(57)【要約】【課題】  コリニアホログラム記録再生方式において、位置ずれに対して再生特性を向上させた記録再生装置を提供する。【解決手段】  レーザ光源１１１と、光路を共通にする信号光および参照光を生成する空間光変調器１１６と、位相変調素子１１８と、対物レンズ１２３、光検出器１２４と、を備えるホログラム記録再生装置において、空間光変調器１１６は、対物レンズ１２３の低ＮＡ領域に参照光を発生させるための参照光領域２２ａを少なくとも１個有する。【選択図】  図４
2007079438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射されたレーザ光から光路を共通にする信号光および参照光を生成するための信号光領域および参照光領域が形成される空間光変調器と、
前記信号光および前記参照光に位相変調を与える位相変調素子と、
前記位相変調素子を通過した前記信号光および前記参照光をホログラム記録再生媒体に集光する対物レンズと、
前記ホログラム記録再生媒体からの再生光を受光するための光検出器と、
を備え、
前記空間光変調器に形成される前記参照光領域は、
前記対物レンズの低ＮＡ領域に少なくとも１個配されていることを特徴とするホログラム記録再生装置。
【請求項２】
前記参照光領域は、１個からなり、前記参照光領域の周囲に前記信号光領域が配され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装置。
【請求項３】
前記参照光領域は、第１参照光領域および第２参照光領域を有し、前記低ＮＡ領域に配された前記第１参照光領域を囲んで前記信号光領域が配され、前記信号光領域を囲んで前記第２参照光領域が配され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装置。
【請求項４】
前記参照光領域は、前記空間光変調器の中央部分に配されることを特徴とする請求項２または請求項３の１項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項５】
前記参照光領域は、前記低ＮＡ領域に、複数個に分割して配され、前記参照光領域以外の領域に前記信号光領域が配され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装置。
【請求項６】
前記参照光領域は、第１参照光領域および第２参照光領域を有し、前記第１参照光領域は、前記低ＮＡ領域に、複数個に分割して配され、前記第１参照光領域以外の領域に前記信号光領域が配され、前記信号光領域を囲んで前記第２参照光領域が配され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装置。
【請求項７】
前記複数個に分割して配される各々の参照光領域は、同一の寸法および形状とされるとともに、同一のパターンが形成されることを特徴とする請求項５または請求項６の１項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項８】
前記複数個に分割して配される各々の参照光領域は、相互に異なる寸法および形状とされるとともに、相互に異なるパターンが形成されることを特徴とする請求項５または請求項６の１項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項９】
前記参照光領域の形状を、円形または正方形または長方形としたことを特徴とする請求項１ないし請求項８の１項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項１０】
前記参照光領域のパターンを、全光パターンまたはランダムパターンまたは放射状パターンとしたことを特徴とする請求項１ないし請求項９の１項に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項１１】
前記位相変調素子は、位相マスクである請求項１に記載のホログラム記録再生装置。
【請求項１２】
前記位相変調素子を、前記空間光変調器の近傍または前記空間光変調器の共役面に配することを特徴とする請求項１ないし請求項１１の１項に記載のホログラム記録再生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はホログラム記録再生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ホログラフイを用いてデータを記録するホログラム記録装置および記録方法が提案されている。すなわち、記録すべき情報（記録データ）によって変調された信号光と参照光とを同一のレーザ光源から生成し、ホログラム記録再生媒体に照射する。それによって、記録データが記録される。また、このようにして記録された回折格子（ホログラム）から記録データを再生するホログラム再生装置および再生方法が提案されている。すなわち、記録済みの記録媒体に参照光を照射すると回折光(再生光)が発生する。この再生光を受光素子で検出して記録データを再生できる。
【０００３】
このような記録再生において、信号光と参照光をどのように発生させるかについては、信号光の光路と参照光の光路とを全く別個に配する二光束干渉法と、信号光と参照光とを同軸上に配し、光路を共有するコリニア法とが提案されている。コリニア法においては、空間光変調器（ＳＬＭ）の外周部に参照光用のパターンを形成するとともにＳＬＭの内周部に信号光用のパターンを形成して記録媒体に記録をし、空間光変調器の外周部に参照光用のパターンのみ形成し、記録された記録媒体から再生光を得て記録データを再生している（非特許文献１を参照）。
【０００４】
図１０にコリニア法を用いる記録再生装置の要部である光学部を示し、図に沿って、コリニア法の原理を説明する。レーザ光源２０１からのレーザ光は、コリメートレンズ２０２によって平行光とされ、ミラー２０３で反射され、空間光変調器２０４で、情報（記録データ）に応じて変調を受けた信号光２０９と所定のパターンに応じて変調を受けた参照光２１０とが、同一の光路を通過し、ビームスプリッタ２０５を経て、対物レンズで集光されて、ホログラム記録再生媒体１０１の中で干渉して、ホログラム記録再生媒体中に回折格子（ホログラム）の形状として記録データが記録される。
【０００５】
再生においては、空間光変調器２０４は、参照光２１０のみを発生し、参照光２１０がホログラム記録再生媒体中に形成された回折格子（ホログラム）で回折され、再生光２１１と参照光反射成分２１２が光検出器２０８に照射され、再生光２１１を検出することによって、情報（記録データ）が再生される。
【０００６】
図１１に空間光変調器２０４におけるパターンを示す。信号光領域２２１が内周部に、参照光領域２２０が外周部に配置されている。
【０００７】
また、ホログラム記録再生媒体に多くの情報を記録するために、ホログラム記録再生媒体の同一箇所（あるいは、互いに重なり合う領域）に複数のホログラムを形成するいわゆる多重記録が可能である。多重記録法の一種である位相相関多重を用いて記憶容量の増大を図ったホログラム記録装置の開発が進められている（特許文献１参照）。位相相関多重方式は、空間変調器により生成されたホログラムデータ情報を有する光強度信号に位相変調を与えることにより、ホログラム記録再生媒体内での光強度パターンを変化させるものである。
【特許文献１】特開平１１−２４２４２４号公報
【非特許文献１】日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号Ｐ１０６〜１１４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
コリニア法においては、これまで、信号光領域を中央部に、参照光領域をその周囲に配置したパターンが用いられているが、再生時の位置ずれ許容量が数１００ｎｍと狭く、位置ずれによる再生信号の劣化が問題となっていた。また、ホログラム記録再生媒体内の無駄な露光や、信号光と参照光の干渉効率が低いことなどから、十分な多重記録特性が得られないという問題があった。本発明は、コリニアホログラム記録再生方式において、位置ずれに対して再生特性を向上させた記録再生装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため、本発明に係るホログラム記録再生装置は、レーザ光を出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射されたレーザ光から光路を共通にする信号光および参照光を生成するための信号光領域および参照光領域が形成される空間光変調器と、前記信号光および前記参照光に位相変調を与える位相変調素子と、前記位相変調素子を通過した前記信号光および前記参照光をホログラム記録再生媒体に集光する対物レンズと、前記ホログラム記録再生媒体からの再生光を受光するための光検出器と、を備え、前記空間光変調器に形成される前記参照光領域は、前記対物レンズの低ＮＡ領域に少なくとも１個配されていることとした。
【００１０】
このホログラム記録再生装置は、レーザ光源からレーザ光を出射し、このレーザ光から空間光変調器は、光路を共通にする信号光および参照光を生成する。そして、位相変調素子によって位相変調を受けた前記信号光および前記参照光は、対物レンズで前記信号光および前記参照光をホログラム記録再生媒体に集光する。これらを備えることにより、ホログラム記録再生媒体にホログラムが記録され、位相変調素子の作用によって、信号光と参照光との干渉の効率が向上する。
【００１１】
そして、前記ホログラム記録再生媒体からの再生光を受光するための光検出器を備え、光検出器によって記録された情報を再生する。
【００１２】
さらに、前記空間光変調器に形成される前記参照光領域は、前記対物レンズの低ＮＡ領域に少なくとも１個配されているので、再生時の位置ずれマージンを大きなものとできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、位置ずれに対して再生特性を向上させた記録再生装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に沿って説明する。
（ホログラム記録再生装置の構成）
図１は実施形態に係るホログラム記録再生装置（記録および再生を行う装置）における光学ユニットの模式図である。図１に示すように、ホログラム記録再生装置は、光学ユニット１００および信号処理・制御部１５０を備える。
【００１５】
光学ユニット１００は、記録再生用光源１１１、ビームエキスパンダー１１２、ミラー１１３、１／２波長板１１４、偏光ビームスプリッタ１１５、空間光変調器１１６、第１のリレイレンズ系１１７、位相変調素子１１８、偏光ビームスプリッタ１１９、第２のリレイレンズ系１２０、１／４波長板１２１、ミラー１２２、対物レンズ１２３、光検出器１２４、ダイクロイックミラー１２５、サーボ用光源１２６、コリメートレンズ１２７、グレーティング１２８、ビームスプリッタ１２９、ミラー１３０、集光用レンズ１３１、シリンドリカルレンズ１３２、受光素子１３３を有する。
【００１６】
ホログラム記録再生媒体１０１は、円盤状（ディスク状）であり、保護層１０２、記録層１０３、グルーブ１０４、反射層１０５を有し、信号光と参照光による干渉縞をホログラムとして記録する記録媒体である。そして、保護層１０２は、記録層１０３を外界から保護するための層であり、また、記録層１０３は、この干渉縞を屈折率（あるいは、透過率）の変化として記録するものであり、光の強度に応じて屈折率（あるいは、透過率）の変化が行われる材料であれば、有機材料、無機材料の別を問うことなく利用可能である。無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）のような電気光学効果によって露光量に応じ屈折率が変化するフォトリフラクティブ材料を用いることができ、有機材料として、例えば、光重合型フォトポリマを用いることができる。以上のように、記録層１０３の屈折率（あるいは透過率）が露光量に応じて変化することで、参照光と信号光との干渉によって生じる干渉縞を屈折率（あるいは透過率）の変化としてホログラム記録再生媒体１０１に記録できる。
【００１７】
ホログラム記録再生媒体１０１は、図示しないスピンドルモータなどの駆動手段で回転され、所謂、シフト多重方式によって、多重記録をすることができる。なお、光学ユニット１００は図示しない駆動手段によりホログラム記録再生媒体１０１の半径方向に移動されるようになされている。
【００１８】
ホログラム記録再生媒体１０１が移動することから、ホログラム記録再生媒体１０１上への記録または再生は移動方向に形成されたトラックに沿って行われる。即ち、ホログラム記録再生媒体１０１のトラックに沿ってグルーブ１０４が形成され、このグルーブ１０４によってトラッキングサーボ制御が行われる。また、このグルーブが配された面にサーボ用の光の集光位置を制御することで、フォーカスサーボが行われる。さらには、グルーブ１０４がアドレス情報を含む場合には、グルーブ１０４からアドレス信号の読み取りが行われる。
【００１９】
記録再生用光源１１１は、レーザ光源であり、例えば波長４０５ｎｍ（ナノメータ）のレーザダイオード（ＬＤ）を備え、例えばコリメートレンズにより平行光に変換されたレーザ光を発生する。また、ビームエキスパンダー１１２は、記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光のビーム径を所定の大きさに拡張する光学素子である。また、ミラー１１３は、ビームエキスパンダー１１２を通過したレーザ光を偏光ビームスプリッタ１１５に向けて反射するための光学素子である。また、偏光ビームスプリッタ１１５は、ミラー１１３から１／２波長板１１４を介して入射したレーザ光を空間光変調器１１６に向けて反射し、空間光変調器１１６を反射した光を透過する。
【００２０】
空間光変調器１１６は、信号光を空間的に（２次元的に）記録データに基づいて変調する光学素子である。空間光変調器１１６としては、反射型の素子であるＤＭＤ(Ｄｉｇｉｔａｌ  ｍｉｃｒｏ  ｍｉｒｒｏｒ)や反射型液晶、ＧＬＶ(Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｕｅ)素子を用いることが可能である。なお、透過型の素子である透過型液晶素子を用いた構成とすることもできる。
【００２１】
本実施形態では、空間光変調器１１６により例えば円形の参照光の外周を囲むように信号光が形成されるようになっている。つまり、空間光変調器１１６の中心部付近に特定のパターンの反射領域（参照光領域）が設けられている。この点、従来の空間光変調器１１６における参照光パターンと信号光パターンとの位置関係は、円形の変調領域（信号光領域）を囲むように反射領域（参照光領域）が設けられている。このように、従来とは大きく異なるパターンを空間光変調器１１６に表示することによって、本実施形態に特有の効果を奏することができるものであるが、この点については、より詳細に後述する。
【００２２】
第１のリレイレンズ系１１７は、一対のレンズ１４１、１４２および遮蔽板１４３を備える。レンズ１４１および遮蔽板１４３は、情報が載った（記録データによって変調を受けた）レーザ光をガウス分布に正規化する空間フィルタである。すなわち、レンズ１４１は、偏光ビームスプリッタ１１５を通過したレーザ光を遮蔽板１４３上に集光し、このレンズ１４１により、偏光ビームスプリッタ１１５を通過したレーザ光がレンズ１４１の焦点位置にフラウンホーファー（Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ）回折像（フーリエ（Ｆｏｕｒｉｅｒ）変換像）に変換されて結像する。ここで、遮蔽板１４３は、レンズ１４１の焦点位置に配置され、ナイキストサイズの１から２倍の大きさのピンホール１４４が設けられ、０次光および±１次光がピンホール１４４を通過する。また、レンズ１４２は遮蔽板１４３のピンホール１４４を通過した光を平行光にするものである。
【００２３】
位相変調素子１１８は、参照光にランダム位相またはある一定の位相パターンを持たせるための光学素子である。位相変調素子１１８には、すりガラスやデフューザ、空間位相変調器を用いても良く、また、位相パターンを記録したホログラム素子を用いることも可能であり、ホログラム素子からの再生によって位相パターンを有する光が発生する。本実施形態においては位相マスクを用いている。また、図１では、位相変調素子１１８は、第１のリレイレンズ系１１７を用いて、空間光変調器１１６の共役面に配することとしているが、第１のリレイレンズ系１１７を用いることなく、空間光変調器１１６の近傍、例えば１００μｍの範囲内に設けるものであっても良い。
【００２４】
偏光ビームスプリッタ１１９は、位相変調素子１１８から入射した平行光を通過し、第２のリレイレンズ系１２０を通過したホログラム記録再生媒体１０１からの反射光を光検出器１２４に向けて反射する光学素子である。
【００２５】
第２のリレイレンズ系１２０は、一対のレンズ１４５、１４６およびピンホール１４８が設けられた遮蔽板１４７を備える。これらの構成は第１のリレイレンズ系１１７と同様である。この第２のリレイレンズ系１２０によって位相変調素子１１８で発生したノイズをカットすることができる。ただし、遮蔽板１４７については、特に設けなくてもよい。
【００２６】
対物レンズ１２３は、１／４波長板１２１およびミラー１２２を介して、信号光および参照光の双方、更にサーボ用光源１２６からのレーザ光をホログラム記録再生媒体１０１に集光し、かつホログラム記録再生媒体１０１からの反射光を平行光にするための光学素子である。なお、対物レンズ１２３とミラー１２２は後述するアクチュエータ部に取り付けられている。
【００２７】
光検出器１２４は、再生光の画像を入力するための素子であり、例えば２次元のＣＣＤ、ＣＭＯＳセンサー等により構成される。
【００２８】
ダイクロイックミラー１２５は、波長が異なる、記録再生に用いる光（記録再生用光源１１１からのレーザ光）とサーボに用いる光（サーボ用光源１２６からのレーザ光）とが同一の光路を通過するようにするための光学素子である。ダイクロイックミラー１２５は、記録再生用光源１１１からの記録再生光を透過し、サーボ用光源１２６からのサーボ光を反射するような薄膜処理がその表面に施されている。
【００２９】
サーボ用光源１２６は、トラッキングサーボ、フォーカスサーボ等のサーボ制御やアドレス信号の読み取りを行うための光源であり、記録再生用光源１１１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源１２６は、レーザダイオードであり、その発振波長としては、ホログラム記録再生媒体１０１に対して感度が小さい、例えば６５０ｎｍを使用する。
【００３０】
コリメートレンズ１２７は、サーボ用光源１２６から照射されたレーザ光を平行光に変換する光学素子である。グレーティング１２８は、コリメートレンズ１２７から出射されたレーザ光をサーボ制御およびアドレス信号読み取りのために３つのビームに分割するための光学素子であり、２枚の素子から構成される。
【００３１】
ビームスプリッタ１２９は、グレーティング１２８から出射されたレーザ光を透過し、ホログラム記録再生媒体１０１から反射されて戻ってきた戻り光を反射するための光学素子である。また、ミラー１３０は、ビームスプリッタ１２９からの戻り光を受光素子１３３に向けて反射する光学素子である。ここでは、ビームスプリッタ１２９とミラー１３０とがプリズムにより一体化されているが、別々の光学素子としても構わない。
【００３２】
集光用レンズ１３１は、ミラー１３０からの戻り光を受光素子１３３に集光するための光学素子である。シリンドリカルレンズ１３２は、フォーカスサーボ制御のために集光用レンズ１３１から集光されたレーザ光のビーム形状を円形から楕円形に変換するための光学素子である。また、受光素子１３３は、戻り光を受光し、トラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号とフォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号、更にアドレス信号を出力するための素子、例えば、フォトダイオードである。
【００３３】
（アクチュエータ部）
図２は上記のミラー１２２および対物レンズ１２３を駆動してトラッキングサーボおよびフォーカスサーボを行うためのアクチュエータ部４００の一例を示す模式的断面図である。図２に示すように、アクチュエータ部４００は、ミラー１２２を駆動するミラーアクチュエータ４０１と、対物レンズ１２３を駆動する対物レンズアクチュエータ４０２と、リニアモータ４０３とを備える。
【００３４】
ミラー１２２はミラーアクチュエータ４０１に取り付けられ、ホログラム記録再生媒体１０１に対して平行或いは平行に近い状態で入射するレーザ光（信号光、参照光、サーボ用光源１２６から照射されたレーザ光）がホログラム記録再生媒体１０１に垂直或いは垂直に近い方向に入射する方向に光路を変え、ホログラム記録再生媒体１０１からの戻り光をホログラム記録再生媒体１０１に対して平行或いは平行に近い方向に変える。また、対物レンズアクチュエータ４０２は、対物レンズ１２３をホログラム記録再生媒体１０１の表面に対して垂直に動かしてレーザ光をホログラム記録再生媒体１０１に集光する光スポットの位置を制御する。リニアモータ４０３は、ミラー１２２、ミラーアクチュエータ４０１、レンズ１２３および対物レンズアクチュエータ４０２をホログラム記録再生媒体１０１の半径方向に対して駆動させる。また、スピンドルモータ５００は、ホログラム記録再生媒体１０１を回転させトラッキング方向と直交する方向に光スポットとホログラム記録再生媒体１０１との位置関係を変化させる。
【００３５】
対物レンズアクチュエータ４０２は、受光素子１３３からのフォーカスエラー信号が入力される信号処理・制御部１５０からの制御に基づきフォーカスサーボ行う。また、ミラーアクチュエータ４０１およびリニアモータ４０３は、受光素子１３３からのトラッキングエラー信号が入力される信号処理・制御部１５０からの制御に基づきトラッキングサーボ行う。
【００３６】
このようなアクチュエータ部４００の構成では、トラッキング動作時にレーザ光を常に対物レンズの中心に導くことができるため、収差を抑えることができる。ホログラム記録再生を行う場合には、このような収差の発生により書き込み或いは読み込みエラーが発生する可能性が高いので、収差の発生の抑制は意義がある。
【００３７】
以上、ホログラム記録再生装置の構成について説明をしたが、ホログラム記録のみを行うホログラム記録装置においては、再生機能にかかわる部分、例えば、光検出器１２４等は必要とされず、ホログラム再生のみを行うホログラム再生装置においては、記録機能にかかわる部分、例えば、空間光変調器１１６の信号光を発生する機能等は必要とされない。
【００３８】
（ホログラム記録再生装置の動作）
以下、上述したホログラム記録再生装置の動作の概要を記録に係る動作と、再生に係る動作とに分けて説明する。
【００３９】
記録時の動作においては、参照光のみならず、信号光をホログラム記録再生媒体１０１に入射させる点が、参照光のみをホログラム記録再生媒体１０１に入射させる再生時の動作とは異なる。
【００４０】
記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光がビームエキスパンダー１１２により所望のビーム径にされる。そのレーザ光は、ミラー１１３、１／２波長板１１４を通り、偏光ビームスプリッタ１１５を反射して空間光変調器１１６に入射する。
【００４１】
空間光変調器１１６により生成された信号光および参照光は、偏光ビームスプリッタ１１５、第１のリレイレンズ系１１７、位相変調素子１１８、偏光ビームスプリッタ１１９、第２のリレイレンズ系１２０、ダイクロイックミラー１２５、１／４波長板１２１を通り、アクチュエータ部４００のミラー１２２で反射して対物レンズ１２３を通過し、ホログラム記録再生媒体１０１の略同一の箇所に集光する。
【００４２】
これにより、ホログラム記録再生媒体１０１上に干渉縞が形成される。この結果、空間光変調器１１６によって空間変調された情報がホログラム記録再生媒体１０１上にホログラムとして記録される。このときに、ホログラム記録再生媒体１０１上の干渉縞が形成される領域を特定するために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。
【００４３】
すなわち、サーボ用光源１２６から出射される光ビームは、コリメートレンズ１２７、グレーティング１２８、ビームスプリッタ１２９、ダイクロイックミラー１２５、１／４波長板１２１を通り、アクチュエータ部のミラー１２２で反射して対物レンズ１２３を通過し、ホログラム記録再生媒体１０１のグルーブ１０４が形成され面で反射して、再び、対物レンズ１２３、ミラー１２２、１／４波長板１２１、ダイクロイックミラー１２５、ビームスプリッタ１２９を経て、ミラー１３０、集光用レンズ１３１、シリンドリカルレンズ１３２、受光素子１３３に至る。
【００４４】
そして、受光素子１３３は、例えば、分割された光デテクタであり、各々の光デテクタで受光される光量に応じた電気信号を発生する。信号処理・制御部１５０は、ＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）、ＤＳＰ（デジタル・シグナル・プロセッサ）等で構成される演算部を主要部としており、この電気信号を受け取り演算することによって、例えば、アスティグマ法によってフォーカスサーボ制御のためのフォーカスエラー信号を生成するとともに、例えば、プッシュプル法によってトラッキングサーボ制御のためのトラッキングエラー信号を発生する。そして、このフォーカスエラー信号に基づき対物レンズアクチュエータ４０２を制御し、このトラッキングエラー信号およびグルーブ１０４から解読されたアドレスに基づきミラーアクチュエータ４０１およびリニアモータ４０３、さらに、スピンドルモータ５００を制御して、ホログラム記録再生媒体１０１の所定の領域に所望の記録データをホログラムとして書き込む。なお、このときに、記録データに応じて信号処理・制御部１５０からの信号によって空間光変調器１１６に記録データに基づいた２次元的のパターンが表示される。
【００４５】
再生時の動作においては、参照光のみをホログラム記録再生媒体１０１に入射させる。
【００４６】
記録再生用光源１１１から出射されたレーザ光がビームエキスパンダー１１２により所望のビーム径にされる。そのレーザ光は、ミラー１１３、１／２波長板１１４を通り、偏光ビームスプリッタ１１５を反射して空間光変調器１１６に入射する。
【００４７】
空間光変調器１１６における信号光の領域を全て「暗」とすることで参照光だけが、偏光ビームスプリッタ１１５、第１のリレイレンズ系１１７、位相変調素子１１８、偏光ビームスプリッタ１１９、第２のリレイレンズ系１２０、ダイクロイックミラー１２５、１／４波長板１２１を通り、アクチュエータ部４００のミラー１２２で反射して対物レンズ１２３を通過し、ホログラム記録再生媒体１０１の略同一の箇所に集光する。
【００４８】
参照光がホログラム記録再生媒体１０１に入射することにより、ホログラム記録再生媒体１０１に記録されたホログラムから回折光（再生光）が発生する。発生した再生光は入射光と逆の光路をたどり、対物レンズ１２８、ミラー１２２、１／４波長板１２１、ダイクロイックミラー１２５、第２のリレイレンズ系１２０を通り、偏光ビームスプリッタ１１９で反射され、光検出器１２４に入射し、光検出器１２４によって空間光変調器１１６での空間的な2次元データに対応する電気信号に変換される。光検出器１２４からの出力は、信号処理・制御部１５０によって処理されて、図示しない外部機器に再生データは送られる。
【００４９】
なお、再生時においても、フォーカスサーボ、トラッキングサーボは働いているので、上述した記録時における動作と同様にサーボ部は動作する。
【００５０】
（位相相関多重方式について）
本実施形態においては、位相相関多重方式を採用している。この方式は、空間変調器により生成された光強度信号に位相変調を与えることにより、ホログラム記録再生媒体内での光強度パターンを変化させるものである。本実施形態においては、位相変調には、誘電体の凹凸を利用して位相を変調する位相マスクを用いている。このような位相変調を行うとともに、所謂、シフト多重記録を行い多重化している。
【００５１】
位相相関多重方式の特長としては、以下の点が挙げられる。
１．ピーク強度を大きく減少させることができる。
２．強度分布を拡散させることができる。
３．再生時の選択性は参照光パターンによるスペックルサイズに依存する。
この位相相関多重方式をコリニアホログラム記録再生方式に適用することで、前記１、２の特長から、ホログラム記録再生媒体における無駄な露光を抑制すると共に、信号光と参照光の干渉特性を向上させることが可能となり、結果として記録特性を向上させることができる。さらに、特長３に着目すると、参照光パターンによるスペックルサイズを調整することで、選択性、つまり、位置ずれに対する許容量を任意にコントロールできることがわかる。ここで、波長をλ、参照光パターンのＮＡをNArefとすると、スペックルサイズｄについて、（式１）が成立する。ここで、λはレーザ光の波長である。
【００５２】
d∝λ／NAref                （式１）
【００５３】
したがって、参照光パターンのＮＡを小さくすることにより、スペックルサイズを大きくする。つまり、再生時の位置ずれ許容量を大きくすることが可能となる。以上から、コリニアホログラム記録再生方式において、位相相関多重方式を導入し、かつ、参照光パターンのＮＡを小さくしたホログラム記録再生パターンを用いることにより、記録特性の向上および位置ずれに対する再生特性の向上が実現できる。
【００５４】
ここで、参照光パターンのＮＡとは、レンズのどの領域に参照光パターンを配したかを表す指標である。すなわち、図３（ａ）に示すように、レンズの高ＮＡ領域に参照光パターンを配する場合には、参照光パターンのＮＡは、（式２）で表され、図３（ｂ）に示すように、レンズの低ＮＡ領域に参照光パターンを配する場合には、参照光パターンのＮＡは、（式３）で表される。すなわち、ａ１＞ａ２であるので、図３（ａ）に示す参照光パターンのＮＡは大きく、図３（ｂ）に示す参照光パターンのＮＡは小さくなる。
【００５５】
（式２）
参照光パターンのＮＡ＝ａ１／ｆ
【００５６】
（式３）
参照光パターンのＮＡ＝ａ２／ｆ
【００５７】
（空間光変調器における信号光領域と参照光領域について）
本実施形態における空間光変調器における信号光領域と参照光領域の態様を図に沿って説明する。図４に示す第１の実施例では、参照光領域２２ａを内部に、信号光領域２１ａをその周囲に配置したものである。参照光領域２２ａを内部に配置することにより、参照光パターンのＮＡを小さくすることが可能である。例えば、図１１に示した従来のパターンと比べて参照光領域２２ａの径を１／１０にすれば、参照光パターンのＮＡも１／１０と小さくなるため、その位置決め許容量は従来の数１００ｎｍからμmで表せる範囲へと大幅に向上させることができる。ここで、参照光領域２２ａの実際の寸法やパターン（内部模様・ホワイトレート）は、位置決め精度や信号光との強度比など、システムの総合的な特性を考慮して設定されるものである。なお、図中の参照光領域２２ａは円形としているが、形状は円形以外の例えば、正方形や長方形をはじめとする如何なる形状でも良い。
【００５８】
図５に示す第２の実施例では、参照光領域２２ｂを1箇所ではなく複数の箇所に配置したものである。第１の実施例と比べて、信号光と参照光との干渉特性を向上させることができる。ここで、参照光領域２２ｂのトータルサイズ・パターン（内部模様・ホワイトレート）は、位置決め精度や信号光との強度比など、総合的な特性を考慮して設定されるものである。なお、図中の参照光領域２２ｂはそれぞれ円形としているが、形状は円形以外の例えば、正方形や長方形をはじめとする如何なる形状でも良い。また、図中ではパターン中央に参照光領域の１つを配置しているが、中央に配置することは必須ではない。また、参照光領域の数を５個としているが、いくつであってもよい。また、個々の参照光領域は全て同じ形状・サイズであるが、それぞれ異なった形状・サイズでも良い。この場合には信号光領域２１ｂを参照光領域２２ｂの周囲に配している。
【００５９】
図６に示す第３の実施例では、第１の実施例のホログラムパターンと同様に配置された、参照光領域２２ｃ、信号領域２１ｃに加えて外周部に参照光領域２３ｃを追加したパターンである。第１の実施例よりも実効的な参照光パターンのＮＡは大きくなるものの、外周部のみに参照光領域を配置した従来のパターン（図１１を参照）と比較すれば、内部に参照光領域を配置することで、実効的な参照光パターンのＮＡを小さくすることが可能となる。また、内部のみに参照光領域を配置する場合、必要な信号光領域の面積（信号データ量に対応する）に応じてそのサイズが制限されることも考えられる。そして、この場合、信号光と参照光の光量比や干渉特性への影響が懸念されるが、外周部にも参照光領域２３ｃを設けることでこの問題を解決することが可能となる。ここで、参照光領域２２ｃ、参照光領域２３ｃの実際のサイズやパターン（内部模様・ホワイトレート）は、位置決め精度や信号光との強度比など、システムの総合的な特性を考慮して設定されるものである。なお、図中の参照光領域２２ｃ、参照光領域２３ｃは円形としているが、形状は円形以外の例えば、正方形や長方形をはじめとする如何なる形状でも良い。
【００６０】
図７に示す第４の実施例では、第２の実施例のホログラムパターンと同様に参照光領域２２ｄ、信号光領域２１ｄを配して、さらに外周部に参照光領域２３ｄを追加したパターンであり、このパターンによって得られる具体的な効果としては、第３の実施例と同様に信号光と参照光の光量比や干渉特性の向上を図ることができるものである。ここで、参照光領域２２ｄ、参照光領域２３ｄのトータルサイズ・パターン（内部模様・ホワイトレート）は、位置決め精度や信号光との強度比など、総合的な特性を考慮して設定されるものである。なお、図中の参照光領域２２ｄ、参照光領域２３ｄは円形としているが、形状は円形以外の例えば、正方形や長方形をはじめとする如何なる形状でも良い。また、図中ではパターン中央に参照光領域の１つを配置しているが、中央に配置することは必須ではない。また、内部に配置した個々の参照光領域は全て同じであるが、それぞれ異なった形状・サイズでも良い。また、参照光領域は円形以外の形状でも良い。
【００６１】
なお、以上の実施例においては参照光領域のパターンを全光パターンとして説明したが、参照光パターンについては、従来用いられているようなランダムパターンや放射状パターンなど、本実施例で図示した以外のパターンも適用可能である。
【００６２】
（位相変調素子について）
図８（ａ）〜（ｄ）は、図４に示す第１の実施例の信号光領域と参照光領域とのパターンに応じた位相変調素子１１８のパターンの例を示した平面図である。第２の実施例ないし第４の実施例に対しても同様に、信号光領域と参照光領域とに対応した位相変調素子１１８のパターンとすることができる。図３（ａ）は、リング状の信号光用の位相変調領域３１だけを有する位相変調素子１１８を示している。図３（ｂ）は信号光および参照光で共用する円形の位相変調領域３２を有する位相変調素子１１８を示している。図３（ｃ）は円形の参照光用の位相変調領域３３ａとこれを囲むように設けられたリング状の信号光用の位相変調領域３３ｂとを有する位相変調素子１１８を示している。図３（ｄ）は円形の参照光用の位相変調領域３４だけを有する位相変調素子１１８を示している。
【００６３】
（実験データ）
図９に本実施形態の記録再生装置において記録再生を行った場合の結果と背景技術に示す従来の記録再生装置において記録再生を行った場合の結果とを比較して示す。なお、背景技術の記録再生装置においては、図１１に示す空間光変調器のパターンを用い、本実施形態の記録再生装置では、図４に示す第１の実施例の空間光変調器のパターンを用いた。
【００６４】
符号Ａで示すのが本実施形態における再生時の位置マージンであり、このときの参照光パターンのＮＡは、０．０４１であった。一方、符号Ｂで示すのが背景技術における位置マージンであり、参照光パターンのＮＡは、０．５２０であった。
【００６５】
図９の横軸は、再生時の位置ずれ量であり、  縦軸は、規格化された再生信号光量である。図９から明らかなように、本実施形態の記録再生装置においては、再生マージンが大幅に向上していることが分かる。すなわち、位置ずれ量が大きくなっても光量の減少が少ないものである。
【００６６】
具体的な再生マージンを１／ｅ2幅で定義すると本発明のパターンでは、３．２μｍであるのに対し背景技術に示す記録再生装置では、０．２５μｍであった。すなわち、位置マージンは３．２／０．２５≒１２．８倍となっている。
ここで、上述の（式１）に、（式２）、（式３）に示す各々の参照光パターンのＮＡを代入すると、（式４）の結果が得られる。
【００６７】
（式４）
（１／本実施形態の参照光パターンのＮＡ）／（１／背景技術の参照光パターンのＮＡ）
＝（１／０．０４１）／（１／０．５２０）≒１２．７        
【００６８】
この値は、実験結果の１２．８とほぼ一致しており、位置マージンが（式1）に依存していることが確認された。
【００６９】
上述するように、本実施形態のホログラム記録再生装置においては、参照光を、参照光パターンのＮＡが小さな領域に配置することによって、ホログラム再生時において、位置ずれに対する許容量を高めることができる。したがって、特に、シフト多重方式等の多重方式を採用する場合には、再生の位置マージン（選択性）は、従来の参照光パターンのＮＡが大きな領域に配置する場合に較べて、格段に向上し、再生信号の品位が向上する。
【００７０】
また、位相変調素子を光路中に配することによって、ホログラム記録時において、記録再生に寄与しない領域に、無駄に露光することを抑制するとともに信号光と参照光との干渉効率を高め、ホログラムの記録特性を向上し、特に、同一の領域にホログラムを重畳的に記録する多重方式においては、効果が大きいものである。さらに、位相変調素子を用いることによって、記録時におけるホログラムの形成が良好となり、再生時における位置マージンをさらに向上させることができる。
【００７１】
本発明は上述の実施形態に限定されるものではない、例えば、記録再生に用いられるホログラム記録再生媒体としては、反射型のホログラム記録再生媒体１０１に限られるものではなく、透過型のホログラム記録再生媒体であっても良い、この場合には、光学ユニット１００の構成部品である偏光ビームスプリッタ１１９は不要となり、光検出器１２４は、参照光が入射するホログラム記録再生媒体の面とは反対の面に設けられる。そして、新たに設けられる再生用の対物レンズを介してホログラム像が光検出器１２４で検出されるようになされる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】実施形態に係るホログラム記録再生装置の模式図である。
【図２】アクチュエータ部の一例を示す模式的断面図である。
【図３】参照光パターンのＮＡを説明する図である。
【図４】実施形態の空間光変調器の参照光領域および信号光領域の配置の一例を示す模式的図である。
【図５】実施形態の空間光変調器の参照光領域および信号光領域の配置の一例を示す模式的図である。
【図６】実施形態の空間光変調器の参照光領域および信号光領域の配置の一例を示す模式的図である。
【図７】実施形態の空間光変調器の参照光領域および信号光領域の配置の一例を示す模式的図である。
【図８】実施形態の空間光変調器の位相変調素子のパターンの例を示した平面図である。
【図９】本実施形態におけると背景技術におけるとの再生時の位置マージンの比較を示す実験結果である。
【図１０】背景技術の記録再生装置である。
【図１１】背景技術の記録再生装置に用いられる空間光変調器の参照光領域および信号光領域の配置を示す模式的図である。
【符号の説明】
【００７３】
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ  信号光領域、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２３ｃ、２３ｄ  参照光領域、３１、３２、３３ａ、３３ｂ、３４  位相変調領域、１００  光学ユニット、１０１  ホログラム記録再生媒体、１１１  記録再生用光源、１１６  空間光変調器、１１８  位相変調素子、１１９  偏光ビームスプリッタ、１２０  第２のリレイレンズ系、１２３  対物レンズ、１２４  光検出器、１４１  レンズ、１４２  レンズ、１４３  遮蔽板、１４４  ピンホール、１４５  レンズ、１４６  レンズ、１４７  遮蔽板、１４８  ピンホール、４００  アクチュエータ部、５００  スピンドルモータ
【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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