(57)【要約】参照光及び信号光の光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体へ情報を記録又は再生するホログラム記録再生システムにおいて、可干渉性光束を発生する光源と、光軸上に配置されかつ、可干渉性光束の横断面における光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、可干渉性光束を、信号光領域及び参照光領域にてそれぞれ伝搬する信号光及び参照光へ、空間的に分離する光生成部と、光軸上に配置されかつ、参照光及び信号光をそれぞれ通過させるための信号光領域及び参照光領域と一致する光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、参照光及び信号光を互いに光軸上の異なる焦点に集光させて、参照光及び信号光を干渉させる光干渉部と、少なくとも異なる焦点の間に位置するホログラム記録層を有する記録媒体と、光軸上に配置されかつ参照光がホログラム記録層に照射された際にホログラム記録層から対物レンズ光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、を含む。
2007043451.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光及び信号光の光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体へ情報を記録又は再生するホログラム記録再生システムであって、
可干渉性光束を発生する光源と、
光軸上に配置されかつ、前記可干渉性光束の横断面における光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、前記可干渉性光束を、前記信号光領域及び参照光領域にてそれぞれ伝搬する信号光及び参照光へ、空間的に分離する光生成部と、
光軸上に配置されかつ、前記参照光及び前記信号光をそれぞれ通過させるための前記信号光領域及び参照光領域に対応する光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、前記参照光及び前記信号光を互いに光軸上の異なる焦点に集光させて、前記参照光及び信号光を干渉させる光干渉部と、
少なくとも前記異なる焦点の間に位置するホログラム記録層を有する記録媒体と、
光軸上に配置されかつ前記参照光が前記ホログラム記録層に照射された際に前記ホログラム記録層から前記対物レンズ光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、
を含むことを特徴とするホログラム記録再生システム。
【請求項２】
前記光生成部における信号光領域及び参照光領域と前記光干渉部における信号光領域及び参照光領域がそれぞれ一致していることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生システム。
【請求項３】
前記光生成部における信号光領域及び参照光領域と前記光干渉部における信号光領域及び参照光領域がそれぞれ互いに結像関係となっていることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生システム。
【請求項４】
前記光生成部は空間光変調器を含み、前記空間光変調器は、前記信号光領域及び参照光領域を前記光軸の周りにπ／（２ｍ−１）だけ回転する回転操作（ただしｍは正の整数である）を行うときに前記信号光領域が参照光領域に一致するパターンを、有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項５】
前記ｍは、６以下であることを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生システム。
【請求項６】
前記光干渉部は対物レンズ光学系を含み、前記対物レンズ光学系は、集光レンズに一体となってその屈折面に、前記回反対称な信号光領域及び参照光領域に一致するように、形成された凸若しくは凹レンズ又は凸若しくは凹レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子を有する２焦点レンズであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項７】
前記光干渉部は対物レンズ光学系を含み、前記対物レンズ光学系は、集光レンズと、前記集光レンズと同軸に配置されかつ、前記回反対称な信号光領域及び参照光領域に一致するように形成された凸若しくは凹レンズ又は凸若しくは凹レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子又は平行平板を有する透過型の光学素子と、からなる対物レンズモジュールであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項８】
前記空間光変調器は前記信号光領域において記録情報に応じて前記可干渉性光束を変調するパターンを表示する状態でありかつ前記参照光領域において無変調パターンを表示する状態であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項９】
前記記録媒体は反射層を有し、前記反射層より光源側に前記ホログラム記録層が存在することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項１０】
前記反射層は前記異なる焦点の間に存在することを特徴とする請求項９に記載のホログラム記録再生システム。
【請求項１１】
前記反射層が反射型の１／２波長板であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のホログラム記録再生システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光ディスク、光カードなどの光学的に情報記録又は情報再生が行われる記録媒体に関し、特に光束の照射により情報の記録又は再生可能なホログラム記録層を有する記録媒体のホログラム記録再生システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度情報記録のために、２次元データを高密度記録できるホログラムが注目されている。このホログラムの特徴は、記録情報を担持する信号光の波面を、参照光との干渉縞として、フォトリフラクティブ材料などの光感応材料からなる記録媒体に体積的に屈折率の変化として記録することにある。記録媒体にホログラム多重記録、例えば角度多重を行うことによって記録容量を増大させることができる。記録媒体に構造としては、基板、反射層及びホログラム記録層がこの順番で形成された記録媒体が知られている。
一般に、参照光と信号光を交差させてホログラムを記録する場合、ミキシング角度（伝播方向が一致した角度を０度としてそこから開く２光束がなす角度の小さい方）が大きいほどホログラムの角度選択性は向上し、ホログラム記録層の同一箇所により多くのホログラムを多重して記録することが可能となる。つまり高密度に情報を記録するためには、ミキシング角度が大きくなるようなホログラムの干渉形態が望ましい。
例えば、図１に示す左半分を信号光、右半分を参照光（透過）となるような空間光変調器を、図２に示すように、光路中に挿入し、左右の光の干渉によりホログラムの記録を行う技術が知られている（特開平１１−２３７８２９号公報、参照）。
かかる従来技術のように、一部の領域を参照光とし他の一部の領域を信号光とする反射型のホログラム記録方式で、図３に示すように、両光束の集光位置が反射層上で同じであれば、信号光と参照光は互いに対向する形（１点で集光する球面波同士）で交差することになる。つまりミキシング角度は０度であり高密度記録には適さない形となる。よって、この構成では信号光と参照光の焦点位置が同じであるため、ミキシング角度がとれないため、角度選択性が悪く、高密度な情報記録には向かないという欠点がある。
さらに、信号光と参照光の焦点位置を変位する他の従来技術としては、図４に示すように、記録光学系において、信号光を反射層上に収束させ、記録用参照光を反射層上ではデフォーカスさせるとともに、反射層を超えて収束するように、記録用参照光を照射する技術もある（特開２００４−１７１６１１号公報、参照）。
【発明の開示】
【０００３】
後者の従来技術においては、対物レンズに入射する光と反射して対物レンズから戻る光とで、参照光及び信号光の拡散及び収束具合が異なることになる。信号光に関しては集光位置に反射層があるため、対物レンズに対して平行光で入射させて、信号光反射光も平行光として戻る。しかし、参照光は対物レンズに対して拡散光として入射させ、反射層を超えて収束光となるが途中に反射層があるため、対物レンズ近傍の位置に集光する。したがって、参照光の集光位置は対物レンズの焦点距離よりも短い位置にあるため、対物レンズを通って戻る参照光の反射光は、対物レンズから拡散する光束となる。このように対物レンズに出入りする光が、平行光、対物レンズに向けて拡散する光、対物レンズから拡散して戻る光と様々な拡散状態の光が混在することになる。
よって、後者の従来技術において、光源から対物レンズに至る光学系が煩雑になるという欠点がある。参照光の戻り光は記録再生には直接関係しないため、そのために特別な光学系を用意せずに放置することも考えられるが、その場合、迷光として本来の信号を妨害することが考えられ、好ましくない。後者の従来技術において、後者の従来技術において、行きの光路で、参照光と信号光の焦点位置を変える仕組みが存在するが、反射光の光路は不明であるので、この参照光反射光が迷光となることは明白である。また、参照光と信号光の生成及び合流のために多くの光学部品を要していたので、装置の小型化が損なわれる。
そこで、本発明の解決しようとする課題には、参照光及び信号光の光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体へ情報を記録又は再生するホログラム記録再生システムであって、安定的に記録又は再生を行うことを可能にするホログラム記録再生方法及びホログラム装置を提供することが一例として挙げられる。
本発明のホログラム記録再生システムは、参照光及び信号光の光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体へ情報を記録又は再生するホログラム記録再生システムであって、
可干渉性光束を発生する光源と、
光軸上に配置されかつ、前記可干渉性光束の横断面における光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、前記可干渉性光束を、前記信号光領域及び参照光領域にてそれぞれ伝搬する信号光及び参照光へ、空間的に分離する光生成部と、
光軸上に配置されかつ、前記参照光及び前記信号光をそれぞれ通過させるための前記信号光領域及び参照光領域に対応する光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、前記参照光及び前記信号光を互いに光軸上の異なる焦点に集光させて、前記参照光及び信号光を干渉させる光干渉部と、
少なくとも前記異なる焦点の間に位置するホログラム記録層を有する記録媒体と、
光軸上に配置されかつ前記参照光が前記ホログラム記録層に照射された際に前記ホログラム記録層から前記対物レンズ光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、
を含むことを特徴とする。
かかるホログラム記録再生システムによれば、参照光と信号光を光軸周りに回反対称に分割し、参照光及び信号光の互いのフォーカス位置を変えているので、信号光と参照光の焦点位置をずらして干渉させ、ホログラム記録層の内部だけを見ると互いに集光点が異なる光が交差しており、ミキシング角度が大きい状態を確保できる。一方で、対物レンズに入射して、反射面で反射した後、再び対物レンズを通過する光線の光路長は、対物レンズのどの部分に入射した光線に対しても等しくなるため、対物レンズに平行光で入射した光の反射光は、再び平行光として対物レンズから戻ることが可能である。よって、対物レンズに入射、照射する光と反射して対物レンズから戻る光とで、光の拡散及び収束具合が異なることになるので、ホログラム記録層内部において参照光と信号光の焦点位置を変えているにもかかわらず、対物レンズに出入りする光は全て平行光とすることができ、光源から対物レンズまでの間の光路は、一般的な光ディスクのピックアップとほとんど同様の簡素な光学系で構成することができる。また、かかるホログラム記録再生システムによれば、余計な迷光が発生することもない。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、従来のホログラム記録を説明するための空間光変調器を示す概略正面図である。
図２は、従来のホログラム記録を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略部分断面図である。
図３は、従来のホログラム記録を説明するための記録媒体を示す概略部分断面図である。
図４は、従来のホログラム記録を説明するための対物レンズ及び記録媒体を示す概略部分断面図である。
図５は、本発明による実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
図６は、本発明による実施形態の記録再生装置における空間光変調器を示す光軸から見た正面図である。
図７は、本発明による実施形態の記録再生装置における対物レンズモジュールを示す光軸から見た正面図である。
図８は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図９は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１０は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１１は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１２は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１３は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１４は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１５は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１６は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１７は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１８は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における空間光変調器又は対物レンズモジュールにおける信号光領域及び参照光領域を示す光軸から見た正面図である。
図１９は、本発明による他の実施形態の記録再生装置におけるホログラム記録を説明するための記録媒体を示す概略部分断面図である。
図２０は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
図２１は、本発明による実施形態におけるホログラム記録再生装置の光学系全体の構成例を示す概略断面図である。
図２２は、本発明による実施形態におけるホログラム記録再生装置の光学系全体の構成例を示す概略断面図である。
図２３は、本発明による他の実施形態におけるホログラム記録再生装置の光学系全体の構成例を示す概略断面図である。
図２４は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
図２５は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
図２６は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
図２７は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における対物レンズモジュールを示す光軸から見た正面図である。
図２８は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
図２９は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
図３０は、本発明による他の実施形態の記録再生装置における対物レンズモジュールを示す光軸から見た正面図である。
図３１は、本発明による他の実施形態の記録再生装置を説明するための光学系及び記録媒体を示す概略断面図である。
発明の詳細な説明
以下に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図５は、ホログラム記録再生システムの一例の要部を示す模式的断面図である。
ホログラム記録再生システムは、光源から発せられた可干渉性光束の光軸上に配置され信号光ＳＢ及び参照光ＲＢを生成する光生成部である透過型の空間光変調器ＳＬＭと、信号光ＳＢ及び参照光ＲＢを互いに光軸上の異なる焦点に集光させ、信号光ＳＢ及び参照光ＲＢを干渉させる光干渉部である対物レンズモジュールＯＢＭと、を備える。空間光変調器ＳＬＭは、対物レンズモジュールＯＢＭの対物レンズＯＢの一方の焦点距離の位置に配置され、記録媒体のホログラム記録層７は他方の焦点側に配置され、反射層５が対物レンズＯＢの一方の焦点距離の位置に配置距離の位置に配置される。図５でｆは対物レンズＯＢの焦点距離である。
空間光変調器ＳＬＭは、可干渉性光束の横断面における光軸周りに回反対称な信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲを備え、入射された可干渉性光束を、それぞれを通過伝搬する信号光ＳＢ及び参照光ＲＢへ、空間的に分離する。図６に信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲを備えた空間光変調器ＳＬＭの光軸に沿ってみた正面図を示す。
図５に示すように、光干渉部の対物レンズモジュールＯＢＭは、たとえば、空間光変調器ＳＬＭと同軸に配置された集光レンズである対物レンズＯＢと、透明平行平板ＰＰなどの透過型の光学素子と、からなる。対物レンズモジュールＯＢＭにおいても、空間光変調器ＳＬＭのものと一致する光軸周りに回反対称な信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲを備える。図７に信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲを備えた対物レンズモジュールＯＢＭの光軸に沿ってみた正面図を示す。
図６に示すように、光生成部の空間光変調器ＳＬＭは、記録すべき情報に応じて信号光領域ＳＢＲにて可干渉性光束を変調して信号光ＳＢを生成する。空間光変調器ＳＬＭは、マトリクス状に分割された複数の画素透明電極を有する液晶パネルなどで電気的に入射光の一部を画素毎に遮光する機能、又は透過して無変調状態とする機能を有する。空間光変調器ＳＬＭは制御回路２６からの記録すべきページデータ（平面上の明暗ドットパターンなどの２次元データの情報パターン）に基づいた分布を有するように光束を変調かつ透過して、信号光ＳＢを生成する。空間光変調器ＳＬＭの参照光領域ＲＢＲは、可干渉性光束を無変調で透過て参照光ＲＢを生成する。よって、空間光変調器ＳＬＭ上には信号光領域ＳＢＲに対応する箇所のみに情報が表示され、参照光領域ＲＢＲに対応する箇所は透過となる。図６のように実際に情報を表示するのは信号光領域ＳＢＲの一部であってもよい。また、空間光変調器ＳＬＭは記録時に液晶素子が信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲを表示する状態であるように制御するように構成できるが、空間光変調器ＳＬＭは参照光領域ＲＢＲを固定式の貫通開口又は透明体からなる窓から構成することもできる。
この実施形態では空間光変調器ＳＬＭ及び対物レンズモジュールＯＢＭにおいて、それぞれ回反対称な信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲとして左右に分割した例を示したが、信号光領域と参照光領域が光軸に関して互いに回反対称であればどんな分割でもよい。ここで信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲが光軸に関して互いに回反対称であるとは、それぞれの領域を光軸の回りに１８０度回転させたときに、信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲが入れ替わった分布になることを言う。また、対物レンズＯＢ上の信号光領域ＳＢＲに入射した光線が全て対物レンズＯＢ上の参照光領域ＲＢＲを通って戻る（逆も同じ）ことを意味している。以下の図に示す例は全て信号光領域と参照光領域が回反対称となっている。換言すると、信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲは、可干渉性光束の有効径の光路中に回反対称（光軸周りに１８０度回転させると重なり一致するパターンとなる）の関係にある。すなわち、厳密な回反対称性を有するとは、信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲを参照光ＲＢの光軸の周りにπ／（２ｍ−１）だけ回転する回転操作を行うと信号光領域が参照光領域に、及び参照光領域が信号光領域に重なり一致するようなパターンを有することである。ここで、ｍは１，２，３，４，５，６などの整数である。ｍが大きくなるほど遮光パターンが細かくなり、遮光／参照光領域の境界での回折効果による影響が生じるので、最大ｍ＝６程度が好ましい。
図８〜図１０はｍ＝１の回反対称の信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲの例を示す空間光変調器ＳＬＭ又は対物レンズモジュールＯＢＭの正面図である。
図１１及び図１２はｍ＝２の回反対称の信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲの例を示す空間光変調器ＳＬＭ又は対物レンズモジュールＯＢＭの正面図である。
図１３はｍ＝３の回反対称の信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲの例を示す空間光変調器ＳＬＭ又は対物レンズモジュールＯＢＭの正面図である。
図１４はｍ＝４の回反対称の信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲの例を示す空間光変調器ＳＬＭ又は対物レンズモジュールＯＢＭの正面図である。
図１５はｍ＝５の回反対称の信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲの例を示す空間光変調器ＳＬＭ又は対物レンズモジュールＯＢＭの正面図である。
図１６はｍ＝６の回反対称の信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲの例を示す空間光変調器ＳＬＭ又は対物レンズモジュールＯＢＭの正面図である。
また図１７及び図１８のように回反対称の信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲにおいて、有効径の一部を遮光してもよい。この場合、遮光領域以外の信号光領域と参照光領域が回反対称となっていればよい。遮光領域は対物レンズＯＢ上や空間光変調器ＳＬＭ上やこれらの間の光路などに設けて、遮光を行うことができる。
このように、本実施形態では、光軸周りの光学系に回反対称な信号光領域ＳＢＲ及び参照光領域ＲＢＲを設け、参照光及び信号光を空間的に分離する。これと同時に、本実施形態では、分離された参照光及び信号光を空間的に互いに光軸上の異なる焦点に集光させて、干渉させることでホログラムを記録する。
図５に示すように、対物レンズＯＢとホログラム記録層７の間に参照光ＲＢの通過する領域のみに平行平板ＰＰを挿入する（参照光領域ＲＢＲ）ことで、対物レンズＯＢ及び平行平板ＰＰを通過する参照光ＲＢは、対物レンズＯＢのみの領域（信号光領域ＳＢＲ）を通る信号光ＳＢの集光位置から光軸方向にずれて集光することになる。図５の構成例では、対物レンズモジュールＯＢＭは、手前側に信号光ＳＢを奥側に参照光ＲＢをそれぞれ収束するように設定されている。これら信号光ＳＢ及び参照光ＲＢの干渉縞によって、図５に示す光軸の主に右側のホログラム記録層７の内部にホログラム（回折格子）が形成される。信号光ＳＢと参照光ＲＢの焦点位置を変位することにより、図１９に示すように、光軸及び反射層５近傍の近傍領域（光軸に対して偏倚している）にて０度より大きなミキシング角度θで信号光ＳＢと参照光ＲＢが交差することになる。
参照光領域ＲＢＲを通る光はホログラム記録層７の厚み分に加え、挿入された平行平板ＰＰの厚みの分だけ余分に通過することになる一方で、信号光領域ＳＢＲを通る光はホログラム記録層７の反対側の反射層５（界面の反射面）に至るまでの間に、ホログラム記録層７の厚みの分のみだけ通過する。これにより信号光領域ＳＢＲの光と参照光領域ＲＢＲの光は対物レンズＯＢから反射層５までの光路長が異なるため、集光位置も異なる。反射層５で反射された光は行きの光とは逆の振る舞いをし、信号光領域ＳＢＲから入射した光の方が多くの平行平板ＰＰを通って対物レンズＯＢに戻ることになる。結果として対物レンズＯＢのどの部分に入射した光も一度反射して対物レンズＯＢに戻ってくる段階では光路長が全て等しくなる。従って、適切な反射層５の位置では、対物レンズＯＢに平行光で入射した光は、再び平行光として対物レンズＯＢから戻ってくることになる。通常の光ディスクで行われるフォーカスサーボと同様にして、戻り光が平行光となるような対物レンズＯＢと反射層５の距離に固定することが可能である。
このように、空間光変調器ＳＬＭ及び対物レンズモジュールＯＢＭにおいて、信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲは光軸に関して互いに回反対称であり、信号光領域ＳＢＲを光軸の回りに１８０度回転することで参照光領域ＲＢＲに一致するように配置されている。例えば図５の構成例の逆、右半分が信号光領域ＳＢＲで左半分が参照光領域ＲＢＲである場合でも、空間光変調器ＳＬＭ及び対物レンズモジュールＯＢＭの信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲは光軸に関して互いに回反対称として一致して構成され、奥側に信号光ＳＢを手前側に参照光ＲＢをそれぞれ収束するように設定されてもよい。
また、図５のように実際に空間光変調器ＳＬＭを対物レンズＯＢの焦点距離ｆの位置の位置に配置する必要はなく、いわゆる４ｆ光学系として図２０のように焦点を一致させた結像レンズＭＬ１，ＭＬ２の結像系を用いて対物レンズＯＢの焦点距離ｆの位置に空間光変調器ＳＬＭの実像が位置するように配置することで、図５と全く同じホログラムの記録ができる。
図２１は本実施形態におけるホログラム記録再生装置の光学系全体の構成例を示す。
ホログラム記録再生装置は、可干渉性の信号光ＳＢ及び参照光ＲＢによる光学干渉縞を回折格子として内部に保存するホログラム記録層７を有する記録媒体２を、ホログラム記録層７の光照射面の反対側に反射層５が位置するように、装着自在に保持する支持部（図示せず）を備える。ホログラム記録再生装置は、大きく分けてホログラムの記録及び再生光学系からなり、これらの系は対物レンズＯＢを共用して、対物レンズの駆動系やサーボエラー検出系（図示せず）を含んでいる。ホログラム記録再生光学系は、ホログラムの記録及び再生用の可干渉性光を発生するレーザ光源ＬＤ、コリメータレンズＣＬ、透過型の空間光変調器ＳＬＭ、結像レンズＭＬ１、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、結像レンズＭＬ２、１／４波長板１／４λ、対物レンズＯＢ、ＣＣＤ（電荷結合素子）や、結像レンズＭＬ３、及びＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体装置）などのアレイの像センサＩＳ（これは分岐している）からなり、同軸の光路に配置される。
レーザ光源ＬＤから出た可干渉光はコリメータレンズＣＬで平行光とされ、空間光変調器ＳＬＭ、結像レンズＭＬ１、偏光ビームスプリッタＰＢＳ、結像レンズＭＬ２、１／４波長板１／４λを通り、対物レンズＯＢによって記録媒体のホログラム記録層７に照射される。ホログラム記録層７からの反射光やホログラムの再生光は偏光ビームスプリッタＰＢＳにより結像レンズＭＬ３を介して像センサＩＳへと導かれる。この構成は一般的な光ディスクの光学系と同様に構成できる。
ホログラムの記録時には、図２１のように、空間光変調器ＳＬＭの信号光領域ＳＢＲに情報パターンが表示され、情報パターンを通過する信号光ＳＢと情報パターンの存在しない参照光領域ＲＢＲを通過する参照光ＲＢが生成される。空間光変調器ＳＬＭ上の情報パターンは２つの結像レンズＭＬ１、ＭＬ２の作用により、結像レンズＭＬ２と対物レンズＯＢの間のある位置に像を結ぶ。その像が対物レンズＯＢにより記録媒体のホログラム記録層７に照射されることで、信号光ＳＢと参照光ＲＢが干渉し、記録媒体のホログラム記録層７内にホログラムを形成する。
ホログラムの再生時は、図２２のように、空間光変調器ＳＬＭの信号光領域ＳＢＲの全てのビットを０（不透過）とし、参照光領域ＲＢＲから参照光ＲＢのみをホログラム記録層７に照射する。これによりホログラム記録層７に記録されたホログラムから再生光（Ｐ）が再生される。直線偏光の参照光ＲＢを用いれば、ホログラム記録層７で反射して戻ってくる参照光ＲＢは１／４波長板１／４λを２度通過することになるため、行きの光とは偏光の向きが９０度異なる。このため再生光（Ｐ）が偏光ビームスプリッタＰＢＳにより照射光学系から分離されて、結像レンズＭＬ３を介して像センサＩＳへと向かう。再生光も偏光に関しては参照光ＲＢと同様の振る舞いをするため、像センサＩＳへと向かうことになる。像センサＩＳはホログラムの再生像が結像する位置に配置されており、記録時のパターンが像センサＩＳ上に再現される。像センサＩＳ上では再生光と参照光ＲＢの領域が分離されているので、再生光のみを取り出すことができる。このように、参照光照射により回折格子から再生光を生成して、対物レンズＯＢを介して再生光を像センサＩＳへ導き光電変換によって、情報を再生する。
もしこの像センサＩＳ上の参照光ＲＢが必要なければ図２３のように遮光板ＭＡＳＫ（参照光領域ＲＢＲと光軸に関して回反対称な関係にある遮光部を有する）を結像レンズＭＬ２と対物レンズＯＢの間に配置することで、再生中に参照光を像センサＩＳに戻さないこともできる。
図５の構成例では、参照光ＲＢのみ通過する参照光領域ＲＢＲとして平行平板ＰＰを挿入しているが、参照光領域ＲＢＲ及び信号光領域ＳＢＲを通る光の集光位置を光軸において偏倚して集光するため、以下の他の実施形態が考えられる。すなわち、対物レンズＯＢの焦点距離を信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲで異ならせることにより、参照光及び信号光の焦点位置をずらしてもよい。
例えば、信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲを回反対称として左右に分ける場合の例で説明すると、図２４のように左半分（信号光領域ＳＢＲ）だけの半凸レンズＨＣＶＸを追加したり、図２５のように右半分（参照光領域ＲＢＲ）だけに半凹レンズＨＣＣＶを追加することでも同様の効果を得られる。これらの追加レンズは回折レンズなどで代用することもできる。さらに、図２６のように回折レンズＯＤＥを対物レンズＯＢの信号光領域ＳＢＲ（或いは参照光領域ＲＢＲ）に直接彫り込んでもよい。図２７は焦点距離を短くする回折レンズＯＤＥを信号光領域ＳＢＲに有する対物レンズＯＢを示す。また、図２８のように信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲでそれぞれ異なる焦点距離（対物レンズそのものの屈折力が信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲで異なる）の対物レンズＯＢ２を用いることもできる。またさらに、図２９のように、信号光領域ＳＢＲと参照光領域ＲＢＲでそれぞれ異なる焦点距離の対物レンズの作用を有する回折レンズＯＤＥ１及びＯＤＥ２からなる回折レンズＯＤＥ（左右でピッチの異なるフレネルレンズ）を用いることで、上記実施形態と同様の効果を奏する。図３０は、信号光領域ＳＢＲに焦点距離の短い回折レンズＯＤＥ１と、参照光領域ＲＢＲ焦点距離の長いＯＤＥ２とを有する回折レンズＯＤＥを示す。
また、ここまで透過型の空間光変調器を用いた光学系で説明してきたが、反射型の空間光変調器を用いてもよい。
さらに、ホログラム記録層７の入射反対に位置する反射層５に反射型の１／２波長板１／２λを用い、入射光を直線偏光として反射する実施形態も提案される。図４で反射層５を用いて信号光及び参照光の焦点位置を異ならしめミキシング角度を大とすることの説明をしたが、実際には図４の近傍領域以外でも参照光と信号光が交わるため、この部分でもホログラムが記録される。図４の構成の場合、近傍領域以外の部分もミキシング角度が小さいため、角度選択性が悪くなる。近傍領域は角度選択性が良好であるが、近傍領域の角度選択性に基づいてホログラムの多重記録を行った場合、それより角度選択性の劣る近傍領域以外の部分から再生される信号がノイズとなる可能性がある。
そこで、図３１に示すように反射層５に代えて反射型の１／２波長板１／２λを置く以外、上記実施形態の場合と同一の構成とする。これによれば、反射型１／２波長板１／２λの反射前の光と反射後の光では偏光方向が９０度異なるため、反射前の光と反射後の光は互いに干渉しない。干渉するのは反射前の光同士、反射後の光同士だけである。図３１に示す領域Ｂには反射前の信号光と反射後の参照光しか存在せず、干渉は起こらない。領域Ｃには反射後の信号光と反射前の参照光しか存在せずやはり干渉は起こらない。近傍領域では、反射前の参照光と信号光の干渉や、反射後の参照光と信号光の干渉が起こり、ここではホログラムの記録がなされる。この構成にすることで角度選択性の悪いホログラムの記録を避けるとともに、ホログラムの記録領域を小さな領域に限定することができる。なお、記録媒体に反射層を設けなくとも、近傍領域では、入射する参照光及び信号光の干渉によって光軸から偏倚したホログラムを記録することができる。この場合、領域Ｂ及びＣは発生しない。
【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】
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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３１】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月1日(2008.4.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
参照光及び信号光の光学干渉パターンを回折格子として内部に保存する記録媒体へ情報を記録又は再生するホログラム記録再生システムであって、
可干渉性光束を発生する光源と、
光軸上に配置されかつ、前記可干渉性光束の横断面における光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、前記可干渉性光束を、前記信号光領域及び参照光領域にてそれぞれ伝搬する信号光及び参照光へ、空間的に分離する光生成部と、
光軸上に配置されかつ、前記参照光及び前記信号光をそれぞれ通過させるための前記信号光領域及び参照光領域に対応する光軸周りに回反対称な信号光領域及び参照光領域を備えかつ、前記参照光及び前記信号光を互いに光軸上の異なる焦点に集光させて、前記参照光及び信号光を干渉させる光干渉部と、
少なくとも前記異なる焦点の間に位置するホログラム記録層を有する記録媒体と、
光軸上に配置されかつ前記参照光が前記ホログラム記録層に照射された際に前記ホログラム記録層から前記対物レンズ光学系を介して戻る光を受光する像検出手段と、
を含むこと、並びに
前記記録媒体は反射層を有し、前記反射層より光源側に前記ホログラム記録層が存在すること、を特徴とするホログラム記録再生システム。
【請求項２】
前記光生成部における信号光領域及び参照光領域と前記光干渉部における信号光領域及び参照光領域がそれぞれ一致していることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生システム。
【請求項３】
前記光生成部における信号光領域及び参照光領域と前記光干渉部における信号光領域及び参照光領域がそれぞれ互いに結像関係となっていることを特徴とする請求項１に記載のホログラム記録再生システム。
【請求項４】
前記光生成部は空間光変調器を含み、前記空間光変調器は、前記信号光領域及び参照光領域を前記光軸の周りにπ／（２ｍ−１）だけ回転する回転操作（ただしｍは正の整数である）を行うときに前記信号光領域が参照光領域に一致するパターンを、有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項５】
前記ｍは、６以下であることを特徴とする請求項４に記載のホログラム記録再生システム。
【請求項６】
前記光干渉部は対物レンズ光学系を含み、前記対物レンズ光学系は、集光レンズに一体となってその屈折面に、前記回反対称な信号光領域及び参照光領域に一致するように、形成された凸若しくは凹レンズ又は凸若しくは凹レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子を有する２焦点レンズであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項７】
前記光干渉部は対物レンズ光学系を含み、前記対物レンズ光学系は、集光レンズと、前記集光レンズと同軸に配置されかつ、前記回反対称な信号光領域及び参照光領域に一致するように形成された凸若しくは凹レンズ又は凸若しくは凹レンズ作用を有するフレネルレンズ面若しくは回折格子又は平行平板を有する透過型の光学素子と、からなる対物レンズモジュールであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項８】
前記空間光変調器は前記信号光領域において記録情報に応じて前記可干渉性光束を変調するパターンを表示する状態でありかつ前記参照光領域において無変調パターンを表示する状態であることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項９】
前記反射層は前記異なる焦点の間に存在することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のホログラム記録再生システム。
【請求項１０】
前記反射層が反射型の１／２波長板であることを特徴とする請求項９に記載のホログラム記録再生システム。
【国際調査報告】
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