JP2007101608A - ホログラム記録再生装置およびホログラム再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】参照光がノイズとなることがないホログラム記録再生装置を提供する。
【解決手段】コリニアホログラム記録再生装置において、ホログラム記録再生媒体２０７からの光ビームの復路には、再生光１３に基づきアレイ型光検出器６の上にホログラムの像を形成する対物レンズ４と、参照光９を回折する偏光依存性回折素子１２と、を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明はホログラム記録再生装置およびホログラム再生装置に関する。

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、ホログラム記録再生媒体上で信号光と参照光とが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）が形成され、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。

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形成された回折格子（ホログラム）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。

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、二つの記録再生方式が提案されている。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記録・再生方式と、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記録再生方式とである。コリニア方式においては、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空間光変調器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（例えば、特許文献１、非特許文献１を参照）。

記録再生装置（記録および再生装置）の要部となる記録再生用光学部１５０を図７に示す。図７に示す記録再生用光学部１５０を参照して、透過型のコリニア記録・再生方式について簡単に説明をする。

まず情報の記録に関しては、情報の記録再生用のレーザ光源１０１から出射された光ビームはコリメートレンズ１０２を介して、空間光変調器１０３に入射する。空間光変調器１０３により、光ビームの一部は記録情報を反映した光強度変調パターンを有する信号光１０８として、光ビームの他の一部は光強度変調されない、または特定の光強度変調をされた参照光１０９として空間的に分離されて、対物レンズ１０４に至る。すなわち、レーザ光源１０１からホログラム記録再生媒体３０７至る光ビームの光路である往路には、コリメートレンズ１０２、空間光変調器１０３、対物レンズ１０４が配置されている。ここで空間光変調器１０３はアレイ状の液晶パネルと偏光板の組み合わせ等が用いられる。同一の対物レンズ１０７に対して信号光１０８と参照光１０９とを通過させるのでコリニア方式と呼ばれる。対物レンズ１０４によって、信号光１０８と参照光１０９とは透過型の透過型のホログラム記録再生媒体３０７内の情報の記録層に干渉縞、すなわちホログラムを形成する。

次に情報の再生に関しては、レーザ光源１０１を出た光はコリメートレンズ１０２を通過して、空間光変調器１０３に至る。そして、この光ビームから生成される信号光１０８は透過率を０％に制御された空間光変調器１０３で遮断され、参照光１０９のみが、対物レンズ１０４を介して、記録されたホログラムを照明する。透過型の透過型のホログラム記録再生媒体３０７内のホログラムにより回折作用を受けた光ビームは、対物レンズ１０５を通過して、アレイ状に受光素子が配置されたアレイ型光検出器１０６上に再生像を形成し、再生像の光強度の空間分布をアレイ型光検出器１０６で検出する。ここでアレイ型光検出器１０６は、例えば、ＣＣＤセンサまたはＣ−ＭＯＳセンサが用いられる。すなわち、ホログラム記録再生媒体３０７から空間光変調器１０３に至る光ビームの光路である復路には、対物レンズ１０５が配置されている。

コリニア方式においては、記録再生用光学部は、反射型とすることも可能である。図８に反射型の記録再生用光学部１５１の構成例を示す。図７におけると同様の構成を有し、同様の作用を奏する部分には、同一の符号を付して説明を省略する。反射型のコリニア記録再生方式においては、情報の記録層の背後に反射膜を有する反射型のホログラム記録再生媒体２０７を用いる。情報の記録に関しては、透過型とほぼ同様であるが、信号光１０８と参照光１０９とは、偏光ビームスプリッタ１１０を通過して、１／４波長板１１１で円偏光に変換されて、対物レンズ１０４によってホログラム記録再生媒体２０７内の情報の記録層にホログラムを形成する。情報の再生に関しては、ホログラム記録再生媒体２０７内のホログラムにより回折および反射作用を受けた光ビームは、対物レンズ１０４を通過、１／４波長板１１１で往路と直交した直線偏光に変換され、偏光ビームスプリッタ１１０で反射して、アレイ型光検出器１０６上にホログラム像を形成し、再生像の光強度の空間分布をアレイ型光検出器１０６で検出する。すなわち、レーザ光源１０１からホログラム記録再生媒体２０７至る光ビームの光路である往路には、コリメートレンズ１０２、空間光変調器１０３、偏光ビームスプリッタ１１０、１／４波長板１１１、対物レンズ１０４が配置されている。また、ホログラム記録再生媒体３０７から空間光変調器１０３に至る光ビームの光路である復路には、対物レンズ１０４、１／４波長板１１１、偏光ビームスプリッタ１１０が配置されている。なお、１／４波長板１１１を設けずに、偏光ビームスプリッタ１１０に替えてビームスプリッタを用いるものも知られている。

図９に、上述したホログラム記録再生装置の空間光変調器１０３を通過した信号光１０８、参照光１０９を分割するための空間光変調器１０３に配されるパターンの一例を示す。一般的に、光学性能のよい内周部分に信号光１０８を発生させるための信号光領域１１８を配し、外周部分に参照光１０９を発生させるための参照光領域１１９を配して、信号光領域１１８と参照光領域１１９との間にギャップが設けられる。

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り、種々の多重記録方式が提案されている（例えば、非特許文献１を参照）。
米国特許第６１０８１１０号公報 日経エレクトロニクス２００５年１月１７日号Ｐ１０６〜１１４

このようなコリニアホログラム記録再生装置において、再生時において、参照光が光検出器まで導かれると、微弱な光量のホログラムの再生像に対して、参照光の復路における散乱光がホログラムの再生像内のノイズとなり、安定なホログラムの信号検出の妨げとなっていた。

そこで、本発明は、上述した課題を解決し、参照光が光検出器まで導かれ、参照光の復路における散乱光がホログラム再生像内のノイズとなることがないホログラム記録再生装置およびホログラム再生装置を提供するものである。

かかる課題を解決するため、本発明のホログラム記録再生装置は、レーザ光源からホログラム記録再生媒体に至る間に光学部品が配置された往路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に情報を記録し、前記ホログラム記録再生媒体からアレイ型光検出器に至る間に光学部品が配置された復路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に記録された情報を再生するホログラム記録再生装置において、前記往路には、前記レーザ光源からの光ビームから光路を共通にする空間的に分割された信号光および参照光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器からの信号光および参照光の各々を前記ホログラム記録再生媒体に集光する対物レンズと、を具備し、前記復路には、前記ホログラム記録再生媒体からの再生光に基づき前記アレイ型光検出器の上にホログラムの像を形成する対物レンズと、ホログラムの実像面に配置され、前記アレイ型光検出器の上にホログラムの像を形成する対物レンズから前記アレイ型光検出器に入射する参照光を回折する偏光依存性回折素子と、を具備することとした。

このホログラム記録再生装置では、レーザ光源からホログラム記録再生媒体に至る間に光学部品が配置された往路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に情報を記録する。また、前記ホログラム記録再生媒体からアレイ型光検出器に至る間に光学部品が配置された復路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に記録された情報を再生するものである。そして、前記往路には、空間光変調器を具備するので、前記レーザ光源からの光ビームから光路を共通にする空間的に分割された信号光および参照光を生成することができる。また、前記往路の対物レンズを具備するので、記録時においては前記ホログラム記録再生媒体に前記空間光変調器からの参照光および信号光を集光して、ホログラムを形成でき、再生時においては、前記空間光変調器からの参照光を集光して前記ホログラム記録再生媒体からの再生光を発生させることができる。一方、前記復路には、前記復路の対物レンズを具備するので、前記アレイ型光検出器の上にホログラムの像を形成することができる。さらに、ホログラムの実像面に配置される偏光依存性回折素子を具備するので、前記復路の対物レンズから前記アレイ型光検出器に入射する参照光を回折して、不要な参照光の入射を防止できる。

かかる課題を解決するため、本発明のホログラム再生装置は、レーザ光源からホログラム記録再生媒体に至る間に光学部品が配置された往路を通過する参照光を照射し、前記ホログラム記録再生媒体からアレイ型光検出器に至る間に光学部品が配置された復路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に記録された情報を再生するホログラム再生光学装置において、前記往路には、参照光を前記ホログラム記録再生媒体に集光する対物レンズを具備し、前記復路には、前記ホログラム記録再生媒体からの再生光に基づきホログラムの像を前記アレイ型光検出器の上に形成する対物レンズと、ホログラムの実像面に配置され、前記対物レンズから前記アレイ型光検出器に入射する参照光を回折する偏光依存性回折素子と、を具備することとした。

このホログラム再生装置では、レーザ光源からホログラム記録再生媒体に至る間に光学部品が配置された往路を通過する参照光を照射し、前記ホログラム記録再生媒体からアレイ型光検出器に至る間に光学部品が配置された復路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に記録された情報を再生する。そして、前記往路には、対物レンズを具備するので、参照光を前記ホログラム記録再生媒体に集光して前記ホログラム記録再生媒体からの再生光を発生させることができる。一方、前記復路には、前記復路の対物レンズを具備するので、前記アレイ型光検出器の上にホログラムの像を形成することができる。さらに、ホログラムの実像面に配置される偏光依存性回折素子を具備するので、前記復路の対物レンズから前記アレイ型光検出器に入射する参照光を回折して、不要な参照光の入射を防止できる。

本発明によれば、参照光が光検出器まで導かれることを防止し、復路における参照光が散乱光として、ホログラムの再生像にノイズとして悪影響を与えることがないホログラム記録再生装置およびホログラム再生装置を提供することができる。

（ホログラム記録再生装置について）
以下に説明する記録再生装置は、記録および再生が可能な装置であり、記録の動作に寄与する構成部（記録部）と再生の動作に寄与する構成部（再生部）とを含むものである。記録部を有する装置はホログラム記録装置を構成し、再生部を有する装置は再生装置を構成するが、以下の説明においては、両者を合わせて説明する。

図１に示す記録再生装置は、記録再生用光学部５０、サーボ用光学部５１、サーボ機構部５２、信号処理・制御部５３を主要構成部とする。

記録再生用光学部５０は、記録に寄与する構成部と、再生に寄与する構成部とを含むものである。記録に寄与する構成部は、ホログラム記録再生媒体に情報を記録する光学装置（ホログラム記録装置の記録用光学部）を構成し、再生に寄与する構成部は、ホログラム記録再生媒体から情報を再生する光学装置（ホログラム再生装置の再生用光学部）を構成するものであるが、以下の説明においては両者を合わせて説明する。

記録再生用光学部５０は、記録再生用のレーザ光源１、コリメートレンズ２、空間光変調器３、アレイ型光検出器６、偏光ビームスプリッタ１０、偏光依存性回折素子１２、１／４波長板１１、対物レンズ１４を有する。なお、ダイクロイックミラー２５は、後述するサーボ用光学部５１と光路を共用するために必要とされる光学部品であり、記録再生自体の動作において必要とされる構成部分ではない。

レーザ光源１は、例えば波長４０５ｎｍ（ナノメータ）のレーザダイオード（ＬＤ）である。コリメートレンズ２は、レーザ光源１より出射される光ビームを平行光にするレンズである。空間光変調器３は、信号光８を空間的に（２次元的に）情報（記録データ）に基づいて変調するとともに、参照光９を空間的に（２次元的に）所定パターンに基づいて変調するための光学素子であり、例えば、透過型液晶素子を用いて構成されている。空間光変調器３には、図１１に示したと同様に、円形の信号光領域１１８と信号光領域１１８を囲むように参照光のための参照光領域１１９が設けられている。そして、空間光変調器３によって信号光８と参照光９とに分離されるようになされている。なお、再生を行う場合には、円形の信号光領域１１８は必要とされない。また、空間光変調器３は、参照光の照射領域を特定するのみとして、参照光に空間的な所定パターンの変調を施さないこともできる。なお、図１において、信号光８および参照光９は、おおよその概念を説明するために符号を付したものである。

偏光ビームスプリッタ１０は、ホログラム記録再生媒体２０７に照射する光ビームである往路の光ビームを透過し、ホログラム記録再生媒体２０７から反射する光ビームである復路の光ビームをアレイ型光検出器６に導くための光学部品であり、同様の機能を有する光学部品であれば、偏光ビームスプリッタ１０に限るものではない。

偏光依存性回折素子１２は、一方の偏光成分に対しては回折現象を生じることなく、それに直交する偏光成分に対しては回折現象を生じ、０次回折光を極力抑圧した±１次光以上の回折光が現れる性質を有する光学部品であり、対物レンズ１４の前側焦点位置に配置される。ここでは、偏光依存性回折素子１２は１次元の回折格子とした。図２に偏光依存性回折素子１２の構造の例を示す。回折格子部１２ａは、参照光領域のみを包括するように形成され、回折格子部以外の部分１２ｂは信号光が普通に透過すべく、ガラスまたは樹脂等の透明材料で作られた平面である。

１／４波長板１１は、ホログラム記録再生媒体２０７からの復路の円偏光の光ビームを往路の光ビームの直線偏光の方向とは、直交する方向の直線偏光に変換するものである。対物レンズ１４は、フーリエ変換レンズである。アレイ型光検出器６は、２次元の光量変化を検出する検出器であり、例えば、ＣＣＤセンサまたはＣ−ＭＯＳセンサが用いられる。なお、記録のみを行う場合には、アレイ型光検出器６は、必要とはされない。

すなわち、図１の装置においては、レーザ光源１からホログラム記録再生媒体２０７至る光ビームの光路である往路には、コリメートレンズ２、空間光変調器３、偏光ビームスプリッタ１０、ダイクロイックミラー２５、偏光依存性回折素子１２、１／４波長板１１、対物レンズ１４が配置されている。また、ホログラム記録再生媒体２０７からアレイ型光検出器６に至る光ビームの光路である復路には、対物レンズ１４、１／４波長板１１、偏光依存性回折素子１２、ダイクロイックミラー２５、偏光ビームスプリッタ１０が配置されている。

次に、記録の動作における記録再生用光学部５０の作用について簡単に説明をした後、再生の動作における記録再生用光学部５０の作用を、図３（ａ）および図３（ｂ）に沿って特徴部である偏光依存性回折素子１２を中心に説明をする。

記録時においては、レーザ光源１から出射された光ビームは、コリメートレンズ２によって平行光とされ、空間光変調器３に入射する。空間光変調器３により生成された信号光８および参照光９は、偏光ビームスプリッタ１０を通過し、ダイクロイックミラー２５を通過し、偏光依存性回折素子１２を通過し、１／４波長板１１を通過し、対物レンズ１４を通過し、信号光８と参照光９とは、ホログラム記録再生媒体２０７中において干渉してホログラムを形成する。

次に情報の再生をする場合について説明する。レーザ光源１を出た光ビームはコリメートレンズ２を通過して、空間光変調器３に至る。そして、この光ビームから生成される信号光８は透過率を０％に制御された空間光変調器３で遮断され、参照光９のみが、偏光ビームスプリッタ１０を通過し、ダイクロイックミラー２５を通過し、偏光依存性回折素子１２を通過し、１／４波長板１１を通過し、対物レンズ１４を通過し、ホログラム記録再生媒体２０７に記録されたホログラムに照射される。

図３（ａ）に、再生時の往路における光ビームの様子を模式的に表す。ここで、偏光依存性回折素子１２に入射する直線偏光はP偏光とされ、偏光依存性回折素子１２は、P偏光に対して回折が起こらない方位にセットされている。この場合には、偏光依存性回折素子１２を通過後の参照光９は、P偏光のままで回折は起こらない。そして、４５度方位の１／４波長板１１を通過して円偏光に変換され、ホログラム記録再生媒体２０７に円偏光で到達する。

次に図３（ｂ）を用いて、再生時の復路における光ビームの様子を模式的に表す。ホログラム記録再生媒体２０７に記録されたホログラムで反射、回折した参照光９、再生光１３はともに円偏光の光ビームであり、１／４波長板１１を透過することによって、入射と直交したＳ偏光となり、ふたたび偏光依存性回折素子１２に入射する。ここで、回折格子のない部分を通る再生光１３は、回折することなくそのまま通過する。一方、回折格子部を通過する参照光９は、そのほとんどが±１次光として回折されてその進行方向をかえる。このときに±１次光の回折角度を充分に大きき設計をしておけば、±１次光すなわち参照光９がアレイ型光検出器６への光路の内に混入することがなく、再生光１３のみを光検出器で検出することが可能となる。

（ホログラム記録再生媒体、サーボ用光学部、サーボ機構部、信号処理・制御部について）
図１に沿ってホログラム記録再生媒体２０７、サーボ用光学部５１、サーボ機構部５２および信号処理・制御部５３について簡単に説明する。

まず、ホログラム記録再生媒体２０７について簡単に説明する。

ホログラム記録再生媒体２０７は、円盤状（ディスク状）であり、保護層２０７a、記録層２０７ｂ、グルーブ２０７ｃおよび反射層２０７ｄを有し、信号光８と参照光９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。記録層２０７ｂとグルーブ２０７ｃとの境界には、ホログラム記録再生光源を反射し、サーボ用光源を透過するダイクロイック膜が施される。そして、保護層２０７aは、記録層２０７ｂを外界から保護するための層であり、記録層２０７ｂは、この干渉縞を屈折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が変化する材料であれば、無機材料として、例えば、ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ３）、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。このように、記録層２０７ｂの屈折率が露光量に応じて変化することで、参照光９と信号光８との干渉によって生じる干渉縞を屈折率の変化としてホログラム記録再生媒体２０７に記録できるようになされている。

次にサーボ用光学部５１について簡単に説明する。

サーボ用光学部５１は対物レンズ１４を記録再生用光学部５０と共用する。このために波長選択素子であるダイクロイックミラー２５が設けられている。

サーボ用光源２６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、レーザ光源１とは波長の異なるレーザ光を出射する。サーボ用光源２６は、レーザダイオードであり、その発振波長としては、例えば６５０ｎｍを使用して、ホログラム記録再生媒体２０７の記録層２０７ｂに対して感度を小さくして、記録再生の動作に影響を与えないようにするとともに、サーボ信号の分離が容易となるようになされている。

コリメートレンズ２７は、サーボ用光源２６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２８は、コリメートレンズ２７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る。

ビームスプリッタ２９は、グレーティング２８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２０７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３０は、ビームスプリッタ２９からの戻り光を受光素子３３に向けて反射する光学素子である。

集光用レンズ３１は、ミラー３０からの戻り光を受光素子３３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３２は、フォーカスサーボ制御のために集光用レンズ３１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３３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。

サーボ機構部５２について説明をする。

サーボ機構部５２は、フォーカスアクチュエータ４０と、トラッキングアクチュエータ４１とを備える。フォーカスアクチュエータ４０は、対物レンズ１４をホログラム記録再生媒体２０７の表面に対して垂直方向に駆動して、対物レンズ１４で集光される光スポットの位置を制御するフォーカスサーボの機構部である。トラッキングアクチュエータ４１は、対物レンズ１４をホログラム記録再生媒体２０７の半径方向に対して駆動させるトラッキングサーボの機構部である。フォーカスアクチュエータ４０およびトラッキングアクチュエータ４１は、信号処理・制御部５３からの制御に基づきフォーカスサーボおよびトラッキングサーボを行う。さらに、スピンドルモータ４２を備えており、ホログラム記録再生媒体２０７を回転させる。

信号処理・制御部５３について説明をする。

信号処理・制御部５３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、フォーカスアクチュエータ４０を制御し、ラッキングアクチュエータ４１およびスピンドルモータ４２を制御する。

記録再生用光学部５０の説明において、ホログラム記録再生媒体２０７上の記録再生の領域を特定して記録再生の動作を行うことを上述したが、この記録再生の領域の特定は上述した、サーボ用光学部５１、サーボ機構部５２および信号処理・制御部５３の作用によって行われる。以下簡単に、記録再生の領域を特定するための、スピンドルサーボ、フォーカスサーボ、トラッキングサーボの動作並びに信号処理の動作について簡単に説明する。

まず、サーボ用光源２６から出射される光ビームは、コリメートレンズ２７、グレーティング２８、ビームスプリッタ２９、ダイクロイックミラー２５、を通り、対物レンズ１４を通過し、ホログラム記録再生媒体２０７のグルーブ２０７ｃが形成された反射層２０７ｄで反射して、再び、対物レンズ１４、ダイクロイックミラー２５、ビームスプリッタ２９を経て、ミラー３０、集光用レンズ３１、シリンドリカルレンズ３２、受光素子３３に至る。このときに、サーボ用光源２６から出射される光ビームは、ダイクロイックミラー２５の中心部および偏光依存性回折素子１２の中心部であって、回折格子部以外の部分１２ｂを通過するようになされており、偏光依存性回折素子１２の存在の影響を受けないようになされている。

そして、受光素子３３は、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５３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、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、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フォーカスアクチュエータ４０を制御し、このトラッキングエラー信号およびグルーブ２０７ｃから解読されたアドレスに基づきトラッキングアクチュエータ４１およびホログラム記録再生媒体２０７を回転させるためのスピンドルモータ４２を制御して、ホログラム記録再生媒体２０７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み、ホログラム記録再生媒体２０７の所定の領域のホログラムから再生信号を得ることができる。

信号処理・制御部５３は、記録時、再生時のいずれにおいても、記録再生用光学部５０を制御する。すなわち書き込み時には、情報（記録データ）に応じて信号処理・制御部５３からの信号によって空間光変調器３に情報（記録データ）に基づいた２次元的のパターンを信号光領域１１８および参照光領域１１９に表示する。一方、再生時には、空間光変調器３に参照光領域１１９の２次元的なパターンを書き込み、アレイ型光検出器６からの出力を信号処理・制御部５３において処理する。

（偏光依存型回折素子について）
上述した偏光依存性回折素子１２は、１次元の偏光依存型回折格子としたが、必ずしも１次元構造である必要はない。目的とする効果が得られるあらゆる回折格子パターンが有効となる。本実施形態において用いることが可能である一般的な偏光依存性回折素子の原理を示す。図４に示すように媒質７１と媒質７２とが交互に並んだ回折格子において、ｘ、ｙの方向に対して、以下の式１が示す条件が、本実施形態においては必要とされる。ここで、ｎｘ１は媒質７１のｘ方向の屈折率、ｎｘ２は媒質７２のｘ方向の屈折率、ｎｙ１は媒質７１のｙ方向の屈折率、ｎｙ２は媒質７２のｙ方向の屈折率、また、Δdは媒質７１と媒質７２との間の物理的な光路差、λは光源の波長を各々表すものである。

（式１）
（ｎｘ１−ｎｘ２）Δｄ＝０
（ｎｙ１−ｎｙ２）Δｄ＝±λ／２

また、このときの回折角は以下の式２で表される。ここで、Ｐはピッチを表すものである。

（式２）
ｓｉｎθ＝Ｐ／λ

式１は、媒質７１と２の間の光学的な光路差の満たされるべき条件である。ｘ方向の偏光に対して光路差が０、すなわち回折は起こらない。一方、ｙ方向の偏光に対して光路差が１／２波長により１００％の回折効率が得られる。ここで媒質７１を等方性媒質すなわちｎｘ１＝ｎｙ１とすると、媒質７２は複屈折性媒質ということになる。また、ここではｙ方向に光路差を与えたモデルを示したが、ｘ方向と入れ替えても回折する偏光方向が入れ替わるだけで同様に成立する。また、式２に示す回折角θは、ピッチＰ（図４を参照）と波長λとで一意的に定まることを示している。

このような原理に基づく、実際の偏光依存性回折素子の作成例としては、無機媒質の場合、一軸性結晶で屈折率ｎｏと屈折率ｎｅとを有するＬＮ（リチウムナイオベイト）等のプロトン交換で偏光依存性回折素子を作ることができる。この場合、プロトン交換を施した部分の屈折率ｎｏと屈折率ｎｅとがそれぞれ変化して、誘電体格子を併用することにより（式１）を満足する複屈折素子が実現される（参考文献：回折光学素子入門 オプトロニクス社 Ｐ．１４９）。有機媒質の場合は、たとえば等方性媒質の間に、異方性のあるたとえば液晶分子などを整列させて、複屈折を有する周期的な構造を作る等の手法が考えられる。

実際に有機媒質を用いて試作を行い、比較実験をした結果を図４（ａ）、図４（ｂ）に示す。図４（ａ）は、偏光依存性回折素子がある場合のアレイ型光検出器６における参照光の像であり、図４（ｂ）は、偏光依存性回折素子がない場合のアレイ型光検出器６における参照光の像である。偏光依存性回折素子がある場合の再生信号領域（中心部の黒い範）に注目すると、図４（ａ）では、図４（ｂ）に較べて、参照光の散乱ノイズ（白い斑点）が低減していることが確認できた。なお、ここで、用いた素子の回折光の０次光抑圧比は１／４であった。０次光を０％とする理想特性により近い偏光依存性回折素子を用いれば、ノイズ低減の効果はさらに向上する。

また、この素子を配置する場所に関しては、上述の対物レンズ４の前側焦点面に限るものではない。メディアからの戻り光路内、再生ホログラムの実像面、すなわち再生光と参照光が分離している場所であればどこに配置しても同様の効果が得られる。

上述した、実施形態の記録再生用光学部５０を用いるホログラム記録再生装置においては、偏光依存性回折素子１２の回折格子部１２ａを通過する参照光９は、そのほとんどが±１次光として回折されて、再生光１３のみをアレイ型光検出器６で検出するので、再生光１３に含まれる情報のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が悪い場合、例えば、低い回折効率の信号から記録された情報を検出する場合であっても、品質よく情報の再生が、できるようになる。その結果、ホログラム多重記録方式におけるホログラムの多重数の増加が可能となり、より高密度なホログラム記録再生が実現される。

また、上述の記録再生装置のみならず、本実施形態の要部である偏光依存性回折素子１２を用い、記録機能を有さないホログラム再生装置においても、再生光１３に含まれる情報のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が悪い場合、例えば、低い回折効率のホログラムから、記録された情報を検出する場合であっても、品質よく情報の再生ができるようになる。

（別の実施形態について）

図６を参照して、別の実施形態の記録再生装置の要部である別の記録再生用光学部６０について説明する。別の実施形態の記録再生装置のサーボ用光学部、サーボ機構部、信号処理・制御部は、上述した実施形態におけるとほぼ同様であるので、説明を省略する、また、別の記録再生用光学部６０において、記録再生用光学部５０と同様の構成を有し、同様の作用を奏する部分には同一の符号を付して、その説明を省略する。

記録再生用光学部６０は、透過型のホログラム記録再生媒体３０７に対応を可能とする記録再生用の光学部であり、偏光ビームスプリッタ１０は設けられていない。また、アレイ型光検出器６は、透過型の記録再生媒体３０７の反対面に配置されている。この理由は、記録再生用光学部５０においては、再生時において参照光９を反射型のホログラム記録再生媒体２０７に照射して得られる再生光１３の光路が参照光９と同一の光路となるが、透過型のホログラム記録再生媒体３０７を用いる場合には、再生光１３は、ホログラム記録再生媒体３０７の反対面に生じるためであり、参照光９と再生光１３とを偏光ビームスプリッタ１０で分離する必要がないからである。また、記録および再生に用いられる記録再生用対物レンズ６４および再生に用いられる再生用対物レンズ６１の２つの対物レンズが設けられている。そして、偏光依存性回折素子１２は、再生されるホログラムの実像面に配置されている。

すなわち、レーザ光源１からホログラム記録再生媒体３０７至る光ビームの光路である往路には、コリメートレンズ２、空間光変調器３、対物レンズ６４が配置されている。また、ホログラム記録再生媒体３０７からアレイ型光検出器６に至る光ビームの光路である復路には、再生用対物レンズ６１、偏光依存性回折素子１２が配置されている。

次に、記録時における、記録再生用光学部６０の作用について説明をする。記録時においては、レーザ光源１から出射された光ビームは、コリメートレンズ２によって平行光とされ、空間光変調器３に入射する。空間光変調器３により生成された信号光８および参照光９は、記録再生用対物レンズ６４を通過し、信号光８と参照光９は、ホログラム記録再生媒体３０７中において干渉してホログラムを形成する。

次に情報の再生をする場合について説明する。レーザ光源１を出た光ビームはコリメートレンズ２を通過して、空間光変調器３に至る。そして、この光ビームから生成される信号光は透過率を０％に制御された空間光変調器３で遮断され、参照光９のみが、対物レンズ１４を通過し、ホログラム記録再生媒体３０７に記録されたホログラムに照明される。参照光９の照射により再生光１３が発生するとともに、参照光９もホログラム記録再生媒体３０７を透過して、再生用対物レンズ６１を介して、ホログラム像をアレイ型光検出器６で検出して記録された情報を再生する。このときに、偏光依存性回折素子１２に照射される再生光１３と参照光９の偏光の方位が異なっている。予め、再生光１３に対しては回折が生ぜず、参照光９については回折が生じるように、偏光依存性回折素子１２は配されているので、アレイ型光検出器６では、参照光９の影響が取り除ける。

別の実施形態の記録再生用光学部６０を用いる記録再生装置においても、上述した実施形態と同様に偏光依存性回折素子１２の回折格子部１２ａを通過する参照光９は、そのほとんどが±１次光として回折されて、再生光１３のみをアレイ型光検出器６で検出するので、再生光１３に含まれる情報のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が悪い場合、例えば、低い回折効率の信号から記録された情報を検出する場合であっても、品質よく情報の再生が、できるようになる。その結果、ホログラム多重記録方式におけるホログラムの多重数の増加が可能となり、より高密度なホログラム再生が実現される。

実施形態の記録再生装置の構成図である。 実施形態の偏光依存性回折素子の構成図である。 実施形態の記録再生用光学部の作用を説明する図である。 実施形態の偏光依存性回折素子の原理を説明する図である。 実施形態および背景技術における空間光変調器の像である。 別の実施形態の記録再生用光学部の構成図である。 背景技術の記録再生装置の構成図である。 別の背景技術の記録再生装置の構成図である。 空間光変調器のパターン例を示す図である。

符号の説明

１ レーザ光源、２ コリメートレンズ、３ 空間光変調器、６ アレイ型光検出器、８ 信号光、９ 参照光、１０ ビームスプリッタ、１１ １／４波長板、１２ 偏光依存性回折素子、１３ 再生光、１４、６１，６４ 対物レンズ、５０、６０ 記録再生用光学部、５１ サーボ用光学部、５２ サーボ機構部、５３ 信号処理・制御部、２０７、３０７ ホログラム記録再生媒体、

Claims (7)

1. レーザ光源からホログラム記録再生媒体に至る間に光学部品が配置された往路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に情報を記録し、前記ホログラム記録再生媒体からアレイ型光検出器に至る間に光学部品が配置された復路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に記録された情報を再生するホログラム記録再生装置において、
   前記往路には、前記レーザ光源からの光ビームから光路を共通にする空間的に分割された信号光および参照光を生成する空間光変調器と、前記空間光変調器からの信号光および参照光の各々を前記ホログラム記録再生媒体に集光する対物レンズと、
   を具備し、
   前記復路には、前記ホログラム記録再生媒体からの再生光に基づき前記アレイ型光検出器の上にホログラムの像を形成する対物レンズと、ホログラムの実像面に配置され、前記アレイ型光検出器の上にホログラムの像を形成する対物レンズから前記アレイ型光検出器に入射する参照光を回折する偏光依存性回折素子と、
   を具備することを特徴とするホログラム記録再生装置。
2. 前記偏光依存性回折素子および前記対物レンズならびに前記偏光依存性回折素子と前記対物レンズとの間にさらに付加される１／４波長板は、前記往路および前記復路に共用される光学部品とされ、
   前記偏光依存性回折素子は、前記空間光変調器からの所定方位の直線偏光の信号光および参照光の各々を回折することなく通過させ、前記対物レンズからの前記所定方位と直交する方位の直線偏光の参照光を回折す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。
3. 前記偏光依存性回折素子は、複屈折性を利用した回折格子で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２の１項に記載のホログラム記録再生装置。
4. 前記偏光依存性回折素子は、複屈折性を利用した無機材料の回折格子で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２の１項に記載のホログラム記録再生装置。
5. 前記偏光依存性回折素子は、複屈折性を利用した有機材料の回折格子で構成されることを特徴とする請求項１または請求項２の１項に記載のホログラム記録再生装置。
6. 前記偏光依存性回折素子は、前記アレイ型光検出器の上にホログラムの像を形成する対物レンズの前側焦点面近傍に配置されることを特徴とする請求項１または請求項２の１項に記載のホログラム記録再生装置。
7. レーザ光源からホログラム記録再生媒体に至る間に光学部品が配置された往路を通過する参照光を照射し、前記ホログラム記録再生媒体からアレイ型光検出器に至る間に光学部品が配置された復路を通過する光ビームによって前記ホログラム記録再生媒体に記録された情報を再生するホログラム再生光学装置において、
   前記往路には、参照光を前記ホログラム記録再生媒体に集光する対物レンズを具備し、
   前記復路には、前記ホログラム記録再生媒体からの再生光に基づきホログラムの像を前記アレイ型光検出器の上に形成する対物レンズと、ホログラムの実像面に配置され、前記対物レンズから前記アレイ型光検出器に入射する参照光を回折する偏光依存性回折素子と、を具備することを特徴とするホログラム再生装置。
   

Images