(57)【要約】  空間光強度変調素子（１７）が、第１偏光板（５０）と、第２偏光板（５４）と、第１偏光板（５０）と第２偏光板（５４）との間に配置された液晶層（５２）とを備え、第１偏光板（５０）に係る光の透過軸と第２偏光板（５４）に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満となるようにしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、
第１の偏光素子と、
第２の偏光素子と、
前記第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に配置された液晶層と、
を備え、
前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満であること、
を特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角と前記消光角とが異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記旋光角は略９０度であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記消光角は略５５度であることを特徴とする請求項４に記載の光学素子。
【請求項６】
前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行であり、前記液晶層は、透過する光を旋光させる旋光性を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】
前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
前記消光角と前記旋光角とが一致することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項９】
前記消光角と前記旋光角とは略４５度であることを特徴とする請求項８に記載の光学素子。
【請求項１０】
前記液晶層は、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して前記記録信号光および前記参照光とを形成することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１つに記載の光学素子。
【請求項１１】
記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、
前記液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層、
を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項１２】
前記液晶層は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することを特徴とする請求項１１に記載の光学素子。
【請求項１３】
前記液晶層を間に挟むように配置された第１の偏光素子と第２の偏光素子をさらに備え、前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満であることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子。
【請求項１４】
前記消光角と前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角とが一致することを特徴とする請求項１３に記載の光学素子。
【請求項１５】
前記消光角と前記旋光角とは略４５度であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子。
【請求項１６】
前記液晶層は、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して前記記録信号光および前記参照光とを形成することを特徴とする請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の光学素子。
【請求項１７】
前記液晶層は、セグメント単位で光の透過率を第１の透過率または第２の透過率に設定することにより記録信号光および参照光を形成することを特徴とする請求項１６に記載の光学素子。
【請求項１８】
記録媒体に光情報を体積記録により記録し、当該記録媒体に記録された光情報を再生する光情報記録再生装置であって、
光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を液晶に印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する光学素子、
を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
【請求項１９】
前記光学素子は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することを特徴とする請求項１８に記載の光情報記録再生装置。
【請求項２０】
記録媒体に光情報を体積記録により記録し、当該記録媒体に記録された光情報を再生する光情報記録再生装置であって、
液晶層を挟んで配置された第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満に設定された光学素子、
を備えたことを特徴とする光情報記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子、および、記録媒体に光情報を体積記録により記録し、当該記録媒体に記録された光情報を再生する光情報記録再生装置に関し、特に、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させ、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることができる光学素子および光情報記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラムを利用して記録媒体に光情報を体積記録により記録し、また、記録された光情報を再生する光情報記録再生技術が開発されている。この光情報記録再生技術では、レーザ光源から出射された光束が振幅分割あるいは波面分割により２つの光束に分離される。そして、一方の光束が空間光変調素子により光強度変調あるいは光位相変調されて記録したい情報を含んだ記録信号光が生成され、他方の光束は参照光として用いられる。【０００３】
情報の記録時には、２つの光束が交錯し、あるいは、同軸光路上で収束レンズを用いて２つの光束が絞り込まれ、記録媒体上の光束の焦点近傍において２つの光束の回折による干渉効果により発生した干渉パターンが光情報として記録媒体に記録される。また、情報の再生時には、参照光が記録媒体に照射され、干渉パターンが読み取られることにより情報が再生される。【０００４】
ただし、レーザ光源から出射された光束を２つの光束に分離すると、２つの光束にそれぞれ独立な光学系を用意する必要があるため装置を小型化することが難しく、また、装置に振動が与えられると２つの光束の光軸がずれてしまい、情報の記録再生の安定性が低くなるという欠点があった。【０００５】
このような問題を解決するため、記録信号形成用にかかわる空間光変調器の所定領域を記録信号光形成用に設定し、残りの領域を参照光形成用に設定するとともに、当該空間光変調器一面にレーザ光を照射することによって、記録信号光および参照光を形成する装置が開発されている。そして、その記録信号光および参照光を共通の結像光学系によってフーリエ変換して記録媒体に情報を記録する手法を用いることにより、装置全体を小型化することができる光記憶方法が開示されている（たとえば、特許文献１を参照）。【０００６】
しかし、この光記憶方法では、空間光変調器が、記録信号光を形成するための領域と参照光を形成するための領域とに分割されているため、記録信号光を形成するための領域が十分に確保することができず、記録密度を向上させることができないという問題があった。【０００７】
そのため、透過率がそれぞれ変化する複数のセグメントに分割された空間光強度変調素子に単一の光束を透過させ、記録媒体に記録する情報に応じて各セグメントの光束の透過率を変化させることにより、記録する情報を含んだ記録信号光と、当該記録信号光と干渉させる参照光とを形成する光情報記録再生装置が考案されている（たとえば、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０１１７５６明細書を参照）。【０００８】
具体的には、ＴＮ（Twisted  Nematic）型液晶セルからなる空間光強度変調素子を複数のセグメントにマトリクス状に分割し、各セグメントに印加する電圧を制御する。そして、各セグメントの光束の透過率を変化させて、光束が２つの強度レベルを有するように強度変調をおこなう。この一方の強度レベルの光束部分が記録信号光となり、他方の強度レベルの光束部分が参照光となる。【０００９】
このようにして生成された記録信号光および参照光を、対物レンズを用いて記録媒体のフォトポリマーからなる記録層に収束させる。これにより、当該記録層内における対物レンズの焦点近傍の３次元領域で記録信号光と参照光とが回折干渉して透過型干渉パターンが形成され、記録層に情報が記録される。【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２３７８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来技術では、一般的なＴＮ型の液晶セルを用いて空間光強度変調素子を形成しているため、以下に説明するような理由により、記録信号光および参照光を生成する際の制御が難しくなるという問題があった。【００１２】
図１８は、従来技術における一般的なＴＮ型の液晶セルを構成する偏光板の消光角と液晶の旋光角との間の関係を示す図である。一般的なＴＮ型の液晶セルでは、光の透過軸が直交するよう配置された２つの偏光板が液晶層を挟む構造となっている。【００１３】
図１８には、この２つの偏光板の透過軸がなす角度である消光角と、液晶の螺旋構造による旋光性によって光が旋光する角度である旋光角とが示されている。一般的なＴＮ型の液晶セルでは、消光角と旋光角とは９０度で一致するよう設定されている。【００１４】
液晶に電圧を印加しない状態においては、液晶の存在により光の振動方向が旋光角の分だけ回転して消光角と一致するため、光の透過率が１となる。液晶層に電圧を印加すると、液晶分子が偏光板に対して垂直に配向するため液晶の旋光性が失われ、光の透過率が０となる。【００１５】
実際には、２つの偏光板により光が吸収され、また、２つの偏光板の界面において光が反射されるため、液晶に電圧を印加した場合でも液晶セルの光の透過率は１とはならないが、ここでは、そのような光損失を除いた場合に１となるよう透過率が定義されている。【００１６】
図１９は、従来技術における液晶セルを透過する光の透過率と液晶セルに印加される電圧との間の関係を示す図である。図１９に示すように、電圧を印加しない場合には、透過率は１となり、印加する電圧をしだいに大きくしていくと、透過率が減少していき、最終的には透過率が０になる。【００１７】
実際には、２つの偏光板の界面において光がわずかに反射されるため、電圧を印加しない場合でも液晶セルの光の透過率は１とはならないが、ここでは、その反射した光束の反射損を除いて光の透過率を評価することとしている。【００１８】
このような一般的なＴＮ型の液晶セルを空間光強度変調素子として用いると、記録信号光と参照光の強度レベルの比がおおよそ２：１に設定される場合（記録信号光の変調振幅と参照光の強度レベルがほぼ一致する場合）などには、透過率が急峻に変化する領域において記録信号光または参照光の少なくとも一方の透過率レベルを設定する必要が生じる。【００１９】
そのため、空間光強度変調素子に印加する電圧に変動があったり、空間光強度変調素子の印加電圧に対する応答特性にばらつきがあったりすると、記録信号光あるいは参照光の透過率レベルが大きく変動し、記録信号光および参照光の強度レベルの比率を適切に制御することが難しくなり、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度が遅くなるという問題があった。【００２０】
また、空間光強度変調素子であるＴＮ型の液晶セルにより記録信号光と参照光とを生成すると、記録信号光と参照光との間の光学位相差が発生する。これを補正するためには、空間光強度変調素子とは別に光学位相補正素子を備える必要が生じ、光情報記録再生装置の部品数が増えるとともに、光情報記録再生装置の組み立て工程や検査工程が複雑になり、光情報記録再生装置の製造コストが高くなってしまうという問題があった。【００２１】
そのため、記録信号光および参照光の強度レベルをいかに安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させ、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることができる光強度変調素子を開発することができるかが重要な問題となってきている。【００２２】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させ、装置の製造コストを安くすることができる光学素子および光情報記録再生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、第１の偏光素子と、第２の偏光素子と、前記第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に配置された液晶層と、を備え、前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満（０度、すなわち、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行である場合を含む）であること、を特徴とする。【００２４】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角と前記消光角とが異なることを特徴とする。【００２５】
また、本発明は、上記発明において、前記旋光角は略９０度であることを特徴とする。【００２６】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることを特徴とする。【００２７】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角は略５５度であることを特徴とする。【００２８】
また、本発明は、上記発明において、前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行であり、前記液晶層は、透過する光を旋光させる旋光性を有することを特徴とする。【００２９】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることを特徴とする。【００３０】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角と前記旋光角とが一致することを特徴とする。【００３１】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角と前記旋光角とは略４５度であることを特徴とする。【００３２】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層は、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して前記記録信号光および前記参照光とを形成することを特徴とする。【００３３】
また、本発明は、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、前記液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層、を備えたことを特徴とする。【００３４】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することを特徴とする。【００３５】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層を間に挟むように配置された第１の偏光素子と第２の偏光素子をさらに備え、前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満であることを特徴とする。【００３６】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角と前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角とが一致することを特徴とする。【００３７】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角と前記旋光角とは略４５度であることを特徴とする。【００３８】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層は、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して前記記録信号光および前記参照光とを形成することを特徴とする。【００３９】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層は、セグメント単位で光の透過率を第１の透過率または第２の透過率に設定することにより記録信号光および参照光を形成することにより記録信号光および参照光を形成することを特徴とする。【００４０】
また、本発明は、記録媒体に光情報を体積記録により記録し、当該記録媒体に記録された光情報を再生する光情報記録再生装置であって、光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を液晶に印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する光学素子、を備えたことを特徴とする。【００４１】
また、本発明は、上記発明において、前記光学素子は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することを特徴とする。【００４２】
また、本発明は、記録媒体に光情報を体積記録により記録し、当該記録媒体に記録された光情報を再生する光情報記録再生装置であって、液晶層を挟んで配置された第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満に設定された光学素子、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、光学素子が、第１の偏光素子と、第２の偏光素子と、第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に配置された液晶層と、を備え、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満（０度、すなわち、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行である場合を含む）であることとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。【００４４】
また、本発明によれば、液晶層を透過する光が旋光する旋光角と消光角とが異なることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とを任意の強度レベルに設定することができるという効果を奏する。【００４５】
また、本発明によれば、消光角が９０度未満である場合に旋光角は略９０度であることとしたので、任意の強度レベルの記録信号光と参照光とを効率的に形成することができるという効果を奏する。【００４６】
また、本発明によれば、消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることとしたので、記録媒体に情報を記録するのに適した強度レベルの記録信号光および参照光を形成することができるという効果を奏する。【００４７】
また、本発明によれば、消光角は略５５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができるという効果を奏する。【００４８】
また、本発明によれば、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行であり、液晶層は、透過する光を旋光させる旋光性を有することとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。【００４９】
また、本発明によれば、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行である場合に、液晶層を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができるという効果を奏する。【００５０】
また、本発明によれば、消光角と旋光角とが一致することとしたので、液晶に印加される印加電圧が０である場合に、透過率をほぼ１とすることができ、記録信号光の光強度を大きくすることができるという効果を奏する。【００５１】
また、本発明によれば、消光角と旋光角とが一致する場合に消光角と旋光角とが略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができるという効果を奏する。【００５２】
また、本発明によれば、光学素子が、第１の偏光素子と、第１の偏光素子に係る光束の透過軸と自素子に係る光束の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満となるよう設置された第２の偏光素子と、第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に設置された液晶層とを備える場合に、液晶層は、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して記録信号光および参照光とを形成することとしたので、少ない面積で記録信号光および参照光を効率よく形成することができるという効果を奏する。【００５３】
また、本発明によれば、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子が、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層を備えたこととしたので、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。【００５４】
また、本発明によれば、液晶層は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することとしたので、記録信号光と参照光を形成した後、光学位相を補正する必要が無くなり、装置の製造コストを安くすることができるという効果を奏する。【００５５】
また、本発明によれば、光学素子が、液晶層を間に挟むように配置された第１の偏光素子と第２の偏光素子をさらに備え、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満であることとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。【００５６】
また、本発明によれば、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する場合に、消光角と液晶層を透過する光が旋光する旋光角とが一致することとしたので、液晶に印加される印加電圧が０である場合に、透過率を１とすることができ、記録信号光の光強度を大きくすることができるという効果を奏する。【００５７】
また、本発明によれば、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する場合に、消光角と旋光角とが略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができるという効果を奏する。【００５８】
また、本発明によれば、液晶層は、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する場合に、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して記録信号光および参照光とを形成することとしたので、少ない面積で記録信号光および参照光を効率よく形成することができるという効果を奏する。【００５９】
また、本発明によれば、液晶層は、セグメント単位で光の透過率を第１の透過率または第２の透過率に設定することにより記録信号光および参照光を形成することにより記録信号光および参照光を形成することとしたので、記録信号光および参照光を所定の光強度の比率で効率的に形成することができるという効果を奏する。【００６０】
また、本発明によれば、記録媒体に光情報を体積記録により記録し、当該記録媒体に記録された光情報を再生する光情報記録再生装置が、光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を液晶に印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する光学素子を備えたこととしたので、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。【００６１】
また、本発明によれば、光学素子は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することとしたので、記録信号光と参照光を形成した後、光学位相を補正する必要が無くなり、装置の製造コストを安くすることができるという効果を奏する。【００６２】
また、本発明によれば、記録媒体に光情報を体積記録により記録し、当該記録媒体に記録された光情報を再生する光情報記録再生装置が、液晶層を挟んで配置された第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満に設定された光学素子を備えたこととしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１は、実施例１に係る空間光強度変調素子の特徴について説明する図である。
【図２】図２は、実施例１に係る空間光強度変調素子の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【図３】図３は、光の透過率と消光角との間の関係を示す図である。
【図４】図４は、実施例１に係る光情報記録再生装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、図４に示した空間光変調素子１９について説明する図である。
【図６】図６は、図５に示した空間光変調素子１９の複数のセグメント４０を透過する光束の光強度の変調状態を示す図である。
【図７】図７は、実施例１に係る光情報記録処理の原理について説明する図である。
【図８】図８は、空間光強度変調素子１７の構成について説明する図である。
【図９】図９は、光学位相補正素子１８の構成について説明する図である。
【図１０−１】図１０−１は、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図である。
【図１０−２】図１０−２は、光学位相補正素子１８がＯＮ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。
【図１２】図１２は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。
【図１４】図１４は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【図１５】図１５は、液晶分子の屈折率の異方性について説明する図である。
【図１６】図１６は、図１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図である。
【図１７】図１７は、図１１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図である。
【図１８】図１８は、従来技術における一般的なＴＮ型の液晶セルを構成する偏光板の消光角と液晶の旋光角との間の関係を示す図である。
【図１９】図１９は、従来技術における液晶セルを透過する光の透過率と液晶セルに印加される電圧との間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１０  エンコーダ
１１  記録信号発生器
１２  空間光変調素子駆動装置
１３  コントローラ
１４  レーザ駆動装置
１５  短波長レーザ光源
１６  コリメータレンズ
１７  空間光強度変調素子
１８  光学位相補正素子
１９  空間光変調素子
２０  ダイクロイックキューブ
２１  ハーフミラーキューブ
２２  対物レンズ
２３  光情報記録媒体
２４  長波長レーザ光源
２５  コリメータレンズ
２６  ハーフミラーキューブ
２７  検出レンズ
２８  フォトディテクタ
２９  ＣＭＯＳセンサ
３０  増幅
３１  デコーダ
３２  再生出力器
４０  セグメント
４１  セグメント境界
４２  レンズ開口
４３  ＯＮセグメント
４４  ＯＦＦセグメント
５０，６０  第１偏光板
５１，５３，６１，６３  ガラス基板
５１ａ，６１ａ  マトリクス状ＴＦＴセグメント
５２，６２  液晶層
５３ａ，６３ａ  ＴＦＴ対極
５４，６４  第２偏光板
６５，７０  液晶分子
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下に、本発明に係る光学素子および光情報記録再生装置の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、角度の記載において用いられる「略」という言葉は、プラスマイナス５度程度のばらつきを含むことを意味する。
【実施例１】
【００６６】
まず、本実施例１に係る空間光強度変調素子の特徴について説明する。図１は、実施例１に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。また、図２は、実施例１に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。【００６７】
この空間光強度変調素子１７においては、従来のＴＮ型の液晶素子と同様に、液晶層が第１偏光板５０および第２偏光板５４の２つの偏光板の間に配置されており、液晶の螺旋構造による旋光性を利用して光の透過率を制御することにより、光の強度変調がおこなわれる。【００６８】
ただし、本実施例１に係る空間光強度変調素子１７は、従来のＴＮ型の液晶素子と異なり、図１に示すように、第１偏光板５０の光の透過軸と第２偏光板５４の光の透過軸とがなす角度である消光角が９０度未満に設定されている。また、液晶の螺旋構造による旋光性によって光が旋光する角度である液晶の旋光角は、略９０度に設定されている。【００６９】
このように消光角および旋光角を設定すると、液晶分子が第１偏光板５０および第２偏光板５４に対してほぼ垂直に配列して光の透過率が飽和する飽和電圧を液晶に印加し、また、液晶に印加する印加電圧を０にすることにより、図２に示すように、記録信号光と参照光とを所定の強度レベルに設定することができる。【００７０】
具体的には、印加電圧を飽和電圧にする場合には、液晶の旋光性は消滅するが、２つの偏光板の透過率は直交していないので透過率は０とはならず、所定の透過率レベルとなる。また、印加電圧を０にする場合には、第１偏光板５０および第２偏光板５４の光の透過軸は直交していないため、液晶分子によって旋光作用を受けると透過率がある程度は減少するものの、光は透過する。【００７１】
このように、旋光角を略９０度にしたまま消光角を９０度未満に設定し、印加電圧を飽和電圧および０に設定することにより、透過率を所定の参照光レベルおよび記録信号光レベルに容易に設定することができる。たとえば、消光角を略４０度〜略６０度に設定することにより、記録媒体に情報を記録するのに適した強度レベルの記録信号光および参照光を形成することができるようになる。これにより、記録信号光および参照光の強度レベルを単純な構成により安定的に制御することが可能となり、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させることができる。【００７２】
なお、ここでは、参照光を形成する場合に液晶に飽和電圧を印加することとしているが、飽和電圧以上の電圧を液晶に印加することとしてもよい。また、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１などの所定の比率に設定する場合には、消光角を調整すればよい。【００７３】
図３は、光の透過率と消光角との間の関係を示す図である。図３において、参照光レベルとは、液晶に飽和電圧が印加された場合の光の透過率レベルであり、記録信号光レベルとは、液晶に印加される電圧を０とした場合の光の透過率レベルである。【００７４】
たとえば、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１の比率にする場合には、消光角を略５５度に設定し、透過率の記録信号光レベルおよび参照光レベルを２：１の比率にすればよい。このように、図３に示した関係を用いることにより、記録信号光および参照光の強度レベルを任意の比率に設定することができるようになる。【００７５】
つぎに、本実施例１に係る光情報記録再生装置の構成について説明する。図４は、実施例１に係る光情報記録再生装置の構成を示す図である。図４に示すように、この光情報記録再生装置は、エンコーダ１０、記録信号発生器１１、空間光変調素子駆動装置１２、コントローラ１３、レーザ駆動装置１４、短波長レーザ光源１５、コリメータレンズ１６、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８から構成される空間光変調素子１９、ダイクロイックキューブ２０、ハーフミラーキューブ２１、対物レンズ２２、長波長レーザ光源２４、コリメータレンズ２５、ハーフミラーキューブ２６、検出レンズ２７、フォトディテクタ２８、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）センサ２９、増幅器３０、デコーダ３１、再生出力器３２を有する。【００７６】
短波長レーザ光源１５は、情報の記録または再生用に適切に調整された光強度の光束を出射する。この光強度の調整は、コントローラ１３により制御されるレーザ駆動装置１４によりなされる。短波長レーザ光源１５により出射された光束は、コリメータレンズ１６によりほぼ平行に伝播する平行光に変換され、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とから構成される空間光変調素子１９に入射する。【００７７】
後に詳しく説明するが、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とは、複数のセグメントに分割されている。そして、空間光強度変調素子１７は、光束の光強度の変調をセグメントごとにおこない、光学位相補正素子１８は、光強度の変調により生じた光束の光学位相差の補正をセグメントごとにおこなう。【００７８】
一方、エンコーダ１０は、記録情報（画像、音楽、データ）の入力を受け付け、コントローラ１３の制御のもと、受け付けた記録情報をデジタルデータとしてコード化する。記録信号発生器１１は、エンコーダ１０によりコード化された記録信号を、コントローラ１３の制御のもと、ページデータに変換し、空間光変調素子駆動装置１２に順次送信する。【００７９】
空間光変調素子駆動装置１２は、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８の各セグメントに電圧を独立に印加することにより各セグメントを同期を取って駆動させ、空間光強度変調素子１７を制御して光束の光強度変調をおこなわせるとともに、光学位相補正素子１８を制御して光強度変調がなされた光束の光学位相補正をおこなわせることにより、光軸を共有する光学位相の揃った記録信号光および参照光を生成させる。【００８０】
空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８により生成された記録信号光および参照光は、長波長レーザ光を反射するダイクロイックキューブ２０を透過し、さらにハーフミラーキューブ２１を透過して対物レンズ２２に入射し、光情報を記録する光情報記録媒体２３の記録層に到達する。光情報記録媒体２３の記録層では、対物レンズ２２を透過することにより収束した光束の回折干渉により干渉パターンが形成され、情報が記録される。【００８１】
また、長波長レーザ光源２４により出射される長波長レーザ光は、対物レンズ２２のフォーカス方向およびトラック方向の制御に用いられる。この長波長レーザ光は、スピンドルモータ（図示せず）により面内で回転する光情報記録媒体２３にあらかじめエンボスピットとして形成されたアドレス情報の再生に用いられ、このアドレス情報に基づいて情報の記録または再生におけるアクセス制御がなされる。【００８２】
具体的には、長波長レーザ光源２４により出射される長波長レーザ光は、コリメータレンズ２５によりほぼ平行に伝播する平行光に変換される。そして、長波長レーザ光は、ハーフミラーキューブ２６を透過し、ダイクロイックキューブ２０により反射されてハーフミラーキューブ２１を透過し、対物レンズ２２に入射する。【００８３】
対物レンズ２２は、長波長レーザ光を光情報記録媒体２３のアドレス情報記録面に収束させる。そして、アドレス情報やトラックエラー、フォーカスエラー信号などのサーボ情報を含んだ長波長レーザ光は、光情報記録媒体２３に備えられた反射層により反射され、対物レンズ２２、ハーフミラーキューブ２１、ダイクロイックキューブ２０、ハーフミラーキューブ２６、検出レンズ２７を経て、サーボ情報やアドレス情報を検出するフォトディテクタ２８に到達する。【００８４】
そして、フォトディテクタ２８により長波長レーザ光が電気信号に変換され、コントローラ１３にアドレス情報、トラックエラー、フォーカスエラー信号が伝達される。コントローラ１３は、フォトディテクタ２８により伝達された情報に基づいて、対物レンズ２２の位置の制御をおこない、光情報記録媒体２３の所定の領域に光束を収束させる。【００８５】
光情報記録媒体２３の記録層に記録された干渉パターンの情報は、参照光のみを記録層に照射することにより再生される。具体的には、再生用の参照光が記録層に照射されると、参照光は、記録層に記録された記録信号光の波面を再生しながら、光情報記録媒体２３の反射層により反射され、ハーフミラーキューブ２１によりＣＭＯＳセンサ２９に入射する。【００８６】
ＣＭＯＳセンサ２９は、記録層から再生された記録信号光を電気信号に変換する。そして、その電気信号は、増幅器３０を経て、デコーダ３１により復号され、再生出力器３２により再生される。【００８７】
つぎに、図４に示した空間光変調素子１９について説明する。図５は、図４に示した空間光変調素子１９について説明する図である。空間光変調素子１９は、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８が張り合わされた構造となっており、空間光変調素子１９に光束を透過させることにより、記録信号光と参照光とが生成される。【００８８】
図５に示すように、この空間光変調素子１９は、セグメント４０とセグメント境界４４とを有する。また、図５には、空間光変調素子１９と、光束を空間光変調素子１９に収束させるコリメータレンズ１６のレンズ開口４２との間の関係が示されている。【００８９】
各セグメント４０は、セグメント境界４１により分離される。空間光変調素子１９は、液晶素子あるいは屈折率異方性が電気的に変化する電気光学素子で形成されているため、各セグメント４０に電圧を印加することにより、各セグメント４０は、透過光の強度が高いＯＮセグメント４３、あるいは、透過光の強度が低い（０ではない）ＯＦＦセグメント４４に状態が変化する。【００９０】
図６は、図５に示した空間光変調素子１９の複数のセグメント４０を透過する光束の光強度の変調状態を示す図である。また、図６は、記録信号光および参照光の概念について説明している。【００９１】
図６には、記録信号光を生成するための印加電圧をＡとし、参照光を生成するための印加電圧をＢ（Ｂ＞Ａ）とし、各セグメント４０に印加電圧ＡおよびＢを交互に印加した場合が示されている。本実施例においては、光源となるレーザ光が空間光変調素子１９を透過するだけで、記録信号光と参照光とが重ね合わせの状態で生成されることに大きな特徴がある。【００９２】
図７は、実施例１に係る光情報記録処理の原理について説明する図である。空間光変調素子１９を用いて生成される光束は、以下に説明する原理により、光束の全面が参照光であり、全面が記録情報に応じて光強度変調が可能な記録信号光となる。そして、その光束は、光情報記録媒体の記録層内において、光束を収束させる対物レンズの焦点近傍で回折干渉し、参照光と記録信号光とが３次元的に回折干渉した回折干渉パターンが記録される。【００９３】
図７では、各セグメント４０を透過した光束（光強度成分a,  b,  c,  d,  e,  f,  g  およびh）により生成される干渉パターンが、参照光（光強度成分p）と記録信号光（光強度成分q,  r  および  s）とから生成される回折干渉パターンと等価となることが示されている。【００９４】
一般に、対物レンズの焦平面を含む焦点近傍の３次元領域では、強いファーフィールド回折が発生する。そして、バビネの原理により、空間光変調素子１９の各セグメント４０の光強度成分を、各光強度成分の積分領域で独立にフーリエ変換し、それらを互いに加算したものは、全体のセグメント４０の光強度成分を全体の積分領域でフーリエ変換したものに等しいこと、および、フーリエ変換における線形性とから、図７の例における回折干渉パターンは以下のように表すことができる。【００９５】
回折干渉パターン
=F(a)+F(b)+F(c)+F(d)+F(e)+F(f)+F(g)+F(h)
=F(a)+F(2q)+F(c)+F(2r)+F(e)+F(f)+F(2s)+F(h)
=F(a)+2F(q)+F(c)+2F(r)+F(e)+F(f)+2F(s)+F(h)
=F(a)+F(1/2  b)+F(q)+F(c)+F(1/2  d)+F(r)+F(e)+F(f)+F(1/2  g)+F(s)+F(h)
=F(a)+F(1/2  b)+F(c)+F(1/2  d)+F(e)+F(f)+F(1/2  g)+F(h)+F(q)+F(r)+F(s)【００９６】
ここで、F(x)は、光強度成分xのフーリエ変換である。また、ここでは、話を単純にするため、
q=1/2  b，
r=1/2  d，
s=1/2  g
としている。【００９７】
さらに、
p=a+1/2  b+c+1/2  d+e+f+1/2  g+h
とすると、バビネの原理とフーリエ変換の線形性とにより、
F(a)+F(1/2  b)+F(c)+F(1/2  d)+F(e)+F(f)+F(1/2  g)+F(h)=F(p)
であるから、
回折干渉パターン
=F(p)+(F(q)+F(r)+F(s))
=F(p)+F(q+r+s)
となる。【００９８】
このように、参照光と記録信号光とを分離して考えても同じ回折現象が現れるため、焦平面を含む焦点近傍の３次元空間において参照光と記録信号光とによる強い回折干渉パターンが現れる。【００９９】
一方、焦点から相当に離れた部分では回折効果は小さく、また、光密度も低いため、回折干渉パターンの強度は極めて弱く、記録材料の感度との関係によって収束点近傍でのみ回折干渉パターンが記録される。【０１００】
つぎに、空間光変調素子１９を構成する空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８の構成について説明する。空間光強度変調素子１７は、ＴＮ（Twisted  Nematic）型の液晶素子により構成される。また、光学位相補正素子１８は、ＴＦＴ（Thin  Film  Transistor）型の液晶素子により構成される。【０１０１】
本実施例では、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とを液晶素子により構成する場合について説明するが、電気光学素子を用いる場合においても、本実施例と同様の考え方を適用することができる。【０１０２】
また、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とは、それぞれ図５に示したようにセグメント境界４１により各セグメント４０に分けられており、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８の各セグメント４０は、光束が透過する領域を互いに共有するように配置されている。【０１０３】
図８は、空間光強度変調素子１７の構成について説明する図であり、図９は、光学位相補正素子１８の構成について説明する図である。図８に示すように、この空間光強度変調素子１７は、第１偏光板５０、ガラス基板５１、液晶層５２、ガラス基板５３および第２偏光板５４を有する。【０１０４】
ここで、図１で説明したように、第１偏光板５０の透過軸と第２偏光板５４の透過軸との間のなす角度である消光角は９０度未満に設定されている。また、液晶はＴＮ型の液晶であり、旋光角が９０度に設定されている。【０１０５】
また、ガラス基板５１には、ＴＦＴ駆動するマトリクス状のセグメントであるマトリクスＴＦＴセグメント５１ａが形成されている。また、ガラス基板５３には、ガラス基板５１に形成されたマトリクスＴＦＴセグメント５１ａの対極であるＴＦＴ対極５３ａが形成されている。さらに、ガラス基板５１およびガラス基板５３の内側表面には、液晶分子の旋光角が９０度となるよう、ポリイミドなどの配向剤をラビング処理した配向膜処理がなされている。【０１０６】
このような構成の空間光強度変調素子１７を用いて、液晶分子をマトリクス状のセグメント単位でＴＦＴ駆動し、印加電圧を飽和電圧あるいは０とすることにより、図６に示したような光強度の記録信号光と参照光とを効率的に生成することができる。【０１０７】
すなわち、記録信号光および参照光を形成する際の透過率の制御を、従来は図１９に示したように透過率が急激に変化する領域において印加電圧を調整することによりおこなっていたが（これは、いわゆる液晶画像表示における諧調制御に相当する）、ここでは透過率の制御を印加電圧を飽和電圧あるいは０とすることによりおこなうため、制御を単純化することができ、さらに、制御の応答性を大幅に改善することができる。【０１０８】
また、図６に示したように、本実施例における記録信号光と参照光とは、２階建ての光強度の構造になっており、一階部分が参照光で、二階部分が記録信号光に見立てられるため、結果的に空間光強度変調素子１７の白と黒のコントラストは問題にならない。このことは、図８に示したセルギャップｄを小さくできることを意味しており、セルギャップｄを小さくすることにより電圧印加に対する応答速度をさらに向上させることができる。【０１０９】
また、空間光強度変調素子１７が光束の光強度を変調し、記録信号光と参照光とを生成する場合には、生成された記録信号光と参照光との光学位相にずれが生じる。これを補正するために、光学位相補正素子１８が用いられる。【０１１０】
図９に示すように、この光学位相補正素子１８は、第１偏光板６０、ガラス基板６１、液晶層６２、ガラス基板６３および第２偏光板６４を有する。ここで、空間光強度変調素子１７であるＴＮ型の液晶素子を透過した光束の偏光状態は直線偏光であり、この直線偏光の偏光方向に第１偏光板６０の光束の透過軸は一致している。【０１１１】
また、ガラス基板６１には、ＴＦＴ駆動するマトリクス状のセグメントであるマトリクスＴＦＴセグメント６１ａが形成されている。さらに、ガラス基板６３には、第２偏光板６４が貼り合わされており、第２偏光板６４の光の透過軸の方向は、第１偏光板６０の光の透過軸の方向と一致している。【０１１２】
また、ガラス基板６３には、ガラス基板６１に形成されたマトリクスＴＦＴセグメント６１ａの対極であるＴＦＴ対極６３ａが形成されている。さらに、ガラス基板６１およびガラス基板６３の内側表面には、ポリイミドなどの配向剤をラビング処理した配向膜処理がなされており、液晶分子は第１偏光板６０および第２偏光板６４の光の透過軸に一致するように配向している。【０１１３】
このような構成の光学位相補正素子１８を用いて、液晶分子をマトリクス状のセグメント単位でＴＦＴ駆動することにより、一方向に液晶分子の向きが揃った状態で液晶分子の傾きを制御することができ、屈折率異方性と光学位相との間の関係から、光学位相補正素子１８を透過する光束の光学位相を自在に調整でき、空間光強度変調素子１７が光束の光強度を変調することにより生じた光学位相のずれを補正することが可能になる。【０１１４】
つぎに、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態およびＯＮ状態にある場合の液晶分子の状態について説明する。図１０−１は、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図であり、図１０−２は、光学位相補正素子１８がＯＮ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図である。【０１１５】
図１０−１に示すように、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態、すなわち、光学位相補正素子１８のセグメントに電圧が印加されていない場合には、液晶分子６５はラビング処理および配向膜処理により決定された方向に配向している。【０１１６】
そして、図１０−２に示すように、光学位相補正素子１８がＯＮ状態、すなわち、光学位相補正素子１８のセグメントに電圧が印加された場合には、液晶分子６５の配向方向が変化し、それに伴って屈折率異方性が変化する。このようにして、屈折率異方性を変化させることにより光束の光学位相のずれを補正することができる。【０１１７】
なお、空間光強度変調素子１７の各セグメントと光学位相補正素子１８の各セグメントとは、１対１に対応するよう上下に配置されている。そして、記録情報に応じて光強度変調をおこなうため、空間光強度変調素子１７の各セグメントがＯＮまたはＯＦＦ状態にされるのに同期させて、空間光強度変調素子１７のそれぞれのセグメントに対応する光学位相補正素子１８のセグメントがＯＮまたはＯＦＦ状態にされ、光学位相補正素子１８を透過する光束の光学位相が全面にわたって一定になるように制御される。【０１１８】
光学位相を補正する具体的な方法としては、ＯＮ状態となった空間光強度変調素子２０のセグメントに対応する光学位相補正素子１８のセグメントのみを駆動させ、記録信号光の光学位相を参照光の光学位相に合わせる方法や、空間光強度変調素子１７の最大あるいは最小の透過率レベルにおける光学位相を基準とし、その光学位相に記録信号光および参照光の光学位相を合わせる方法などがある。【０１１９】
上述してきたように、本実施例１では、空間光強度変調素子１７が、第１偏光板５０と、第２偏光板５４と、第１偏光板５０と第２偏光板５４との間に配置された液晶層５２とを備え、第１偏光板５０に係る光の透過軸と第２偏光板５４に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満であることとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができる。【０１２０】
また、本実施例１では、液晶層５２を透過する光が旋光する旋光角と消光角とが異なることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とを任意の強度レベルに設定することができる。【０１２１】
また、本実施例１では、消光角が９０度未満である場合に、旋光角は略９０度であることとしたので、任意の強度レベルの記録信号光と参照光とを効率的に形成することができる。【０１２２】
また、本実施例１では、消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることとしたので、記録媒体に情報を記録するのに適した強度レベルの記録信号光および参照光を形成することができる。【０１２３】
また、本実施例１では、消光角は略５５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができる。【０１２４】
また、本実施例１では、空間光強度変調素子１７が、第１偏光板５０と、第１偏光板５０に係る光の透過軸と自偏光板に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満となるよう設置された第２偏光板５４と、第１偏光板５０と第２偏光板５４との間に設置された液晶層５２とを備える場合に、液晶層５２は、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して記録信号光および参照光とを形成することとしたので、少ない面積で記録信号光および参照光を効率よく形成することができる。【０１２５】
また、本実施例１では、光情報記録媒体２３に体積記録により光情報を記録する場合に、光情報記録媒体２３に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する空間光強度変調素子１７が、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層５２を備えたこととしたので、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させることができる。
【実施例２】
【０１２６】
ところで、上記実施例１では、消光角を９０度未満に設定し、旋光角を９０度に設定することとしたが、図２に示したように、この場合には光の透過率が１より小さくなり、記録信号光の強度が小さくなるため、光の透過率が１となるように空間光強度変調素子１７を構成することとしてもよい。そこで本実施例２では、空間光強度変調素子１７を光の透過率が１となるように構成する場合について説明する。【０１２７】
なお、空間光強度変調素子１７以外の光情報記録再生装置の構成は、図４に示した構成と同様であり、ここでは説明を省略する。また、実施例１において説明した各部に対応する各部の符号は実施例１において用いた符号と同一のものを用いることとする。【０１２８】
図１１は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。また、図１２は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。【０１２９】
図１１に示すように、この空間光強度変調素子１７においては、第１偏光板５０および第２偏光板５４の光の透過軸のなす角度である消光角と液晶の旋光角とが９０度未満で一致するように構成されている。ここで、旋光角は、消光角に一致するよう液晶分子の配向処理をおこなうことにより調整される。【０１３０】
このように消光角および旋光角を設定すると、液晶分子が第１偏光板５０および第２偏光板５４に対してほぼ垂直に配列して光の透過率が飽和する飽和電圧を液晶に印加し、また、液晶に印加する印加電圧を０にすることにより、図１２に示すように、記録信号光を生成する際の光の透過率をほぼ１とすることができ、また、記録信号光と参照光とを所定の強度レベルに設定することができる。【０１３１】
実際には、第１偏光板５０および第２偏光板５４により光が吸収され、また、第１偏光板５０および第２偏光板５４の界面において光が反射されるため、液晶に飽和電圧を印加した場合でも光の透過率は１とはならないが、ここでは、そのような光損失を除いた場合に１となるよう透過率が定義されている。【０１３２】
また、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１の比率に設定する場合には、図３から消光角および旋光角を略４５度とすればよいことがわかる。この場合、消光角および旋光角は一致しているので、印加電圧を０とすると、透過率の記録信号光レベルは消光角によらず１となり、また、印加電圧を飽和電圧にすると、透過率の参照光レベルは０．５となる。これにより記録信号光および参照光の強度レベルを２：１に設定することができる。【０１３３】
上述してきたように、本実施例２では、消光角と旋光角とが一致することとしたので、液晶に印加される印加電圧が０である場合に、透過率をほぼ１とすることができ、記録信号光の光強度を大きくすることができる。【０１３４】
また、本実施例２では、消光角と旋光角とが略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができる。
【実施例３】
【０１３５】
ところで、上記実施例１および２では、印加電圧を０として記録信号光を生成し、印加電圧を飽和電圧として参照光を生成することとしたが、印加電圧を飽和電圧として記録信号光を生成し、印加電圧を０として参照光を生成することとしてもよい。そこで、本実施例３では、印加電圧を飽和電圧として記録信号光を生成し、印加電圧を０として参照光を生成するよう構成された空間光強度変調素子１７について説明する。【０１３６】
なお、本実施例３では、空間光強度変調素子１７以外の光情報記録再生装置の構成は、図４に示した構成と同様であり、ここでは説明を省略する。また、実施例１において説明した各部に対応する各部の符号は実施例１において用いた符号と同一のものを用いることとする。【０１３７】
まず、本実施例３に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する。図１３は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。また、図１４は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。【０１３８】
図１３に示すように、この空間光強度変調素子１７においては、第１偏光板５０の透過軸と第２偏光板５４の透過軸とが直交するのではなく、互いに平行になるよう配置されている点が実施例１および実施例２と異なる。すなわち、第１偏光板５０の透過軸と第２偏光板５４の透過軸との間のなす角度である消光角が０度に設定されている。【０１３９】
たとえば、第１偏光板５０の透過軸の方向を基準として光束が９０度旋光するよう液晶の配向処理をおこなうと、印加電圧が０の場合に透過率が０となり、印加電圧が透過率が飽和する飽和電圧となる場合に透過率が１となる。【０１４０】
また、光束が略４５度旋光するよう液晶に対する配向処理をおこなうと、図１４に示されるように、印加電圧が０の場合には、透過率が０．５（図３を参照）となり、印加電圧が飽和電圧の場合には、透過率が１になる。その結果、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１の比率に設定することができる。このようにして、印加電圧を飽和電圧として記録信号光を生成し、印加電圧を０として参照光を生成することが容易にできる。【０１４１】
上述してきたように、本実施例３では、第１偏光板５０に係る光の透過軸と第２偏光板５４に係る光の透過軸とが平行（消光角が０度）であり、液晶層５２は、透過する光を旋光させる旋光性を有することとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができる。【０１４２】
また、本実施例３では、第１偏光板５０に係る光の透過軸と第２偏光板５４に係る光の透過軸とが平行である場合に、液晶層５２を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができる。
【実施例４】
【０１４３】
ところで、上記実施例１、２および３では、空間光強度変調素子１７が記録信号光および参照光を生成する際に発生する記録信号光と参照光との間の光学位相差を光学位相補正素子１８を用いて補正することとしたが、図８に示した液晶層５２のセルギャップｄを調整することにより光学位相補正素子１８を不要とすることができる。そこで、本実施例４では、液晶層５２のセルギャップｄを調整することにより光学位相補正素子１８を不要とする場合について説明する。【０１４４】
光情報記録再生装置に光学位相補正素子１８がある場合には、光情報記録再生装置の製造工程を安定化するのが難しくなり、光学位相の補正量が適切であるか否かを評価する複雑な評価工程が必要となる。光学位相補正素子１８を不要とすることができれば、製造工程、評価工程の数を削減することができ、光情報記録再生装置の製造コストを下げることができる。【０１４５】
まず、本実施例４に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する。図１５は、液晶分子の屈折率の異方性について説明する図であり、図１６は、図１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図であり、図１７は、図１１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図である。【０１４６】
図１５に示したように、液晶分子はその長軸方向と短軸方向とで屈折率が異なる。ここでは、長軸方向の屈折率をｎe、短軸方向の屈折率をｎoと表すこととする。【０１４７】
図８に示したように、液晶層５２のセルギャップをｄとすると、空間光強度変調素子１７の各セグメントを透過することにより発生する記録信号光と参照光との間の光学位相差は、印加電圧が０の場合と印加電圧が飽和電圧である場合との間の記録信号光と参照光との間の光学位相差となる。【０１４８】
図１６の場合には、直線偏光が、破線矢印に示されるように液晶分子７０の長軸方向のねじれに沿って略９０度旋光する。また、図１７の場合には、直線偏光が、破線矢印に示されるように液晶分子７０の長軸方向のねじれに沿って略４５度旋光する。なお、図１３に示した例では、第１偏光板５０の透過軸に第２偏光板５４の透過軸が一致することが異なるだけであり、ここでは説明を省略する。【０１４９】
図１６および図１７に示したように、印加電圧が０であるセグメントを透過する光束は、液晶分子７０の長軸のねじれに沿って旋光し、飽和電圧が印加されると長軸のねじれはなくなり、液晶分子７０は、第１偏光板５０および第２偏光板５４に垂直に配向するようになる。すなわち、光束の透過に係る状態は、液晶分子７０の長軸方向の屈折率ｎeだけの影響を受ける場合と、液晶分子７０の短軸方向の屈折率ｎoだけの影響を受ける場合とに区別することができる。【０１５０】
この場合、記録信号光と参照光との間のリターデーション（位相遅れ）Ｒは、
Ｒ＝（ｎe−ｎo）・ｄ
＝Δｎ・ｄ      ．．．（式１）
と表すことができる。ここで、ｄは、図８に示した液晶層５２のセルギャップであり、Δｎは、液晶分子７０の長軸方向の屈折率ｎeと短軸方向の屈折率ｎoとの間の差である。【０１５１】
照射光の波長をλとして、リターデーションＲを角度Ｐ（ラジアン）に換算すると、
Ｐ＝２π・Ｒ／λ
＝２π・Δｎ・ｄ／λ      ．．．（式２）
となる。【０１５２】
もし、ここで、
Ｐ＝２π・ｍ（ｍは整数）      ．．．（式３）
という関係、すなわち、
ｄ＝ｍ・λ／Δｎ      ．．．（式４）
という関係があれば、
Ｒ＝ｍ・λ      ．．．（式５）
となり、リターデーションＲは波長λの整数倍となるので、記録信号光と参照光との間の位相差が存在しない場合と同等な状態になる。【０１５３】
たとえば、屈折率の差Δｎが０．２程度の液晶材料は一般的な材料であり、容易に手に入れることができる。この場合、セルギャップｄは、式４から、
ｄ＝５ｍ・λ      ．．．（式６）
と算出される。【０１５４】
ここで、リターデーションＲが３波長分としてｍ＝３とし、光束の波長λをλ＝０．４μｍとすると、ｄ＝６μｍとなり、極めて現実的なセルギャップの値となるため、本実施例４における空間光強度変調素子１７を十分実現することが可能である。なお、実際には、液晶分子７０の初期ティルトが２度程度あるが、上記計算において大きな影響はない。【０１５５】
上述してきたように、本実施例４では、液晶層５２は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することとしたので、記録信号光と参照光を形成した後、光学位相を補正する必要が無くなり、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることができる。【０１５６】
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施例にて実施されてもよいものである。【０１５７】
また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。【０１５８】
この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。【０１５９】
また、図示した光情報記録再生装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。すなわち、光情報記録再生装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１６０】
以上のように、本発明に係る光学素子および光情報記録再生装置は、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させ、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることが必要な光学素子および光情報記録再生装置に有用である。
【図１】
2007017952.tif 000002
【図２】
2007017952.tif 000003
【図３】
2007017952.tif 000004
【図４】
2007017952.tif 000005
【図５】
2007017952.tif 000006
【図６】
2007017952.tif 000007
【図７】
2007017952.tif 000008
【図８】
2007017952.tif 000009
【図９】
2007017952.tif 000010
【図１０−１】
2007017952.tif 000011
【図１０−２】
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【図１１】
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【図１２】
2007017952.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
2007017952.tif 000016
【図１５】
2007017952.tif 000017
【図１６】
2007017952.tif 000018
【図１７】
2007017952.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
2007017952.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月10日(2007.11.10)
【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】
記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、
第１の偏光素子と、
第２の偏光素子と、
前記第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に配置された液晶層と、
を備え、
前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満であること、
を特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角と前記消光角とが異なることを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項３】
前記旋光角は略９０度であることを特徴とする請求項２に記載の光学素子。
【請求項４】
前記消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることを特徴とする請求項３に記載の光学素子。
【請求項５】
前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行であり、前記液晶層は、透過する光を旋光させる旋光性を有することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】
前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることを特徴とする請求項５に記載の光学素子。
【請求項７】
前記消光角と前記旋光角とが一致することを特徴とする請求項１に記載の光学素子。
【請求項８】
前記消光角と前記旋光角とは略４５度であることを特徴とする請求項７に記載の光学素子。
【請求項９】
記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、
前記液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層、
を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項１０】
前記液晶層は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することを特徴とする請求項９に記載の光学素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子に関し、特に、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させ、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることができる光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ホログラムを利用して記録媒体に光情報を体積記録により記録し、また、記録された光情報を再生する光情報記録再生技術が開発されている。この光情報記録再生技術では、レーザ光源から出射された光束が振幅分割あるいは波面分割により２つの光束に分離される。そして、一方の光束が空間光変調素子により光強度変調あるいは光位相変調されて記録したい情報を含んだ記録信号光が生成され、他方の光束は参照光として用いられる。
【０００３】
情報の記録時には、２つの光束が交錯し、あるいは、同軸光路上で収束レンズを用いて２つの光束が絞り込まれ、記録媒体上の光束の焦点近傍において２つの光束の回折による干渉効果により発生した干渉パターンが光情報として記録媒体に記録される。また、情報の再生時には、参照光が記録媒体に照射され、干渉パターンが読み取られることにより情報が再生される。
【０００４】
ただし、レーザ光源から出射された光束を２つの光束に分離すると、２つの光束にそれぞれ独立な光学系を用意する必要があるため装置を小型化することが難しく、また、装置に振動が与えられると２つの光束の光軸がずれてしまい、情報の記録再生の安定性が低くなるという欠点があった。
【０００５】
このような問題を解決するため、記録信号形成用にかかわる空間光変調器の所定領域を記録信号光形成用に設定し、残りの領域を参照光形成用に設定するとともに、当該空間光変調器一面にレーザ光を照射することによって、記録信号光および参照光を形成する装置が開発されている。そして、その記録信号光および参照光を共通の結像光学系によってフーリエ変換して記録媒体に情報を記録する手法を用いることにより、装置全体を小型化することができる光記憶方法が開示されている（たとえば、特許文献１を参照）。
【０００６】
しかし、この光記憶方法では、空間光変調器が、記録信号光を形成するための領域と参照光を形成するための領域とに分割されているため、記録信号光を形成するための領域が十分に確保することができず、記録密度を向上させることができないという問題があった。
【０００７】
そのため、透過率がそれぞれ変化する複数のセグメントに分割された空間光強度変調素子に単一の光束を透過させ、記録媒体に記録する情報に応じて各セグメントの光束の透過率を変化させることにより、記録する情報を含んだ記録信号光と、当該記録信号光と干渉させる参照光とを形成する光情報記録再生装置が考案されている（たとえば、国際出願番号ＰＣＴ／ＪＰ２００５／０１１７５６明細書を参照）。
【０００８】
具体的には、ＴＮ（Twisted  Nematic）型液晶セルからなる空間光強度変調素子を複数のセグメントにマトリクス状に分割し、各セグメントに印加する電圧を制御する。そして、各セグメントの光束の透過率を変化させて、光束が２つの強度レベルを有するように強度変調をおこなう。この一方の強度レベルの光束部分が記録信号光となり、他方の強度レベルの光束部分が参照光となる。
【０００９】
このようにして生成された記録信号光および参照光を、対物レンズを用いて記録媒体のフォトポリマーからなる記録層に収束させる。これにより、当該記録層内における対物レンズの焦点近傍の３次元領域で記録信号光と参照光とが回折干渉して透過型干渉パターンが形成され、記録層に情報が記録される。
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−２３７８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述した従来技術では、一般的なＴＮ型の液晶セルを用いて空間光強度変調素子を形成しているため、以下に説明するような理由により、記録信号光および参照光を生成する際の制御が難しくなるという問題があった。
【００１２】
図１８は、従来技術における一般的なＴＮ型の液晶セルを構成する偏光板の消光角と液晶の旋光角との間の関係を示す図である。一般的なＴＮ型の液晶セルでは、光の透過軸が直交するよう配置された２つの偏光板が液晶層を挟む構造となっている。
【００１３】
図１８には、この２つの偏光板の透過軸がなす角度である消光角と、液晶の螺旋構造による旋光性によって光が旋光する角度である旋光角とが示されている。一般的なＴＮ型の液晶セルでは、消光角と旋光角とは９０度で一致するよう設定されている。
【００１４】
液晶に電圧を印加しない状態においては、液晶の存在により光の振動方向が旋光角の分だけ回転して消光角と一致するため、光の透過率が１となる。液晶層に電圧を印加すると、液晶分子が偏光板に対して垂直に配向するため液晶の旋光性が失われ、光の透過率が０となる。
【００１５】
実際には、２つの偏光板により光が吸収され、また、２つの偏光板の界面において光が反射されるため、液晶に電圧を印加した場合でも液晶セルの光の透過率は１とはならないが、ここでは、そのような光損失を除いた場合に１となるよう透過率が定義されている。
【００１６】
図１９は、従来技術における液晶セルを透過する光の透過率と液晶セルに印加される電圧との間の関係を示す図である。図１９に示すように、電圧を印加しない場合には、透過率は１となり、印加する電圧をしだいに大きくしていくと、透過率が減少していき、最終的には透過率が０になる。
【００１７】
実際には、２つの偏光板の界面において光がわずかに反射されるため、電圧を印加しない場合でも液晶セルの光の透過率は１とはならないが、ここでは、その反射した光束の反射損を除いて光の透過率を評価することとしている。
【００１８】
このような一般的なＴＮ型の液晶セルを空間光強度変調素子として用いると、記録信号光と参照光の強度レベルの比がおおよそ２：１に設定される場合（記録信号光の変調振幅と参照光の強度レベルがほぼ一致する場合）などには、透過率が急峻に変化する領域において記録信号光または参照光の少なくとも一方の透過率レベルを設定する必要が生じる。
【００１９】
そのため、空間光強度変調素子に印加する電圧に変動があったり、空間光強度変調素子の印加電圧に対する応答特性にばらつきがあったりすると、記録信号光あるいは参照光の透過率レベルが大きく変動し、記録信号光および参照光の強度レベルの比率を適切に制御することが難しくなり、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度が遅くなるという問題があった。
【００２０】
また、空間光強度変調素子であるＴＮ型の液晶セルにより記録信号光と参照光とを生成すると、記録信号光と参照光との間の光学位相差が発生する。これを補正するためには、空間光強度変調素子とは別に光学位相補正素子を備える必要が生じ、光情報記録再生装置の部品数が増えるとともに、光情報記録再生装置の組み立て工程や検査工程が複雑になり、光情報記録再生装置の製造コストが高くなってしまうという問題があった。
【００２１】
そのため、記録信号光および参照光の強度レベルをいかに安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させ、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることができる光強度変調素子を開発することができるかが重要な問題となってきている。
【００２２】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させ、装置の製造コストを安くすることができる光学素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、第１の偏光素子と、第２の偏光素子と、前記第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に配置された液晶層と、を備え、前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満（０度、すなわち、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行である場合を含む）であること、を特徴とする。
【００２４】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角と前記消光角とが異なることを特徴とする。
【００２５】
また、本発明は、上記発明において、前記旋光角は略９０度であることを特徴とする。
【００２６】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることを特徴とする。
【００２７】
また、本発明は、上記発明において、前記第１の偏光素子に係る光の透過軸と前記第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行であり、前記液晶層は、透過する光を旋光させる旋光性を有することを特徴とする。
【００２８】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることを特徴とする。
【００２９】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角と前記旋光角とが一致することを特徴とする。
【００３０】
また、本発明は、上記発明において、前記消光角と前記旋光角とは略４５度であることを特徴とする。
【００３１】
また、本発明は、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子であって、前記液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層、を備えたことを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、上記発明において、前記液晶層は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、光学素子が、第１の偏光素子と、第２の偏光素子と、第１の偏光素子と第２の偏光素子との間に配置された液晶層と、を備え、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満（０度、すなわち、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行である場合を含む）であることとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。
【００３４】
また、本発明によれば、液晶層を透過する光が旋光する旋光角と消光角とが異なることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とを任意の強度レベルに設定することができるという効果を奏する。
【００３５】
また、本発明によれば、消光角が９０度未満である場合に旋光角は略９０度であることとしたので、任意の強度レベルの記録信号光と参照光とを効率的に形成することができるという効果を奏する。
【００３６】
また、本発明によれば、消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることとしたので、記録媒体に情報を記録するのに適した強度レベルの記録信号光および参照光を形成することができるという効果を奏する。
【００３７】
また、本発明によれば、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行であり、液晶層は、透過する光を旋光させる旋光性を有することとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。
【００３８】
また、本発明によれば、第１の偏光素子に係る光の透過軸と第２の偏光素子に係る光の透過軸とが平行である場合に、液晶層を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができるという効果を奏する。
【００３９】
また、本発明によれば、消光角と旋光角とが一致することとしたので、液晶に印加される印加電圧が０である場合に、透過率をほぼ１とすることができ、記録信号光の光強度を大きくすることができるという効果を奏する。
【００４０】
また、本発明によれば、消光角と旋光角とが一致する場合に消光角と旋光角とが略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができるという効果を奏する。
【００４１】
また、本発明によれば、記録媒体に体積記録により光情報を記録する場合に、記録媒体に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する光学素子が、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層を備えたこととしたので、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させることができるという効果を奏する。
【００４２】
また、本発明によれば、液晶層は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することとしたので、記録信号光と参照光を形成した後、光学位相を補正する必要が無くなり、装置の製造コストを安くすることができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下に、本発明に係る光学素子の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、角度の記載において用いられる「略」という言葉は、プラスマイナス５度程度のばらつきを含むことを意味する。
【実施例１】
【００４４】
まず、本実施例１に係る空間光強度変調素子の特徴について説明する。図１は、実施例１に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。また、図２は、実施例１に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【００４５】
この空間光強度変調素子１７においては、従来のＴＮ型の液晶素子と同様に、液晶層が第１偏光板５０および第２偏光板５４の２つの偏光板の間に配置されており、液晶の螺旋構造による旋光性を利用して光の透過率を制御することにより、光の強度変調がおこなわれる。
【００４６】
ただし、本実施例１に係る空間光強度変調素子１７は、従来のＴＮ型の液晶素子と異なり、図１に示すように、第１偏光板５０の光の透過軸と第２偏光板５４の光の透過軸とがなす角度である消光角が９０度未満に設定されている。また、液晶の螺旋構造による旋光性によって光が旋光する角度である液晶の旋光角は、略９０度に設定されている。
【００４７】
このように消光角および旋光角を設定すると、液晶分子が第１偏光板５０および第２偏光板５４に対してほぼ垂直に配列して光の透過率が飽和する飽和電圧を液晶に印加し、また、液晶に印加する印加電圧を０にすることにより、図２に示すように、記録信号光と参照光とを所定の強度レベルに設定することができる。
【００４８】
具体的には、印加電圧を飽和電圧にする場合には、液晶の旋光性は消滅するが、２つの偏光板の透過率は直交していないので透過率は０とはならず、所定の透過率レベルとなる。また、印加電圧を０にする場合には、第１偏光板５０および第２偏光板５４の光の透過軸は直交していないため、液晶分子によって旋光作用を受けると透過率がある程度は減少するものの、光は透過する。
【００４９】
このように、旋光角を略９０度にしたまま消光角を９０度未満に設定し、印加電圧を飽和電圧および０に設定することにより、透過率を所定の参照光レベルおよび記録信号光レベルに容易に設定することができる。たとえば、消光角を略４０度〜略６０度に設定することにより、記録媒体に情報を記録するのに適した強度レベルの記録信号光および参照光を形成することができるようになる。これにより、記録信号光および参照光の強度レベルを単純な構成により安定的に制御することが可能となり、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させることができる。
【００５０】
なお、ここでは、参照光を形成する場合に液晶に飽和電圧を印加することとしているが、飽和電圧以上の電圧を液晶に印加することとしてもよい。また、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１などの所定の比率に設定する場合には、消光角を調整すればよい。
【００５１】
図３は、光の透過率と消光角との間の関係を示す図である。図３において、参照光レベルとは、液晶に飽和電圧が印加された場合の光の透過率レベルであり、記録信号光レベルとは、液晶に印加される電圧を０とした場合の光の透過率レベルである。
【００５２】
たとえば、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１の比率にする場合には、消光角を略５５度に設定し、透過率の記録信号光レベルおよび参照光レベルを２：１の比率にすればよい。このように、図３に示した関係を用いることにより、記録信号光および参照光の強度レベルを任意の比率に設定することができるようになる。
【００５３】
つぎに、本実施例１に係る光情報記録再生装置の構成について説明する。図４は、実施例１に係る光情報記録再生装置の構成を示す図である。図４に示すように、この光情報記録再生装置は、エンコーダ１０、記録信号発生器１１、空間光変調素子駆動装置１２、コントローラ１３、レーザ駆動装置１４、短波長レーザ光源１５、コリメータレンズ１６、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８から構成される空間光変調素子１９、ダイクロイックキューブ２０、ハーフミラーキューブ２１、対物レンズ２２、長波長レーザ光源２４、コリメータレンズ２５、ハーフミラーキューブ２６、検出レンズ２７、フォトディテクタ２８、ＣＭＯＳ（Complementary  Metal  Oxide  Semiconductor）センサ２９、増幅器３０、デコーダ３１、再生出力器３２を有する。
【００５４】
短波長レーザ光源１５は、情報の記録または再生用に適切に調整された光強度の光束を出射する。この光強度の調整は、コントローラ１３により制御されるレーザ駆動装置１４によりなされる。短波長レーザ光源１５により出射された光束は、コリメータレンズ１６によりほぼ平行に伝播する平行光に変換され、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とから構成される空間光変調素子１９に入射する。
【００５５】
後に詳しく説明するが、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とは、複数のセグメントに分割されている。そして、空間光強度変調素子１７は、光束の光強度の変調をセグメントごとにおこない、光学位相補正素子１８は、光強度の変調により生じた光束の光学位相差の補正をセグメントごとにおこなう。
【００５６】
一方、エンコーダ１０は、記録情報（画像、音楽、データ）の入力を受け付け、コントローラ１３の制御のもと、受け付けた記録情報をデジタルデータとしてコード化する。記録信号発生器１１は、エンコーダ１０によりコード化された記録信号を、コントローラ１３の制御のもと、ページデータに変換し、空間光変調素子駆動装置１２に順次送信する。
【００５７】
空間光変調素子駆動装置１２は、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８の各セグメントに電圧を独立に印加することにより各セグメントを同期を取って駆動させ、空間光強度変調素子１７を制御して光束の光強度変調をおこなわせるとともに、光学位相補正素子１８を制御して光強度変調がなされた光束の光学位相補正をおこなわせることにより、光軸を共有する光学位相の揃った記録信号光および参照光を生成させる。
【００５８】
空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８により生成された記録信号光および参照光は、長波長レーザ光を反射するダイクロイックキューブ２０を透過し、さらにハーフミラーキューブ２１を透過して対物レンズ２２に入射し、光情報を記録する光情報記録媒体２３の記録層に到達する。光情報記録媒体２３の記録層では、対物レンズ２２を透過することにより収束した光束の回折干渉により干渉パターンが形成され、情報が記録される。
【００５９】
また、長波長レーザ光源２４により出射される長波長レーザ光は、対物レンズ２２のフォーカス方向およびトラック方向の制御に用いられる。この長波長レーザ光は、スピンドルモータ（図示せず）により面内で回転する光情報記録媒体２３にあらかじめエンボスピットとして形成されたアドレス情報の再生に用いられ、このアドレス情報に基づいて情報の記録または再生におけるアクセス制御がなされる。
【００６０】
具体的には、長波長レーザ光源２４により出射される長波長レーザ光は、コリメータレンズ２５によりほぼ平行に伝播する平行光に変換される。そして、長波長レーザ光は、ハーフミラーキューブ２６を透過し、ダイクロイックキューブ２０により反射されてハーフミラーキューブ２１を透過し、対物レンズ２２に入射する。
【００６１】
対物レンズ２２は、長波長レーザ光を光情報記録媒体２３のアドレス情報記録面に収束させる。そして、アドレス情報やトラックエラー、フォーカスエラー信号などのサーボ情報を含んだ長波長レーザ光は、光情報記録媒体２３に備えられた反射層により反射され、対物レンズ２２、ハーフミラーキューブ２１、ダイクロイックキューブ２０、ハーフミラーキューブ２６、検出レンズ２７を経て、サーボ情報やアドレス情報を検出するフォトディテクタ２８に到達する。
【００６２】
そして、フォトディテクタ２８により長波長レーザ光が電気信号に変換され、コントローラ１３にアドレス情報、トラックエラー、フォーカスエラー信号が伝達される。コントローラ１３は、フォトディテクタ２８により伝達された情報に基づいて、対物レンズ２２の位置の制御をおこない、光情報記録媒体２３の所定の領域に光束を収束させる。
【００６３】
光情報記録媒体２３の記録層に記録された干渉パターンの情報は、参照光のみを記録層に照射することにより再生される。具体的には、再生用の参照光が記録層に照射されると、参照光は、記録層に記録された記録信号光の波面を再生しながら、光情報記録媒体２３の反射層により反射され、ハーフミラーキューブ２１によりＣＭＯＳセンサ２９に入射する。
【００６４】
ＣＭＯＳセンサ２９は、記録層から再生された記録信号光を電気信号に変換する。そして、その電気信号は、増幅器３０を経て、デコーダ３１により復号され、再生出力器３２により再生される。
【００６５】
つぎに、図４に示した空間光変調素子１９について説明する。図５は、図４に示した空間光変調素子１９について説明する図である。空間光変調素子１９は、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８が張り合わされた構造となっており、空間光変調素子１９に光束を透過させることにより、記録信号光と参照光とが生成される。
【００６６】
図５に示すように、この空間光変調素子１９は、セグメント４０とセグメント境界４４とを有する。また、図５には、空間光変調素子１９と、光束を空間光変調素子１９に収束させるコリメータレンズ１６のレンズ開口４２との間の関係が示されている。
【００６７】
各セグメント４０は、セグメント境界４１により分離される。空間光変調素子１９は、液晶素子あるいは屈折率異方性が電気的に変化する電気光学素子で形成されているため、各セグメント４０に電圧を印加することにより、各セグメント４０は、透過光の強度が高いＯＮセグメント４３、あるいは、透過光の強度が低い（０ではない）ＯＦＦセグメント４４に状態が変化する。
【００６８】
図６は、図５に示した空間光変調素子１９の複数のセグメント４０を透過する光束の光強度の変調状態を示す図である。また、図６は、記録信号光および参照光の概念について説明している。
【００６９】
図６には、記録信号光を生成するための印加電圧をＡとし、参照光を生成するための印加電圧をＢ（Ｂ＞Ａ）とし、各セグメント４０に印加電圧ＡおよびＢを交互に印加した場合が示されている。本実施例においては、光源となるレーザ光が空間光変調素子１９を透過するだけで、記録信号光と参照光とが重ね合わせの状態で生成されることに大きな特徴がある。
【００７０】
図７は、実施例１に係る光情報記録処理の原理について説明する図である。空間光変調素子１９を用いて生成される光束は、以下に説明する原理により、光束の全面が参照光であり、全面が記録情報に応じて光強度変調が可能な記録信号光となる。そして、その光束は、光情報記録媒体の記録層内において、光束を収束させる対物レンズの焦点近傍で回折干渉し、参照光と記録信号光とが３次元的に回折干渉した回折干渉パターンが記録される。
【００７１】
図７では、各セグメント４０を透過した光束（光強度成分a,  b,  c,  d,  e,  f,  g  およびh）により生成される干渉パターンが、参照光（光強度成分p）と記録信号光（光強度成分q,  r  および  s）とから生成される回折干渉パターンと等価となることが示されている。
【００７２】
一般に、対物レンズの焦平面を含む焦点近傍の３次元領域では、強いファーフィールド回折が発生する。そして、バビネの原理により、空間光変調素子１９の各セグメント４０の光強度成分を、各光強度成分の積分領域で独立にフーリエ変換し、それらを互いに加算したものは、全体のセグメント４０の光強度成分を全体の積分領域でフーリエ変換したものに等しいこと、および、フーリエ変換における線形性とから、図７の例における回折干渉パターンは以下のように表すことができる。
【００７３】
回折干渉パターン
=F(a)+F(b)+F(c)+F(d)+F(e)+F(f)+F(g)+F(h)
=F(a)+F(2q)+F(c)+F(2r)+F(e)+F(f)+F(2s)+F(h)
=F(a)+2F(q)+F(c)+2F(r)+F(e)+F(f)+2F(s)+F(h)
=F(a)+F(1/2  b)+F(q)+F(c)+F(1/2  d)+F(r)+F(e)+F(f)+F(1/2  g)+F(s)+F(h)
=F(a)+F(1/2  b)+F(c)+F(1/2  d)+F(e)+F(f)+F(1/2  g)+F(h)+F(q)+F(r)+F(s)
【００７４】
ここで、F(x)は、光強度成分xのフーリエ変換である。また、ここでは、話を単純にするため、
q=1/2  b，
r=1/2  d，
s=1/2  g
としている。
【００７５】
さらに、
p=a+1/2  b+c+1/2  d+e+f+1/2  g+h
とすると、バビネの原理とフーリエ変換の線形性とにより、
F(a)+F(1/2  b)+F(c)+F(1/2  d)+F(e)+F(f)+F(1/2  g)+F(h)=F(p)
であるから、
回折干渉パターン
=F(p)+(F(q)+F(r)+F(s))
=F(p)+F(q+r+s)
となる。
【００７６】
このように、参照光と記録信号光とを分離して考えても同じ回折現象が現れるため、焦平面を含む焦点近傍の３次元空間において参照光と記録信号光とによる強い回折干渉パターンが現れる。
【００７７】
一方、焦点から相当に離れた部分では回折効果は小さく、また、光密度も低いため、回折干渉パターンの強度は極めて弱く、記録材料の感度との関係によって収束点近傍でのみ回折干渉パターンが記録される。
【００７８】
つぎに、空間光変調素子１９を構成する空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８の構成について説明する。空間光強度変調素子１７は、ＴＮ（Twisted  Nematic）型の液晶素子により構成される。また、光学位相補正素子１８は、ＴＦＴ（Thin  Film  Transistor）型の液晶素子により構成される。
【００７９】
本実施例では、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とを液晶素子により構成する場合について説明するが、電気光学素子を用いる場合においても、本実施例と同様の考え方を適用することができる。
【００８０】
また、空間光強度変調素子１７と光学位相補正素子１８とは、それぞれ図５に示したようにセグメント境界４１により各セグメント４０に分けられており、空間光強度変調素子１７および光学位相補正素子１８の各セグメント４０は、光束が透過する領域を互いに共有するように配置されている。
【００８１】
図８は、空間光強度変調素子１７の構成について説明する図であり、図９は、光学位相補正素子１８の構成について説明する図である。図８に示すように、この空間光強度変調素子１７は、第１偏光板５０、ガラス基板５１、液晶層５２、ガラス基板５３および第２偏光板５４を有する。
【００８２】
ここで、図１で説明したように、第１偏光板５０の透過軸と第２偏光板５４の透過軸との間のなす角度である消光角は９０度未満に設定されている。また、液晶はＴＮ型の液晶であり、旋光角が９０度に設定されている。
【００８３】
また、ガラス基板５１には、ＴＦＴ駆動するマトリクス状のセグメントであるマトリクスＴＦＴセグメント５１ａが形成されている。また、ガラス基板５３には、ガラス基板５１に形成されたマトリクスＴＦＴセグメント５１ａの対極であるＴＦＴ対極５３ａが形成されている。さらに、ガラス基板５１およびガラス基板５３の内側表面には、液晶分子の旋光角が９０度となるよう、ポリイミドなどの配向剤をラビング処理した配向膜処理がなされている。
【００８４】
このような構成の空間光強度変調素子１７を用いて、液晶分子をマトリクス状のセグメント単位でＴＦＴ駆動し、印加電圧を飽和電圧あるいは０とすることにより、図６に示したような光強度の記録信号光と参照光とを効率的に生成することができる。
【００８５】
すなわち、記録信号光および参照光を形成する際の透過率の制御を、従来は図１９に示したように透過率が急激に変化する領域において印加電圧を調整することによりおこなっていたが（これは、いわゆる液晶画像表示における諧調制御に相当する）、ここでは透過率の制御を印加電圧を飽和電圧あるいは０とすることによりおこなうため、制御を単純化することができ、さらに、制御の応答性を大幅に改善することができる。
【００８６】
また、図６に示したように、本実施例における記録信号光と参照光とは、２階建ての光強度の構造になっており、一階部分が参照光で、二階部分が記録信号光に見立てられるため、結果的に空間光強度変調素子１７の白と黒のコントラストは問題にならない。このことは、図８に示したセルギャップｄを小さくできることを意味しており、セルギャップｄを小さくすることにより電圧印加に対する応答速度をさらに向上させることができる。
【００８７】
また、空間光強度変調素子１７が光束の光強度を変調し、記録信号光と参照光とを生成する場合には、生成された記録信号光と参照光との光学位相にずれが生じる。これを補正するために、光学位相補正素子１８が用いられる。
【００８８】
図９に示すように、この光学位相補正素子１８は、第１偏光板６０、ガラス基板６１、液晶層６２、ガラス基板６３および第２偏光板６４を有する。ここで、空間光強度変調素子１７であるＴＮ型の液晶素子を透過した光束の偏光状態は直線偏光であり、この直線偏光の偏光方向に第１偏光板６０の光束の透過軸は一致している。
【００８９】
また、ガラス基板６１には、ＴＦＴ駆動するマトリクス状のセグメントであるマトリクスＴＦＴセグメント６１ａが形成されている。さらに、ガラス基板６３には、第２偏光板６４が貼り合わされており、第２偏光板６４の光の透過軸の方向は、第１偏光板６０の光の透過軸の方向と一致している。
【００９０】
また、ガラス基板６３には、ガラス基板６１に形成されたマトリクスＴＦＴセグメント６１ａの対極であるＴＦＴ対極６３ａが形成されている。さらに、ガラス基板６１およびガラス基板６３の内側表面には、ポリイミドなどの配向剤をラビング処理した配向膜処理がなされており、液晶分子は第１偏光板６０および第２偏光板６４の光の透過軸に一致するように配向している。
【００９１】
このような構成の光学位相補正素子１８を用いて、液晶分子をマトリクス状のセグメント単位でＴＦＴ駆動することにより、一方向に液晶分子の向きが揃った状態で液晶分子の傾きを制御することができ、屈折率異方性と光学位相との間の関係から、光学位相補正素子１８を透過する光束の光学位相を自在に調整でき、空間光強度変調素子１７が光束の光強度を変調することにより生じた光学位相のずれを補正することが可能になる。
【００９２】
つぎに、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態およびＯＮ状態にある場合の液晶分子の状態について説明する。図１０−１は、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図であり、図１０−２は、光学位相補正素子１８がＯＮ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図である。
【００９３】
図１０−１に示すように、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態、すなわち、光学位相補正素子１８のセグメントに電圧が印加されていない場合には、液晶分子６５はラビング処理および配向膜処理により決定された方向に配向している。
【００９４】
そして、図１０−２に示すように、光学位相補正素子１８がＯＮ状態、すなわち、光学位相補正素子１８のセグメントに電圧が印加された場合には、液晶分子６５の配向方向が変化し、それに伴って屈折率異方性が変化する。このようにして、屈折率異方性を変化させることにより光束の光学位相のずれを補正することができる。
【００９５】
なお、空間光強度変調素子１７の各セグメントと光学位相補正素子１８の各セグメントとは、１対１に対応するよう上下に配置されている。そして、記録情報に応じて光強度変調をおこなうため、空間光強度変調素子１７の各セグメントがＯＮまたはＯＦＦ状態にされるのに同期させて、空間光強度変調素子１７のそれぞれのセグメントに対応する光学位相補正素子１８のセグメントがＯＮまたはＯＦＦ状態にされ、光学位相補正素子１８を透過する光束の光学位相が全面にわたって一定になるように制御される。
【００９６】
光学位相を補正する具体的な方法としては、ＯＮ状態となった空間光強度変調素子２０のセグメントに対応する光学位相補正素子１８のセグメントのみを駆動させ、記録信号光の光学位相を参照光の光学位相に合わせる方法や、空間光強度変調素子１７の最大あるいは最小の透過率レベルにおける光学位相を基準とし、その光学位相に記録信号光および参照光の光学位相を合わせる方法などがある。
【００９７】
上述してきたように、本実施例１では、空間光強度変調素子１７が、第１偏光板５０と、第２偏光板５４と、第１偏光板５０と第２偏光板５４との間に配置された液晶層５２とを備え、第１偏光板５０に係る光の透過軸と第２偏光板５４に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満であることとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができる。
【００９８】
また、本実施例１では、液晶層５２を透過する光が旋光する旋光角と消光角とが異なることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とを任意の強度レベルに設定することができる。
【００９９】
また、本実施例１では、消光角が９０度未満である場合に、旋光角は略９０度であることとしたので、任意の強度レベルの記録信号光と参照光とを効率的に形成することができる。
【０１００】
また、本実施例１では、消光角は略４０度から略６０度の範囲内の角度であることとしたので、記録媒体に情報を記録するのに適した強度レベルの記録信号光および参照光を形成することができる。
【０１０１】
また、本実施例１では、消光角は略５５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができる。
【０１０２】
また、本実施例１では、空間光強度変調素子１７が、第１偏光板５０と、第１偏光板５０に係る光の透過軸と自偏光板に係る光の透過軸との間のなす角度である消光角が９０度未満となるよう設置された第２偏光板５４と、第１偏光板５０と第２偏光板５４との間に設置された液晶層５２とを備える場合に、液晶層５２は、複数のセグメントごとに液晶の配向状態を変化させることによりセグメント単位で光の透過率を制御して記録信号光および参照光とを形成することとしたので、少ない面積で記録信号光および参照光を効率よく形成することができる。
【０１０３】
また、本実施例１では、光情報記録媒体２３に体積記録により光情報を記録する場合に、光情報記録媒体２３に照射する所定の情報を含んだ記録信号光と当該記録信号光と干渉させる参照光とを液晶の配向状態を変化させることにより形成する空間光強度変調素子１７が、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させ、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを形成する液晶層５２を備えたこととしたので、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させることができる。
【実施例２】
【０１０４】
ところで、上記実施例１では、消光角を９０度未満に設定し、旋光角を９０度に設定することとしたが、図２に示したように、この場合には光の透過率が１より小さくなり、記録信号光の強度が小さくなるため、光の透過率が１となるように空間光強度変調素子１７を構成することとしてもよい。そこで本実施例２では、空間光強度変調素子１７を光の透過率が１となるように構成する場合について説明する。
【０１０５】
なお、空間光強度変調素子１７以外の光情報記録再生装置の構成は、図４に示した構成と同様であり、ここでは説明を省略する。また、実施例１において説明した各部に対応する各部の符号は実施例１において用いた符号と同一のものを用いることとする。
【０１０６】
図１１は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。また、図１２は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【０１０７】
図１１に示すように、この空間光強度変調素子１７においては、第１偏光板５０および第２偏光板５４の光の透過軸のなす角度である消光角と液晶の旋光角とが９０度未満で一致するように構成されている。ここで、旋光角は、消光角に一致するよう液晶分子の配向処理をおこなうことにより調整される。
【０１０８】
このように消光角および旋光角を設定すると、液晶分子が第１偏光板５０および第２偏光板５４に対してほぼ垂直に配列して光の透過率が飽和する飽和電圧を液晶に印加し、また、液晶に印加する印加電圧を０にすることにより、図１２に示すように、記録信号光を生成する際の光の透過率をほぼ１とすることができ、また、記録信号光と参照光とを所定の強度レベルに設定することができる。
【０１０９】
実際には、第１偏光板５０および第２偏光板５４により光が吸収され、また、第１偏光板５０および第２偏光板５４の界面において光が反射されるため、液晶に飽和電圧を印加した場合でも光の透過率は１とはならないが、ここでは、そのような光損失を除いた場合に１となるよう透過率が定義されている。
【０１１０】
また、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１の比率に設定する場合には、図３から消光角および旋光角を略４５度とすればよいことがわかる。この場合、消光角および旋光角は一致しているので、印加電圧を０とすると、透過率の記録信号光レベルは消光角によらず１となり、また、印加電圧を飽和電圧にすると、透過率の参照光レベルは０．５となる。これにより記録信号光および参照光の強度レベルを２：１に設定することができる。
【０１１１】
上述してきたように、本実施例２では、消光角と旋光角とが一致することとしたので、液晶に印加される印加電圧が０である場合に、透過率をほぼ１とすることができ、記録信号光の光強度を大きくすることができる。
【０１１２】
また、本実施例２では、消光角と旋光角とが略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができる。
【実施例３】
【０１１３】
ところで、上記実施例１および２では、印加電圧を０として記録信号光を生成し、印加電圧を飽和電圧として参照光を生成することとしたが、印加電圧を飽和電圧として記録信号光を生成し、印加電圧を０として参照光を生成することとしてもよい。そこで、本実施例３では、印加電圧を飽和電圧として記録信号光を生成し、印加電圧を０として参照光を生成するよう構成された空間光強度変調素子１７について説明する。
【０１１４】
なお、本実施例３では、空間光強度変調素子１７以外の光情報記録再生装置の構成は、図４に示した構成と同様であり、ここでは説明を省略する。また、実施例１において説明した各部に対応する各部の符号は実施例１において用いた符号と同一のものを用いることとする。
【０１１５】
まず、本実施例３に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する。図１３は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。また、図１４は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【０１１６】
図１３に示すように、この空間光強度変調素子１７においては、第１偏光板５０の透過軸と第２偏光板５４の透過軸とが直交するのではなく、互いに平行になるよう配置されている点が実施例１および実施例２と異なる。すなわち、第１偏光板５０の透過軸と第２偏光板５４の透過軸との間のなす角度である消光角が０度に設定されている。
【０１１７】
たとえば、第１偏光板５０の透過軸の方向を基準として光束が９０度旋光するよう液晶の配向処理をおこなうと、印加電圧が０の場合に透過率が０となり、印加電圧が透過率が飽和する飽和電圧となる場合に透過率が１となる。
【０１１８】
また、光束が略４５度旋光するよう液晶に対する配向処理をおこなうと、図１４に示されるように、印加電圧が０の場合には、透過率が０．５（図３を参照）となり、印加電圧が飽和電圧の場合には、透過率が１になる。その結果、記録信号光および参照光の強度レベルを２：１の比率に設定することができる。このようにして、印加電圧を飽和電圧として記録信号光を生成し、印加電圧を０として参照光を生成することが容易にできる。
【０１１９】
上述してきたように、本実施例３では、第１偏光板５０に係る光の透過軸と第２偏光板５４に係る光の透過軸とが平行（消光角が０度）であり、液晶層５２は、透過する光を旋光させる旋光性を有することとしたので、液晶に光の透過率が飽和する飽和電圧以上の電圧を印加し、また、電圧の印加をおこなわないことにより液晶の配向状態を変化させた場合に、光強度が所定の比率となる記録信号光と参照光とを生成でき、それにより記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを形成する際の応答速度を向上させることができる。
【０１２０】
また、本実施例３では、第１偏光板５０に係る光の透過軸と第２偏光板５４に係る光の透過軸とが平行である場合に、液晶層５２を透過する光が旋光する旋光角は略４５度であることとしたので、記録信号光の光強度と参照光の光強度とをおおよそ２：１の適切な強度レベルに設定することができる。
【実施例４】
【０１２１】
ところで、上記実施例１、２および３では、空間光強度変調素子１７が記録信号光および参照光を生成する際に発生する記録信号光と参照光との間の光学位相差を光学位相補正素子１８を用いて補正することとしたが、図８に示した液晶層５２のセルギャップｄを調整することにより光学位相補正素子１８を不要とすることができる。そこで、本実施例４では、液晶層５２のセルギャップｄを調整することにより光学位相補正素子１８を不要とする場合について説明する。
【０１２２】
光情報記録再生装置に光学位相補正素子１８がある場合には、光情報記録再生装置の製造工程を安定化するのが難しくなり、光学位相の補正量が適切であるか否かを評価する複雑な評価工程が必要となる。光学位相補正素子１８を不要とすることができれば、製造工程、評価工程の数を削減することができ、光情報記録再生装置の製造コストを下げることができる。
【０１２３】
まず、本実施例４に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する。図１５は、液晶分子の屈折率の異方性について説明する図であり、図１６は、図１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図であり、図１７は、図１１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図である。
【０１２４】
図１５に示したように、液晶分子はその長軸方向と短軸方向とで屈折率が異なる。ここでは、長軸方向の屈折率をｎe、短軸方向の屈折率をｎoと表すこととする。
【０１２５】
図８に示したように、液晶層５２のセルギャップをｄとすると、空間光強度変調素子１７の各セグメントを透過することにより発生する記録信号光と参照光との間の光学位相差は、印加電圧が０の場合と印加電圧が飽和電圧である場合との間の記録信号光と参照光との間の光学位相差となる。
【０１２６】
図１６の場合には、直線偏光が、破線矢印に示されるように液晶分子７０の長軸方向のねじれに沿って略９０度旋光する。また、図１７の場合には、直線偏光が、破線矢印に示されるように液晶分子７０の長軸方向のねじれに沿って略４５度旋光する。なお、図１３に示した例では、第１偏光板５０の透過軸に第２偏光板５４の透過軸が一致することが異なるだけであり、ここでは説明を省略する。
【０１２７】
図１６および図１７に示したように、印加電圧が０であるセグメントを透過する光束は、液晶分子７０の長軸のねじれに沿って旋光し、飽和電圧が印加されると長軸のねじれはなくなり、液晶分子７０は、第１偏光板５０および第２偏光板５４に垂直に配向するようになる。すなわち、光束の透過に係る状態は、液晶分子７０の長軸方向の屈折率ｎeだけの影響を受ける場合と、液晶分子７０の短軸方向の屈折率ｎoだけの影響を受ける場合とに区別することができる。
【０１２８】
この場合、記録信号光と参照光との間のリターデーション（位相遅れ）Ｒは、
Ｒ＝（ｎe−ｎo）・ｄ
＝Δｎ・ｄ      ．．．（式１）
と表すことができる。ここで、ｄは、図８に示した液晶層５２のセルギャップであり、Δｎは、液晶分子７０の長軸方向の屈折率ｎeと短軸方向の屈折率ｎoとの間の差である。
【０１２９】
照射光の波長をλとして、リターデーションＲを角度Ｐ（ラジアン）に換算すると、
Ｐ＝２π・Ｒ／λ
＝２π・Δｎ・ｄ／λ      ．．．（式２）
となる。
【０１３０】
もし、ここで、
Ｐ＝２π・ｍ（ｍは整数）      ．．．（式３）
という関係、すなわち、
ｄ＝ｍ・λ／Δｎ      ．．．（式４）
という関係があれば、
Ｒ＝ｍ・λ      ．．．（式５）
となり、リターデーションＲは波長λの整数倍となるので、記録信号光と参照光との間の位相差が存在しない場合と同等な状態になる。
【０１３１】
たとえば、屈折率の差Δｎが０．２程度の液晶材料は一般的な材料であり、容易に手に入れることができる。この場合、セルギャップｄは、式４から、
ｄ＝５ｍ・λ      ．．．（式６）
と算出される。
【０１３２】
ここで、リターデーションＲが３波長分としてｍ＝３とし、光束の波長λをλ＝０．４μｍとすると、ｄ＝６μｍとなり、極めて現実的なセルギャップの値となるため、本実施例４における空間光強度変調素子１７を十分実現することが可能である。なお、実際には、液晶分子７０の初期ティルトが２度程度あるが、上記計算において大きな影響はない。
【０１３３】
上述してきたように、本実施例４では、液晶層５２は、位相差が２πｍ（ｍは整数）ラジアンである記録信号光と参照光とを形成することとしたので、記録信号光と参照光を形成した後、光学位相を補正する必要が無くなり、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることができる。
【０１３４】
さて、これまで本発明の実施例について説明したが、本発明は上述した実施例以外にも、特許請求の範囲に記載した技術的思想の範囲内において種々の異なる実施例にて実施されてもよいものである。
【０１３５】
また、本実施例において説明した各処理のうち、自動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を手動的におこなうこともでき、あるいは、手動的におこなわれるものとして説明した処理の全部または一部を公知の方法で自動的におこなうこともできる。
【０１３６】
この他、上記文書中や図面中で示した処理手順、制御手順、具体的名称、各種のデータやパラメータを含む情報については、特記する場合を除いて任意に変更することができる。
【０１３７】
また、図示した光情報記録再生装置の各構成要素は機能概念的なものであり、必ずしも物理的に図示のように構成されていることを要しない。すなわち、光情報記録再生装置の分散・統合の具体的形態は図示のものに限られず、その全部または一部を任意の単位で機能的または物理的に分散・統合して構成することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３８】
以上のように、本発明に係る光学素子は、記録信号光および参照光の強度レベルを安定的に制御し、記録信号光と参照光とを生成する際の応答速度を向上させ、光情報記録再生装置の製造コストを安くすることが必要な光学素子に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】図１は、実施例１に係る空間光強度変調素子の特徴について説明する図である。
【図２】図２は、実施例１に係る空間光強度変調素子の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【図３】図３は、光の透過率と消光角との間の関係を示す図である。
【図４】図４は、実施例１に係る光情報記録再生装置の構成を示す図である。
【図５】図５は、図４に示した空間光変調素子１９について説明する図である。
【図６】図６は、図５に示した空間光変調素子１９の複数のセグメント４０を透過する光束の光強度の変調状態を示す図である。
【図７】図７は、実施例１に係る光情報記録処理の原理について説明する図である。
【図８】図８は、空間光強度変調素子１７の構成について説明する図である。
【図９】図９は、光学位相補正素子１８の構成について説明する図である。
【図１０−１】図１０−１は、光学位相補正素子１８がＯＦＦ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図である。
【図１０−２】図１０−２は、光学位相補正素子１８がＯＮ状態にある場合の液晶分子の状態を示す図である。
【図１１】図１１は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。
【図１２】図１２は、実施例２に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【図１３】図１３は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の特徴について説明する図である。
【図１４】図１４は、実施例３に係る空間光強度変調素子１７の光の透過率と液晶に対する印加電圧との間の関係を示す図である。
【図１５】図１５は、液晶分子の屈折率の異方性について説明する図である。
【図１６】図１６は、図１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図である。
【図１７】図１７は、図１１に示したケースにおける液晶分子のねじれと消光角との間の関係を示す図である。
【図１８】図１８は、従来技術における一般的なＴＮ型の液晶セルを構成する偏光板の消光角と液晶の旋光角との間の関係を示す図である。
【図１９】図１９は、従来技術における液晶セルを透過する光の透過率と液晶セルに印加される電圧との間の関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１４０】
１０  エンコーダ
１１  記録信号発生器
１２  空間光変調素子駆動装置
１３  コントローラ
１４  レーザ駆動装置
１５  短波長レーザ光源
１６  コリメータレンズ
１７  空間光強度変調素子
１８  光学位相補正素子
１９  空間光変調素子
２０  ダイクロイックキューブ
２１  ハーフミラーキューブ
２２  対物レンズ
２３  光情報記録媒体
２４  長波長レーザ光源
２５  コリメータレンズ
２６  ハーフミラーキューブ
２７  検出レンズ
２８  フォトディテクタ
２９  ＣＭＯＳセンサ
３０  増幅
３１  デコーダ
３２  再生出力器
４０  セグメント
４１  セグメント境界
４２  レンズ開口
４３  ＯＮセグメント
４４  ＯＦＦセグメント
５０，６０  第１偏光板
５１，５３，６１，６３  ガラス基板
５１ａ，６１ａ  マトリクス状ＴＦＴセグメント
５２，６２  液晶層
５３ａ，６３ａ  ＴＦＴ対極
５４，６４  第２偏光板
６５，７０  液晶分子
【国際調査報告】
2007017952.tif 000022
2007017952.tif 000023
2007017952.tif 000024
2007017952.tif 000025
2007017952.tif 000026
2007017952.tif 000027
2007017952.tif 000028