔＡ）−cos（ΔＢ）}
差動光強度２：Ｄ２＝I２_Ａ−I２_Ｂ＝2ａ×{cos（ΔＡ）−cos（ΔＢ）｝
と求めることができる。
【０１１３】
ここで、差動光強度を最大にするのは、（ΔＡ，ΔＢ）＝（０, π）の場合（または、（π，０））であることは明らかであり、その時の差動光強度はそれぞれ、
差動光強度１：Ｄ１＝4ａ
差動光強度２：Ｄ２＝4ａ
となる。従って、位相マスク１３の位相状態に関わらず、加えるＤＣ光の振幅に応じて、検出される光強度の増幅効果が得られることが分かる。
【０１１４】
３−４．変形例
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明としてはこれまでに説明した実施の形態に限定されるべきものではない。
例えば、これまでの説明では、位相素子１５を光路に対して出し入れするための駆動部１６の具体的な構成の一例として、位相素子１５を昇降またはスライド移動させるものを例示したが、単に昇降・スライド移動させるのみの構成とした場合には、位相素子１５を挿入する際、駆動部１６のメカ精度などによって位相素子１５を光軸に対し正確な角度で挿入することができなくなってしまうといったことが起こりかねない。例えば、次の図２６（ａ）（ｂ）に示されるように、記録／再生の何れか一方において位相素子１５を挿入するにあたって、位相素子１５が光軸に対して斜めに挿入されてしまうといったものである。
このようにして位相素子１５が斜めに挿入されてしまうと、図２６（ｂ）に示されるように、位相素子１５への入射前のビーム位置と、透過後のビーム位置とにずれを生じさせてしまうことになる。すなわち、このことによって、位相素子１５が挿入された場合と外された場合とで（つまり記録時と再生時とで）ビーム位置ずれが生じてしまい、このことで記録再生性能の悪化が助長されてしまう。
【０１１５】
そこで、例えばこのような問題について対策するとした場合等には、以下のような変形例とすることも可能である。
図２７、図２８は、上記のようなビーム位置ずれ対策に好適な変形例の構成について説明するための図である。なお、ここでは一例として、位相素子１５による位相変調は再生時にのみ行い、且つ位相変調の対象エリアは信号光エリアＡ２とされる場合を例に説明を行う。
また、これら図２７、図２８においては、先の図１２、図１３と同様に、（ａ）図ではＳＬＭ３における参照光エリアＡ１と信号光エリアＡ２とを模式的に示し、（ｂ）図ではこれら参照光エリアＡ１、信号光エリアＡ２を介して得られる光が対物レンズ９を介してホログラム記録媒体１０に対して照射される様子を模式的に示している。
【０１１６】
先ず、この変形例においては、図２７、図２８に示されるように、位相素子１５として、余白領域１５ｂを形成するものとしておく。この余白領域１５ｂは、位相変調領域１５ａと共に位相素子１５に対して一体的に形成されるようにしておく。そして、注意すべき点は、当該余白領域１５ｂは、これを透過する光（参照光エリアＡ１を透過した光と信号光エリアＡ２を透過した光）に位相差を与えないように構成されているという点である。さらには、当該余白領域１５ｂの面積は、少なくとも参照光エリアＡ１を透過する光の外径よりも大きく設定されているという点である。
【０１１７】
この場合、図２７に示す記録時には、（ｂ）図に示されるようにして上記位相素子１５の余白領域１５ｂのみが光路に対して挿入されるようにしておく。そして、図２８の再生時には、位相変調領域１５ａによる位相変調を施すべく、（ｂ）図のようにして位相変調領域１５ａが位相変調の対象となる光全体（つまりこの例では信号光エリアＡ２を透過する光全体）をカバーするように、位相素子１５をスライドさせる。
このようにして、位相変調領域１５ａと余白領域１５ｂとが一体に形成された位相素子１５とした上で、位相変調を行わない場合は余白領域１５ｂが光路に対し挿入された状態となるようにし、位相変調を行う場合は位相変調領域１５ａが光路に対し挿入された状態となるようにすることで、位相変調のON/OFFにあたって、位相素子１５が常に光路に対して挿入された状態にあるようにすることができる。
このようにして位相素子が位相変調のON/OFF時（つまり記録／再生時）において常に挿入された状態とすることができれば、図２７（ｂ）、図２８（ｂ）を比較してわかるように、記録／再生時でのビーム位置の状態を同じとすることができる。すなわち、これにより、単なるスライドや昇降などで出し入れするとした場合のような記録／再生時でのビーム位置ずれの問題を回避することができ、記録再生性能の悪化の防止を図ることができる。
なお、確認のために述べておくと、この場合は上記位相素子１５を挿入した状態におけるビーム位置の状態を基準として光学設計、光学調整を行うものとすればよい。
【０１１８】
なお、ここでの図示は省略したが、この変形例の場合の駆動部１６としては、上記のような余白領域１５ｂが形成された位相素子１５を、光路に対して余白領域１５ｂが挿入された状態と位相変調領域１５ａが挿入された状態とにスライド駆動するように構成されていればよい。
【０１１９】
ここで、上記説明では、位相素子１５における位相変調領域１５ａが信号光エリアＡ２に対応した第２の領域に形成されて、信号光エリアＡ２を透過する光に対して位相変調を行う場合を例示したが、参照光側に対し位相変調を行う場合においても上記変形例は適用できる。
その場合、次の図２９に示されるような位相素子１５の構成とする。つまり、この場合の位相素子１５としては、先の図２７、図２８で用いた位相素子１５では第２の領域（信号光エリアＡ２を透過する光全体が入射する部分として設定された領域：図中Ａ２）に位相変調領域１５ａが形成されていたものを、参照光エリアＡ１を透過する光全体が入射する部分として設定された第１の領域（図中Ａ１）に対して位相変調領域１５ａを設けるものである。
そして、この図２９に示すような位相素子１５とした上で、次の図３１に示されるように、再生時には、位相変調領域１５ａに参照光エリアＡ１を透過した光全体が入射されるようにして位相素子１５をスライド駆動する。そして、図示は省略したが、この場合も記録時には、余白領域１５ｂが光路に対して挿入されるように位相素子１５をスライド駆動する。
このようにした場合にも、先の図２７、図２８の場合と同様の効果を得ることができる。
なお、このような変形例は、第３の実施の形態で例示した差動検出用位相素子２０とその駆動部２１についても適用可能であることは言うまでもない。
【０１２０】
ところで、これまでの説明においては、記録時に位相変調を与えず、再生時にのみ位相変調を与える場合のみについて例示してきたが、逆に記録時にのみ位相変調を与えるようにすることによってもこれまでと同様の効果を得ることができる。
例えば、記録時にのみ信号光と参照光に位相差を与える場合の具体例として、位相「０」による参照光と位相「π／２」による信号光とを照射して記録動作を行い、再生時にはそれぞれ同じ位相「０」による参照光及びＤＣ光を照射して読み出しが行われたとする。この場合、上記記録時の信号光の位相「π／２」より、ホログラム記録媒体１０に記録される信号の全体的な位相は「π／２」となる。従って再生時において、上記のような位相「０」による参照光の照射によって得られる再生像の位相は、先に説明した「再生像の位相は照射した参照光の位相に対しπ／２だけずれる」という性質より、「０」となる。つまり、この場合においてＤＣ光の位相「０」と再生像の位相「０」とは一致するものとなり、この結果、ＤＣ光の加算読み出しを有効なものとして実現することができる。
このことを考慮すると、例えば先の図１６、図１７に示したような位相素子１５を回転駆動する場合、記録時には位相素子１５の位相子の光学軸方向が入射光の偏光方向と直交する状態とするか、或いは同方向となるようにし、再生時には記録時の状態から９０度回転させればよいことになる。
なお、ここでは参照光エリアＡ１側の位相を「０」、信号光エリアＡ２側の位相「π／２」とする場合を挙げたが、先に述べた再生時にのみ位相変調を行う場合と同様、逆に参照光エリアＡ１側の位相を「π／２」とした場合も、同様の原理によってＤＣ光の加算読み出しを有効に実現することができる。
また、このようにして記録時にのみ位相素子１５による位相変調を行うにあたっては、記録時と再生時の位相素子１５の駆動状態が先の各実施の形態で説明したものと逆となるようにすればよい。
【０１２１】
また、これまでの説明においては、記録再生装置が透過型のホログラム記録媒体１０に対応する場合のみを例示してきたが、先の図１，図６などで例示したようにして偏光ビームスプリッタ４、１／４波長板８を追加することにより、反射型のホログラム記録媒体１０に対応する構成とすることもできる。
【０１２２】
また、これまでの説明では、光強度変調を行うＳＬＭ３として透過型のＳＬＭ３を用いるものとしたが、例えば反射型の液晶パネルやＤＭＤ（Digital Micro mirror Device）など、反射型の光強度変調器を用いることも可能である。このように光強度変調器を反射型とする場合には、例えば先の図２４に示したようにして偏光ビームスプリッタ４を別途追加するものとすればよい。
【０１２３】
また、これまでの説明では、円形とされる信号光エリアの外側に輪状の参照光エリアが設けられる場合を例示したが、信号光エリア、参照光エリアの形状は、これら円形や輪状に限定されるものではない。また、参照光エリアを内側、信号光エリアを外側に配置することもできる。
【０１２４】
また、これまでの説明では、位相素子１５を記録再生装置に用いる場合を例示したが、再生専用装置（再生装置）に対して用いることもできる。つまりその場合は、位相素子１５を、その第１の領域または第２の領域に形成された位相変調領域１５ａが参照光とＤＣ光のうちの位相変調の対象とされた光全体をカバーするようにして光路中の所定位置に対して挿入した構成とすればよい。なお、この場合も位相素子１５の挿入位置としては、先に述べた挿入位置の条件を満たす位置であれば任意とすることができる。
但し、このような再生装置とする場合には、記録時において、参照光または信号光の全体に対する「π／２」の位相変調が一切行われない（つまり通常の記録動作が行われる）ことが前提となる。すなわち、上記再生装置は、このようにして通常記録が行われたホログラム記録媒体１０について適正にＤＣ光の加算読み出しによるデータ再生を行うためのものとなる。
【０１２５】
また、再生装置として、第３の実施の形態のように差動検出を行うのであれば、上記による構成に加えて、差動検出用位相素子２０と差動検出用駆動部２１とを設けることができる。或いは、先の図２４等で示したＦＬＣを備える振幅・位相変調器２２を用いた構成とすることもできる。
これらの場合、記録再生装置とする場合との具体的な差異点としては、データ変調・振幅制御部１７或いはデータ変調・振幅位相制御部２３において先に説明した記録時の動作が省略されるという点である。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】ホログラム記録再生の基本動作説明を行うための図として、コアキシャル方式が採用されたホログラム記録再生装置の内部構成例を示した図である。
【図２】ホログラム記録媒体への記録手法ついて説明するための図である。
【図３】ホログラム記録媒体の再生手法について説明するための図である。
【図４】空間光変調器において規定される参照光エリア、信号光エリア、ギャップエリアの各エリアについて説明するための図である。
【図５】透過型のホログラム記録媒体に対応する場合の記録再生装置の内部構成例を示した図である。
【図６】位相マスク有りで且つ反射型のホログラム記録媒体に対応する場合の記録再生装置の内部構成例を示した図である。
【図７】位相マスク有りで且つ透過型のホログラム記録媒体に対応する場合の記録再生装置の内部構成例を示した図である。
【図８】位相マスクと空間光変調器とが一体的に形成される場合の構成を示した図である。
【図９】位相マスクによる位相変調によってＤＣ成分の抑圧が図られることについて説明するための図である。
【図１０】位相マスクが設けられた場合の再生時の参照光を模式的に示した図である。
【図１１】ＤＣ光の加算読み出し手法について説明するための図である。
【図１２】実施の形態としての位相制御手法のうちの第１の手法について、その再生時の制御態様を説明するための図である。
【図１３】実施の形態としての位相制御手法のうちの第１の手法について、その記録時の制御態様を説明するための図である。
【図１４】位相変調素子の構造例を示した図である。
【図１５】位相変調素子の他の構造例を示した図である。
【図１６】実施の形態としての位相制御手法のうちの第２の手法について、その記録時の制御態様を説明するための図である。
【図１７】実施の形態としての位相制御手法のうちの第２の手法について、その再生時の制御態様を説明するための図である。
【図１８】第１の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図１９】第１の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図２０】第２の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図２１】第２の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図２２】第２の実施の形態の第３例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図２３】第３の実施の形態の第１例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図２４】第３の実施の形態の第２例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図２５】第３の実施の形態の第３例としての記録再生装置の内部構成を示した図である。
【図２６】位相変調素子の挿入時の傾きによりビーム位置ずれが生じることについて説明するための図である。
【図２７】変形例としての位相制御手法について、その記録時の制御態様を説明するための図である。
【図２８】変形例としての位相制御手法について、その再生時の制御態様を説明するための図である。
【図２９】変形例において参照光エリア側に位相変調を与える場合の位相変調素子の構造について示した図である。
【図３０】変形例において参照光エリア側に位相変調を与える場合の位相制御手法について説明するための図である。
【符号の説明】
【０１２７】
１  レーザダイオード（ＬＤ）、２  コリメータレンズ、３  ＳＬＭ（空間光変調器）、４  偏光ビームスプリッタ、５,７  リレーレンズ、６  遮光マスク、８  １／４波長板、９  対物レンズ、１０  ホログラム記録媒体、１１  イメージセンサ、１２  集光レンズ、１３  位相マスク、１５  位相素子、１５ａ  位相変調領域、１５ｂ  余白領域、１６  駆動部、１７  データ変調・振幅制御部、１８  データ再生部、１８ａ  差動検出部、１９  システムコントローラ、２０  差動検出用位相素子、２１  差動検出用駆動部、２２  振幅・位相変調器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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