(57)【要約】【課題】記録層に対する余分な光の照射による記憶容量の減少を防止するとともに、記録または再生のための光学系を小型化、シンプル化した光情報記録および再生装置を提供することにある。【解決手段】本発明による光情報記録装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録する。前記光情報記録媒体は、少なくとも基板２、前記情報記録層３および反射層５がこの順番で形成されてなり、前記記録光学系は、情報光６１、６３を前記反射層上に収束させ、記録用参照光６２が前記反射層上ではデフォーカスするとともに、前記記録用参照光の共役焦点Ｆ’が前記基板と前記情報記録層との境界面よりも前記基板側に位置するように、前記記録用参照光を照射する。【選択図】  図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録するための光情報記録装置であって、
情報を担持した情報光を生成する情報光生成手段と、
記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、
前記情報記録層に前記情報光と前記記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、前記情報光と前記記録用参照光とを、前記情報記録層に対して同一面側より照射する記録光学系と、を備え、
前記光情報記録媒体は、少なくとも基板、前記情報記録層および反射層がこの順番で形成されてなり、前記記録光学系は、前記情報光を前記反射層上に収束させ、前記記録用参照光が前記反射層上ではデフォーカスするとともに、前記記録用参照光の共役焦点が前記基板と前記情報記録層との境界面よりも前記基板側に位置するように、前記記録用参照光を照射することを特徴とする光情報記録装置。
【請求項２】
前記光情報記録媒体は、さらに、前記情報記録層と前記反射層との間に前記情報記録層を保護するための保護層を有することを特徴とする請求項１記載の光情報記録装置。
【請求項３】
前記光情報記録媒体として、情報光および記録用参照光の位置決めのための情報が記録される位置決め領域を備えたものを用い、更に、前記位置決め領域に記録された情報を用いて、前記光情報記録媒体に対する情報光および記録用参照光の位置を制御する位置制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の光情報記録装置。
【請求項４】
前記記録光学系は、光を前記光情報記録媒体に対して収束させるための対物レンズを有し、前記記録用参照光は前記対物レンズに発散光として入射し、前記情報光は前記対物レンズに平行光として入射することを特徴とする請求項１記載の光情報記録装置。
【請求項５】
前記記録光学系は、情報光の光軸と記録用参照光の光軸が同一線上に配置されるように、情報光と記録用参照光とを照射することを特徴とする請求項１記載の光情報記録装置。
【請求項６】
前記記録光学系は、さらに、光の偏光方向を直線偏光から円偏光に変更するための波長板を有することを特徴とする請求項１記載の光情報記録装置。
【請求項７】
ホログラフィを利用して、情報を担持した情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録される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であって、
再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、
前記再生用参照光を前記情報記録層に対して照射すると共に、前記再生用参照光が照射されることによって前記情報記録層より発生される再生光を、前記情報記録層に対して前記再生用参照光を照射する側と同じ面側より収集する再生光学系と、
前記再生光学系によって収集された再生光を検出する検出手段と、を備え、
前記光情報記録媒体は、基板、前記情報記録層および反射層がこの順番で形成されてなり、前記再生光学系は、前記再生用参照光が前記反射層上ではデフォーカスするとともに、前記再生用参照光の共役焦点が前記基板と前記情報記録層との境界面よりも前記基板側に位置するように、前記再生用参照光を照射することを特徴とする光情報再生装置。
【請求項８】
前記光情報記録媒体は、さらに、前記情報記録層と前記反射層との間に前記情報記録層を保護するための保護層を有することを特徴とする請求項７記載の光情報記再生装置。
【請求項９】
前記光情報記録媒体として、再生用参照光の位置決めのための情報が記録される位置決め領域を備えたものを用い、更に、前記位置決め領域に記録された情報を用いて、前記光情報記録媒体に対する再生用参照光の位置を制御する位置制御手段を備えたことを特徴とする請求項７記載の光情報再生装置。
【請求項１０】
前記再生光学系は、光を前記光情報記録媒体に対して収束させるための対物レンズを有し、前記再生用参照光は前記対物レンズに発散光として入射し、前記再生光は前記対物レンズから平行光として出射することを特徴とする請求項７記載の光情報再生装置。
【請求項１１】
前記再生光学系は、再生用参照光の光軸と再生光の光軸が同一線上に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを行うことを特徴とする請求項７記載の光情報再生装置。
【請求項１２】
前記再生光学系は、光の偏光方向を直線偏光から円偏光に変更するための波長板を有し、該波長板の入射光と出射光の偏光方向は互いに直交することを特徴とする請求項７記載の光情報再生装置。
【請求項１３】
さらに、前記光情報記録媒体における前記反射層から反射して来た再生用参照光を遮光する参照光遮光手段を有することを特徴とする請求項７記載の光情報再生装置。
【請求項１４】
前記参照光遮光手段は、前記検出手段の一番近くに存在する前記再生用参照光の焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項１３記載の光情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録する光情報記録装置、ホログラフィを利用して光情報記録媒体から情報を再生する光情報再生装置、およびホログラフィを利用して光情報記録媒体に情報を記録すると共に光情報記録媒体から情報を再生する光情報記録再生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、イメージ情報を持った光と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縞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、その記録媒体に参照光を照射することにより、干渉縞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次元的に干渉縞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、２次元デジタルパターン情報（ページデータともいう）に展開し、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】
図１は、平成１１年１１月９日公開の公開特許公報「特開平１１−３１１９３８」に記載された従来のデジタルボリュームホログラムの記録動作を示す図である。なお、図１（ａ）はページデータの右半分の記録動作を説明するための図であり、図１（ｂ）はその左半分の記録動作を説明するための図である。
【０００５】
図１（ａ）において、記録用参照光と情報光（ページデータの右半分相当のデータを有する）は２分割旋光板の右旋光子を通過すると、記録用参照光および情報光は共にＢ偏光の光となり、情報光は光情報記録媒体１の反射層５に焦点を結び、また、記録用参照光は記録媒体１の記録層３の表面で焦点を結ぶように照射されている。そして、情報光と記録用参照光は記録層３の領域Ｒ１で干渉縞（干渉パターンともいう）を発生させる。この干渉縞は、いわゆる反射型ホログラムであり、ホリゾンタルフリンジとも言われている。
【０００６】
また、図１（ｂ）において、記録用参照光と情報光（ページデータの左半分相当のデータを有する）は２分割旋光板の左旋光子を通過すると、記録用参照光および情報光は共にＡ偏光の光となり、情報光は光情報記録媒体１の反射層５に焦点を結び、また、記録用参照光は記録媒体１の記録層３の表面で焦点を結ぶように照射されている。そして、情報光と記録用参照光は記録層３の領域Ｒ２で干渉縞を発生させる。
【０００７】
これらのホログラムは、記録層３を構成する記録材料が情報光と記録用参照光による干渉光によって感光することにより、記録層３に記録される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示した記録方法によっても、同じ光情報記録媒体１に情報を多重記録することができるが、情報をより高密度に記録するためには、光感度が高い記録層３に余分な光が照射されないようにしなければならない。ところが、図１に示される従来のホログラム記録方法では、記録用参照光が記録層３におけるホログラム発生部分Ｒ１およびＲ２以外の領域Ｒ３およびＲ４にも照射されるようになっている。これではホログラムが生成されない領域Ｒ３およびＲ４も感光してしまうので、その後そこには情報を記録できなくなるか、若しくは多重化の回数が減少してしまうことになる。これは記録媒体の部分的な現象ではなく、記録媒体全体に亘って起こるため、本来光情報記録媒体１に期待できる記録容量が得られなくなってしまうという問題点がある。
【０００９】
一方、記録用参照光の収束点を情報光の収束点と同一である反射層５上になるようにすれば、記録用参照光は干渉縞が生成されない部分にされることはないので、記録層３の感光による記録容量の減少は防ぐことができる。
【００１０】
しかしながら、この場合には、再生時にゴースト映像を発生させる原因となる干渉縞を記録層３内に生成することになる。このゴースト映像は、再生像を検出するためのＣＣＤやＣＭＯＳ上で本来の所望の映像と分離することを困難にするという問題点を生じさせる。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、ホログラフィを利用して情報が記録される光情報記録媒体に対して情報を多重記録可能な光情報記録装置および方法、ならびにこのようにして情報が記録され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であって、記録層に対する余分な光の照射による記憶容量の減少を防止し、また、記録または再生のための光学系を小さく、極力シンプルに構成できるようにした光情報記録装置ならびに光情報再生装置を提供することにある。
【００１２】
また、本発明の第２の目的は、コンパクトディスク（ＣＤ）やディジタルビデオディスク（ＤＶＤ）のように基板にコーティングされた反射膜上に収束光を照射し、その戻り光を検出して記録された情報を再生するようなシステムをホログラフィック記録に採用した場合において、再生時に発生する可能性の高いゴーストに影響されないように情報を光ディスクに代表される光情報記録媒体に記録できる光情報記録装置ならびにそれに対応した光情報再生装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光情報記録装置は、ホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層を備えた光情報記録媒体に対して情報を記録するための光情報記録装置であって、情報を担持した情報光を生成する情報光生成手段と、記録用参照光を生成する記録用参照光生成手段と、情報記録層に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを、情報記録層に対して同一面側より照射する記録光学系と、を備え、光情報記録媒体は、基板、情報記録層および反射層がこの順番で形成されてなり、記録光学系は、情報光を反射層上に収束させ、記録用参照光が反射層上ではデフォーカスするとともに、記録用参照光の共役焦点が基板と情報記録層との境界面よりも基板側に位置するように、記録用参照光を照射することを特徴としている。この光情報記録媒体は、さらに、情報記録層と反射層との間に情報記録層を保護するための保護層を有している。
【００１４】
本発明による光情報記録装置は、光情報記録媒体として情報光および記録用参照光の位置決めのための情報が記録される位置決め領域を備えたものが用い、更に、この位置決め領域に記録された情報を用いて、光情報記録媒体に対する情報光および記録用参照光の位置を制御する位置制御手段を備えている。
【００１５】
また、本発明による光情報記録装置の記録光学系は、光を光情報記録媒体に対して収束させるための対物レンズを有し、記録用参照光は対物レンズに発散光として入射し、情報光は対物レンズに平行光として入射する。
【００１６】
さらに、本発明による光情報記録装置の記録光学系は、情報光の光軸と記録用参照光の光軸が同一線上に配置されるように、情報光と記録用参照光とを照射する。
【００１７】
また、本発明による光情報記録装置の記録光学系は、さらに、光の偏光方向を直線偏光から円偏光に変更するための波長板を有している。
【００１８】
請求項７記載の光情報再生装置は、ホログラフィを利用して、情報を担持した情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録される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であって、再生用参照光を生成する再生用参照光生成手段と、再生用参照光を情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を、情報記録層に対して再生用参照光を照射する側と同じ面側より収集する再生光学系と、再生光学系によって収集された再生光を検出する検出手段と、を備え、光情報記録媒体は、基板、情報記録層および反射層がこの順番で形成されてなり、再生光学系は、再生用参照光が前記反射層上ではデフォーカスするとともに、再生用参照光の共役焦点が基板と情報記録層との境界面よりも基板側に位置するように、再生用参照光を照射するものである。この光情報記録媒体は、さらに、情報記録層と反射層との間に情報記録層を保護するための保護層を有している。
【００１９】
本発明による光情報再生装置は、光情報記録媒体として再生用参照光の位置決めのための情報が記録される位置決め領域を備えたものを用い、更に、前記位置決め領域に記録された情報を用いて、光情報記録媒体に対する再生用参照光の位置を制御する位置制御手段を備えている。
【００２０】
また、本発明による光情報再生装置の再生光学系は、光を光情報記録媒体に対して収束させるための対物レンズを有し、再生用参照光は対物レンズに発散光として入射し、再生光は対物レンズから平行光として出射する。
【００２１】
さらに、本発明による光情報再生装置の再生光学系は、再生用参照光の光軸と再生光の光軸が同一線上に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを行う。
【００２２】
また、本発明による光情報再生装置の再生光学系は、光の偏光方向を直線偏光から円偏光に変更するための波長板を有する。この波長板の入射光と出射光の偏光方向は互いに直交している。
【００２３】
また、本発明による光情報再生装置は、再生用参照光の焦点位置に光情報記録媒体における反射層から反射して来た再生用参照光を遮光する参照光遮光手段を有している。
【００２４】
なお、この参照光遮光手段は、検出手段に一番近くに存在する再生用参照光の焦点位置に配置されている。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図２は、本実施の形態に係る光情報記録再生装置におけるピックアップ装置（以下、単にピックアップと言う。）と本実施の形態における光情報記録媒体の構成を示す説明図、図３は本実施の形態に係る光情報記録再生装置の全体構成を示すブロック図である。なお、光情報記録再生装置は、光情報記録装置と光情報再生装置とを含んでいる。また、本実施の形態では光情報記録媒体として円盤状の光ディスクを用いているが、カード状の記録媒体を用いることができる。
【００２６】
始めに、図２を参照して、本実施の形態における光情報記録媒体の構成について説明する。この光情報記録媒体１は、ポリカーボネート等によって形成された円板状の透明基板２の一面に、ボリュームホログラフィを利用して情報が記録される情報記録層としてのホログラム記録層３と、保護層の機能をも有する透明基板４と、反射膜５とを、この順番で積層して構成されている。透明基板４は、例えば、インジェクションで作成されたアドレス付基板である。その基板４には、半径方向に線状に延びる複数の位置決め領域としてのアドレス・サーボエリア６が所定の角度間隔で設けられ、隣り合うアドレス・サーボエリア６間の扇形の区間がデータエリア７になっている。このアドレス・サーボエリア６の上にも反射膜５が形成されている。アドレス・サーボエリア６には、サンプルドサーボ方式によってフォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行うための情報とアドレス情報とが、予めエンボスピット等によって記録されている（プリフォーマット）。なお、フォーカスサーボは、反射膜５の反射面を用いて行うことができる。トラッキングサーボを行うための情報としては、例えばウォブルピットを用いることができる。
【００２７】
また、本実施の形態では、図４（ａ）に示されるように、例えば、透明基板２の厚さは０．５〜０．４ｍｍ、ホログラム記録層３は０．２〜０．３ｍｍ、保護膜層４は０．５ｍｍで、光情報記録媒体１の合計の厚さは１．２ｍｍとされている。反射膜５の厚さは、Åのオーダーであり、記録媒体全体の厚さに比べたら無視できるほどの厚さである。また、図４（ａ）のような光情報記録媒体の構成の他に、図４（ｂ）のように、透明基板２の上にホログラム記録層を設け、この記録層の上に反射膜５および基板４を設けるようにしても良い。さらに、図４（ａ）において、保護層４をスピンコートなどにより充分薄く生成し、その上に反射膜５付基板を積層するようにして光情報記録媒体を構成してもよい。なお、図４（ｂ）のようにホログラム記録層３の上に直接反射膜５が配置されるような構成を採ることにより、次の効果がある。つまり、後述するように本実施の形態では、情報光は反射膜５上で焦点を結ぶ。このため、ホログラム記録層内での単位面積当りのレーザ照射パワーが高くなるので、ホログラム記録層３に干渉パターンを生成する場合、レーザ光源２８のパワーを図４（ａ）の記録媒体の場合よりも小さくすることができる。
【００２８】
本実施の形態では、図４（ａ）および（ｂ）の場合も、光情報記録媒体全体の厚みが１．２ｍｍで、ＣＤやＤＶＤと同じ厚さとなるように構成しているので、ホログラム記録媒体としてこれらとの互換性を保つことができるようになる。なお、ホログラム記録層３は、光が照射されたときに光の強度に応じて屈折率、誘電率、反射率等の光学的特性が変化するホログラム材料によって形成されている。ホログラム材料としては、例えば、デュポン（Ｄｕｐｏｎｔ）社製フォトポリマ（ｐｈｏｔｏｐｏｌｙｍｅｒｓ）ＨＲＦ−６００（製品名）等が使用される。また、反射膜５は、例えばアルミニウムによって形成されている。
【００２９】
次に、図３を参照して、本実施の形態に係る光情報記録再生装置の構成について説明する。この光情報記録再生装置１０は、光情報記録媒体１が取り付けられるスピンドル８１と、このスピンドル８１を回転させるスピンドルモータ８２と、光情報記録媒体１の回転数を所定の値に保つようにスピンドルモータ８２を制御するスピンドルサーボ回路８３とを備えている。光情報記録再生装置１０は、更に、光情報記録媒体１に対して情報光と記録用参照光とを照射して情報を記録すると共に、光情報記録媒体１に対して再生用参照光を照射し、再生光を検出して、光情報記録媒体１に記録されている情報を再生するためのピックアップ１１と、このピックアップ１１を光情報記録媒体１の半径方向に移動可能とする駆動装置８４とを備えている。
【００３０】
光情報記録再生装置１０は、更に、ピックアップ１１の出力信号よりフォーカスエラー信号ＦＥ，トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦを検出するための検出回路８５と、この検出回路８５によって検出されるフォーカスエラー信号ＦＥに基づいて、ピックアップ１１内のアクチュエータを駆動して対物レンズを光情報記録媒体１の厚み方向に移動させてフォーカスサーボを行うフォーカスサーボ回路８６と、検出回路８５によって検出されるトラッキングエラー信号ＴＥに基づいてピックアップ１１内のアクチュエータを駆動して対物レンズを光情報記録媒体１の半径方向に移動させてトラッキングサーボを行うトラッキングサーボ回路８７と、トラッキングエラー信号ＴＥおよび後述するコントローラからの指令に基づいて駆動装置８４を制御してピックアップ１１を光情報記録媒体１の半径方向に移動させるスライドサーボを行うスライドサーボ回路８８とを備えている。
【００３１】
光情報記録再生装置１０は、更に、ピックアップ１１内の後述するＣＭＯＳ又はＣＣＤアレイの出力データをデコードして、光情報記録媒体１のデータエリア７に記録されたデータを再生したり、検出回路８５からの再生信号ＲＦより基本クロックを再生したりアドレスを判別したりする信号処理回路８９と、光情報記録再生装置１０の全体を制御するコントローラ９０と、このコントローラ９０に対して種々の指示を与える操作部９１とを備えている。コントローラ９０は、信号処理回路８９より出力される基本クロックやアドレス情報を入力すると共に、ピックアップ１１、スピンドルサーボ回路８３およびスライドサーボ回路８８等を制御するようになっている。スピンドルサーボ回路８３は、信号処理回路８９より出力される基本クロックを入力するようになっている。コントローラ９０は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）およびＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）を有し、ＣＰＵが、ＲＡＭを作業領域として、ＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって、コントローラ９０の機能を実現するようになっている。
【００３２】
次に、図２を参照して、本実施の形態におけるピックアップ１１の構成について説明する。ピックアップ１１は、スピンドル８１に光情報記録媒体１が固定されたときに、光情報記録媒体１の透明基板２側に対向する対物レンズ１２と、この対物レンズ１２を光情報記録媒体１の厚み方向および半径方向に移動可能なアクチュエータ１３と、対物レンズ１２における光情報記録媒体１の反対側に、対物レンズ１２側から順に配設された４分の１波長板１４、ミラー１５、偏光ビームスプリッタ１６を備えている。ここで、４分の１波長板は、Ｐ偏光やＳ偏光のように直線偏光の光が入射し、その直線偏光の方位が４分の１波長板における結晶の光学軸に対してなす角度が４５度のとき、通過光を直線偏光から円偏光の光にするものである。４分の１波長板は直線偏光を円偏光にしたり、円偏光から直線偏光にしたりするのに用いられる。本実施例の場合、Ｐ偏光の光が４分の１波長板に入射して円偏光の光となり、光情報記録媒体１に反射して戻り光が４分の１波長板を再び出射する祭には円偏光からＳ偏光の光となる。
【００３３】
また、ピックアップ１１は、偏光ビームスプリッタ１６の偏光分離面１６ａで光情報記録媒体１からの戻り光（再生光）が反射する側（ＰＢＳ１６の下側）には再生光を検出するための検出手段であるＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９が設けられ、さらに、偏光分離面１６ａに参照光又は情報光が入射してくる方向（ＰＢＳの右側）にはハーフミラー１７が配置されている。さらに、このハーフミラー１７の反射光の入射方向（ハーフミラー１７の下側）には参照光生成手段を構成するデフォーカス用凸レンズ１８、ミラー１９および２０、２分の１波長板２１が配置されている。この２分の１波長板は参照光の偏光方向を後述する情報光の偏光方向と同一にするために設けられたものである。このデフォーカス用凸レンズによって平行光を対物レンズ１２に発散して入射する参照光が生成される。
【００３４】
また、ピックアップ１１は、２分の１波長板２１の光の入射方向（２分の１波長板２１の右側）には偏光ビームスプリッタ２２が備えられている。さらに、ハーフミラー１７の透過光の入射方向（ハーフミラー１７の右側）には空間光変調器２３、ミラー２４、光シャッター２５が備えられている。空間光変調器２３は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に光の透過状態と遮断状態とを選択することによって、光強度によって光を空間的に変調して、情報を担持した情報光を生成することができるようになっている。空間光変調器２３は、本発明における情報光生成手段を構成する。空間光変調器としては、例えば、ＤＭＤや液晶素子を用いることができる。
【００３５】
ピックアップ１１は、更に、ビームスプリッタ２２の光の入射面側（ＰＢＳ２２の下側）に２分の１波長板２６が配置され、さらにその光の入射面側から順にコリメータレンズ２７および光源装置２８が配置されている。ここで、２分の１波長板の角度を変えることにより、光情報記録媒体１に入射する情報光と記録用参照光の強度の比が最適になるように適宜に設定することができる。また、光源装置２８は、コヒーレントな直線偏光の光を出射するもので、例えば半導体レーザを用いることができる。
【００３６】
また、ピックアップ１１は、サーボ用光源装置３２側からの光が光情報記録媒体に照射され、その戻り光が、対物レンズ１２、ダイクロイックミラー３０、偏光ビームスプリッタ（ハーフミラーでも良い）３１、凸レンズ３３、シリンドリカルレンズ３４を経由して４分割フォトディテクタ３５に入射する用に構成されている。
【００３７】
４分割フォトディテクタ３５は、図５に示したように、光情報記録媒体１におけるトラック方向に対応する方向と平行な分割線３６ａとこれと直交する方向の分割線３６ｂとによって分割された４つの受光部３５ａ〜３５ｄを有している。シリンドリカルレンズ３４は、その円筒面の中心軸が４分割フォトディテクタ３５の分割線３６ａ，３６ｂに対して４５°をなすように配置されている。
【００３８】
ここで、図５は、４分割フォトディテクタ３５の出力に基づいて、フォーカスエラー信号ＦＥ、トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦを検出するための検出回路８５の構成を示すブロック図である。この検出回路８５は、４分割フォトディテクタ３５の対角の受光部３５ａ，３５ｄの各出力を加算する加算器３７と、４分割フォトディテクタ３５の対角の受光部３５ｂ，３５ｃの各出力を加算する加算器３８と、加算器３７の出力と加算器３８の出力との差を演算して、非点収差法によるフォーカスエラー信号ＦＥを生成する減算器３９と、４分割フォトディテクタ３５のトラック方向に沿って隣り合う受光部３５ａ，３５ｂの各出力を加算する加算器４０と、４分割フォトディテクタ３５のトラック方向に沿って隣り合う受光部３５ｃ，３５ｄの各出力を加算する加算器４１と、加算器４０の出力と加算器４１の出力との差を演算して、プッシュプル法によるトラッキングエラー信号ＴＥを生成する減算器４２と、加算器４０の出力と加算器４１の出力とを加算して再生信号ＲＦを生成する加算器４３とを備えている。なお、本実施の形態では、再生信号ＲＦは、光情報記録媒体１におけるアドレス・サーボエリア６に記録された情報を再生した信号である。
【００３９】
なお、ピックアップ１１内の空間光変調器２３および光源装置２８および３２は、図３におけるコントローラ９０によって制御されるようになっている。
【００４０】
また、本発明によるピックアップ１１においては、図示されていないが、デフォーカス用凸レンズ１８とミラー１９の間に位相空間変調器が配置されるようにしても良いし、ミラー１９又は２０と同位置に、ミラーの代わりに反射型の位相空間変調器を配置しても良い。この場合、位相空間変調器は、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を選択することによって、光の位相を空間的に変調することができるようになっている。この位相空間光変調器としては、液晶素子を用いることができる。また、微小ミラーが出射光軸に対して平行に移動するマイクロミラーデバイスを用いても良い。この位相空間変調器も図３におけるコントローラ９０によって制御される。コントローラ９０は、位相空間光変調器において光の位相を空間的に変調するための複数の変調パターンの情報を保持している。また、操作部９１は、複数の変調パターンの中から任意の変調パターンを選択することができるようになっている。そして、コントローラ９０は、所定の条件に従って自らが選択した変調パターンまたは操作部９１によって選択された変調パターンの情報を位相空間光変調器に与え、位相空間光変調器は、コントローラ９０より与えられる変調パターンの情報に従って、対応する変調パターンで光の位相を空間的に変調するようになっている。
【００４１】
さらに、本発明におけるピックアップ１１においては、偏光ビームスプリッタ２２からミラー２４、さらに空間光変調器２３を経由してハーフミラー１７までの光路長と、ビームスプリッタ２２からミラー２０および１９、さらにデフォーカス用凸レンズ１８を経由してハーフミラー１７までの光路長が等しくなるように光学系は設定されている。このようにすることにより、記録用参照光と物体光の光路長を等しくすることができる。また、ホログラム記録光源であるレーザの可干渉距離（コヒーレンシー）が短い場合でも干渉縞のコントラストを最大限にすることができるというメリットを有する。
【００４２】
次に、本実施の形態に係る光情報記録再生装置の作用について、サーボ時、記録時、再生時に分けて、順に説明する。なお、サーボ時、記録時、再生時のいずれのときも、光情報記録媒体１は規定の回転数を保つように制御されてスピンドルモータ８２によって回転される。
【００４３】
まず、図６を参照して、サーボ時の作用について説明する。サーボ時には、サーボ用光源装置３２が使用される。サーボ用光源装置３２の出射光の出力は、再生用の低出力に設定される。なお、コントローラ９０は、再生信号ＲＦより再生された基本クロックに基づいて、対物レンズ１２の出射光がアドレス・サーボエリア６を通過するタイミングを予測し、対物レンズ１２の出射光がアドレス・サーボエリア６を通過する間、上記の設定とする。
【００４４】
サーボ用光源装置３２から出射されたＰ偏光の光は、コリメータレンズ３１によって平行光とされ、偏光ビームスプリッタ３１に入射して偏光分離面３１ａを通過し、ダイクロイックミラー３０によって平行光まま反射される。ダイクロイックミラー３０による反射光（Ｐ偏光の光）は、４分の１波長板１４によって円偏光の光にされ、対物レンズにより光情報記録媒体１の反射層５上で収束するように、光情報記録媒体１に照射される。その際、アドレス・サーボエリア６におけるエンボスピットによって変調されて、対物レンズ１２側に戻ってくる。
【００４５】
光情報記録媒体１からの戻り光（円偏光の光）は、対物レンズ１２で平行光とされ、再度４分の１波長板により偏光方向が変えられてＳ偏光の光とされる。このＳ偏光の戻り光はダイクロイックミラー３０で反射され、偏光ビームスプリッタの方向に進行する。このダイクロイックミラー３０は、例えば、波長λ＝６５５ｎｍの光を反射させ、また、波長λ＝５３２ｎｍあるいはそれより短波長の光を１００％通過させるように設計されている。従って、サーボ用光源装置３２としては６５５ｎｍの赤レーザを用い、光源装置２８としては例えば５３２ｎｍの緑レーザあるいは４０５ｎｍの青紫レーザや、その他ブルーレーザを用いることができる。
【００４６】
ダイクロイックミラーの反射光は、Ｓ偏光の光であるので、平行光のまま偏光ビームスプリッタに入射したら偏光分離面３１ａで反射し、凸レンズ３３に入射する。凸レンズ３３の入射光は収束光に変えられ、シリンドリカルレンズ３４を通過した後、４分割フォトディテクタ３５によって検出される。そして、この４分割フォトディテクタ３５の出力に基づいて、図５に示した検出回路８５によって、フォーカスエラー信号ＦＥ，トラッキングエラー信号ＴＥおよび再生信号ＲＦが生成され、これらの信号に基づいて、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボが行われると共に、基本クロックの再生およびアドレスの判別が行われる。
【００４７】
なお、上記のサーボ時における設定では、ピックアップ１１の構成は、ＣＤ（コンパクト・ディスク）やＤＶＤ（ディジタル・ビデオ・ディスクまたはディジタル・バーサタイル・ディスク）やＨＳ（ハイパー・ストレージ・ディスク）等の通常の光ディスクに対する記録、再生用のピックアップの構成と同様になる。従って、本実施の形態における光情報記録再生装置１０では、通常の光ディスク装置との互換性を持たせるように構成することも可能である。
【００４８】
次に、記録時の作用について説明する。図７は記録時におけるピックアップ１１の状態を示す説明図である。
【００４９】
光源装置２８の出射光の出力は、パルス的に記録用の高出力にされる。なお、コントローラ９０は、再生信号ＲＦより再生された基本クロックに基づいて、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過するタイミングを予測し、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過する間、上記の設定とする。対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過する間は、フォーカスサーボおよびトラッキングサーボはサーボエリア７を通過したときの状態を保持することにより、対物レンズ１２は固定されている。また、以下の説明では、光源装置２８が偏光ビームスプリッタ２２に対してＰ偏光の光を出射するものとする。
【００５０】
図７において、光源装置２８から出射されたＰ偏光の光は、コリメータレンズ２７によって平行光束とされた後、２分の１波長板（例えば、＋２２．５度）２６により偏光方向が変更され、偏光ビームスプリッタ２２に対してＰ偏光成分とＳ偏光成分を持つような光を生成する。この光は、ビームスプリッタ２２に入射し、光量の一部（Ｐ偏光成分）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（Ｓ偏光成分）が偏光分離面２２ａで反射される。この反射光（Ｓ偏光成分）は２分の１波長板（＋４５度）２１に入射する。ここで、Ｓ偏光の光は９０度偏光方向が変更されてＰ偏光の光が生成される。このＰ偏光の光は、ミラー１９および２０を介して凸レンズ１８に入射する。凸レンズによって後述の対物レンズ１２において発散する記録用参照光が生成される。生成された記録用参照光は、ハーフミラー１７で反射されル。
【００５１】
なお、凸レンズ１８とミラー１９の間に位相空間変調器が配置される場合には、位相空間光変調器は、通過する光に対して、所定の変調パターンに従って、画素毎に、所定の位相を基準にして位相差０（ｒａｄ）かπ（ｒａｄ）、あるいはその中間的な位相差を選択的に付与することによって、光の位相を空間的に変調して、光の位相が空間的に変調された記録用参照光を生成する。コントローラ９０は、所定の条件に従って自らが選択した変調パターンまたは操作部９１によって選択された変調パターンの情報を位相空間光変調器に与え、位相空間光変調器は、コントローラ９０より与えられる変調パターンの情報に従って、通過する光の位相を空間的に変調する。
【００５２】
一方、ビームスプリッタ２２の偏光分離面２２ａを透過したＰ偏光の光は、記録時はシャッター２５は開いているので、ミラー２４で反射され、空間光変調器２３に入射する。この空間光変調器２３おいて、光情報記録媒体１に記録すべき情報に応じて各画素毎に反射状態（以下、オンとも言う。）と遮断状態（以下、オフとも言う。）を選択して、反射する光を空間的に変調して、情報光が生成される。本実施の形態では、２画素で１ビットの情報を表現し、必ず、１ビットの情報に対応する２画素のうちの一方をオン、他方をオフとする。なお、空間光変調器としてＤＭＤを用いることができる。
【００５３】
生成された情報光（Ｐ偏光の光）は、ハーフミラー１７を透過する。ここで、Ｐ偏光の情報光とＰ偏光の記録用参照光は、再度統合（互いに光軸同一）される。これらは共にＰ偏光の光であるので、共に偏光ビームスプリッタ１６を通過することになる。情報光は平行光であるが、記録用参照光はデフォーカス用凸レンズ１８によって収束光に変更されるので、偏光ビームスプリッタ１６に収束しながら入射する。情報光および記録用参照光は、共にミラー１５で反射されて進行方向が変更される。
【００５４】
その後、情報光は、前述のように例えば５３２ｎｍの緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過し、４分の１波長板でＰ偏光から円偏光の光に変更される。この円偏光の情報光は対物レンズ１２によって平行光から光情報記録媒体１の反射層３に収束するように照射される。
【００５５】
一方、記録用参照光はミラー１５と４分の１波長板の間で一旦収束し、その後は発散光として対物レンズ１２に入射する。この記録用参照光も例えば緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過し、４分の１波長板１４において、Ｐ偏光の光から円偏光の光に偏光される。この円偏光の記録用参照光は発散しながら対物レンズ１２に入射し、それによってＦ点に焦点を結ぶような光にされる。つまり、記録用参照光は光情報記録媒体１の反射膜５上ではデフォーカスされ、反射膜によって反射された光は焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で収束するように照射される。
【００５６】
ここで、図８を参照して４分の１波長板の入射前後の光の様子を説明する。図８（ａ）で示されるように、情報光および記録用参照光は、共にＰ偏光の光であり、４分の１波長板によってこれらは円偏光の光となる。図８（ｂ）はその円偏光の様子を示している。図８（ｂ）によれば、実線矢印および点線矢印で示される電場ベクトルを辿るとちょうど一波長の周期で螺旋を描くことが分かる。これが円偏光である。したがって、記録中は、情報光および記録用参照光は共にこのような円偏光の状態とされている。
【００５７】
なお、図示しない空間フィルタがミラー１５とダイクロイックミラー３０の間に設置されていて、情報光の０次、±１次光のみが通過するようにされ、余分な高次の情報光がカットされる。本実施の形態では、参照光は空間光変調器によって変調されていないので、この空間フィルタでカットされる光はない。ただし、位相空間光変調器によって光の位相を変調して参照光を生成する場合には、参照光にも高次の光が発生するので、空間フィルタによって０次、±１次の参照光のみがそれを通過し、高次の参照光はカットされる。
【００５８】
図９および１０は記録時における光の状態を示す説明図である。
【００５９】
図９に示したように、４分の１波長板１４を通過した情報光６１Ｌ（Ｐ偏光の光）は円偏光の光となり、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、記録層３および透明基板４を通過して反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。反射光（情報光６１Ｒ）は円偏光のまま再度透明基板４および記録層３を通過し、対物レンズ１２によって平行光とされる。この情報光６１Ｒは情報光６１Ｌと同じくページデータの左半面の情報を持つ光である。さらに、情報光６１Ｒは４分の１波長板１４により円偏光からＳ偏光の光とされ、４分の１波長板１４から出射する。
【００６０】
一方、４分の１波長板１４を通過した記録用参照光６２Ｌおよび６２ＲもＰ偏光の光から円偏光の光となり、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、ホログラム記録層３と基板４を通過し、反射膜５上ではデフォーカスするようにされ、反射膜５で反射する。この記録用参照光の実際の焦点は図９に示されるＦであり、反射膜５で反射した反射光はＦと共役の焦点であるＦ’で収束する。この共役焦点Ｆ’は、ホログラム記録層３内にあるよりもホログラム記録層３と透明基板２との境界面よりも、図９において下側（対物レンズ側）になるように記録用参照光は光情報記録媒体１に対して照射される。つまり、もし共役焦点Ｆ’がホログラム記録層３内にあったとしたら、この共役焦点Ｆ’で光のパワーが最大となるため、ホログラム記録層３を構成する材料が焼けてしまい、光情報記録媒体の破損の原因となるからである。
【００６１】
この共役焦点Ｆ’は記録層３と基板２の境界面よりも下側であればどこでもいいのであるが、光情報記録媒体１から離れる程記録用参照光が記録層３を通過する領域が大きくなりすぎてしまい、干渉縞を生成する部分以外の余計な領域を感光させてしまう。従って、共役焦点Ｆ’は透明基板２の中にあれば、余分に感光させる領域を押さえることができるので、この方が望ましい。
【００６２】
入射してきた円偏光の情報光６１Ｌと入射してきた円偏光の記録用参照光６２Ｌとが干渉して領域Ｘ１に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域Ｘ１に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Ｌが反射膜５で反射した戻り光と情報光６１Ｌによっても領域Ｘ１の一部に、図示はされていないが、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成される。
【００６３】
さらに、入射してきた円偏光の情報光６１Ｌと入射してきた円偏光の記録用参照光６２Ｒとが干渉して領域Ｙ１に反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域Ｙ１に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Ｒが反射膜５で反射した戻り光と情報光６１Ｌによっても領域Ｙ１の一部に、図示はされていないが、透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）が形成される。
【００６４】
また、図１０に示したように、４分の１波長板１４を通過した情報光６３Ｒ（Ｐ偏光の光）は円偏光の光となり、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、記録層３および透明基板４を通過して反射膜５上で最も小径となるように収束して反射膜５で反射される。反射光（情報光６３Ｌ）は円偏光のまま再度透明基板４および記録層３を通過し、対物レンズ１２によって平行光とされる。この情報光６３Ｌは情報光６３Ｒと同じくページデータの右半面の情報を持つ光である。さらに、情報光６３Ｌは４分の１波長板１４により円偏光からＳ偏光の光とされ、４分の１波長板１４から出射する。
【００６５】
記録用参照光６２Ｌおよび６２Ｒについては、図９で説明したことと同様でるので説明を省略する。
【００６６】
入射してきた円偏光の情報光６３Ｒと入射してきた円偏光の記録用参照光６２Ｒとが干渉して領域Ｙ２に透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域Ｙ２に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Ｒが反射膜５で反射した戻り光と情報光６３Ｒによっても領域Ｙ２の一部に、図示はされていないが、反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）が形成される。
【００６７】
さらに、入射してきた円偏光の情報光６３Ｒと入射してきた円偏光の記録用参照光６２Ｌとが干渉して領域Ｘ２に反射型干渉パターン（ホリゾンタルフリンジ）を形成し、その干渉パターンがホログラム記録層３内の領域Ｘ２に体積的に記録される。また、記録用参照光６２Ｌが反射膜５で反射した戻り光と情報光６３Ｒによっても領域Ｘ２の一部に、図示はされていないが、透過型干渉パターン（バーティカルフリンジ）が形成される。
【００６８】
図９および１０に示したように、本実施の形態では、情報光の光軸と記録用参照光の光軸が同一線上に配置されるように、情報光と記録用参照光とがホログラム層３に対して同一面側より照射される。
【００６９】
また、本実施の形態では、ホログラム記録層３の同一箇所において、記録用参照光の変調パターンを変えて複数回の記録動作を行うことで、位相符号化多重により、ホログラム層３の同一箇所に情報を多重記録することが可能である。
【００７０】
このようにして、本実施の形態では、ホログラム記録層３内に透過型および反射型のホログラムが形成される。ただし、透過型のホログラム（バーティカルフリンジ）が生成される場合であっても、反射型のホログラム（ホリゾンタルフリンジ）については、ホログラム記録層３を構成するホログラム材料によって生成されるか否か、どの程度生成されるかが決まる。反射型ホログラムの方が、透過型ホログラムよりもホログラム材料に対しての感度を高くすることが一般的に言って困難だからである。従って、反射型のホログラムに対して全く感度を有しないホログラム材料を用いれば、上述のような反射型ホログラム（ホリゾンタルフリンジ）は、領域Ｘ１の一部、Ｙ１、Ｘ２およびＹ２の一部には生成されないことになる。
【００７１】
また、本実施の形態では、サーボ用の光学系と記録再生用の光学系の光路が分離されているため、記録時にもフォーカスサーボを行うことが可能である。
なお、本実施の形態では、凸レンズ１６を前後に動かしたり、その倍率を変更することで、ホログラム層３において情報光と参照光による一つの干渉パターンが体積的に記録される領域（ホログラム）の大きさを任意に決めることが可能である。
【００７２】
次に、再生時の作用について説明する。図１１は再生時におけるピックアップ１１の状態を示す説明図である。
【００７３】
再生時には、ミラー２４と偏光ビームスプリッタ２２との間に配置されたシャッター２５がオンにされ、空間光変調器２３への光の入射はカットされる。空間光変調器２３への入射光は、再生時にはシャッター２５によって遮断されるが、念のため空間光変調器２３の全画素がオンになるようにしてもよい。
【００７４】
光源装置２８の出射光の出力は、再生用の低出力にされる。なお、コントローラ９０は、再生信号ＲＦより再生された基本クロックに基づいて、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過するタイミングを予測し、対物レンズ１２の出射光がデータエリア７を通過する間、上記の設定とする。また、以下の説明では、再生時も記録時と同様に、光源装置２８がビームスプリッタ２２に対してＰ偏光の光を出射するものとする。
【００７５】
図１１に示したように、光源装置２８から出射されたＰ偏光の光は、コリメータレンズ２７によって平行光束とされた後、２分の１波長板（＋２２．５度）２６により偏光方向が変更され、ビームスプリッタ２０に対してＰ波成分とＳ波成分を持つような光を生成する。この光は、ビームスプリッタ２０に入射し、光量の一部（Ｐ偏光）が偏光分離面２２ａを透過し、残りの一部（Ｓ偏光）が偏光分離面２２ａで反射される。この反射光（Ｓ）は、２分の１波長板（＋４５度）２１に入射し、ここで、このＳ偏光の光は９０度偏光方向が変更されてＰ偏光の光が生成される。このＰ偏光の光は、ミラー２０および１９を介して凸レンズ１８に入射する。凸レンズ１８によって対物レンズ１２において発散する再生用参照光が生成される。生成された再生用参照光は、ハーフミラー１７で反射され、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。この再生用参照光は、記録時に用いられた記録用参照光と同じ光である。なお、記録用参照光を生成するために凸レンズ１８とミラー１９の間に位相空間変調器（図示せず）が配置された場合には、コントローラ９０は、再生しようとする情報の記録時における記録用参照光の変調パターンの情報を位相空間光変調器に与える。この位相空間光変調器は、コントローラ９０より与えられる変調パターンの情報に従って、通過する光の位相を空間的に変調して、光の位相が空間的に変調された再生用参照光を生成する。
【００７６】
偏光ビームスプリッタ１６に入射した再生用参照光は、Ｐ偏光の光であり、偏光ビームスプリッタ１６の偏光分離面１６ａを透過し、ミラー１５によって反射されて進行方向が変更される。この再生用参照光は、ミラー１５と４分の１波長板の間で一旦収束し、その後は発散光として対物レンズ１２に入射する。この再生用参照光は、例えば緑レーザであるので、ダイクロイックミラー３０を通過し、４分の１波長板１４において、Ｐ偏光の光から円偏光の光に偏光される。この円偏光の再生用参照光は発散しながら対物レンズ１２に入射し、それによってＦ点に焦点を結ぶような光にされる。つまり、再生用参照光は光情報記録媒体１の反射膜５上ではデフォーカスされ、反射膜によって反射された光は焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で収束するように照射される。
【００７７】
ここで、図１２を参照して、再生時における４分の１波長板の入射前後の光の様子を説明する。図１２（ａ）で示されるように、再生用参照光は、Ｐ偏光の光であり、４分の１波長板によってこれらは円偏光の光となる。図１２（ｂ）はその円偏光の様子を示している。図１２（ｂ）によれば、実線矢印および点線矢印で示される電場ベクトルを辿るとちょうど一波長の周期で螺旋を描くことが分かる。これが円偏光である。したがって、再生中は、再生用参照光はこのような円偏光の状態とされている。
【００７８】
なお、図示しない空間フィルタがミラー１５とダイクロイックミラー３０の間に設置されているが、本実施の形態で、位相空間光変調器によって光の位相を変調して再生用参照光を生成する場合には、参照光にも高次の光が発生するので、空間フィルタによって０次、±１次の参照光のみがそれを通過し、高次の参照光はカットされる。
【００７９】
再生用参照光が照射されることにより再生光が発生する。発生した再生光は、対物レンズ１２によって平行光とされ、さらに４分の１波長板によって円偏光の光からＳ偏光の光となる。この再生光はダイクロイックミラー３０を透過し、ミラー１５によって反射され、偏光ビームスプリッタ１６に入射する。この再生光はＳ偏光の光であるから、偏光分離面１６ａで反射され、再生像がＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９で検出される。検出された再生像は、エラー訂正や必要なデコーディング等の信号処理が施されて、光情報記録媒体１に記録されたデータが再生される。この一連の信号処理は図３における信号処理回路８９で行われる。図１３および図１４は再生時における光の状態を示す説明図である。
【００８０】
図１３に示したように、４分の１波長板１４の左側を通過した再生用参照光６４Ｌは、円偏光の光となり、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、ホログラム記録層３を通過し、反射膜５で反射され、反射膜５が無い場合の焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で最も小径となるように収束する。反射膜５で反射した再生用参照光６４Ｌは再度ホログラム記録層３を通過する。このような再生用参照光の照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｘ１から、記録時における情報光６１Ｌ（ＤＭＤの左半面像＝左半分のページデータ）に対応する再生光６５Ｒが発生する。この再生光６５Ｒは、Ｘ１に生成されたバーティカルフリンジから発生した光である。発生した再生光６５Ｒは、４分の１波長板１４の右側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【００８１】
また、４分の１波長板１４の右側を通過した再生用参照光６４Ｒは、Ｐ偏光の光から円偏光の光となり、対物レンズ１２を介して光情報記録媒体１に照射され、ホログラム記録層３を通過し、反射膜５で反射され、反射膜５が無い場合の焦点Ｆと共役の焦点Ｆ’で最も小径となるように収束する。反射膜５で反射した再生用参照光６４Ｒは再度ホログラム記録層３を通過する。このような再生用参照光の照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｙ１から、記録時における情報光６１Ｌ（左半面像＝左半分のページデータ）に対応する再生光６５Ｒ’が発生する。この再生光６５Ｒ’は、Ｙ１に生成されたホリゾンタルフリンジから発生した光である。発生した再生光６５Ｒ’も、再生光６５Ｒ同様、４分の１波長板１４の右側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【００８２】
再生光６５Ｒおよび６５Ｒ’は、共に情報光６１Ｌ（ＤＭＤの左半面像）に対応する像であるため、互いにゴースト映像とはならずに、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ２９において鮮明に検出される。このように同じ内容の再生光が２つ足し合わさって検出されるので、１つの再生光を検出する場合よりも明るく鮮明な画像が得られるという効果もある。
【００８３】
一方、図１４に示したように、再生用参照光６４Ｒの照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｙ２から、記録時における情報光６３Ｒ（ＤＭＤの右半面像＝右半分のページデータ）に対応する再生光６６Ｌが発生する。この再生光６６Ｌは、Ｙ２に生成されたバーティカルフリンジから発生した光である。発生した再生光６６Ｌは、４分の１波長板１４の右側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【００８４】
また、再生用参照光６４Ｌの照射の結果、ホログラム記録層３の領域Ｘ２から、記録時における情報光６３Ｒ（ＤＭＤの右半面像＝右半分のページデータ）に対応する再生光６６Ｌ’が発生する。この再生光６６Ｌ’は、Ｘ２に生成されたホリゾンタルフリンジから発生した光である。発生した再生光６６Ｌ’も、再生光６６Ｌ同様、４分の１波長板１４の右側を通過すると、円偏光の光からＳ偏光の光に変更される。
【００８５】
再生光６６Ｌおよび６６Ｌ’は、共に情報光６３Ｒ（ＤＭＤの左半面像）に対応する像であるため、互いにゴースト映像とはならずに、ＣＣＤやＣＭＯＳセンサ２９において鮮明に検出される。
【００８６】
本実施の形態では、４分の１波長板１４の入射光と出射光の偏光を直交させ、偏光ビームスプリッタ１６により発生したほとんどの再生光を検出することができるため、光利用効率が高く、光学的に優れている。また、４分の１波長板１４よりもレーザ光源２８側で発生した光学素子の表面反射など不要な迷光を除去する上でもこの組み合わせは非常に有効である。つまり、再生用参照光が偏光ビームスプリッタ１６に入射する際に発生した表面反射成分はＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９と偏光ビームスプリッタ２９の間にＳ偏光のみを通過させる偏光板（図示せず）を配置させればすべてカットできる。
【００８７】
なお、本実施の形態では、再生用参照光の偏光と再生光の偏光は、４分の１波長板１４出射後、Ｓ偏光で同一である。このため、再生用参照光もＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９で検出されてしまい、再生像検出の妨げとなってしまう。そこで、図１５に示すようなマスクを用いて参照光を空間的に分離するようにする。
【００８８】
図１５は、光情報記録媒体１からＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９までの構成を概略的に示した図である。図１５において、前出の図と同じ参照番号を用いているものは同じ構成要素である。図１５で、凸レンズ４５および４６はリレー光学系を示しており、再生像をＣＭＯＳセンサ２９上に結像させるためのものである。また、対物レンズ１２と凸レンズ４５の間にも再生像の像面４４が存在する。
【００８９】
図１５で示すように、反射してきた再生用参照光と発生した再生光との焦点位置はずれを生じている。この性質を利用して、ちょうど反射してきた再生用参照光の焦点位置に遮光マスク４７を配置することによりこの参照光をカットすることができる。遮光マスク４７の真ん中にある遮光膜４７ｂの直径はビーム径とほぼ同じ大きさであり非常に小さく、再生像の像面からはかけ離れているので、ＣＭＯＳセンサ２９上での結像に全く影響を与えない。この遮光マスク４７を配置することにより、効果的に再生用参照光をカットすることができる。
【００９０】
以上説明したように、本実施の形態では、記録用参照光の共役焦点Ｆ’をホログラム記録層３と基板２との境界線よりも対物レンズ１２側に配置するようにしたので、再生時に画像検出の妨げとなるゴースト映像の原因となる干渉パターンをホログラム記録層３内に生成することがなくなるのである。
【００９１】
なお、記録用参照光の変調パターンを変えて、ホログラム層３に複数の情報が多重記録されている場合には、複数の情報のうち、再生用参照光の変調パターンと同じ変調パターンの記録用参照光に対応する情報のみが再生される。
【００９２】
本実施の形態では、再生用参照光の光軸と再生光の光軸が同一線上に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とが、ホログラム層３の同一面側より行われる。
【００９３】
また、本実施の形態においては、対物レンズ１２に情報光を平行光として入射させて記録用参照光との干渉パターンをホログラム記録層３に形成させているので、発生する再生光も平行光として対物レンズ１２を出射し、平行光のままＣＣＤまたはＣＭＯＳセンサ２９において再生像が検出される。本実施の形態のように参照光と情報光または再生光の焦点をずらす方法として、参照光を平行光とする方法も考えられるが、これは、単に参照光と情報光（再生光）の相対的な関係に過ぎないものであると片付ける以上の利点を本実施の形態は有する。すなわち、対物レンズ１２に対して参照光を平行光とし、情報光を発散光とすると、再生時に発生する再生光も対物レンズ１２を発散しながら出射することになる。つまり、再生光の収集がいわゆる有限光学系となる。このような有限光学系では、対物レンズ１２のフォーカス制御による変動分を補正するためにＣＣＤ２８の前に結像（補正）レンズが必要となる。しかしながら、ＣＣＤ２８においてより鮮明な画像を検出するには、この結像レンズのフォーカス制御は対物レンズ１２と連動して行われなければならない。有限光学系では、対物レンズ１２がフォーカス制御により前後に移動すると、その変動分はとても大きくなる傾向にある。しかし、この変動分を結像レンズに反映させる場合、結像レンズの制御は非常に複雑であり、困難である。また、結像レンズの追加およびその制御系の追加により光学系も大きくなり、小型化には不向きである。一方、本発明のように再生光の収集を無限光学系としているため、変動分が少なくすみ、有限光学系のような欠点は生じない。
【００９４】
なお、ここで、今一度本発明の利点についての理解を深めるため、ゴースト映像について考察する。
【００９５】
まず、図１６を用いて、反射膜５を有する光情報記録媒体１にいわゆる反射型（リップマン型）のホログラムを記録する動作を説明し、図１７を用いてそのホログラムから再生光を発生させる動作を説明する。なお、この反射型ホログラム記録では、記録用参照光と情報光の焦点位置を同じにすることにより、光学系をシンプルにしている。
【００９６】
図１６（ａ）に示されるように、旋光板１０１の右側を通過した記録用参照光は光情報記録媒体１の反射膜５で反射し、旋光板１０１の左側を通過してきたｍという情報を持った情報光と、Ｐ点で干渉して干渉縞（ホリゾンタルフリンジ）を発生させる。さらに、図１６（ｂ）に示されるように、旋光板１０１の右側を通過した記録用参照光は、旋光板１０１の左側を通過し、反射膜５で反射したｍという情報を持った情報光と、光情報記録媒体１のＱ点で干渉して、別の干渉縞（ホリゾンタルフリンジ）を発生させる。
【００９７】
一方、図１６（ｃ）に示されるように、旋光板１０１の左側を通過した記録用参照光は光情報記録媒体１の反射膜５で反射し、旋光板１０１の右側を通過してきたｎという情報を持った情報光と、Ｑ点で干渉して干渉縞（ホリゾンタルフリンジ）を発生させる。さらに、図１６（ｄ）に示されるように、旋光板１０１の左側を通過した記録用参照光は、旋光板１０１の右側を通過し、反射膜５で反射したｎという情報を持った情報光と、光情報記録媒体１のＰ点で干渉して、別の干渉縞（ホリゾンタルフリンジ）を発生させる。
【００９８】
次に、図１７を用いて再生時の動作について説明する。
【００９９】
図１７（ａ）を参照すると、右旋光子を通過した再生用参照光は、対物レンズ１２によって集光されて反射膜５上で収束し、さらにそこで反射して再度対物レンズ１２を通過して平行光として左旋光子を通過していく。
【０１００】
ホログラム記録層３のＱ点に到達した再生用参照光によって、情報ｍを持った再生光が再生用参照光の進行方向とは逆方向に発生する。また、同じＱ点において、情報ｎを持った再生光が同様に発生する。さらに、Ｐ点においては情報ｍを持った再生光が再生用参照光の進行方向とは逆方向に発生する。また、同じＰ点において、情報ｎを持った再生光が同様に発生する。従って、右旋光子から入射した再生用参照光に対して４つ（情報ｍを持った再生光２つ、情報ｎを持った再生光２つ）の再生光が発生する。
【０１０１】
一方、図１７（ｂ）を参照すると、左旋光子を通過した再生用参照光は、対物レンズ１２によって集光されて反射膜５上で収束し、さらにそこで反射して再度対物レンズ１２を通過して平行光として右旋光子を通過していく。
【０１０２】
ホログラム記録層３のＰ点に到達した再生用参照光によって、情報ｎを持った再生光が再生用参照光の進行方向とは逆方向に発生する。また、同じＰ点において、情報ｍを持った再生光が同様に発生する。さらに、Ｑ点においては情報ｎを持った再生光が再生用参照光の進行方向とは逆方向に発生する。また、同じＱ点において、情報ｍを持った再生光が同様に発生する。従って、左旋光子から入射した再生用参照光に対して４つ（情報ｍを持った再生光２つ、情報ｎを持った再生光２つ）の再生光が発生する。
【０１０３】
実際の再生時の動作の様子は、図１７（ａ）と（ｂ）を合わせたものとなる。従って、左右の旋光子からは、それぞれ４つの再生光が出射することになる。その４つの再生光のうち２つは情報ｍを持ったもの、もう２つは情報ｎを持ったものである。よって、この場合、合計８つの再生光が発生することになる。しかし、再生像を検出するときには、情報ｍを持った再生光と情報ｎを持った再生光は互いに邪魔し合ってゴーストとなってしまい、再生像を効率よく検出することができなくなる欠点を有する。
【０１０４】
ところが、本実施の形態によれば、参照光の焦点を図７等で示されるようにＦの位置（共役の焦点位置をＦ’）になるような光学系を用いているので、図１６および１７のようなゴーストを発生させる干渉パターンを生成することがなく、再生像を効率よく検出することができるようになる。
【０１０５】
また、本実施の形態では、特開平１１−３１１９３８で示される光学系とは異なり、旋光板１０１を用いていないので、光学系が簡素化できる部分がある。旋光板１０１を用いて光の偏光方向を変えるようにする構成を採る場合、空間光変調器２３の像面の位置と旋光板１０１の位置を合わせるためにイメージのリレー光学系を空間光変調器２３と旋光板１０１の間に配置しなければならない。図１８は、旋光板１０１を用いた場合の光学系の一部を示す図である。図１８では、旋光板１０１は、対物レンズ１２のバックフォーカスの位置に配置され、そこで記録すべきページデータの像面があるようにされている。このようにするためには、リレー光学系１００を図のように配置しなければならない。しかし、本実施の形態においては、旋光板１０１の代わりに４分の１波長板１４を用いているので、このようなリレー光学系は不要となる。つまり、４分の１波長板を用いれば、４分の１波長板１４の位置と像面の位置とを一致させる必要は無いからである。なお、このリレー光学系１００は、図１５におけるリレー光学系４５および４６とは異なるものであることに注意されたい。
【０１０６】
さらに、旋光板１０１を用いると、旋光板１０１の分割線１０１ａによる影響により、再生像の真ん中に線が入ってしまい、真ん中周辺のデータを効率よく検出できないという欠点もあった。このため、ページデータの真ん中部分に意味のあるデータを配置しないようにして記録すべきページデータを構成する等の工夫が必要となっていたが、これでは記録容量を犠牲にしてしまう。しかし、本実施の形態によれば、４分の１波長板１４には旋光板１０１のような分割線１０１ａは存在しないので、記録容量を犠牲にする必要が無くなり、有用である。
【０１０７】
以上、本発明の構成および動作をその原理と実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されず、発明の本旨を逸脱しない範囲において、様々な変形が可能である。
【０１０８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の光情報記録装置によれば、情報記録層に、生成された情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンによって情報が記録されるように、情報光と記録用参照光とを情報記録層に対して同一面側より照射する記録光学系と、を備え、また、光情報記録媒体は、基板、情報記録層および反射層がこの順番で形成されてなり、さらに、記録光学系は、情報光を反射層上に収束させ、記録用参照光が反射層上ではデフォーカスするとともに、記録用参照光の共役焦点が基板と情報記録層との境界面よりも基板側に位置するように、記録用参照光を照射するようにしているので、光情報記録媒体の不必要な感光を防止することができ、その結果、光情報記録媒体の記録容量の減少を防止することができる。さらに、再生時にゴーストの発生の原因となる干渉パターンがホログラム記録層内に生成されるのを防止することができる。
【０１０９】
また、請求項２に記載の光情報記録装置によれば、光情報記録媒体は、さらに、情報記録層と反射層との間に保護層を有するので、情報記録層のホログラム材料を保護することができる。
【０１１０】
また、請求項３に記載の光情報記録装置によれば、光情報記録媒体として、情報光および記録用参照光の位置決めのための情報が記録される位置決め領域を備えたものを用い、更に、位置決め領域に記録された情報を用いて、光情報記録媒体に対する情報光および記録用参照光の位置を制御する位置制御手段を備えているので、記録のための光の位置決めを精度よく行うことができ、その結果、光情報記録媒体のリムーバリティが良く、ランダムアクセスが容易になるとともに、記録密度、記録容量および転送レートを大きくすることができる。特に、位相符号化多重による情報の多重記録が可能であることと相まって、記録密度、記録容量および転送レートを飛躍的に増大させることができる。例えば、一連の情報を、記録用参照光の変調パターンを変えながら、ホログラム記録層の同一箇所に多重記録するようにした場合には、情報の記録および再生を極めて高速に行うことが可能となる。
【０１１１】
請求項４記載の光情報記録装置によれば、記録光学系は、光を光情報記録媒体に対して収束させるための対物レンズを有し、記録用参照光は対物レンズに発散光として入射し、情報光は対物レンズに平行光として入射するようにしているので、記録用参照光と情報光の焦点をずらすことができ、ことを特徴とする請求項１記載の光情報記録装置。
【０１１２】
請求項５記載の光情報記録装置によれば、記録光学系は、情報光の光軸と記録用参照光の光軸が同一線上に配置されるように、情報光と記録用参照光とを照射するようにしているので、記録光学系をさらに小さくすることができる。
【０１１３】
請求項６記載の光情報記録装置によれば、記録光学系は、さらに、光の偏光方向を直線偏光から円偏光に変更するための波長板を有するので、旋光板を用いる必要がなくなり、記録光学系をさらに小さくすることができる。
【０１１４】
請求項７に記載の光情報再生装置によれば、生成された再生用参照光を光情報記録媒体の情報記録層に対して照射すると共に、再生用参照光が照射されることによって情報記録層より発生される再生光を、情報記録層に対して再生用参照光を照射する側と同じ面側より収集する再生光学系と、再生光学系によって収集された再生光を検出する検出手段とを備え、光情報記録媒体は、基板、情報記録層および反射層がこの順番で形成されてなり、再生光学系は、再生用参照光が反射層上ではデフォーカスするとともに、再生用参照光の共役焦点が基板と情報記録層との境界面よりも基板側に位置するように、再生用参照光を照射するようにしているので、ゴースト映像を発生させること無しに情報記録層に生成された干渉パターンから情報を効率よく再生することができる。
【０１１５】
また、請求項８に記載の光情報再生装置は、さらに、情報記録層と反射層との間に保護層を有しているので、情報記録層のホログラム材料を保護することができる。
【０１１６】
請求項９に記載の光情報再生装置によれば、光情報記録媒体として、再生用参照光の位置決めのための情報が記録される位置決め領域を備えたものを用い、更に、位置決め領域に記録された情報を用いて、光情報記録媒体に対する再生用参照光の位置を制御する位置制御手段を備えているので、再生のための光の位置決めを精度良く行うことができ、その結果、光情報記録媒体のリムーバビリティが良く、ランダムアクセスが容易となる。
【０１１７】
請求項１０記載の光情報再生装置によれば、再生光学系は、光を前記光情報記録媒体に対して収束させるための対物レンズを有し、再生用参照光は対物レンズに発散光として入射し、再生光は対物レンズから平行光として出射するようにしているので、再生光の像面が湾曲することが無く、従って、再生像検出の際に像面を補正するための結像レンズを設ける必要が無くなる。これにより、再生のための光学系をいっそう小さく構成することができる。
【０１１８】
請求項１１記載の光情報再生装置によれば、再生光学系は、再生用参照光の光軸と再生光の光軸が同一線上に配置されるように、再生用参照光の照射と再生光の収集とを行うようにしているので、再生のための光学系をさらに小さくすることができる。
【０１１９】
請求項１２記載の光情報再生装置によれば、再生光学系は、光の偏光方向を直線偏光から円偏光に変更するための波長板を有し、この波長板の入射光と出射光の偏光方向は互いに直交するようにしているので、入射してくる再生用参照光と出射する再生光を容易に分離することができ、再生光の検出が容易になる。
【０１２０】
請求項１３に記載の光情報再生装置によれば、再生光学系は、光情報記録媒体における反射層から反射して来た再生用参照光を遮光する参照光遮光手段を有しているので、効率よく再生光を検出することができる。なお、この参照光遮光手段は、検出手段に一番近くに存在する再生用参照光の焦点位置に配置されるので、検出手段により検出される再生像の結像に影響を与えることが無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のホログラム記録方法における記録の様子を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る光情報記録再生装置におけるピックアップおよび光情報記録媒体の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る光情報記録再生装置の全体構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る光情報記録媒体の構成を示す図である。
【図５】図３における検出回路の構成を示すブロック図である。
【図６】図２に示したピックアップのサーボ時における状態を示す図である。
【図７】図２に示したピックアップの記録時における状態を示す図である。
【図８】記録時における、図７に示したピックアップの４分の１波長板の入射前後の記録用参照光および情報光の状態を示す図である。
【図９】図８に示したピックアップにおける記録動作の詳細を示す図である。
【図１０】図８に示したピックアップにおける記録動作の詳細を示す図である。
【図１１】図２に示したピックアップの再生時における状態を示す図である。
【図１２】再生時における、図１１に示したピックアップの４分の１波長板の入射前後の記録用参照光および情報光の状態を示す図である。
【図１３】図１１に示したピックアップにおける再生動作の詳細を示す図である。
【図１４】図１１に示したピックアップにおける再生動作の詳細を示す図である。
【図１５】光情報記録媒体の表面で反射した再生用参照光を除去するための遮光マスクの動作を説明するための図である。
【図１６】反射型ホログラムが光情報記録媒体に生成される様子を示す図である。
【図１７】光情報記録媒体から反射型ホログラムを再生する様子を示す図である。
【図１８】旋光板を用いた場合の光学系の一部を示す図である。
【符号の説明】
１    情報記録媒体
２    透明基板
３    ホログラム記録層
４    保護層
５    反射膜
６    アドレス・サーボエリア
７    データエリア
１０  光情報記録再生装置
１１  光ピックアップ
１２  対物レンズ
１４  ４分の１波長板
１８  デフォーカス用レンズ
２３  空間光変調器
２８  光源装置（レーザ）
２９  ＣＣＤアレイまたはＣＭＯＳセンサ
【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９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2004171611.tif 000014
【図１３】
2004171611.tif 000015
【図１４】
2004171611.tif 000016
【図１５】
2004171611.tif 000017
【図１６】
2004171611.tif 000018
【図１７】
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【図１８】
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