JP4474508B2 - 光情報記録、再生装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録する光情報記録装置及び方法、参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、参照光と記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生装置及び方法に関する。

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パターンを記録媒体に書き込むことによって行われる。また、記録媒体に記録された情報の再生は、前記記録媒体に参照光を照射することで、干渉パターンによる回折により、イメージ情報の再生が行われる。

近年においては、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次元的に干渉パターン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においては、例えばアナログ的な絵のような画像情報も、一旦デジタル化して、２次元デジタルパターン情報に展開し、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、再生時に信号対雑音比（ＳＮ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により、極めて忠実に元の情報を再現することが可能になる。

ところで、光を利用して円板状の記録媒体に情報を記録する一般的な記録装置は、記録媒体に対して情報記録用の光を照射する光ヘッドを備えている。そして、この記録装置では、記録媒体を回転させながら、光ヘッドより記録媒体に対して情報記録用の光を照射して、記録媒体に情報を記録するようになっている。また、この記録装置において、情報記録用の光を生成するための光源としては、一般的に半導体レーザが用いられている。ホログラフィック記録においても、上記の一般的な記録装置と同様に、記録媒体を回転させながら、記録媒体に対して情報光と参照光とを照射して、記録媒体における複数の情報記録領域に順次情報を記録することが考えられる。この場合には、一般的な記録装置と同様に、情報光及び参照光用の光源としては、実用的な半導体レーザを用いることが望ましい。

ここで、図１６に示す特開平２００２−１８３９７５号公報（特許文献１）の光ヘッド４０を示す断面図を参照して、光ヘッド４０内に設けられた記録再生光学系について説明する。

光ヘッド４０は、後述する各要素を収納したヘッド本体４１を有している。このヘッド本体４１内の底部には、支持台４２を介して半導体レーザ４３が固定されていると共に、反射型の位相空間光変調器４４と光検出器４５が固定されている。光検出器４５の受光面には、マイクロレンズアレイ４６が取り付けられている。また、ヘッド本体４１内において、位相空間光変調器４４及び光検出器４５の上方にはプリズムブロック４８が設けられている。プリズムブロック４８の半導体レーザ４３側の端部近傍にはコリメータレンズ４７が設けられている。また、ヘッド本体４１の記録媒体１に対向する面には開口部が形成され、この開口部に対物レンズ１１が設けられている。この対物レンズ１１とプリズムブロック４８との間には４分の１波長板４９が設けられている。

位相空間光変調器４４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、互いにπ（ｒａｄ）だけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、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。位相空間光変調器４４は、更に、入射光の偏光方向に対して、出射光の偏光方向を９０°回転させるようになっている。位相空間光変調器４４としては、例えば反射型の液晶素子を用いることができる。

光検出器４５は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。また、マイクロレンズアレイ４６は、光検出器４５の各画素の受光面に対向する位置に配置された複数のマイクロレンズを有している。

光検出器４５としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出器４５として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇ（ギガ）ビット／秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。

プリズムブロック４８は、偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂを有している。偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂのうち偏光ビームスプリッタ面４８ａがコリメータレンズ４７寄りに配置されている。偏光ビームスプリッタ面４８ａと反射面４８ｂは、共にその法線方向がコリメータレンズ４７の光軸方向に対して４５°傾けられ、且つ互いに平行に配置されている。

位相空間光変調器４４は偏光ビームスプリッタ面４８ａの下方の位置に配置され、光検出器４５は反射面４８ｂの下方の位置に配置されている。また、４分の１波長板４９と対物レンズ１１は、偏光ビームスプリッタ面４８ａの上方の位置に配置されている。なお、コリメータレンズ４７や対物レンズ１１は、ホログラムレンズであってもよい。プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａは、偏光方向の違いによって、４分の１波長板４９を通過する前の情報光、記録用参照光及び再生用参照光の光路と４分の１波長板４９を通過した後の記録媒体１からの戻り光の光路とを分離する。

次に、情報の記録時における記録再生光学系の作用について簡単に説明する。

半導体レーザは、コヒーレントなＳ偏光の光を出射する。なお、Ｓ偏光とは偏光方向が入射面に垂直な直線偏光であり、後述するＰ偏光とは偏光方向が入射面に平行な直線偏光である。

半導体レーザ４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ４７によって平行光とされ、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されて、位相空間光変調器４４に入射する。

従来の光情報記録再生装置では、位相空間光変調器４４によって、情報光と記録用参照光とを生成するようになっている。位相空間光変調器４４には、位相及び強度が一定でコヒーレントな平行光が入射されるようになっている。情報の記録時において、位相空間光変調器４４は、表示領域を中央で２等分して一方の半分の領域では、記録する情報に基づいて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して情報光を生成し、他方の半分の領域では、全ての画素について出射光の位相を同一にまたは空間的に変調して記録用参照光を生成していた。

位相空間光変調器４４の出射光である情報光及び記録用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過し、４分の１波長板４９を通過して円偏光の光となる。この情報光及び記録用参照光は、対物レンズ１１によって集光されて記録媒体１に照射される。この情報光及び記録用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光及び記録用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。半導体レーザ４３の出力が記録用の高出力に設定されると、情報記録層３に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンが記録される。

記録媒体１からの戻り光は、対物レンズ１１によって平行光とされ、４分の１波長板４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射され、更に反射面４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイ４６を経て、光検出器４５に入射する。

情報の記録時において、対物レンズ１１からの光ビームが記録媒体１のアドレス・サーボ領域６を通過する期間では、半導体レーザ４３の出力は、再生用の低出力に設定されると共に、位相空間光変調器４４は、光の位相を変調せずに、全ての画素について位相が同一の光を出射する。このときの光検出器４５の出力に基づいて、基本クロック、アドレス情報、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー情報等のアドレス・サーボ情報を得ることができる。

次に、情報の再生時における記録再生光学系の作用について説明する。情報の再生時には、半導体レーザ４３の出力は、再生用の低出力に設定される。半導体レーザ４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ４７によって平行光とされ、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射されて、位相空間光変調器４４に入射する。位相空間光変調器４４の出射光は、全ての画素について出射光の位相が同一の再生用参照光または位相が空間的に変調された再生用参照光となる。また、位相空間光変調器４４の出射光は、偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光となる。

位相空間光変調器４４の出射光である再生用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過し、４分の１波長板４９を通過して円偏光の光となる。この再生用参照光は、対物レンズ１１によって集光されて記録媒体１に照射される。この再生用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。再生用参照光によって、情報記録層３より再生光が発生される。

記録媒体１からの戻り光は、再生光と再生用参照光とを含む。この戻り光は、対物レンズ１１によって平行光とされ、４分の１波長板４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａで反射され、更に反射面４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイ４６を経て、光検出器４５に入射する。この光検出器４５の出力に基づいて、記録媒体１に記録された情報を再生することができる。

情報の再生時において、対物レンズ１１からの光ビームが記録媒体１のアドレス・サーボ領域６を通過する期間では、光検出器４５の出力に基づいて、基本クロック、アドレス情報、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー情報等のアドレス・サーボ情報を得ることができる。

なお、位相空間光変調器４４は光の偏光方向を回転させないものであってもよい。この場合には、図１６におけるプリズムブロック４８の偏光ビームスプリッタ面４８ａを半反射面に変更する。あるいは、プリズムブロック４８と位相空間光変調器４４との間に、４分の１波長板を設け、プリズムブロック４８からのＳ偏光の光を４分の１波長板によって円偏光の光に変換して位相空間光変調器４４に入射させ、位相空間光変調器４４からの円偏光の光を４分の１波長板によってＰ偏光の光に変換して、偏光ビームスプリッタ面４８ａを透過させるようにしてもよい。また、各画素毎に出射光の位相を３つ以上の値のいずれかに設定できる位相空間光変調器としては、液晶を用いたものに限らず、例えば、マイクロミラーデバイスを用いて、入射光の進行方向について、各画素毎に反射面の位置を調整するようにした構成したものでもよい。

また、米国特許６１０８１１０号公報（特許文献２）に示すような光情報記録再生装置においては、複数の画素を有する空間光変調器によって情報波を生成し、空間光変調器の周囲に配置された光拡散器によって参照光を生成し、記録媒体の情報記録層において干渉を生じさせていた。

しかしながら、従来のホログラフィック記録を用いて、本発明者が実際に情報の記録再生を行ったところ種々の不具合を発見した。

特許文献１の光情報記録再生装置のように、位相空間光変調器４４の表示領域を中央で２等分して一方の領域で情報光を他方の領域で参照光を生成すると、他方の領域に参照光が局在化してしまう。参照光が局在化すると、情報光の中でも参照光の領域の近くに位置する情報光は、参照光と干渉して干渉パターンを形成するが、参照光の領域から離れていくにつれて情報光と参照光との干渉が弱くなり干渉パターンが形成されなくなってしまう。このため、局在化した参照光を用いると、情報が不均一に記録され、正確に情報を記録及び再生することができなかった。この点については、後に実験結果を示して説明する。

更に、特許文献１の光情報記録・再生装置においては、位相空間光変調器４４の出射光は、記録する情報に基づいて光の位相が空間的に変調された情報光と、全ての画素について出射光の位相が同一の記録用参照光または位相が空間的に変調された記録用参照光とは、位相空間光変調器４４の有効面積の半分ずつとされ、共に、半月状の領域に照射されるようになされる。これは、情報が半分しか記録されないことを意味するものであり、その情報量の少ないことは、１つの解決すべき課題であると考えられる。

また、ホログラフィック記録の実用化を妨げていた特に大きな問題は、情報の記録再生において多量のノイズが発生し、ＳＮ比が小さい点であった。

図８（Ａ）は、特許文献２のホログラフィック記録を用いて記録した情報を再生したものである。図８（Ａ）においては、特許文献２の光情報記録再生装置のように、マトリクス状の複数の画素で空間的に変調された情報光と情報光の領域の周囲に配置された拡散板を用いて一様に変調された参照光とを用いて記録したホログラフィを再生した再生像である。図８（Ａ）に示すように、従来のホログラフィック記録再生では、再生像の各画素の輪郭が歪んでしまい正確に情報を再生することができなかった。

本発明者らは、このノイズの原因が記録用参照光にあることを見いだした。つまり、従来、記録用参照光は、拡散光となるように拡散板により、所定の発散角を持った光線として成形されている。

図１７は、従来のホログラフィック記録における情報光と記録用参照光との関係を示す概念図である。情報光８１及び記録用参照光８２（図１７では太線で示している）は、上方から対物レンズ８３（図１７では直線で示している）に入射して、記録媒体の情報記録層８４の所定の領域に照射される。そして、情報記録層８４は、情報光８１及び記録用参照光８２が干渉することによって生じる干渉パターンを立体的、すなわち情報記録層８４の平面方向だけではなく厚さ方向においても情報として記録することができる。

図１８は、従来の記録用参照光８２を生成する記録用参照光生成手段のうち断面形状に関係する部分を図示した概略図である。従来の記録用参照光８２を生成する記録用参照光生成手段は、情報光の領域を開口にして参照光の領域のみに拡散板８５を配置したり、拡散板８５に接して遮光マスク８６を配置することで、記録用参照光８２の断面形状を決定していた。

このため、図１７及び図１８に示すように、対物レンズ８３に至るまでの間に発散し、遮光マスク８６や開口によって決定される断面形状よりも広がりをもっていた。

その結果、記録用参照光８２は、遮光マスク８６や開口によって遮光された部分にも発散して対物レンズ８３に入射するので、情報記録層８４において記録用参照光８２同士も重なりを生じ、干渉パターン８７（図１７及び図１８においては斜線を付した）を形成してしまっていた。この記録用参照光８２同士による干渉パターン８７は、記録媒体に記録させた情報のノイズとなり、正確な記録を妨げるものであった。

更に、特許文献１に示すように記録媒体に反射層が設けられている場合、記録媒体に入射した記録用参照光は、記録媒体の情報記録層を通過した後に、記録媒体の反射層で反射され、再び情報記録層を通過する。そして、記録用参照光の反射光同士も情報記録層８４において重なりを生じるので、干渉パターンを形成していたのである。

加えて、記録容量の大きいホログラフィック記録において、情報のセキュリティ対策も問題点の一つであった。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたものであり、ホログラフィック記録及び再生において、より正確に情報を記録及び再生できる光情報記録装置、再生装置及び方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、記録情報量が大きく、ノイズ発生が少なく、情報の暗号化が可能で、情報のセキュリティも高く、アドレス・サーボ情報も確実に得ることのできる光情報記録・再生装置及び光情報記録・再生方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、本発明の光情報記録装置は、情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、前記記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録する光情報記録装置であって、光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記情報光を生成する第一の空間光変調器と、前記光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する第二の空間光変調器とを有し、前記対物レンズの入射瞳面における前記情報光の領域及び前記参照光の領域が、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されており、前記参照光が参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように前記第二の空間光変調器によって空間的に変調されている。

また、本発明の他の光情報記録装置は、光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記情報光を生成する第一の空間光変調器と、前記光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する第二の空間光変調器とを有し、前記対物レンズの入射瞳面における前記参照光の領域が、前記情報光の領域を取り囲むように形成されており、前記参照光が、前記参照光の領域内において、前記情報光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに前記第二の空間光変調器によって空間的に変調されている。

また、本発明の他の光情報記録装置は、光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記情報光を生成する第一の空間光変調器と、前記光源からの光の強度を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する第二の空間光変調器とを有し、前記対物レンズの入射瞳面における前記参照光の領域が、前記情報光の領域を取り囲むように形成されている。

更に、上記のいずれかの光情報記録装置において、前記第一の空間光変調器及び前記第二の空間光変調器は、共通の空間光変調器の第一の表示領域及び第二の表示領域からなっていてもよい。そして、前記空間光変調器は、光の強度を変調できる複数の画素を有し、前記複数の画素の位置に応じて出射光の位相が異なっていてもよい。加えて、前記空間光変調器における出射光の位相の分布は、前記参照光の進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向させる周期パターンを有していてもよい。

本発明の光情報記録方法は、情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、前記記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録するであって、前記情報光及び前記参照光が、いずれも複数の画素によって空間的に変調され、前記対物レンズの入射瞳面における前記情報光の領域及び前記参照光の領域が、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成され、前記参照光が参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように空間的に変調されていることを特徴とする。

また、本発明の他の光情報記録方法は、前記情報光及び前記参照光が、いずれも複数の画素によって空間的に変調され、前記対物レンズの入射瞳面における前記参照光の領域が、前記情報光の領域を取り囲むように形成され、前記参照光が、前記参照光の領域において、前記情報光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに空間的に変調されていることを特徴とする。

更に、上記の光情報記録方法において、前記情報光の領域の中心、前記参照光の領域の中心及び前記複数の放射状パターンの仮想中心点が光学系の光軸であってもよい。

更に、上記の光情報記録方法において、前記複数の放射状パターン間における仮想中心角を変化させる又は前記複数の放射状パターンを仮想中心点を中心として回転させることでパターン形状の異なる複数の参照光を形成し、前記情報記録層の重畳する複数の領域に前記パターン形状の異なる複数の参照光を用いて複数の干渉パターンを多重記録してもよい。

また、本発明の他の光情報記録方法は、前記情報光及び前記参照光が、いずれも複数の画素によって空間的に変調され、前記対物レンズの入射瞳面における前記参照光の領域が、前記情報光の領域を取り囲むように、且つ前記参照光の領域の中心に対して非対称となるように形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の光情報記録方法は、前記情報光及び前記参照光が、いずれも複数の画素によって光の強度が空間的に変調され、前記対物レンズの入射瞳面における前記情報光の領域及び前記参照光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されていることを特徴とする。

更に、上記の光情報記録方法において、前記情報光の領域の方が前記参照光の領域よりも広く、前記参照光の領域における単位面積当りの光の強度の方が前記情報光の領域における単位面積当りの光の強度よりも大きくてもよい。

更に、上記いずれかの光情報記録方法において、前記情報光及び前記参照光は、同一の空間光変調器によって空間的に変調されていてもよく、前記参照光は、前記空間光変調器によって、光の強度及び位相が空間的に変調されていてもよい。そして、前記参照光は、前記空間光変調器によって、進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向されていてもよい。

本発明の光情報再生装置は、参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生装置であって、前記光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する空間光変調器を有し、前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域及び当該入射瞳面における前記再生光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されており、前記参照光は参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように前記空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする。

また、本発明の他の光情報再生装置は、光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する空間光変調器を有し、前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域が、当該入射瞳面における前記再生光の領域を取り囲むように形成されており、前記参照光が、前記参照光の領域において、前記再生光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに前記空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする。

また、本発明の他の光情報再生装置は、光源からの光の強度を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する空間光変調器を有し、前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域及び当該入射瞳面における前記再生光の領域が、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されていることを特徴とする。

更に、上記のいずれかの光情報再生装置において、前記空間光変調器は、光の強度を変調できる複数の画素を有し、前記複数の画素の位置に応じて出射光の位相が異なっていてもよい。そして、前記空間光変調器における出射光の位相の分布は、前記参照光の進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向させる周期パターンを有していてもよい。

本発明の光情報再生方法は、参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生方法であって、前記参照光が、複数の画素によって空間的に変調され、前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域及び当該入射瞳面における前記再生光の領域が、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成され、前記参照光が参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように前記空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする。

また、本発明の他の光情報再生方法は、前記参照光が、複数の画素によって空間的に変調され、前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域が、当該入射瞳面における前記再生光の領域を取り囲むように形成され、前記参照光が、前記参照光の領域において、前記再生光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに空間的に変調されていることを特徴とする。

更に、上記の光情報再生方法において、前記参照光の領域の中心及び前記複数の放射状パターンの仮想中心点が光学系の光軸であってもよい。

また、本発明の他の光情報再生方法は、前記参照光が、複数の画素によって空間的に変調され、前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域が、当該入射瞳面における前記再生光の領域を取り囲むように、且つ前記参照光の領域の中心に対して非対称となるように形成されていることを特徴とする。

また、本発明の他の光情報再生方法は、参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生方法であって、前記参照光が、複数の画素によって光の強度が空間的に変調され、前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域及び当該入射瞳面における前記再生光の領域が、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されていることを特徴とする。

更に、上記のいずれかの光情報再生方法において、前記参照光は、空間光変調器によって、光の強度及び位相が空間的に変調されていてもよい。そして、前記参照光は、前記空間光変調器によって、進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向されていてもよい。

また、上記のいずれかの光情報記録装置前記記録媒体に対して情報を記録するための光源と異なるサーボ用光源と、前記サーボ用光源からの光により前記記録媒体に記録されたアドレス・サーボ情報を得るサーボ情報取得手段とを有していてもよい。

また、上記のいずれかの情報再生装置において、前記記録媒体に対して情報を記録するための光源と異なるサーボ用光源と、前記サーボ用光源からの光により前記記録媒体に記録されたアドレス・サーボ情報を得るサーボ情報取得手段とを有していてもよい。

以上説明した本発明によれば、ホログラフィック記録及び再生において、より正確に情報を記録及び再生できる光情報記録装置、再生装置及び方法を得ることができる。

また、記録情報量を大きくすることも、ノイズ発生を少なくすることも、情報の暗号化が可能で、情報のセキュリティを高くすることも、アドレス・サーボ情報を確実に得ることもできる光情報記録・再生装置及び光情報記録・再生方法を得ることができる。

具体的には、発明の実施形態において詳述する。

［図１］本発明の光情報記録・再生装置の実施形態を示す断面図
［図２］空間光変調器における出射光の位相の分布を示す平面図
［図３］情報光及び参照光の空間変調パターンを示す平面図
［図４］（ａ）は記録持の情報光及び参照光の空間変調パターン、（ｂ）は再生時の参照光の空間変調パターンを示す説明図
［図５］参照光の局在化による影響を説明する図
［図６］（Ａ）及び（Ｂ）は情報光と参照光の空間変調パターンを示す平面図
［図７］本発明の情報光と参照光との関係を示す概念図
［図８］（Ａ）は従来のホログラフィック記録による再生像、（Ｂ）は本発明のホログラフィック記録による再生像を示す平面図
［図９］放射状パターンの参照光の選択性を説明する図
［図１０］放射状パターンの参照光の選択性を説明する図
［図１１］放射状パターンの参照光の選択性を説明する図
［図１２］参照光の進行方向を光軸方向以外に向けた時の説明図
［図１３］参照光の進行方向を光軸方向以外に向けた時の説明図
［図１４］（Ａ）及び（Ｂ）は参照光の領域を示す平面図
［図１５］（Ａ）は記録持の情報光及び参照光の空間変調パターン、（Ｂ）は再生時の参照光の空間変調パターン、（Ｃ）は再生像を示す平面図
［図１６］従来の光情報記録・再生装置を示す断面図
［図１７］従来の情報光と記録用参照光との関係を示す概念図
［図１８］従来の記録用参照光生成手段の一部の概略図

以下、本発明の実施の形態を図面により説明する。

図１は本発明の光情報記録・再生装置の一実施形態を示す。

図１は本実施形態の光情報記録・再生における光ヘッド１４０の断面を示している。

この光ヘッド１４０は、後述する各要素を搭載したヘッド本体１４１を有している。このヘッド本体１４１内のベース部には、支持台１４２を介して半導体レーザ１４３（青色レーザ）が固定されていると共に、反射型の空間光変調器１４４と光検出器１４５が固定されている。光検出器１４５の受光面には、マイクロレンズアレイ（図示せず）が取り付けられている。また、ヘッド本体１４１内において、空間光変調器１４４及び光検出器１４５の上方にはプリズムブロック１４８が設けられている。プリズムブロック１４８の半導体レーザ１４３側の端部近傍にはコリメータレンズ１４７が設けられている。また、ヘッド本体１４１の記録媒体１に対向する面側には対物レンズ１１１が設けられている。この対物レンズ１１１とプリズムブロック１４８との間には４分の１波長板１４９が設けられている。

空間光変調器１４４は、格子状に配列された複数の画素を有し、各画素毎に出射光の位相又は／及び強度を変調することができるように構成されている。空間光変調器１４４としては、ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）や液晶素子を使用することができる。ＤＭＤは、入射した光を画素ごとに反射方向を変えることで強度を変調したり、入射した光を画素ごとに反射位置を変えることで位相を空間的に変調することができる。液晶素子は、画素ごとに液晶の配向状態を制御することで、入射した光の強度や位相を空間的に変調することができる。

例えば、各画素毎に出射光の位相を、互いにπラジアンだけ異なる２つの値のいずれかに設定することによって、光の位相を空間的に変調することができ、各画素毎に出射光のオンとオフを制御することで光の強度を空間的に変調することができる。空間光変調器１４４は、更に、入射光の偏光方向に対して、出射光の偏光方向を９０°回転させるようになっている。なお、空間光変調器としては、図１に示す光ヘッド１４０においては、反射型のものしか使用できないが、透過型のものを光路の途中に配置することもできる。

空間光変調器１４４は、光源１４３からの光を複数の画素によって空間的に変調することで情報光及び参照光を生成することができる。図１においては、共通の空間光変調器によって情報光及び参照光を形成しているが、ビームスプリッタで光源１４３からの光を分割し、情報光を形成する空間光変調器及び参照光を形成する空間光変調器を設けてもよい。図１のように共通の空間光変調器１４４によって情報光及び参照光を生成する場合、空間光変調器１４４に第一の表示領域及び第二の表示領域を設定し、それぞれ情報光又は参照光のどちらかを生成すればよい。

また、複数の画素によって光の強度を空間的に変調する空間光変調器において、画素の位置に応じて出射光の位相を異ならせてもよい。図２は、空間光変調器１７０における出射光の位相の分布を示すものである。図２においては、変調される出射光の位相を模様によって表現している。空間光変調器１７０の領域１７１においては第一の位相の出射光が形成され、領域１７２においては第二の位相の出射光が形成され、領域１７３においては第三の位相の出射光が形成され、領域１７４においては第四の位相の出射光が形成される。位相の分布は、ランダムであってもよいし、周期的なパターンを有していてもよい。

この空間光変調器１７０の複数の画素によって光の強度が空間的に変調されると、変調された画素の位置に応じて位相も変化するため、情報光又は参照光は位相及び強度が空間的に変調されることになる。このような構成とするには、位相の分布を有するフィルムや光学素子を空間光変調器に設ければよい。

一般的に、複数の画素によって光の位相を空間的に変調する空間光変調器は、変調速度が遅く、変調パターンの切り替えに時間がかかっていたが、複数の画素によって光の強度を空間的に変調する空間光変調器において、画素の位置に応じて出射光の位相を異ならせることで、異なる位相の射出光を容易に得ることができる。そして、参照光の強度及び位相が異なることにより、参照光の空間変調パターンのバリエーションを増加させることができ記録する情報のより高密度化及び多値化を図ることができる。

光検出器１４５は、格子状に配列された多数の画素を有し、各画素毎に受光した光の強度を検出できるようになっている。また、各画素に再生光を収束させるために、光検出器１４５の各画素の受光面に対向する位置に配置された複数のマイクロレンズを有するマイクロレンズアレイ（図示せず）を設けてもよい。

光検出器１４５としては、ＣＣＤ型固体撮像素子やＭＯＳ型固体撮像素子を用いることができる。また、光検出器１４５として、ＭＯＳ型固体撮像素子と信号処理回路とが１チップ上に集積されたスマート光センサ（例えば、文献「Ｏ ｐｌｕｓ Ｅ，１９９６年９月，Ｎｏ．２０２，第９３〜９９ページ」参照。）を用いてもよい。このスマート光センサは、転送レートが大きく、高速な演算機能を有するので、このスマート光センサを用いることにより、高速な再生が可能となり、例えば、Ｇ（ギガ）ビット／秒オーダの転送レートで再生を行うことが可能となる。

プリズムブロック１４８は、偏光ビームスプリッタ面１４８ａと反射面１４８ｂを有している。偏光ビームスプリッタ面１４８ａと反射面１４８ｂのうち偏光ビームスプリッタ面１４８ａがコリメータレンズ１４７寄りに配置されている。偏光ビームスプリッタ面１４８ａと反射面１４８ｂは、共にその法線方向がコリメータレンズ１４７の光軸方向に対して４５°傾けられ、且つ互いに平行に配置されており、その間には再生光における再生用参照光を遮断するリングマスク１５０が設けられているいる。

空間光変調器１４４は偏光ビームスプリッタ面１４８ａの下方の位置に配置され、光検出器１４５は反射面１４８ｂの下方の位置に配置されている。また、４分の１波長板１４９と対物レンズ１１１は、偏光ビームスプリッタ面１４８ａの上方の位置に配置されている。偏光ビームスプリッタ面１４８ａと光検出器１４５との間には半導体レーザ１４３が照射する波長の光以外の波長を有する光（本実施の形態においては後述する半導体レーザ１５３の光）を遮断する波長フィルタ１５１が配設されている。なお、コリメータレンズ１４７や対物レンズ１１１は、ホログラムレンズであってもよい。プリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａは、偏光方向の違いによって、４分の１波長板１４９を通過する前の情報光、記録用参照光及び再生用参照光の光路と４分の１波長板１４９を通過した後の記録媒体１からの戻り光の光路とを分離する。

ヘッド本体１４１のベース部の図１の左側の記録媒体１に対して情報を記録するための光源半導体レーザ１４３と異なるサーボ用光源となる半導体レーザ１５３（赤色レーザ）が、半導体レーザ１４３に対向して同一光軸上に支持台１５２を介して固定されていると共に、サーボ用光源からの光により記録媒体１のサーボ領域６に記録されたアドレス・サーボ情報を得るサーボ情報取得手段１５４が固定されている。このサーボ情報取得手段１５４の上方にはプリズムブロック１５５が設けられている。プリズムブロック１５５の偏光ビームスプリッタ面１５５ａは、他方のプリズムブロック１４８の反射面１４８ｂと平行となるように配置されており、偏光ビームスプリッタ面１５５ａと反射面１４８ｂとの間には半導体レーザ１５３が照射する波長の光以外の波長を有する光（本実施の形態においては半導体レーザ１４３の光）を遮断する波長フィルタ１５６が配設されている。

次に、本実施形態の光情報記録再生装置の情報の記録時における記録光学系の基本的な動作及び作用を説明する。

半導体レーザ１４３は、コヒーレントなＳ偏光の光（図１において破線）を出射する。なお、Ｓ偏光とは偏光方向が入射面に垂直な直線偏光であり、後述するＰ偏光とは偏光方向が入射面に平行な直線偏光である。

半導体レーザ１４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ１４７によって平行光とされ、プリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面１４８ａで反射されて、空間光変調器１４４に入射する。

そして、空間光変調器１４４の複数の画素によって空間的に変調された情報光及び記録用参照光が出射される。また、情報光及び記録用参照光は、空間光変調器１４４によって偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光とされる。

空間光変調器１４４の出射光である情報光及び記録用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａを透過し、４分の１波長板１４９を通過して円偏光の光となる。この情報光及び記録用参照光は、対物レンズ１１１によって集光されて記録媒体１に照射される。この情報光及び記録用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の情報光及び記録用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。

半導体レーザ１４３の出力が記録用出力に設定されると、情報記録層３に情報光と記録用参照光との干渉による干渉パターンが記録される。

記録媒体１からの戻り光は、対物レンズ１１１によって平行光とされ、４分の１波長板１４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａで反射され、更に反射面１４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイを経て、光検出器１４５に入射する。

情報の記録時及び再生時において、他方のサーボ用光源である半導体レーザ１５３から照射された赤色光（図１において一点鎖線）の光ビームは、プリズムブロック１５５の偏光ビームスプリッタ面１５５ａを通過し、続いてプリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａによって反射されて、４分の１波長板１４９を通過して、対物レンズ１１１によって平行光とされて記録媒体１に照射される。その後、記録媒体１からの戻り光は、対物レンズ１１１によって平行光とされ、４分の１波長板１４９を通過してプリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａで反射され、更に反射面１５５ａで反射され、サーボ情報取得手段１５４に入射する。なお、この際に戻り光はプリズムブロック１４８の反射面１４８ｂにおいて光検出器１４５側に反射されるが、波長フィルタ１５１により光検出器１４５への入力が遮断される。この赤色光ビームが記録媒体１のアドレス・サーボ領域６を通過する期間においては、サーボ情報取得手段１５４の出力に基づいて、基本クロック、アドレス情報、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー情報等のアドレス・サーボ情報を得ることができる。

なお、プリズムブロック１４８の反射面１４８ｂとして、波長選択性を持たせて、サーボ用光源からの光を透過するように構成させることもできる。

更に、本実施形態の光情報記録再生装置の情報の再生時における再生光学系の基本的な動作及び作用を説明する。

情報の再生時には、半導体レーザ１４３の出力は、再生用出力に設定される。半導体レーザ１４３より出射されたＳ偏光のレーザ光は、コリメータレンズ１４７によって平行光とされ、プリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａに入射し、この偏光ビームスプリッタ面１４８ａで反射されて、空間光変調器１４４に入射する。空間光変調器１４４の複数の画素によって空間的に変調された再生用参照光が出射される。また、再生用参照光は、空間光変調器１４４によって偏光方向が９０°回転されてＰ偏光の光とされる。

空間光変調器１４４の出射光である再生用参照光は、Ｐ偏光であるので、プリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａを透過し、４分の１波長板１４９を通過して円偏光の光となる。この再生用参照光は、対物レンズ１１１によって集光されて記録媒体１に照射される。この再生用参照光は、情報記録層３を通過し、エアギャップ層４と反射膜５の境界面上で最も小径になるように収束し、反射膜５で反射される。反射膜５で反射された後の再生用参照光は、拡散する光となって、再度、情報記録層３を通過する。再生用参照光によって、情報記録層３より再生光が発生される。

記録媒体１からの戻り光は、再生光と再生用参照光とを含む。この戻り光は、対物レンズ１１１によって平行光とされ、４分の１波長板１４９を通過してＳ偏光の光となる。この戻り光は、プリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａで反射され、リングマスク１５０によって再生用参照光部分を除去され、続いて反射面１４８ｂで反射され、マイクロレンズアレイを経て、光検出器１４５に入射する。この光検出器１４５の出力に基づいて、記録媒体１に記録された情報を再生することができる。

情報の再生時において、サーボ用光源である半導体レーザ１５３から照射された赤色光（図１において鎖線）の光ビームが対物レンズ１１１から戻る際に、当該赤色光ビームが記録媒体１のアドレス・サーボ領域６を通過する期間においては、サーボ情報取得手段１５４の出力に基づいて、基本クロック、アドレス情報、フォーカスエラー信号及びトラッキングエラー情報等のアドレス・サーボ情報を得ることができる。

なお、空間光変調器１４４は光の偏光方向を回転させないものであってもよい。この場合には、図１におけるプリズムブロック１４８の偏光ビームスプリッタ面１４８ａを半反射面に変更する。あるいは、プリズムブロック１４８と空間光変調器１４４との間に、４分の１波長板を設け、プリズムブロック１４８からのＳ偏光の光を４分の１波長板によって円偏光の光に変換して空間光変調器１４４に入射させ、空間光変調器１４４からの円偏光の光を４分の１波長板によってＰ偏光の光に変換して、偏光ビームスプリッタ面１４８ａを透過させるようにしてもよい。

このように、記録媒体に対して情報を記録するための光源である半導体レーザ１４３と異なるサーボ用光源となる半導体レーザ１５３と、サーボ用光源からの光により記録媒体１に記録されたアドレス・サーボ情報を得るサーボ情報取得手段１５４を形成しているので、コンパクトな構成になりしかもアドレス・サーボ情報も確実に得ることができる。

そして、以下に空間光変調器による情報光及び参照光の空間的な変調パターンについて詳述する。

図３及び図４（ａ）は、対物レンズ１１１の入射瞳面における情報光及び参照光の空間変調パターンを示す図であり、図４（ｂ）は参照光の空間変調パターンを示す図である。対物レンズ１１１の入射瞳面とは、空間光変調器によって空間的に変調された情報光及び参照光が結像する面である。なお、図１の光ヘッド１４０においては空間光変調器１４４の位置が対物レンズ１１１の入射瞳面であり、空間光変調器１４４の第一の表示領域及び第二の表示領域がそれぞれ情報光の領域及び参照光の領域となる。

図３及び図４（ａ）に示すように、対物レンズ１１１の入射瞳面において空間変調パターンは、中心側に領域Ｉとそれを取り囲む領域Ｒの２つの領域Ｉ及びＲからなっている。

中心側の領域Ｉの形状は、図３及び図４に示す形状に限定されるものではなく、円形状、多角形状、楕円形状など種々の形状を取りうる。また、中心側の領域Ｉの中で更に小さい幾つかの領域に区分されていてもよい。

領域Ｉを取り囲む領域Ｒの形状は、図３及び図４に示す円環状に限定されるものではなく、多角環状や多角環状と円環状を組み合わせた形状など種々の形状を取りうる。また、領域Ｒは、全体が連続した一つの環となっていなくともよく、小さい幾つかの領域に区分されていてもよい（図５参照）。

本発明のように、空間的に変調された２つの光を用いて干渉パターンを形成するホログラフィック記録の場合、空間的に変調された２つの光は、いずれもが情報光にも参照光にもなることができる。つまり、領域Ｉ及び領域Ｒの２つの空間的に変調された光によって記録された干渉パターンに対して、領域Ｉの光を再生用参照光として照射すれば領域Ｒの光が再生光として発生し、領域Ｒの光を再生用参照光として照射すれば領域Ｉの光が再生光として発生するのである。

従って、２つの領域Ｉ及びＲは、一方が情報光の領域であり、他方が参照光の領域であれば良く、情報光の領域及び参照光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されている。

より好ましくは、中心側の領域Ｉを情報光の領域とし、それを取り囲む領域Ｒを参照光の領域とする。これは、対物レンズ１１１の中心部分の方が周辺部分よりも収差が少なく光学的な品質が高いため、情報を担持する情報光を中心部分に配置すれば、より正確に情報を記録することができるからである。

情報光の領域及び参照光の領域のいずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されていることにより、以下のような効果が生じる。

図５（Ａ）は、記録時における情報光と参照光のパターンを示す図である。図５（Ａ）において、中央には四角形状の情報光の領域５０が配置され、その四方を取り囲むように４つの参照光の領域５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄが配置されている。図５（Ａ）に示す情報光及び参照光は、いずれも空間光変調器の複数の画素によって光の強度が空間的に変調されている。図５（Ａ）に示す情報光及び参照光を干渉させて情報記録層に干渉パターンを記録した。

図５（Ｂ）乃至（Ｄ）は、図５（Ａ）に示す情報光及び参照光を干渉させて記録された情報記録層に再生用参照光のパターンを変えて照射した時に発生した再生光を光検出器で検出したものである。なお、本来、再生用参照光は、シャッターによって光検出器には入射しないように構成されているが、図５（Ｂ）乃至（Ｄ）においては、照射した再生用参照光の領域を明確にするため、再生用参照光をシャッターで遮光せずに光検出器によって検出した。

図５（Ｂ）に示すように、再生用参照光として記録時と同様に４つの領域５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄを使用して再生した場合、再生光の領域５３は、情報光の領域５０と同じく四角形状であり、領域５３内において複数の画素によって光の強度が空間的に変調された再生光が検出された。

図５（Ｃ）に示すように、再生用参照光として２つの領域５４ａ、５４ｂを使用して再生した場合、再生光の領域５５は、四角形状の左辺と下辺と対角線で構成される略三角形状となった。また、図５（Ｄ）に示すように、再生用参照光として領域５６ａを使用して再生した場合、再生光の領域５７は、四角形状の左辺近傍だけしか再生されなかった。

これらの結果から、再生用参照光が局在化している場合、照射した再生用参照光の領域の近傍においては干渉して再生するが、領域から離れるに従って再生強度は低下し、ついには再生しなくなることが判る。この結果は、記録時において、ある領域５１ａの参照光が、領域５１ａ近傍の情報光とは強く干渉し、干渉パターンを形成するが、領域５１ａから離れた位置の情報光とはあまり干渉せずに干渉パターンが形成されていないことを意味している。

従って、情報光の領域及び参照光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域で取り囲むように形成されていると、情報光の領域全体を均一に記録することができるのである。

また、情報光の領域及び参照光の領域が、いずれか一方の領域を他方の領域で取り囲むように形成されていると、情報光の領域を参照光の領域よりも広面積に形成することができる。

図６（Ａ）及び（Ｂ）は、対物レンズの入射瞳面における情報光と参照光の空間変調パターンを示す平面図である。図６（Ａ）及び（Ｂ）において、中心に情報光の領域１８１、１８３が、その周囲に環状の参照光の領域１８２，１８４が配置されている。参照光の領域の外縁は対物レンズの大きさなどによって制限されているので、図６（Ａ）に比べて図６（Ｂ）では、情報光の領域１８３を広くしたため、環状の参照光の領域１８４が狭くなっている。図６（Ａ）と図６（Ｂ）で参照光の単位面積当りの光の強度を同じにすると、図６（Ｂ）では参照光の強度の総和が少なくなり、情報光と参照光が充分に干渉できなくなる虞がある。このため、情報光の領域を参照光の領域よりも広くした場合は、参照光の領域における単位面積当りの光の強度を情報光の領域における単位面積当りの光の強度よりも大きくして、参照光の強度の総和を増やすことが好ましい。

情報光の領域における単位面積当りの光の強度に比べて参照光の領域における単位面積当りの光の強度を増やすには、参照光となるレーザの強度を増やしても良いし、空間光変調器における変調パターンを工夫して参照光の領域における出射光がオンとなる画素の密度を情報光の領域におけるそれよりも大きくしても良い。

このような本発明によれば、広い情報光パターン表示エリアから照射される情報光によって従来に比較して記録情報量を大きくすることができる。

更に、空間光変調器１４４によって参照光は、参照光同士が情報記録層３において干渉を生じ難いように空間的に変調される。前述した図１７及び図１８に示したように、参照光は、発散することによって予め決められていた領域よりも広がりをもっていたために、参照光同士が情報記録層３において干渉を生じてノイズを発生させていた。

従って、参照光を空間的に変調する際に、参照光同士が情報記録層３において干渉を生じ難いように変調すればノイズを減らすことができる。

例えば、図３において、中心側の領域Ｉを情報光パターン表示エリアＩとし、領域Ｉを取り囲むように形成された領域Ｒを参照光パターン表示エリアＲとして、参照光パターン表示エリアＲにおいて、情報光パターン表示エリアＩから放射状に広がる複数の放射状パターンＲａに参照光の強度又は位相を空間的に変調するとノイズを減らすことができる。

図１に示すような光ヘッド１４０において、参照光が発散する理由は、画素ピッチが小さい空間光変調器１４４が一種の回折格子を形成するので、空間光変調器１４４によって参照光を空間的に変調すると参照光とともに回折光が発生するためである。ところが、空間光変調器１４４において、参照光を放射状パターンＲａに変調すれば、放射方向（情報光の領域Ｉへ向かう方向）については、複数の画素が同じ状態で連続するため見かけ上画素ピッチが大きくなるため、発散が制御されるのである。この結果、図７に示すように、放射状パターンに変調された参照光１９１は、放射方向（図７においては横方向）には広がらず、対物レンズ１１１によって情報記録層３に照射されても参照光同士の干渉が生じない。

なお、放射状パターンＲａは、放射方向と直交する方向（図３の矢印で示す方向）については、画素ピッチが小さいので発散している。しかし、放射方向と直交する方向への発散によって参照光同士が干渉しても、情報光の領域に影響しないため、再生持のＳＮ比は低下しない。

図８（Ｂ）は、放射状パターンの参照光を用いて記録した情報を再生したものである。図８（Ｂ）においては、マトリクス状の複数の画素で空間的に変調された情報光と情報光の領域を取り囲むように形成された参照光の領域において放射状パターンに変調された参照光とを用いて記録したホログラフィを再生した再生像である。図８（Ｂ）に示すように、再生像から、マトリクス状の複数の画素で空間的に変調されていることが確認でき、放射状パターンの参照光を用いると正確に情報を再生することができることが判る。

このように、情報光の領域を取り囲むように形成された参照光の領域において、参照光が情報光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに変調されていると、情報光の領域に向かう発散を制御することができ、情報のノイズを低減することができるのである。

放射状パターンＲａとしては、各放射状パターンを延長して交差する仮想中心点が一点でもよいし、多数の仮想中心点からの放射状パターンが混在していても良い。また、複数の放射状パターンは、等間隔に配置されていても、異なる間隔で配置されていてもよい。情報光の領域の中心及びそれを取り囲むように形成された参照光の領域の中心が光軸であり、放射状パターンＲａの仮想中心点が光軸であると、放射状パターンＲａによって減少する発散の方向が情報光の領域となり、よりノイズ除去の効果がある。

更に、図９乃至図１１に示すように、参照光として放射状パターンを使用すると、記録された情報の参照光パターンの選択性が高まり、多重記録や情報の暗号化に有利である。

図９は、記録時における情報光の空間変調パターン２０１と参照光の空間変調パターン２０２である。情報光の空間変調パターン２０１は、同じ大きさの正方形を下から順に４列、６列、８列、８列、８列、６列、４列と並べ、左上の正方形を除いて各正方形は中心に小さい正方形と、その周囲を点で埋め、左上の正方形は他の正方形における周辺の点を配置していない模様である。参照光の空間変調パターン２０２は仮想中心点から放射状に広がる放射状パターンであり、放射状パターン間の仮想中心点における交差角（仮想中心角）は３．００°である。

図１０は、再生用参照光の空間変調パターンであり、図１０（Ａ１）のパターン２０４は、記録時における参照光の空間変調パターン２０２と同一であり、右下の四角部分を拡大して図１０（Ａ２）に示す。図１０（Ｂ１）のパターン２０５も、仮想中心点から放射状に広がる放射状パターンであるが、放射状パターン間の仮想中心角は３．０２°である。図１０（Ｂ１）のパターン２０５右下の四角部分を拡大して図１０（Ｂ２）に示す。図１０（Ａ２）と図１０（Ｂ２）を見比べても、両者が異なるパターンであることは判らない。

図１１（Ａ）は、空間変調パターン２０４の参照光で再生した再生像であり、図１１（Ｂ）は、空間変調パターン２０５の参照光で再生した再生像である。図１１から、放射状パターン間の仮想中心角が０．０２°違うだけで、情報をほとんど再生することができないことが確認された。

また、図１０（Ａ１）のパターン２０４を仮想中心点を軸として０．０２°回転させただけでも、図１１（Ｂ）のように情報をほとんど再生することができなかった。

以上のとおり、放射状パターンの参照光は、参照光パターンの選択性が高いので、複数の放射状パターン間における仮想中心角を変化させたり、複数の放射状パターンを回転させることで複数の参照光を形成し、情報記録層の重畳する複数の領域に複数の干渉パターンを多重記録した場合、再生時において、重畳する領域に記録された他の干渉パターンから発生するノイズが少なく好ましい。

また、記録時の参照光の放射状パターンを秘密にすることで、情報の安全性を高めることができる。更には、人間の瞳の虹彩パターンを放射状パターンとして情報を記録することにより、情報の暗号化をすることができるのである。

また、参照光を空間的に変調する際に、参照光同士が情報記録層３において干渉を生じ難いようにするために、空間光変調器において変調される位相の分布が、参照光の進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向される周期パターンを有するようにしてもよい。

位相を空間的に変調できる空間光変調器を利用して、変調される位相の分布に空間的な周期性を持たせることで、射出光を偏向できる。この空間光変調器として、図２において説明した画素の位置に応じて出射光の位相を異ならせる空間光変調器を利用することもできる。

そして、参照光の進行方向を光軸方向以外に向けると、対物レンズによって記録媒体に照射した時に参照光同士の干渉を減らすことができる。図１２及び図１３は、参照光の進行方向を光軸方向以外に向けた時の説明図である。図１２（ｃ）は対物レンズ１１１を光軸方向から見た対物開口面であり、図１２（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ図１２（ｃ）のＡ−Ａ’断面及びＢ−Ｂ’断面図である。

図１２に示すように、４分の１円状の参照光２１１は、光軸２１２の右下の領域２１１ａにおいて対物レンズ１１１に入射するが、進行方向が偏向されているため、対物レンズ１１１によって光学系の光軸２１２とは異なる位置２１３に焦点を結ぶように進み、情報記録層２１４の底においては領域２１１ｂのように照射される。このため、図１３（ｂ）に示すように、円形の参照光が照射された場合であっても、参照光が照射される位置は重ならず、参照光同士の干渉を防ぐことができる。

なお、図１３（ａ）から（ｅ）の各図は、円形の参照光を順に３、４、６、８、１２分割し、最上段の矢印で示すように対物レンズによって照射されるように、進行方向を光軸方向以外に向けた時の情報記録層における参照光の照射領域を最下段に示すものである。このように、参照光の進行方向を光軸方向以外に向けることで、参照光同士の干渉を少なくすることができる。

更に、進行方向を光軸方向以外に向けた参照光は、記録媒体の反射層によって反射された後に光軸から離れる方向に進むので、再生時において参照光を検出することによるノイズを低減することができＳＮ比を大きくすることができる。これによりリングマスク１５０を省略することも可能となる。

また、参照光を空間的に変調する際に、参照光同士が情報記録層３において干渉を生じ難いようにするために、対物レンズの入射瞳面における参照光の領域を参照光の領域の仮想中心点に対して非対称となるように形成しても良い。

図１４（Ａ）、（Ｂ）は、対物レンズの入射瞳面における参照光の領域２２１を示す図である。図１４（Ａ）および（Ｂ）において、参照光の領域２２１は、仮想中心点２２０に対して非対称に形成されている。従来、参照光は、対称な領域に照射される参照光同士の間で干渉を生じていたが（図１７及び図１８参照）、図１４（Ａ）および（Ｂ）においては、参照光の領域２２１ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅに対して対称な領域２２２ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、参照光を形成しないため、参照光同士の干渉を防止することができるのである。なお、図１４においては、円環状の参照光の領域で説明したが、この形状に限定されるものではない。また、図１４（Ａ）および（Ｂ）においては、参照光の領域が３つ及び５つであったが、奇数であれば非対称とすることができる。しかし、参照光の領域が１つの場合は、参照光が局在化するため好ましくない。

また、図４、図５、図６及び図１５に示すように、情報光の領域を取り囲むように形成された参照光の領域において、参照光の強度を空間的に変調することにより、再生時におけるノイズを低減することができる。参照光の変調パターンは、特に規則性を持たないランダムなパターンであってもよい。

図１５（Ａ）は記録時における情報光と参照光の変調パターンを示すものであり、図１５（Ｂ）は再生時における参照光の変調パターンを示すものであり、図１５（Ｃ）は再生時における再生像を示すものである。図１５（Ａ）に示すように、円形の情報光の領域において空間的に強度が変調された情報光２３１と、円環状の参照光の領域において空間的に強度が変調された参照光２３２とを用いて情報を記録した。図１５（Ａ）の参照光の空間変調パターンは特に規則性を持たないランダムなパターンである。

その後、図１５（Ｂ）に示すように、参照光２３２と同じ変調パターンの再生用の参照光２３３を照射して情報を再生して図１５（Ｃ）に示す再生像２３４を得た。図１５（Ｃ）に示す再生像２３４は、図１５（Ａ）の情報光２３１と同じパターンに空間的に変調されており、情報が正確に再生されていることが確認された。

なお、本発明は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。例えば、情報の記録時と再生時との光路を前記実施形態においては共通させているが、これを分離させた場合にも同様に適用することができる。

Claims (25)

1. 情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、前記記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録する光情報記録装置であって、
   光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記情報光を生成する第一の空間光変調器と、
   前記光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する第二の空間光変調器とを有し、
   前記対物レンズの入射瞳面における前記情報光の領域及び前記参照光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されており、
   前記参照光は参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように前記第二の空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする光情報記録装置。
2. 情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、前記記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録する光情報記録装置であって、
   光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記情報光を生成する第一の空間光変調器と、
   前記光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する第二の空間光変調器とを有し、
   前記対物レンズの入射瞳面における前記参照光の領域は、前記情報光の領域を取り囲むように形成されており、
   前記参照光は、前記参照光の領域内において、前記情報光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに前記第二の空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする光情報記録装置。
3. 前記第一の空間光変調器及び前記第二の空間光変調器は、共通の空間光変調器の第一の表示領域及び第二の表示領域からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の光情報記録装置。
4. 前記空間光変調器は、光の強度を変調できる複数の画素を有し、前記複数の画素の位置に応じて出射光の位相が異なることを特徴とする請求項３に記載の光情報記録装置。
5. 前記空間光変調器における出射光の位相の分布は、前記参照光の進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向させる周期パターンを有することを特徴とする請求項４に記載の光情報記録装置。
6. 前記記録媒体に対して情報を記録するための光源と異なるサーボ用光源と、前記サーボ用光源からの光により前記記録媒体に記録されたアドレス・サーボ情報を得るサーボ情報取得手段とを有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
7. 情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、前記記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録する光情報記録方法であって、
   前記情報光及び前記参照光は、いずれも複数の画素によって空間的に変調され、
   前記対物レンズの入射瞳面における前記情報光の領域及び前記参照光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成され、
   前記参照光は参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように空間的に変調されていることを特徴とする光情報記録方法。
8. 情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、前記記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録する光情報記録方法であって、
   前記情報光及び前記参照光は、いずれも複数の画素によって空間的に変調され、
   前記対物レンズの入射瞳面における前記参照光の領域は、前記情報光の領域を取り囲むように形成され、
   前記参照光は、前記参照光の領域において、前記情報光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに空間的に変調されていることを特徴とする光情報記録方法。
9. 前記情報光の領域の中心、前記参照光の領域の中心及び前記複数の放射状パターンの仮想中心点が光学系の光軸であることを特徴とする請求項８に記載の光情報記録方法。
10. 前記複数の放射状パターン間における仮想中心角を変化させる又は前記複数の放射状パターンを仮想中心点を中心として回転させることでパターン形状の異なる複数の参照光を形成し、前記情報記録層の重畳する複数の領域に前記パターン形状の異なる複数の参照光を用いて複数の干渉パターンを多重記録することを特徴とする請求項８に記載の光情報記録方法。
11. 情報を担持した情報光と参照光とを対物レンズによって記録媒体に照射し、前記記録媒体の情報記録層において干渉させ、当該干渉パターンによって情報を記録する光情報記録方法であって、
    前記情報光及び前記参照光は、いずれも複数の画素によって空間的に変調され、
    前記対物レンズの入射瞳面における前記参照光の領域は、前記情報光の領域を取り囲むように、且つ前記参照光の領域の中心に対して非対称となるように形成されていることを特徴とする光情報記録方法。
12. 前記情報光及び前記参照光は、同一の空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする請求項７乃至１１のいずれか１項に記載の光情報記録方法。
13. 前記参照光は、前記空間光変調器によって、光の強度及び位相が空間的に変調されることを特徴とする請求項１２に記載の光情報記録方法。
14. 前記参照光は、前記空間光変調器によって、進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向されることを特徴とする請求項１３記載の光情報記録方法。
15. 参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生装置であって、
    光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する空間光変調器を有し、
    前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域及び当該入射瞳面における前記再生光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成されており、
    前記参照光は参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように前記空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする光情報再生装置。
16. 参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生装置であって、
    光源からの光を複数の画素によって空間的に変調することで前記参照光を生成する空間光変調器を有し、
    前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域は、当該入射瞳面における前記再生光の領域を取り囲むように形成されており、
    前記参照光は、前記参照光の領域において、前記再生光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに前記空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする光情報再生装置。
17. 前記空間光変調器は、光の強度を変調できる複数の画素を有し、前記複数の画素の位置に応じて出射光の位相が異なることを特徴とする請求項１５又は１６に記載の光情報再生装置。
18. 前記空間光変調器における出射光の位相の分布は、前記参照光の進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向させる周期パターンを有することを特徴とする請求項１７に記載の光情報再生装置。
19. 前記記録媒体に対して情報を記録するための光源と異なるサーボ用光源と、前記サーボ用光源からの光により前記記録媒体に記録されたアドレス・サーボ情報を得るサーボ情報取得手段とを有していることを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の光情報再生装置。
20. 参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生方法であって、
    前記参照光は、複数の画素によって空間的に変調され、
    前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域及び当該入射瞳面における前記再生光の領域は、いずれか一方の領域を他方の領域が取り囲むように形成され、
    前記参照光は参照光同士が前記情報記録層において干渉を生じ難いように前記空間光変調器によって空間的に変調されていることを特徴とする光情報再生方法。
21. 参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生方法であって、
    前記参照光は、複数の画素によって空間的に変調され、
    前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域は、当該入射瞳面における前記再生光の領域を取り囲むように形成され、
    前記参照光は、前記参照光の領域において、前記再生光の領域から放射状に広がる複数の放射状パターンに空間的に変調されていることを特徴とする光情報再生方法。
22. 前記参照光の領域の中心及び前記複数の放射状パターンの仮想中心点が光学系の光軸であることを特徴とする請求項２１に記載の光情報再生方法。
23. 参照光を対物レンズによって記録媒体に照射し、前記参照光と前記記録媒体の情報記録層に記録された干渉パターンとを干渉させることで、情報を担持した再生光を発生させて情報を再生する光情報再生方法であって、
    前記参照光は、複数の画素によって空間的に変調され、
    前記対物レンズの前記参照光についての入射瞳面における前記参照光の領域は、当該入射瞳面における前記再生光の領域を取り囲むように、且つ前記参照光の領域の中心に対して非対称となるように形成されていることを特徴とする光情報再生方法。
24. 前記参照光は、空間光変調器によって、光の強度及び位相が空間的に変調されることを特徴とする請求項２０乃至２３のいずれか１項に記載の光情報再生方法。
25. 前記参照光は、前記空間光変調器によって、進行方向を光学系の光軸方向以外の方向に偏向されることを特徴とする請求項２４に記載の光情報再生方法。

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