JP2008108359A - 光情報記録装置及び光情報再生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で記録特性が良好で光量ロスの小さい光情報記録装置と簡単な構成で良好な品質の信号が得られる光情報再生装置を提供する。
【解決手段】光情報記録再生装置は、ミラー３Ｂと対物レンズ９との間の光路中に、偏光ホログラムパターンが透明基板表面に形成された表面レリーフ型のホログラム素子８を有し、ホログラム素子８と対物レンズ９との間の光路中に１／４波長板８Ｑを有する。記録時、対物レンズ９から出射した参照光Ｌｂが、対物レンズ９から出射した情報光Ｌａの集光点と重なるとともに、情報光Ｌａの集光点からずれた位置で集光するように、偏光ホログラムパターン８ｃが参照光Ｌｂを回折させる。再生時、対物レンズ９から出射した復路の参照光Ｍｂが往路の参照光Ｌｂの光路から外れるように、偏光ホログラムパターン８ｃが往路の参照光Ｌｂを回折させる。偏光ホログラムパターン８ｃは参照光Ｌｂ，Ｍｂに対して凹レンズとして作用する。
【選択図】図４

Description

本発明は光情報記録装置及び光情報再生装置に関するものであり、更に詳しくは、情報光と参照光との干渉により得られる干渉縞で記録媒体に情報をホログラム記録する光情報記録装置と、記録媒体に干渉縞でホログラム記録されている情報を干渉縞による参照光の回折により再生する光情報再生装置と、に関するものである。

記録媒体に情報をホログラム記録する光情報記録装置においては、干渉縞を生成するために情報光と参照光とを記録媒体内部で重ね合わせる必要がある。このため、単一のビームから情報光と参照光を得なければならないが、ビームの分離・合成を簡単な構成で特性の劣化無く行うことは困難であり、結果として、干渉縞を高いコントラストで得ることができない。この問題を解決するため、従来より様々なタイプの光情報記録装置が提案されている。例えば、特許文献１，２には空間光変調器でビームの一部を回折させてビームを２分する構成が提案されており、特許文献３には空間光変調器とその外側に配置した拡散板とでビームを２分する構成が提案されている。
特開２００６−３９１８１号公報 ＷＯ２００４／１０２５４２号公報 特開２００５−２９２７６５号公報

しかしながら、特許文献１〜３で提案されている構成では、一様な光強度のビームが生成しにくく、光量ロスが生じてしまう。また、記録時には干渉縞のコントラストが低いため良好な記録特性が得られず、再生時には受光素子に入射する迷光が生じやすいため良好な品質の信号が得られない。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、その目的は、簡単な構成でありながら記録特性が良好で光量ロスの小さい光情報記録装置を提供することにある。また、簡単な構成でありながら良好な品質の信号が得られる光情報再生装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、第１の発明の光情報記録再生装置は、記録時には、レーザ光源から出射したレーザビームのうち、中心部分を空間光変調器で空間的に変調して情報光とし、周辺部分をミラーで反射させて記録用の参照光とし、その情報光と参照光を対物レンズで記録媒体に照射して、情報光と参照光との干渉により得られる干渉縞で記録媒体に情報をホログラム記録し、再生時には、レーザ光源から出射したレーザビームのうち、周辺部分をミラーで反射させて再生用の参照光とし、その参照光を情報が干渉縞でホログラム記録された記録媒体に対物レンズで照射して、干渉縞による参照光の回折により情報を再生する光情報記録再生装置であって、前記ミラーと対物レンズとの間の光路中に、特定の直線偏光のみを回折させるリング状の偏光ホログラムパターンが透明基板の表面に形成された表面レリーフ型のホログラム素子を有し、その偏光ホログラムパターンと対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を有し、前記対物レンズから記録媒体側に出射した参照光が、前記対物レンズから記録媒体側に出射した情報光の集光点近傍で重なるとともに、情報光の集光点からずれた位置で集光するように、前記ホログラムパターンが参照光を回折させ、前記対物レンズから出射した復路の参照光が復路の情報光の光路から外れるように、前記ホログラムパターンが往路の参照光を回折させ、前記ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用することを特徴とする。

第２の発明の光情報記録装置は、レーザ光源から出射したレーザビームのうち、中心部分を空間光変調器で空間的に変調して情報光とし、周辺部分をミラーで反射させて記録用の参照光とし、その情報光と参照光を対物レンズで記録媒体に照射して、情報光と参照光との干渉により得られる干渉縞で記録媒体に情報をホログラム記録する光情報記録装置であって、前記ミラーと対物レンズとの間の光路中にホログラムパターンを有し、前記対物レンズから記録媒体側に出射した参照光が、前記対物レンズから記録媒体側に出射した情報光の集光点近傍で重なるとともに、情報光の集光点からずれた位置で集光するように、前記ホログラムパターンが参照光を回折させることを特徴とする。

第３の発明の光情報記録装置は、上記第２の発明において、前記ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用することを特徴とする。

第４の発明の光情報記録装置は、上記第２又は第３の発明において、前記ホログラムパターンが表面レリーフ型のホログラム素子で構成されており、透明基板の表面にリング状に形成されていることを特徴とする。

第５の発明の光情報記録装置は、上記第２〜第４のいずれか１つの発明において、前記ホログラムパターンが特定の直線偏光のみを回折させる偏光ホログラムパターンであり、その偏光ホログラムパターンと前記対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を有することを特徴とする。

第６の発明の光情報再生装置は、レーザ光源から出射したレーザビームのうち、周辺部分をミラーで反射させて再生用の参照光とし、その参照光を情報が干渉縞でホログラム記録された記録媒体に対物レンズで照射して、干渉縞による参照光の回折により情報を再生する光情報再生装置であって、前記ミラーと対物レンズとの間の光路中にホログラムパターンを有し、前記対物レンズから出射した復路の参照光が往路の参照光の光路から外れるように、前記ホログラムパターンが往路の参照光を回折させることを特徴とする。

第７の発明の光情報再生装置は、上記第６の発明において、前記ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用することを特徴とする。

第８の発明の光情報再生装置は、上記第６又は第７の発明において、前記ホログラムパターンが表面レリーフ型のホログラム素子で構成されており、透明基板の表面にリング状に形成されていることを特徴とする。

第９の発明の光情報再生装置は、上記第６〜第８のいずれか１つの発明において、前記ホログラムパターンが特定の直線偏光のみを回折させる偏光ホログラムパターンであり、その偏光ホログラムパターンと前記対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を有することを特徴とする。

第１又は第２の発明によれば、対物レンズから記録媒体側に出射した参照光が、対物レンズから記録媒体側に出射した情報光の集光点近傍で重なるとともに、情報光の集光点からずれた位置で集光するように、ホログラムパターンが参照光を回折させるので、簡単な構成でありながら干渉縞を高いコントラストで得ることができる。したがって、良好な記録特性で記録媒体に情報を記録することができる。しかも、回折により一様な光強度のビームを生成することができるので、光量ロスを小さくすることができる。

第１又は第３の発明によれば、ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用するため、参照光は広がったビームとして情報光とその集光点付近で均一に重なることになる。したがって、簡単な構成でありながら干渉縞をより一層高いコントラストで得ることができ、記録特性の更なる向上を達成することができる。

第１又は第４の発明によれば、ホログラムパターンが表面レリーフ型のホログラム素子で構成されているため、高い回折効率で参照光の分離を行うことができる。また、ホログラムパターンが透明基板の表面にリング状に形成されているため、レーザビームの周辺部分から成る参照光のみを回折させることができる。その際、レーザビームの中心部分の情報光は、ホログラムパターンのリング中心部分に入射して、回折作用を受けずにホログラム素子を透過することができるので、情報光に対するホログラムパターンの影響は抑えられる。

第１又は第５の発明によれば、ホログラムパターンとして特定の直線偏光のみを回折させる偏光ホログラムパターンが配置されており、その偏光ホログラムパターンと対物レンズとの間の光路中に１／４波長板が配置されているので、偏光ホログラムパターンが往路の参照光を回折し復路の参照光を回折せずに透過させる構成にすることができる。したがって、復路の参照光が光学系内で散乱して迷光となり記録特性劣化の原因となるのを防止することができる。

第１又は第６の発明によれば、対物レンズから出射した復路の参照光が往路の参照光の光路から外れるように、ホログラムパターンが往路の参照光を回折させるので、簡単な構成でありながら迷光の発生を抑えることができる。例えば、再生時に迷光が受光素子に入射すると信号品質が低下するが、迷光の発生を抑えることにより良好な品質の信号を得ることが可能となる。

第１又は第７の発明によれば、ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用するため、復路において参照光は再生光から離れる方向に進む。したがって、より効果的に迷光の発生を抑えることができる。

第１又は第８の発明によれば、ホログラムパターンが表面レリーフ型のホログラム素子で構成されているため、高い回折効率で参照光の分離を行うことができる。また、ホログラムパターンが透明基板の表面にリング状に形成されているため、レーザビームの周辺部分から成る参照光のみを回折させることができる。したがって、より効果的に迷光の発生を抑えることができる。

第１又は第９の発明によれば、ホログラムパターンとして特定の直線偏光のみを回折させる偏光ホログラムパターンが配置されており、その偏光ホログラムパターンと対物レンズとの間の光路中に１／４波長板が配置されているので、偏光ホログラムパターンが往路の参照光を回折し復路の参照光を回折せずに透過させる構成にすることができる。したがって、復路の参照光が光学系内で散乱して迷光となり信号特性劣化の原因となるのを防止することができる。

以下、本発明に係る光情報記録装置及び光情報再生装置の実施の形態等を、図面を参照しつつ説明する。各実施の形態には光情報記録装置と光情報再生装置の両方の構成が含まれており、全体として光情報記録再生装置を構成している。つまり、光情報記録再生装置の各実施の形態は、情報光と参照光との干渉により得られる干渉縞で記録媒体に情報をホログラム記録する光情報記録機能と、記録媒体に干渉縞でホログラム記録されている情報を干渉縞による参照光の回折により再生する光情報再生機能と、を有している。また、ここでは記録媒体として円盤状の光ディスクを想定しているが、情報光と参照光との干渉により得られる干渉縞で情報のホログラム記録を行うことが可能な記録媒体であればこれに限らない。例えば、カード状や多面体状の記録媒体についても各実施の形態に適用することが可能である。

図１に第１の実施の形態の概略光学構成を示し、図２にその要部を拡大して示す。図１，図２において、１はレーザ光源(例えば半導体レーザ)、２はコリメートレンズ、３Ａは空間光変調器、３Ｂはミラー、４はビームスプリッタ、５は受光素子(例えばＣＣＤ：Charge Coupled Device)、６はリレーレンズ(６ａ：第１リレーレンズ，６ｂ：第２リレーレンズ)、７はミラー、８はホログラム素子、９は対物レンズ、１０は記録媒体、１１はアクチュエータである。

第１の実施の形態の光学構成を、情報の記録時と再生時の各光路に沿って以下に説明する。図１に示すように、情報の記録時には、レーザ光源１から出射したレーザビームが、コリメートレンズ２で平行ビームに変換された後、空間光変調器３Ａとミラー３Ｂに斜め入射する。そして、レーザビームの中心部分は空間光変調器３Ａで空間的に変調されて情報光Ｌａとなり、レーザビームの周辺部分はミラー３Ｂで反射されて記録用の参照光Ｌｂとなる。

空間光変調器３Ａは、入射光を空間的に変調して２次元デジタルパターン情報を出射光に担持させる反射型の光変調素子である。この空間光変調器３Ａの具体例としては、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)，反射型の液晶表示素子が挙げられる。空間光変調器３Ａとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが情報光Ｌａとなり、ビームスプリッタ４に向けて出射される。空間光変調器３Ａとして反射型の液晶表示素子を用いた場合、それに入射した光は、液晶の配向制御により画素毎のＯＮ／ＯＦＦで反射又は吸収されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態の画素からの反射光が情報光Ｌａとなり、ビームスプリッタ４に向けて出射される。

ミラー３Ｂは平面ミラーであり、空間光変調器３Ａの周囲にリング状に配置されている。例えば、空間光変調器３Ａのカバーガラスの表面のうち、入射光を変調する領域の周辺部分に反射コーティング(例えばアルミコーティング)を施すことにより、ミラー３Ｂを構成することができる。その場合、レーザビームの中心部分はミラー３Ｂのリング中心部分を透過して、空間光変調器３Ａで反射されることになる。ミラー３Ｂで反射されたレーザビームは、空間光変調器３Ａで反射されたレーザビームと同軸の状態を保ちながら、ビームスプリッタ４に入射する。

ビームスプリッタ４は、入射光を透過光と反射光とに光量を２分割するハーフミラーとして機能する。したがって、ビームスプリッタ４に入射した情報光Ｌａと参照光Ｌｂは、その光量の半分がビームスプリッタ４を透過して、リレーレンズ６に入射する。リレーレンズ６は、第１リレーレンズ６ａと第２リレーレンズ６ｂとから成っており、情報光Ｌａで対物レンズ９の入射瞳面に(空間光変調器３Ａで表現された)２次元デジタルパターン情報を結像させる。なお、第１リレーレンズ６ａと第２リレーレンズ６ｂとの間のフーリエ面にフィルタを配置することにより、所望のフィルタリングによる画質改善を行うことも可能である。

リレーレンズ６から出射した情報光Ｌａと参照光Ｌｂは、ミラー７で反射された後、ホログラム素子８に入射する。ホログラム素子８は、対物レンズ９と共にアクチュエータ１１に取り付けられている。アクチュエータ１１は、フォーカシング，トラッキング等の際に対物レンズ９を移動させるための駆動機構である。そのアクチュエータ１１の一部を成して移動するアクチュエータ可動子は、ホログラム素子８，対物レンズ９，レンズホルダー(不図示)等で構成されている。つまり、対物レンズ９を保持するレンズホルダーに、ホログラム素子８，対物レンズ９等が一体的に設けられた構成になっている。対物レンズ９と共にホログラム素子８もアクチュエータ１１に搭載されているので、対物レンズ９とホログラム素子８との位置関係が常に(情報の記録時・再生時共に)一定に保たれる。したがって、ホログラム素子８と対物レンズ９との位置ズレによる特性劣化を回避することができる。

図３に、ホログラム素子８の具体例を示す。図３(Ａ)はホログラム素子８の表面側外観を示しており、図３(Ｂ)は図３(Ａ)におけるｘ−ｘ’線断面を示している。ホログラム素子８は、ホログラムパターン８ｂを透明基板８ａ上に形成して成る表面レリーフ型のホログラム素子８である。そのホログラムパターン８ｂは、透明基板８ａの表面にリング状に形成されており、参照光Ｌｂに対して凹レンズとして作用するホログラムレンズを構成している。

ホログラム素子８におけるホログラムパターン８ｂ以外の部分では、平行平面板から成る透明基板８ａからの作用のみを入射光が受けることになる。ホログラム素子８への入射光のうち、参照光Ｌｂはホログラムパターン８ｂに入射し、情報光Ｌａはホログラムパターン８ｂのリング中心部分に入射する。したがって、参照光Ｌｂはホログラムパターン８ｂによる回折作用を受けた後、対物レンズ９で集光され、一方、情報光Ｌａはホログラムパターン８ｂの回折作用を受けずにホログラム素子８を透過して対物レンズ９で集光されることになる。

図２に示すように、対物レンズ９は情報光Ｌａと参照光Ｌｂで記録媒体１０を照射し、情報光Ｌａと参照光Ｌｂとの干渉により得られる干渉縞で記録媒体１０を露光して、情報を記録媒体１０にホログラム記録する。その際、対物レンズ９から記録媒体１０側に出射した参照光Ｌｂが、対物レンズ９から記録媒体１０側に出射した情報光Ｌａの集光点と重なるとともに、情報光Ｌａの集光点からずれた位置で集光するように、ホログラムパターン８ｂは参照光Ｌｂを回折させる。拡散させるのではなく、参照光Ｌｂを絞りつつ集光点を外側へ離すことにより情報光Ｌａの方へ向けることになるので、高いコントラストで干渉縞を形成することができる。

上記のように集光点位置を縦横方向にずらしたり中央にデフォーカスしながら集光させたりする回折作用は、光学的なパワーや軸のズレを持たせたホログラムレンズをホログラムパターン８ｂで構成することにより実現可能である。そして、このホログラムパターン８ｂの回折作用を利用すれば、簡単な構成でありながら干渉縞を高いコントラストで得ることができるので、良好な記録特性で記録媒体１０に情報を記録することができる。しかも、回折により一様な光強度の情報光Ｌａと参照光Ｌｂを生成することができるので、光量ロスを小さくすることができる。対物レンズ９の直前で参照光Ｌｂのみが回折するため、光量ロス低減の効果はより一層大きなものとなる。

ホログラムパターン８ｂが参照光Ｌｂに対して凹レンズとして作用するため、参照光Ｌｂは広がったビームとして情報光Ｌａとその集光点付近で均一に重なることになる。したがって、簡単な構成でありながら凹レンズ効果により更に高いコントラストで干渉縞を得ることができ、記録特性の更なる向上を達成することができる。

ホログラムパターン８ｂが表面レリーフ型のホログラム素子８で構成されているため、高い回折効率で参照光Ｌｂの分離を行うことができる。このシステム中のホログラムパターン８ｂはブレーズ化することが可能であるため、高い回折効率によってほぼ全ての光を情報光Ｌａと交わらせることができる。また、ホログラムパターン８ｂの面積とそれに対応するミラー３Ｂの面積を調整することにより、参照光Ｌｂの光量を調整することができる。したがって、情報光Ｌａと参照光Ｌｂの強度比を１：１に近づけることが可能である。情報光Ｌａと参照光Ｌｂの強度比を１：１に近づければ、光利用効率を上げて干渉縞のコントラストを上げることができる。

また、ホログラムパターン８ｂが透明基板８ａの表面にリング状に形成されているため、レーザビームの周辺部分から成る参照光Ｌｂのみを回折させることができる。その際、レーザビームの中心部分の情報光Ｌａは、ホログラムパターン８ｂのリング中心部分に入射して、回折作用を受けずにホログラム素子８を透過することができるので、情報光Ｌａに対するホログラムパターン８ｂの影響は抑えられる。

情報の再生時においても、レーザ光源１から出射したレーザビームは、コリメートレンズ２で平行ビームに変換された後、空間光変調器３Ａとミラー３Ｂに斜め入射する。ただし、空間光変調器３ＡはＯＦＦ状態に設定されるため、空間光変調器３Ａの遮光効果によりレーザビームの中心部分はビームスプリッタ４に入射しない。一方、レーザビームの周辺部分はリング状のミラー３Ｂで反射されて再生用の参照光Ｌｂとなり、ビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ４に入射した再生用の参照光Ｌｂは、その光量の半分がビームスプリッタ４を透過して、リレーレンズ６に入射する。

リレーレンズ６から出射した再生用の参照光Ｌｂは、ミラー７で反射された後、ホログラム素子８に入射する。ホログラム素子８に入射した参照光Ｌｂは、ホログラムパターン８ｂによる回折作用を受けた後、対物レンズ９で集光される。対物レンズ９は、情報が干渉縞でホログラム記録された記録媒体１０を、図２に示すように、参照光Ｌｂで照射する。参照光Ｌｂは記録媒体１０の干渉縞で回折され、再生光Ｍａを発生させることにより情報を再生する。その際、対物レンズ９から出射した復路の参照光Ｍｂが往路の参照光Ｌｂの光路から外れるように、ホログラムパターン８ｂは往路の参照光Ｌｂを回折させる。ホログラムパターン８ｂには均一な光学的パワーの凹レンズ効果を持たせているので、往路でデフォーカスした状態の参照光Ｌｂが復路では発散状態の参照光Ｍｂとして戻ることになる。

記録媒体１０で発生した再生光Ｍａは、情報光Ｌａの光路に沿って対物レンズ９に入射する。対物レンズ９を出射した再生光Ｍａは、ホログラムパターン８ｂのリング中心部分を通ってホログラム素子８を透過し、ミラー７で反射された後、リレーレンズ６を通ってビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ４に入射した再生光Ｍａは、その光量の半分がビームスプリッタ４で反射されて、受光素子５の受光面に到達し結像する。受光素子５は、受光した再生光Ｍａの光情報を電気信号として出力する。

上記のように対物レンズ９から出射した復路の参照光Ｍｂが往路の参照光Ｌｂの光路から外れるように、ホログラムパターン８ｂが往路の参照光Ｌｂを回折させるので、簡単な構成でありながら迷光の発生を抑えることができる。受光素子５では復路の参照光Ｍｂが大きくデフォーカスした像のみとなるため、受光素子５に入射する迷光は生じにくく、信号特性は良好になる。つまり、再生時に迷光が受光素子５に入射すると信号品質が低下するが、ホログラムパターン８ｂによって迷光の発生が抑えられるため、良好な品質の信号を得ることが可能となる。

ホログラムパターン８ｂが参照光Ｍｂに対して凹レンズとして作用するため、復路において参照光Ｍｂは再生光Ｍａから離れる方向に進む。したがって、より効果的に迷光の発生を抑えることができる。ホログラムパターン８ｂが表面レリーフ型のホログラム素子８で構成されているため、高い回折効率で参照光Ｍｂの分離を行うことができる。このシステム中のホログラムパターン８ｂはブレーズ化することが可能であるため、高い回折効率によってほぼ全ての光を情報の再生に用いることができる。また、ホログラムパターン８ｂが透明基板８ａの表面にリング状に形成されているため、レーザビームの周辺部分から成る参照光Ｌｂのみを回折させることができる。したがって、より効果的に迷光の発生を抑えることができる。

図４に第２の実施の形態の概略光学構成を示し、図５にその要部を拡大して示す。図４(Ａ)と図５(Ａ)は情報の記録・再生時の各光路を往路について示しており、図４(Ｂ)と図５(Ｂ)は情報の再生時の光路を復路について示している。図４，図５において、１はレーザ光源(例えば半導体レーザ)、２はコリメートレンズ、３Ａは空間光変調器、３Ｂはミラー、４はビームスプリッタ、５は受光素子(例えばＣＣＤ：Charge Coupled Device)、６はリレーレンズ(６ａ：第１リレーレンズ，６ｂ：第２リレーレンズ)、７はミラー、８はホログラム素子、８Ｑは１／４波長板、９は対物レンズ、１０は記録媒体、１１はアクチュエータである。

第２の実施の形態の光学構成を、情報の記録時と再生時の各光路に沿って以下に説明する。図４(Ａ)に示すように、情報の記録時には、レーザ光源１から出射したレーザビームが、コリメートレンズ２で平行ビームに変換された後、空間光変調器３Ａとミラー３Ｂに斜め入射する。そして、レーザビームの中心部分は空間光変調器３Ａで空間的に変調されて情報光Ｌａとなり、レーザビームの周辺部分はミラー３Ｂで反射されて記録用の参照光Ｌｂとなる。

空間光変調器３Ａは、入射光を空間的に変調して２次元デジタルパターン情報を出射光に担持させる反射型の光変調素子である。この空間光変調器３Ａの具体例としては、デジタル・マイクロミラー・デバイス(digital micromirror device)，反射型の液晶表示素子が挙げられる。空間光変調器３Ａとしてデジタル・マイクロミラー・デバイスを用いた場合、それに入射した光は、ＯＮ／ＯＦＦ状態(例えば±１２°の傾き状態)の各マイクロミラーで反射されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態のマイクロミラーで反射した光のみが情報光Ｌａとなり、ビームスプリッタ４に向けて出射される。空間光変調器３Ａとして反射型の液晶表示素子を用いた場合、それに入射した光は、液晶の配向制御により画素毎のＯＮ／ＯＦＦで反射又は吸収されることにより空間的に変調される。その際、ＯＮ状態の画素からの反射光が情報光Ｌａとなり、ビームスプリッタ４に向けて出射される。

ミラー３Ｂは平面ミラーであり、空間光変調器３Ａの周囲にリング状に配置されている。例えば、空間光変調器３Ａのカバーガラスの表面のうち、入射光を変調する領域の周辺部分に反射コーティング(例えばアルミコーティング)を施すことにより、ミラー３Ｂを構成することができる。その場合、レーザビームの中心部分はミラー３Ｂのリング中心部分を透過して、空間光変調器３Ａで反射されることになる。ミラー３Ｂで反射されたレーザビームは、空間光変調器３Ａで反射されたレーザビームと同軸の状態を保ちながら、ビームスプリッタ４に入射する。

ビームスプリッタ４は、入射光を透過光と反射光とに光量を２分割するハーフミラーとして機能する。したがって、ビームスプリッタ４に入射した情報光Ｌａと参照光Ｌｂは、その光量の半分がビームスプリッタ４を透過して、リレーレンズ６に入射する。リレーレンズ６は、第１リレーレンズ６ａと第２リレーレンズ６ｂとから成っており、情報光Ｌａで対物レンズ９の入射瞳面に(空間光変調器３Ａで表現された)２次元デジタルパターン情報を結像させる。なお、第１リレーレンズ６ａと第２リレーレンズ６ｂとの間のフーリエ面にフィルタを配置することにより、所望のフィルタリングによる画質改善を行うことも可能である。

リレーレンズ６から出射した情報光Ｌａと参照光Ｌｂは、ミラー７で反射された後、ホログラム素子８，１／４波長板８Ｑの順に入射する。ホログラム素子８と１／４波長板８Ｑは、対物レンズ９と共にアクチュエータ１１に取り付けられている。アクチュエータ１１は、フォーカシング，トラッキング等の際に対物レンズ９を移動させるための駆動機構である。そのアクチュエータ１１の一部を成して移動するアクチュエータ可動子は、ホログラム素子８，１／４波長板８Ｑ，対物レンズ９，レンズホルダー(不図示)等で構成されている。つまり、対物レンズ９を保持するレンズホルダーに、ホログラム素子８，１／４波長板８Ｑ，対物レンズ９等が一体的に設けられた構成になっている。対物レンズ９と共にホログラム素子８と１／４波長板８Ｑもアクチュエータ１１に搭載されているので、対物レンズ９，ホログラム素子８及び１／４波長板８Ｑの位置関係が常に(情報の記録時・再生時共に)一定に保たれる。したがって、対物レンズ９，ホログラム素子８及び１／４波長板８Ｑの相互の位置ズレによる特性劣化を回避することができる。

図６に、ホログラム素子８の具体例を示す。図６(Ａ)はホログラム素子８の表面側外観を示しており、図６(Ｂ)は図６(Ａ)におけるｘ−ｘ’線断面を示している。ホログラム素子８は、特定の直線偏光のみを回折させる偏光ホログラムパターン８ｃを透明基板８ａ上に形成して成る表面レリーフ型のホログラム素子８である。その偏光ホログラムパターン８ｃは、透明基板８ａの表面にリング状に形成されており、参照光Ｌｂに対して凹レンズとして作用するホログラムレンズを構成している。

ホログラム素子８における偏光ホログラムパターン８ｃ以外の部分では、平行平面板から成る透明基板８ａからの作用のみを入射光が受けることになる。ホログラム素子８への入射光のうち、参照光Ｌｂは前記特定の直線偏光として偏光ホログラムパターン８ｃに入射し、情報光Ｌａは偏光ホログラムパターン８ｃのリング中心部分に入射する。したがって、参照光Ｌｂは偏光ホログラムパターン８ｃによる回折作用を受けた後、対物レンズ９で集光され、一方、情報光Ｌａは偏光ホログラムパターン８ｃの回折作用を受けずにホログラム素子８を透過して対物レンズ９で集光されることになる。なお、ホログラム素子８通過後の情報光Ｌａと参照光Ｌｂは、１／４波長板８Ｑを通過することにより直線偏光から円偏光に変換される。

図５(Ａ)に示すように、対物レンズ９は情報光Ｌａと参照光Ｌｂで記録媒体１０を照射し、情報光Ｌａと参照光Ｌｂとの干渉により得られる干渉縞で記録媒体１０を露光して、情報を記録媒体１０にホログラム記録する。その際、対物レンズ９から記録媒体１０側に出射した参照光Ｌｂが、対物レンズ９から記録媒体１０側に出射した情報光Ｌａの集光点と重なるとともに、情報光Ｌａの集光点からずれた位置で集光するように、偏光ホログラムパターン８ｃは参照光Ｌｂを回折させる。拡散させるのではなく、参照光Ｌｂを絞りつつ集光点を外側へ離すことにより情報光Ｌａの方へ向けることになるので、高いコントラストで干渉縞を形成することができる。

上記のように集光点位置を縦横方向にずらしたり中央にデフォーカスしながら集光させたりする回折作用は、光学的なパワーや軸のズレを持たせたホログラムレンズを偏光ホログラムパターン８ｃで構成することにより実現可能である。そして、この偏光ホログラムパターン８ｃの回折作用を利用すれば、簡単な構成でありながら干渉縞を高いコントラストで得ることができるので、良好な記録特性で記録媒体１０に情報を記録することができる。しかも、回折により一様な光強度の情報光Ｌａと参照光Ｌｂを生成することができるので、光量ロスを小さくすることができる。対物レンズ９の直前で参照光Ｌｂのみが回折するため、光量ロス低減の効果はより一層大きなものとなる。

偏光ホログラムパターン８ｃが参照光Ｌｂに対して凹レンズとして作用するため、参照光Ｌｂは広がったビームとして情報光Ｌａとその集光点付近で均一に重なることになる。したがって、簡単な構成でありながら凹レンズ効果により更に高いコントラストで干渉縞を得ることができ、記録特性の更なる向上を達成することができる。

偏光ホログラムパターン８ｃが表面レリーフ型のホログラム素子８で構成されているため、高い回折効率で参照光Ｌｂの分離を行うことができる。このシステム中の偏光ホログラムパターン８ｃはブレーズ化することが可能であるため、高い回折効率によってほぼ全ての光を情報光Ｌａと交わらせることができる。また、偏光ホログラムパターン８ｃの面積とそれに対応するミラー３Ｂの面積を調整することにより、参照光Ｌｂの光量を調整することができる。したがって、情報光Ｌａと参照光Ｌｂの強度比を１：１に近づけることが可能である。情報光Ｌａと参照光Ｌｂの強度比を１：１に近づければ、光利用効率を上げて干渉縞のコントラストを上げることができる。

また、偏光ホログラムパターン８ｃが透明基板８ａの表面にリング状に形成されているため、レーザビームの周辺部分から成る参照光Ｌｂのみを回折させることができる。その際、レーザビームの中心部分の情報光Ｌａは、偏光ホログラムパターン８ｃのリング中心部分に入射して、回折作用を受けずにホログラム素子８を透過することができるので、情報光Ｌａに対する偏光ホログラムパターン８ｃの影響は抑えられる。

ホログラム素子８通過後の情報光Ｌａと参照光Ｌｂは、１／４波長板８Ｑを通過することにより直線偏光から円偏光に変換される。偏光ホログラムパターン８ｃで回折される往路の参照光ＬｂをＳ偏光とすると、それは１／４波長板８Ｑを往復することによりＰ偏光に変換される。往路の参照光Ｌｂ(Ｓ偏光)は偏光ホログラムパターン８ｃで回折されるので、復路の参照光Ｍｂ(Ｐ偏光)は偏光ホログラムパターン８ｃで回折されずに透過することになる。したがって、復路の参照光Ｍｂが光学系内で散乱して迷光となり記録特性劣化の原因となるのを防止することができる。

情報の再生時においても、レーザ光源１から出射したレーザビームは、コリメートレンズ２で平行ビームに変換された後、空間光変調器３Ａとミラー３Ｂに斜め入射する。ただし、空間光変調器３ＡはＯＦＦ状態に設定されるため、空間光変調器３Ａの遮光効果によりレーザビームの中心部分はビームスプリッタ４に入射しない。一方、レーザビームの周辺部分はリング状のミラー３Ｂで反射されて再生用の参照光Ｌｂとなり、ビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ４に入射した再生用の参照光Ｌｂは、その光量の半分がビームスプリッタ４を透過して、リレーレンズ６に入射する。

リレーレンズ６から出射した再生用の参照光Ｌｂは、ミラー７で反射された後、ホログラム素子８に入射する。ホログラム素子８に入射した参照光Ｌｂは、偏光ホログラムパターン８ｃによる回折作用を受けた後、１／４波長板８Ｑを通過し、対物レンズ９で集光される。対物レンズ９は、情報が干渉縞でホログラム記録された記録媒体１０を、図５(Ａ)に示すように、参照光Ｌｂで照射する。参照光Ｌｂは記録媒体１０の干渉縞で回折され、図５(Ｂ)に示す再生光Ｍａを発生させることにより情報を再生する。その際、対物レンズ９から出射した復路の参照光Ｍｂが往路の参照光Ｌｂの光路から外れるように、偏光ホログラムパターン８ｃは往路の参照光Ｌｂを回折させる。つまり、ホログラムパターン８ｂは特定の直線偏光のみを回折させるので、１／４波長板８Ｑを往路の参照光Ｌｂと復路の参照光Ｍｂが通過することにより、復路の参照光Ｍｂはホログラムパターン８ｂで回折されずに透過し、結果として、図４(Ｂ)に示すように受光素子５から大きく外れることになる。

記録媒体１０で発生した再生光Ｍａは、情報光Ｌａの光路に沿って対物レンズ９に入射する。対物レンズ９を出射した再生光Ｍａは、偏光ホログラムパターン８ｃのリング中心部分を通ってホログラム素子８を透過し、ミラー７で反射された後、リレーレンズ６を通ってビームスプリッタ４に入射する。ビームスプリッタ４に入射した再生光Ｍａは、その光量の半分がビームスプリッタ４で反射されて、受光素子５の受光面に到達し結像する。受光素子５は、受光した再生光Ｍａの光情報を電気信号として出力する。

上記のように対物レンズ９から出射した復路の参照光Ｍｂが往路の参照光Ｌｂの光路から外れるように、偏光ホログラムパターン８ｃが往路の参照光Ｌｂを回折させるので、簡単な構成でありながら迷光の発生を抑えることができる。受光素子５では復路の参照光Ｍｂが大きくデフォーカスした像のみとなるため、受光素子５に入射する迷光は生じにくく、信号特性は良好になる。つまり、再生時に迷光が受光素子５に入射すると信号品質が低下するが、偏光ホログラムパターン８ｃによって迷光の発生が抑えられるため、良好な品質の信号を得ることが可能となる。

ホログラム素子８通過後の情報光Ｌａと参照光Ｌｂは、１／４波長板８Ｑを通過することにより直線偏光から円偏光に変換される。偏光ホログラムパターン８ｃで回折される往路の参照光ＬｂをＳ偏光とすると、それは１／４波長板８Ｑを往復することによりＰ偏光に変換される。往路の参照光Ｌｂ(Ｓ偏光)は偏光ホログラムパターン８ｃで回折されるので、復路の参照光Ｍｂ(Ｐ偏光)は偏光ホログラムパターン８ｃで回折されずに透過することになる。したがって、復路の参照光Ｍｂが光学系内で散乱して迷光となり信号特性劣化の原因となるのを防止することができる。

偏光ホログラムパターン８ｃが参照光Ｍｂに対して凹レンズとして作用するため、復路において参照光Ｍｂは受光素子５から離れる方向に進む。したがって、より効果的に迷光の発生を抑えることができる。偏光ホログラムパターン８ｃが表面レリーフ型のホログラム素子８で構成されているため、高い回折効率で参照光Ｍｂの分離を行うことができる。このシステム中の偏光ホログラムパターン８ｃはブレーズ化することが可能であるため、高い回折効率によってほぼ全ての光を情報の再生に用いることができる。また、偏光ホログラムパターン８ｃが透明基板８ａの表面にリング状に形成されているため、レーザビームの周辺部分から成る参照光Ｌｂのみを回折させることができる。したがって、より効果的に迷光の発生を抑えることができる。

光情報記録再生装置(第１の実施の形態)の概略光学構成例を示す模式図。 図１の光情報記録再生装置(第１の実施の形態)の要部を示す拡大図。 図１の光情報記録再生装置(第１の実施の形態)が有するホログラム素子の外観及び断面を示す図。 光情報記録再生装置(第２の実施の形態)の概略光学構成例を示す模式図。 図４の光情報記録再生装置(第２の実施の形態)の要部を示す拡大図。 図４の光情報記録再生装置(第２の実施の形態)が有するホログラム素子の外観及び断面を示す図。

符号の説明

１ レーザ光源
３Ａ 空間光変調器
３Ｂ ミラー
５ 受光素子
６ リレーレンズ
８ ホログラム素子
８ａ 透明基板
８ｂ ホログラムパターン
８ｃ 偏光ホログラムパターン
９ 対物レンズ
１０ 記録媒体
１１ アクチュエータ
Ｌａ 情報光
Ｌｂ 参照光
Ｍａ 再生光
Ｍｂ 参照光

Claims (9)

1. 記録時には、レーザ光源から出射したレーザビームのうち、中心部分を空間光変調器で空間的に変調して情報光とし、周辺部分をミラーで反射させて記録用の参照光とし、その情報光と参照光を対物レンズで記録媒体に照射して、情報光と参照光との干渉により得られる干渉縞で記録媒体に情報をホログラム記録し、再生時には、レーザ光源から出射したレーザビームのうち、周辺部分をミラーで反射させて再生用の参照光とし、その参照光を情報が干渉縞でホログラム記録された記録媒体に対物レンズで照射して、干渉縞による参照光の回折により情報を再生する光情報記録再生装置であって、
   前記ミラーと対物レンズとの間の光路中に、特定の直線偏光のみを回折させるリング状の偏光ホログラムパターンが透明基板の表面に形成された表面レリーフ型のホログラム素子を有し、その偏光ホログラムパターンと対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を有し、前記対物レンズから記録媒体側に出射した参照光が、前記対物レンズから記録媒体側に出射した情報光の集光点近傍で重なるとともに、情報光の集光点からずれた位置で集光するように、前記ホログラムパターンが参照光を回折させ、前記対物レンズから出射した復路の参照光が復路の情報光の光路から外れるように、前記ホログラムパターンが往路の参照光を回折させ、前記ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用することを特徴とする光情報記録再生装置。
2. レーザ光源から出射したレーザビームのうち、中心部分を空間光変調器で空間的に変調して情報光とし、周辺部分をミラーで反射させて記録用の参照光とし、その情報光と参照光を対物レンズで記録媒体に照射して、情報光と参照光との干渉により得られる干渉縞で記録媒体に情報をホログラム記録する光情報記録装置であって、
   前記ミラーと対物レンズとの間の光路中にホログラムパターンを有し、前記対物レンズから記録媒体側に出射した参照光が、前記対物レンズから記録媒体側に出射した情報光の集光点近傍で重なるとともに、情報光の集光点からずれた位置で集光するように、前記ホログラムパターンが参照光を回折させることを特徴とする光情報記録装置。
3. 前記ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用することを特徴とする請求項２記載の光情報記録装置。
4. 前記ホログラムパターンが表面レリーフ型のホログラム素子で構成されており、透明基板の表面にリング状に形成されていることを特徴とする請求項２又は３記載の光情報記録装置。
5. 前記ホログラムパターンが特定の直線偏光のみを回折させる偏光ホログラムパターンであり、その偏光ホログラムパターンと前記対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の光情報記録装置。
6. レーザ光源から出射したレーザビームのうち、周辺部分をミラーで反射させて再生用の参照光とし、その参照光を情報が干渉縞でホログラム記録された記録媒体に対物レンズで照射して、干渉縞による参照光の回折により情報を再生する光情報再生装置であって、
   前記ミラーと対物レンズとの間の光路中にホログラムパターンを有し、前記対物レンズから出射した復路の参照光が往路の参照光の光路から外れるように、前記ホログラムパターンが往路の参照光を回折させることを特徴とする光情報再生装置。
7. 前記ホログラムパターンが参照光に対して凹レンズとして作用することを特徴とする請求項６記載の光情報再生装置。
8. 前記ホログラムパターンが表面レリーフ型のホログラム素子で構成されており、透明基板の表面にリング状に形成されていることを特徴とする請求項６又は７記載の光情報再生装置。
9. 前記ホログラムパターンが特定の直線偏光のみを回折させる偏光ホログラムパターンであり、その偏光ホログラムパターンと前記対物レンズとの間の光路中に１／４波長板を有することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の光情報再生装置。

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