特開 2015-164085 光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及び光情報の記録再生方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2015-164085(P2015-164085A)

(43)【公開日】2015年9月10日

(54)【発明の名称】光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及び光情報の記録再生方法

(51)【国際特許分類】

   G11B 7/135 20120101AFI20150814BHJP

   G03H 1/26 20060101ALI20150814BHJP

   G03H 1/02 20060101ALI20150814BHJP

   G11B 7/0065 20060101ALI20150814BHJP

【ＦＩ】

   G11B7/135 Z

   G03H1/26

   G03H1/02

   G11B7/0065

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2014-39743(P2014-39743)

(22)【出願日】2014年2月28日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２４年度、独立行政法人科学技術振興機構、研究題目「テラバイト時代に向けたポリマーによる三次元ベクトル波メモリ技術の実用化研究」、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】304036743

【氏名又は名称】国立大学法人宇都宮大学

(74)【代理人】

【識別番号】100117226

【弁理士】

【氏名又は名称】吉村 俊一

(72)【発明者】

【氏名】茨田 大輔

【テーマコード（参考）】

2K008

5D090

5D789

【Ｆターム（参考）】

2K008AA04

2K008BB04

2K008BB05

2K008CC01

2K008CC03

2K008EE01

2K008HH12

2K008HH14

2K008HH24

2K008HH26

5D090BB16

5D090CC01

5D090EE01

5D090KK12

5D090KK15

5D090LL02

5D090LL03

5D789AA22

5D789BB20

5D789CA20

5D789EB10

5D789EC13

5D789EC43

5D789JA31

5D789JA63

(57)【要約】

【課題】情報記録媒体の記録材料の消費を均等化、シフト選択性の向上及び空間的位相シフト法を用いた位相値の抽出を実現する。
【解決手段】光源が出力した光を空間光変調器により生成された２次元位相ページデータが光波に載せられた信号光成分、及び情報を持たない参照光成分を生成する記録光生成部２と、信号光成分と参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を記録する情報記録媒体６と、空間光変調器と情報記録媒体との間で、信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構２９とを備え、記録光生成部２は、信号光成分の位相ページデータの各画素を１６分割する４行４列の画素からなる位相マスクを有し、位相マスクは、信号光成分の位相を変化させ、空間周波数フィルタリング機構２９は、空間周波数フィルタリングされた信号光成分の焦点に相当する位置で、信号光成分の焦点よりも外側に分割して信号構成分を照射する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分、及び情報を持たない参照光成分を生成する記録光生成部と、
前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体と、
前記空間光変調器と前記情報記録媒体との間で、前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構と、を備え、
前記記録光生成部は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を１６分割する４行４列の画素からなる位相マスクを有し、
前記位相マスクは、前記信号光成分の位相を変化させ、
前記空間周波数フィルタリング機構は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする光情報記録再生装置。

【請求項2】

前記位相マスクは、前記信号光成分のみの位相を変化させると共に、前記参照光成分の位相をそのまま透過させている、請求項１に記載の情報記録再生装置。

【請求項3】

前記位相マスクが前記信号光成分に含まれる第１直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、前記第１直線偏光成分に直交する第２直線偏光成分の位相をそのまま透過させている、請求項１又は２に記載の光情報記録再生装置。

【請求項4】

前記位相マスクの画素は、前記信号構成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に１／２πずつずらし、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されている、請求項１に記載の光情報記録再生装置。

【請求項5】

前記位相マスクは、前記空間光変調器とは別体であり、
前記光源から出力された光の光路の前記光源と前記空間光変調器との間に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。

【請求項6】

前記位相マスクが前記空間光変調器に組み込まれている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光情報記録再生装置。

【請求項7】

光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分と、を干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として情報記録媒体に記録する光情報記録再生装置に用いられる位相マスクであって、
前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を１６分割する４行４列の画素で、前記信号光成分の位相を変化させて前記信号光成分を分割することを特徴とする位相マスク。

【請求項8】

前記信号光成分の位相のみを変化させると共に、前記参照光成分の位相をそのまま透過させている、請求項７に記載の位相マスク。

【請求項9】

前記信号光成分に含まれる第１直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、前記第１直線偏光成分に直交する第２直線偏光成分の位相をそのまま透過させる、請求項７に記載の位相マスク。

【請求項10】

前記位相マスクの画素は、前記信号光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に１／２πずつずらし、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、前記第１直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されている、請求項７に記載の位相マスク。

【請求項11】

光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分とを生成する記録光生成工程と、
前記空間光変調器から出力された前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング工程と、
前記信号光成分と前記参照光成分とを情報記録媒体に照射して前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録工程とを備え、
前記記録光生成工程は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を４行４列の画素に分割する位相マスクによって前記信号光成分の位相を変化させ、
前記空間周波数フィルタリング工程は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする光情報記録再生方法。

【請求項12】

前記記録光生成工程は、前記位相マスクが、前記信号光成分のみの位相を変化させると共に、前記参照光成分の位相をそのまま透過させている、請求項１１に記載の光情報記録再生方法。

【請求項13】

前記記録光生成工程は、前記位相マスクが前記信号光に含まれる第１直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、前記第１直線偏光成分に直交する第２直線偏光成分の位相をそのまま透過させている、請求項１２に記載の光情報記録方法。

【請求項14】

前記位相マスクは、前記記録光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に１／２πずつずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を行ごとに交互ずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を列ごとに交互にずらしている、請求項１１に記載の情報記録方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及び光情報の記録再生方法に関し、さらに詳しくは、情報記録媒体の記録材料の消費を均等化、シフト選択性の向上及び空間的位相シフト法を用いた位相値の抽出を実現する光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及びこの位相マスクを用いた光情報の記録再生方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ホログラムを利用したホログラフィックメモリは、光学的に情報を記録すると共に記録された情報を再生する方法の１つである。近年、ホログラフィックメモリは、流通する情報量の増大に伴って、従来から存在する、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ、ＨＤ−ＤＶＤ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）、ＢＤ（Ｂｌｕｅ−ｒａｙ Ｄｉｓｃ）等の情報記録媒体に代わる情報記録媒体として研究されている。

【0003】

ホログラフィックメモリは、情報を持った信号光と情報を持たない参照光とを互いに干渉させて情報記録媒体に照射することによって情報をホログラムとして情報記録媒体に記録する。一方、参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって情報を持った再生光を再生させる。当該ホログラフィックメモリは、情報を情報記録媒体中に３次元屈折率分布として三次元的に記録することによって、情報記録媒体の厚みを活用する方式であり、大容量の情報を記録することができる。

【0004】

また、相互に偏光状態にある信号光と参照光とを利用した偏光ホログラフィックメモリが、ホログラフィックメモリ応用した方式として提案されている（例えば、特許文献１、非特許文献１及び非特許文献２）。

【0005】

偏光ホログラフィックメモリは、任意の偏光状態をもつ信号光及び参照光を、偏光感受性を有する情報記録媒体に照射して情報記録媒体に情報を記録している。具体的には、偏光に応じた光学異方性が情報記録媒体内で誘起され、偏光ホログラムとして情報が記録される。すなわち、この偏光ホログラフィックメモリは、光のベクトル波としての性質を利用することによって、情報を情報記録媒体に３次元複屈折分布として記録する。なお、記録された情報を再生する場合、通常のホログラフィック記録と同様に参照光又は信号光を情報記録媒体に照射することによって行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−３７７５１号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】Ｔａｋａｎｏｒｉ Ｏｃｈｉａｉ ｅｔ ａｌ．， “Ａｎｇｕｌａｒ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｏｆ ｄａｔａ ｐａｇｅｓ ｂｙ ｄｕａｌ− ｃｈａｎｎｅｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ”， ＯＰＴＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ／Ｖｏｌ．３８， Ｎｏ．５／Ｍａｒｃｈ １，２０１３， ｐ７４８−７５０

【非特許文献2】Ｄａｉｓｕｋｅ Ｂａｒａｄａ ｅｔ ａｌ．，“Ｄｕａｌ−ｃｈａｎｎｅｌ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ｈｏｌｏｇｒａｐｈｙ：ａ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ ｔｗｏ ｃｏｍｐｌｅｘ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｏｆ ａ ｖｅｃｔｏｒ ｗａｖｅ”，Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，Ｖｏｌ．３７，Ｉｓｓｕｅ ２１，ｐｐ． ４５２８−４５３０（２０１２）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ホログラフィックメモリでは、参照光の光強度は信号光の光強度よりも大きいことが望ましい。ところが、信号光を絞って照射した場合、信号光は１箇所の光強度が大きく、その周囲の光強度が小さい態様で照射される。そのため、光強度が大きな１箇所の信号光よりも大きな光強度で参照光を照射することが必要になる。

【0009】

一方、記録媒体に含まれた光反応性分子は、光強度に依存して消費される。そのため、光強度が大きな１箇所の信号光よりも大きな光強度の参照光が記録媒体の大部分の領域に照射された場合、記録される情報量が少ないときでも大量の光反応性分子が消費される。その結果、情報記録媒体の記録容量が低下する。

【0010】

その他に、光情報記録再生装置にインラインホログラフィ、又はインライン型の偏光ホログラフィ（リターダグラフィ）を利用した場合、シフト多重記録におけるシフト選択性を大きくすることは困難である。また、転送レートを向上させるためには、空間的位相シフト法を用いて位相値を抽出することが好ましい。そのため、光情報記録再生装置は、空間的位相シフト法を用いて位相値を抽出することができる装置であることが好ましい。

【0011】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、情報記録媒体の材料の消費を抑制すると共に均等に消費させること、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させること、及び空間的位相シフト法により位相値を抽出することができる光情報記録再生装置、光情報記録再生装置に用いる位相マスク及び光情報の記録再生方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

上記課題を解決するための本発明に係る光情報記録再生装置は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分、及び情報を持たない参照光成分を生成する記録光生成部と、前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体と、前記空間光変調器と前記情報記録媒体との間で、前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構と、を備え、前記記録光生成部は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を１６分割する４行４列の画素からなる位相マスクを有し、前記位相マスクは、前記信号光成分の位相を変化させ、前記空間周波数フィルタリング機構は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする。

【0013】

また、上記課題を解決するための本発明に係る位相マスクは、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分と、を干渉させて干渉縞を形成し、前記干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として情報記録媒体に記録する光情報記録再生装置に用いられる位相マスクであって、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を１６分割する４行４列の画素で、前記信号光成分の位相を変化させて前記信号光成分を分割することを特徴とする。

【0014】

また、上記課題を解決するための本発明に係る光情報記録再生方法は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分とを生成する記録光生成工程と、前記空間光変調器から出力された前記信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング工程と、前記信号光成分と前記参照光成分とを情報記録媒体に照射して前記信号光成分と前記参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録工程とを備え、前記記録光生成工程は、前記信号光成分の前記位相ページデータの各画素を４行４列の画素に分割する位相マスクによって前記信号光成分の位相を変化させ、前記空間周波数フィルタリング工程は、空間周波数フィルタリングされた前記信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された前記信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射することを特徴とする。

【0015】

この発明によれば、上記の構成を有する位相マスクを用いて情報記録媒体に情報を記録するので、信号光が情報記録媒体に分散して照射され、信号光の光強度が相対的に弱められる。また、焦点に近い位置でも位相マスクを使用しない場合に比べ、信号光が分散する。そのため、参照光の光強度を相対的に弱めることができる。その結果、情報記録媒体の記録材料の無駄な消費を抑制することができる。また、インラインホログラフィおよびリターダグラフィの場合、前記信号光の焦点に相当する位置で参照光が中心に局在し、その外側の信号光と重なり合わないが、焦点に近い位置で干渉する。そのとき、両者の距離が大きいほど干渉縞の間隔が狭くなる。信号光が分割して照射されるので、信号光が照射される位置と参照光が照射される位置との距離を相対的に大きくすることができる。そのため、信号光と参照光とが干渉して形成される干渉縞の間隔を狭くすることができる。その結果、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させることができる。また、情報記録媒体に記録された情報を再生する際に、空間位相シフト法を用いて情報の位相を抽出することができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、情報記録媒体の材料の消費を抑制すると共に均等に消費させること、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させること、及び空間的位相シフト法により位相値を抽出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る第１実施形態の光情報記録再生装置の概要を示す構成図である。

【図2】図１の光情報記録再生装置が備える信号光生成部の概略図である。

【図3】オフアクシスホログラフィの光学系を利用した光情報記録再生装置の概要を示す構成図である。

【図4】図２に示した信号光生成部とは異なる形態の信号光生成部の概略図である。

【図5】信号光生成部が生成した位相ページデータの一例を示す説明図である。

【図6】撮像部の開略図である。

【図7】信号生成部により生成された信号光の照射された状態を説明するための説明図である。

【図8】本発明に係る第２実施形態の光情報記録再生装置が備える信号光生成部の概略図である。

【図9】本発明に係る第２実施形態の光情報記録再生装置が備える撮像部の概略図である。

【図10】本発明に係る第２実施形態の光情報記録再生装置の変形例を示す構成図である。

【図11】（式１）のｍ_ｘ及びｍ_ｙに代入する値を示すマトリックスである。

【図12】本発明に係る４タイプの位相マスク（偏光依存位相マスク）を示す図であり各位相マスクによってずらされる位相をそれぞれ示した説明図である。

【図13】第１形態の位相マスク（偏光依存位相マスク）の構成の概略図である。

【図14】第１形態の位相マスク（偏光依存位相マスク）に用いられている波長板アレイと補償板の第１行の構成概略を示す斜視図である。

【図15】第１形態の位相マスク（偏光依存位相マスク）に用いられている波長板アレイと補償板の第２行の構成概略を示す斜視図である。

【図16】第１形態の位相マスク（偏光依存位相マスク）に用いられている波長板アレイと補償板の第３行の構成概略を示す斜視図である。

【図17】第１形態の位相マスク（偏光依存位相マスク）に用いられている波長板アレイと補償板の第４行の構成概略を示す斜視図である。

【図18】第２形態の位相マスク（偏光依存位相マスク）の構成の概略図である。

【図19】（Ａ）は第３形態の位相マスク（偏光依存位相マスク）の構成の概略図であり、（Ｂ）は使用されている配向板の構成を示す斜視図である。

【図20】位相マスク（偏光依存位相マスク）が組み込まれた空間光変調器の構成を示す概略図である。

【図21】偏光無依存位相マスクの構成の概略図である。

【図22】偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第１行の構成概略を示す斜視図である。

【図23】偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第２行の構成概略を示す斜視図である。

【図24】偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第３行の構成概略を示す斜視図である。

【図25】偏光無依存位相マスクに用いられている誘電体板の第４行の構成概略を示す斜視図である。

【図26】情報再生部の構成の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

［基本構成］
まず、本発明に係る光情報記録再生装置の基本構成について説明する。この光情報記録再生装置は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分、及び情報を持たない参照光成分を生成する記録光生成部と、信号光成分と参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体と、空間光変調器と情報記録媒体との間で、信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構とを備えている。

【0019】

記録光生成部は、信号光成分の位相ページデータの各画素を１６分割する４行４列の画素からなる位相マスクを有し、位相マスクは、信号光成分の位相を変化させている。また、空間周波数フィルタリング機構は、空間周波数フィルタリングされた信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された信号光成分を前記焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射する。

【0020】

なお、位相マスクは、信号光成分のみの位相を変化させると共に、参照光成分の位相をそのまま透過させるように構成することができる。また、位相マスクは記信号光成分に含まれる第１直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、この第１直線偏光成分に直交する第２直線偏光成分の位相をそのまま透過させるように構成することもできる。さらに、

【0021】

前記位相マスクの画素は、前記信号光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に１／２πずつずらし、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、前記直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されるように構成することもできる。位相マスクをこのように構成した場合、空間周波数フィルタリング機構において、空間周波数フィルタリング機構を構成するフーリエ変換レンズの焦点に相当する位置で信号光を４つの領域に分割して照射することができる。

【0022】

また、位相マスクは、空間光変調器とは別体に設け、光源から出力された光の光路の光源と空間光変調器との間に配置して設けるか、又は、前記空間光変調器に組み込むことによって設けることができる。

【0023】

次に本発明に係る位相マスクの基本構成について説明する。この位相マスクは、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分と、を干渉させて干渉縞を形成し、干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として情報記録媒体に記録する光情報記録再生装置に用いられる位相マスクである。この位相マスクは、信号光成分の位相ページデータの各画素を１６分割する４行４列の画素で、信号光成分の位相を変化させて信号光成分を分割する。

【0024】

位相マスクは、信号光成分の位相のみを変化させると共に、参照光成分の位相をそのまま透過させているように構成したり、信号光成分に含まれる第１直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、第１直線偏光成分に直交する第２直線偏光成分の位相をそのまま透過させるように構成したりすることができる。

【0025】

また、位相マスクの画素は、信号光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に１／２πずつずらし、かつ、直線偏光成分の位相を正の方向にずらす行と負の方向にずらす行とが交互に配列され、かつ、第１直線偏光成分の位相を正の方向にずらす列と負の方向にずらす列とが交互に配列されるように構成することもできる。位相マスクをこのように構成した場合、空間周波数フィルタリング機構において、空間周波数フィルタリング機構を構成するフーリエ変換レンズの焦点に相当する位置で信号光を４つの領域に分割して照射することができる。

【0026】

次に、本発明に係る光情報記録再生方法の基本構成について説明する、この光情報記録再生方法は、光源が出力した光を空間光変調器で変調して生成された２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光成分と、情報を持たない参照光成分とを生成する記録光生成工程と、空間光変調器から出力された信号光成分の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング工程と、信号光成分と参照光成分とを情報記録媒体に照射して信号光成分と参照光成分とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録工程とを備えている。記録光生成工程は、信号光成分の位相ページデータの各画素を４行４列の画素に分割する位相マスクによって信号光成分の位相を変化させている。空間周波数フィルタリング工程は、空間周波数フィルタリングされた信号光成分の焦点に相当する位置で、位相が変化された信号光成分を信号光成分の焦点に相当する位置よりも外側に分割して照射する。

【0027】

記録光生成工程は、位相マスクが、信号光成分のみの位相を変化させると共に、参照光成分の位相をそのまま透過させるように構成することができる。また、記録光生成工程は、位相マスクが信号光に含まれる第１直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、第１直線偏光成分に直交する第２直線偏光成分の位相をそのまま透過させるように構成することができる。

【0028】

位相マスクは、記録光成分をなす直線偏光成分の位相を隣り合う画素同士で相互に１／２πずつずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を行ごとに交互ずらし、かつ、正の方向と負の方向とに位相を列ごとに交互にずらすように構成することができる。位相マスクをこのように構成した場合、空間周波数フィルタリング機構において、空間周波数フィルタリング機構を構成するフーリエ変換レンズの焦点に相当する位置で信号光を４つの領域に分割して照射することができる。

【0029】

この光情報記録再生装置によれば、情報記録媒体の材料の消費を抑制すると共に均等に消費させること、シフト多重記録におけるシフト選択性を向上させること、及び空間的位相シフト法により位相値を抽出することができる。

【0030】

本発明に係る光情報記録再生装置は、単一光波の中の、信号光と参照光とを同一の経路を進行させ、かつ、２つの偏光成分を信号光と参照光として利用するリターダグラフィの光学系、信号光と参照光とを同一の経路を進行させ、かつ、ホログラム面に対して参照光を垂直に照射させるインラインホログラフィの光学系、及び信号光と参照光とを異なる経路を進行させるオフアクシスホログラフィに適用される。ホログラフィの光学系は、１つの空間光変調器のみを用いて信号光を生成するシングルチャネル偏光ホログラフィ及び２つの中間光変調器を用いて信号光を生成するデュアルチャネル偏光ホログラフィを含んでいる。

【0031】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明の技術的範囲は、以下の記載や図面にのみ限定されるものではない。なお、本明細書では、信号光成分を単に信号光といい、参照光成分を単に参照光という。

【0032】

［第１実施形態］
光情報記録再生装置１Ａの全体構成について、図１を参照して、インラインホログラフィの光学系を利用した装置、特に、デュアルチャネルの装置を例にして説明する。

【0033】

この光情報記録再生装置１Ａは、信号光及び参照光からなる記録光を生成する記録光生成部２と、この記録光生成部２によって生成された信号光及び参照光を照射するための照射部３と、この照射部３によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体６と、この情報記録媒体６に形成された干渉縞を撮像する撮像部７とを備えている。

【0034】

記録光生成部２は、記録用レーザ光を出力するレーザ照射部１０と、レーザ照射部１０から照射されたレーザ光から信号光を生成する信号光生成部２０と、この信号生成部によって生成された信号光及び信号生成部を通過した参照光との空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構２９とを備えている。

【0035】

レーザ照射部１０は、レーザ光源１１と、１／２波長板１２と、２つのコリメータレンズ１３，１５と、空間フィルタ１４とから構成されている。なお、レーザ光源１１は、直線偏光を出力する光源である。１／２波長板１２は、波長板の入射面内に光学軸を配置することで、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分に分離し、その屈折率差によって位相差をπだけ生じさせている。その結果、直線偏光の偏光方位を任意に調整することができる。任意の偏光方位に調整された直線偏光は、コリメータレンズ１３、空間フィルタ１４及びコリメータレンズ１５によって形成されるビームエクスパンダによってビーム径が拡大されて出力されている。

【0036】

このレーザ照射部１０と信号光生成部２０との間には、２つのミラー１７，１８と、これら２つのミラー１７，１８によって反射されることによって形成された楕円偏光を直線偏光に調整する１／４波長板１６と、直線偏光の偏光方位を調整する１／２波長板１９が配置されている。レーザ照射部１０から出力され、この１／２波長板１９を通過した直線偏光は、信号光生成部２０に入射される。

【0037】

信号光生成部２０は、図２に示すように、偏光ビームスプリッタ２１と２つの空間光変調器２３，２４とを備えている。

【0038】

偏光ビームスプリッタ２１は、その内部に透過面２２を備えており、入射した偏光に含まれるｓ偏光成分及びｐ偏光成分をｓ偏光とｐ偏光とに分離している。分離されたｓ偏光は、透過面２２によって反射され、空間光変調器２３に向けて照射され、分離されたｐ偏光は、透過面２２を透過して空間光変調器２４に照射される。

【0039】

空間光変調器２３，２４は、格子状に配列された複数の画素を有し、各画素に出射光の位相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２３，２４としては、例えば、液晶素子を有する液晶空間光変調器と１／４波長板とを組み合わせたものを用いることができる。棒状の分子構造をもつ液晶分子が一定方向に配向した場合、その分子配向に平行な軸と垂直な軸を主軸とした複屈折が生じる。その複屈折により、二つの直交する直線偏光に位相差を与える。また、その分子配向の配向度は電気的に変調することができるため、可変位相子となる。空間光変調器は、画素毎に印加電圧を変えることで、二次元的な位相分布を与える。液晶素子を用いる場合、直線偏光基底に対する可変位相子になる。

【0040】

上記液晶空間光変調器の前面に１／４波長板を配置した場合、ｓ偏光又はｐ偏光の左右円偏光成分の一方の位相が変調される。信号光生成部２０は、位相が変調された第１の円偏光成分を信号光として利用し、第１の円偏光成分に直交する第２の円偏光成分を参照光として利用する。２つの空間光変調器２３，２４から生成された２つの信号光及び２つの参照光は、透過面２２で反射されることによってｓ偏光の信号光及び参照光となり、透過面２２を透過することによってｐ偏光の信号光及び参照光となる。

【0041】

以上の構成を有する記録光生成部２は、情報記録媒体６に情報を記録するときには、信号光と参照光とを照射部３に向けて照射し、情報記録媒体６に記録された情報を再生するときには、参照光のみを照射部３に向けて照射する。具体的には、記録時の入力偏光は、偏光ビームスプリッタ２１の透過面２２を透過する直線偏光の偏光方位に対して垂直をなすか又は平行をなす偏光以外の偏光であり、出力偏光は、偏光ビームスプリッタ２１の透過面２２を透過する直線偏光の偏光方位に対して垂直をなす偏光及び平行をなす偏光を重ね合わせている。なお、再生時の入力偏光も記録時の入力偏光と同じであり、再生時の出力偏光は、ｐ偏光の参照光とｓ偏光の参照光とを重ね合わせたものである。

【0042】

なお、図３に示す参照光が信号光生成部を通過せずに信号光とは別の光路を進行するオフアクシス型デュアルチャネル偏光ホログラフィの場合、信号光生成部は、図４に示すように構成することもできる。

【0043】

図３は、オフアクシス型デュアルチャネル偏光ホログラフィの光学系を使用した光情報記録再生装置１Ｄの概要を示している。なお、光情報記録再生装置１Ｄについては、図１に示した光情報記録再生装置１Ａと同様の構成については、同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成のみについて説明をする。この光情報記録再生装置１Ｄは、信号光を生成する記録光生成部２ａと、この記録光生成部２ａによって生成された信号光を照射するための照射部３と、この照射部３によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体６と、この情報記録媒体６に形成された干渉縞を撮像する撮像部７とを備えている。

【0044】

記録光生成部２ａは、偏光ビームスプリッタ１３０を備えており、偏光ビームスプリッタ１３０で信号光と参照光とを分離している。参照光の光路は、１／２波長板１９、１／４波長板、ガルバノミラー４、リレーレンズ５及びミラー３ａを備えている。偏光ビームスプリッタ１３０から出力された参照光は、１／２波長板１９及び１／４波長板を通り、ガルバノミラー４によって反射され、次いで、リレーレンズ５によって集光されその後、ミラー３ａで反射されて照射部３に入射される。照射部３は、記録時には信号光及び参照光を情報記録媒体に照射し、再生時には、参照光を記録媒体に照射する。

【0045】

信号光生成部３０は、図４に示すように、直線偏光と参照波とを反射する反射ミラー３１と、４つのリレーレンズ３２，３３，３４，３５と、２つの空間光変調器３６，３７とで構成されている。反射ミラー３１で反射された信号光は、リレーレンズ３２により集光され、集光された後に広がった信号光は、リレーレンズ３３により平行光に変換されて空間光変調器３６に入射される。空間光変調器３６は、入射された平行光のうち、ある偏光成分を有する第１直線偏光成分のみを変調し２次元の位相ページデータを載せて第１信号光成分を生成する。また、空間光変調器３６から出力された信号光は、リレーレンズ３３により集光され、集光された後に広がった信号光は、リレーレンズ３４によって平行光に変換され、１／２波長板３８を通過して偏光方位を９０度回転され、空間光変調器３７に入射される。空間光変調器３７は、入射された平行光のうち上記の第１直線偏光成分と垂直を成す偏光成分を有する第２直線偏光成分のみを変調し２次元の位相ページデータを載せて第２信号光成分を生成する。空間光変調器３７から出力された信号光は、リレーレンズ３４及びリレーレンズ３５を通り、信号光生成部３０から出力される。なお、必要に応じて、リレーレンズ３５よりも出力側に１／４波長板３９を設けてもよい。

【0046】

この信号光生成部３０を利用する場合、記録時の入力偏光及び出力偏光は、２つの空間光変調器３６，３７の軸に対して平行又は垂直以外の状態である。また、再生時の入力偏光及び出力偏光は前記第１直線偏光成分と前記第２直線偏光成分の重ね合わせた状態である。なお、１／４波長板３９を設けた場合、第１直線偏光成分が第１の円偏光成分に変換されると共に、前記第２直線偏光成分が前記第１の円偏光成分に直交する円偏光成分に変換される。記録時及び再生時の出力偏光は、前記した第１円偏光成分と前記第２円偏光成分の重ね合わせとなる。

【0047】

以上の構成を有する信号光生成部２０から出力された出力光が２次元の位相ページデータが光波に載せられた信号光である。図５は、この信号光の一例を示しており、４値位相ページデータを成している。この位相ページデータは、４段階の濃淡で情報を表している。

【0048】

参照光と信号光とは、信号光生成部２０から出力された後に、空間周波数フィルタリング機構２９によって空間周波数をフィルタリングされる。この空間周波数フィルタリング機構２９は、一対のフーリエ変換レンズ２６，２８と空間フィルタ２７とを有している。参照光と信号光とは、フーリエ変換レンズ２６によって空間フィルタ２７の位置に焦点が合わされている。そして、参照光と信号光とは、空間フィルタ２７の位置では参照光と信号光の空間周波数分布に対応するパターンとなり、空間フィルタ２７とフーリエ変換レンズ２８を通過することによって、空間周波数フィルタリングされた信号光及び参照光になる。

【0049】

照射部３は、情報の記録時には、感光性を有する情報記録媒体６に信号光生成部２０によって生成された信号光及び信号光生成部２０をそのまま通過した参照光又は信号光生成部３０を通過しない参照光を照射することによって情報を光学異方性分布又は屈折率分布して記録する情報記録媒体６に記録する光学系として機能する。一方、照射部３は、情報の再生時には、感光性を有し、かつ光学異方性分布又は屈折率分布として情報が記録された情報記録媒体６に参照光を照射する光学系として機能する。

【0050】

情報記録媒体６は、感光性を有し、照射部３と撮像部７との間に配置される。感光性を有する情報記録媒体６のうち、偏光感受性を有さないホログラフィック記録用の情報記録媒体６としては、光重合性高分子材料などが知られている。一方、感光性を有する情報記録媒体６のうち、偏光感受性を有する偏光ホログラフィック記録用の情報記録媒体６の材料としては、アゾベンゼン系材料、軸選択的光反応性分子添加ポリマー、光架橋性高分子液晶などが知られている。

【0051】

特に、偏光感受性を有する情報記録媒体６は、直線偏光又は楕円偏光を照射すると、照射した偏光の偏光方位に対応する主軸をもつ複屈折又は二色性等の光学異方性が誘起されるという性質を有する。このため、偏光感受性を有する情報記録媒体６を用いれば、原理的に偏光状態が互いに同一でない信号光と参照光を重ね合わせて照射してもホログラムとして情報を記録することが可能である。つまり、偏光ホログラフィック記録の場合には、情報記録媒体６に、３次元複屈折分布又は３次元二色性分布等の３次元光学異方性分布として情報を記録することができる。一方、偏光感受性のない情報記録媒体６を用いるホログラフィック記録の場合には、３次元屈折率分布として情報が記録される。

【0052】

記録した情報は、ホログラムに記録時の参照光と同一方向から再生信号光を照射することによって再生される。このとき、ホログラムから再生信号光が発生する。また、位相値の抽出のために、同時に記録時の信号光と同一方向から一様な位相パターンをもつ位相抽出用参照光を照射する。図１の構成例のようなインライン型の場合は、再生信号光を位相抽出用参照光としてもよい。

【0053】

撮像部７は、図６に示すように、撮像素子８を用いて、再生信号光と位相抽出用参照光とを重ね合わせた状態で撮像するシステムである。この撮像部７は、記録時に位相変調を行った信号光と同一の位相変調情報をもつ再生信号光と参照光との干渉縞を２次元画像として撮影するように構成されている。なお、撮像素子８としては、例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。

【0054】

そして、この光情報記録再生装置１Ａは、以上に説明した構成の他に、位相マスクを備えている。この位相マスクは、ページデータを構成する各画素をさらに４行４列の画素に分割する機能を有している。この位相マスクは、フーリエ変換レンズ２６の焦点位置である空間フィルタ２７の位置で、空間周波数フィルタリング機構２９が備えるフーリエ変換レンズ２６によってページデータが乗せられた信号光を、焦点から一定の距離だけ離れた焦点の周囲に４分割して照射させている。この光情報記録再生装置１Ａは、この位相マスクが空間光変調器２３，２４に組み込まれている。

【0055】

図７は、位相マスクを組み込んだ空間光変調器２３，２４を備える信号光生成部２０から出力した信号光を空間周波数フィルタリング機構２９によって空間周波数をフィルタリングされた状態を示している。なお、図７は、説明を容易にするために、一つの空間光変調器、例えば、空間光変調器２３から出力された信号光のみを示している。図７の上段は、空間周波数フィルタリング機構２９のフーリエ変換レンズ２６とのフーリエ変換レンズ２８との間での、信号光の光路の概要を示し、図７の下段は、焦点Ｐ付近のＡ部における信号光の状態を部分的に示している。

【0056】

信号光は、図７に示すように、空間周波数フィルタリング機構２９を構成するフーリエ変換レンズ２６で集光されることによって、フーリエ変換レンズ２６から焦点Ｐに向かうにつれて面積が徐々に小さくなる。そして、焦点Ｐの位置では、信号光は、本来信号光の焦点Ｐとなる点よりも外側に一定の距離だけ離れた領域に４分割されている。このように、信号光が４分割されることによって、信号光の焦点面での光強度を弱くすることができる。

【0057】

ホログラフィックメモリでは、参照光の光強度は信号光の光強度よりも強いことが望ましい。しかしながら、信号光を集光して照射した場合、従来のホログラフィックメモリでは、信号光は１箇所の光強度が相対的に強く、その周囲の光強度が弱い態様で照射される。そのため、光強度が大きな１箇所の信号光よりも大きな光強度で参照光を照射することが必要になる。

【0058】

これに対し、この実施形態の光情報記録再生装置１Ａのように、焦点Ｐの位置で信号光を４分割させた場合、光強度が相対的に弱くなる。そのため、この実施形態の光情報記録再生装置１Ａでは、参照光の光強度が相対的に弱い参照光を用いることができる。その結果、情報を記録する際、情報記録媒体６の光反応性分子の消費を抑制することができる。また、信号光が本来の焦点Ｐの位置よりも外側に分散されるため、光反応性分子の消費を均等化することができる。

【0059】

また、信号光が本来の焦点Ｐとなる点よりも外側に一定の距離だけ離れた領域に４分割されることにより、当該光情報記録再生装置１Ａは、信号光と参照光との干渉により形成される干渉縞の間隔を相対的に狭くすることができる。すなわち、参照光は、空間周波数フィルタリング機構２９のフーリエ変換レンズ２６で集光されることにより、信号光の本来の焦点Ｐの位置と同じ位置に焦点が合わされて照射される。ただし、信号光は焦点面において焦点Ｐを中心に分布しており、中心以外の点から広がる信号光と焦点Ｐから広がる参照光が干渉縞を形成する。この参照光の焦点Ｐの位置と、信号光の焦点Ｐ以外の位置とが接近している場合、信号光と参照光とが干渉して形成する干渉縞の間隔は相対的に広くなる。干渉縞の間隔を狭くするためには、信号光の分布の中心が焦点Ｐ以外とし、かつ、その中心位置と参照光の焦点Ｐの位置とを一定の距離だけ離すことが必要である。

【0060】

本実施形態の光情報記録再生装置１Ａは、信号光を参照光の焦点Ｐよりも外側に一定の距離だけ離れた領域に４分割して照射するので、信号光の分布する４つの中心の位置と参照光の焦点Ｐの位置とを離すことができる。その結果、干渉縞の間隔を相対的に狭くすることができる。このように、干渉縞の間隔を相対的に狭くした場合、情報記録媒体６に記録される情報のシフト多重記録におけるシフト選択性を向上させることができる。すなわち、情報記録媒体６に情報を多重的に記録するときに、情報記録媒体６のシフト量を小さくすることができる。その結果、情報記録媒体６に記録することができる情報量を多くすることができる。

【0061】

なお、位相マスクの詳細については後述する。

【0062】

［第２実施形態］
次に、図１、図８及び図９を参照して、単一光波の中の、信号光と参照光とを同一の経路を進行させ、かつ、２つの偏光成分を信号光と参照光として利用するリターダグラフィの光学系を利用した光情報記録再生装置１Ｂの概要を説明する。なお、光情報記録再生装置１Ｂの基本的な構成は、図１に示した光情報記録再生装置１Ａと同様なので、光情報記録再生装置１Ｂの全体構成については、図１を参照して説明する。

【0063】

この光情報記録再生装置１Ｂは、図１に示すように、信号光及び参照光からなる記録光を生成する記録光生成部２と、この記録光生成部２によって生成された信号光及び参照光を照射するための照射部３と、この照射部３によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体６と、この情報記録媒体６に形成された干渉縞を撮像する撮像部７とを備えている。

【0064】

記録光生成部２は、記録用レーザ光を出力するレーザ照射部１０と、レーザ照射部１０から照射されたレーザ光から信号光を生成する信号光生成部２０と、この信号光生成部２０によって生成された信号光及び信号生成部を通過した参照光の空間周波数をフィルタリングする空間周波数フィルタリング機構２９とを備えている。

【0065】

レーザ照射部１０は、レーザ光源１１と、１／２波長板１２と、２つのコリメータレンズ１３，１５と、空間フィルタ１４とから構成されている。なお、レーザ光源は、直線偏光を出力する光源である。このレーザ照射部１０は、その構成及び作用は、第１実施形態の光情報記録再生装置１Ａのレーザ照射部１０と同様である。

【0066】

このレーザ照射部１０と信号光生成部２０との間には、２つのミラー１７，１８と、これら２つのミラー１７，１８によって反射され直線偏光に位相差を生じさせる１／２波長板１９及び図示しない１／４波長板が配置されている。１／４波長板は、光学軸に平行な偏光成分と垂直な偏光成分に分離し、その屈折率差によって位相差をπ／２だけ生じさせている。その結果、光学軸の向きを調整することによって、ミラー１７，１８を通過して楕円偏光となった偏光状態を直線偏光に戻すことができる。１／２波長板１９は、さらにその直線偏光の方位を調整することができる。

【0067】

以上の光路を経てレーザ照射部１０から出力された直線偏光は、互いに直交する偏光成分を有する信号波用の直線偏光と参照波とに分離され、信号光生成部２０に入射される。

【0068】

信号光生成部２０は、図８に示すように、信号波用の直線偏光と参照波とを反射する反射ミラー４１と、反射された信号波用の直線偏光と参照波と集光するリレーレンズ４２と、リレーレンズ４２により集光された後に広がった信号波用の直線偏光と参照波とを平行光に変換するリレーレンズ４３とを備えている。また、信号光生成部２０は、変換された平行光が入射され、入射された平行光のうち信号波用の直線偏光のみを変調し２次元の位相ページデータを光波に載せて信号光を生成するための空間光変調器４５を備えている。さらに、信号光生成部２０は、空間光変調器４５から出力され、リレーレンズ４３によって絞られた参照光と信号光とを平行光に変換する出力用のリレーレンズ４４を備えている。

【0069】

この光情報記録再生装置１Ｂの記録光生成部２では、記録時の入力偏光は、空間光変調器４５の軸に対して平行又は垂直以外の偏光であり、記録時の出力偏光は、信号光の偏光成分が空間光変調器４５の軸に対して平行をなす偏光である。一方、再生時入力偏光は、空間光変調器４５の軸に対して垂直であり、再生時の出力偏光は、空間光変調器４５の軸に対して垂直である。なお、必要に応じ、出力用のリレーレンズ４４よりも光路の後ろ側に１／４波長板４６を配置してもよい。その場合、記録時の出力偏光は、第１円偏光成分の信号光成分と前記第１円偏光成分に直交する第２円偏光成分の参照光成分との重ね合わせになる。また、再生時の出力偏光は、前記した第２円偏光成分と同じ円偏光になる。

【0070】

参照光と信号光とは、信号光生成部２０から出力された後に、空間周波数フィルタリング機構２９によって空間周波数をフィルタリングされる。この空間周波数フィルタリング機構２９は、一対のフーリエ変換レンズ２６，２８と、空間フィルタ２７とを有し、参照光及び信号光を、フーリエ変換レンズ２６で空間フィルタ２７の位置に焦点を合わさせている。空間フィルタの位置では参照光と信号光の空間周波数分布に対応するパターンとなり、空間フィルタ２７とフーリエ変換レンズ２８を通過することによって、空間周波数フィルタリングされた参照光と信号光になる。

【0071】

照射部３、情報記録媒体６の構成は、第１実施形態の光情報記録再生装置１Ａと同様なので、その説明は省略する。

【0072】

撮像部７は、図９に示すように、撮像素子８の直前に配置された検光子９を備えている。情報記録媒体６に記録された情報を再生し、再生した情報を撮像する際に、当該撮像部７は、検光子９の透過軸を再生信号光及び位相検出用参照光となった再生照明光の両方が一部透過する方向に調整することにより、撮像素子８上で、再生信号光と位相検出用参照光を干渉させている。また、検光子９の直前に図示しない１／４波長板を配置してもよい。情報記録媒体６に記録された情報を再生し、再生した情報を撮像する際に、１／４波長板は、再生された信号と再生のために用いた参照光との強度比を調整することができる。ただし、この１／４波長板は、必要に応じて設ければよく、必須の構成ではない。

【0073】

この光情報記録再生装置１Ｂは、以上に説明した構成の他に、偏光依存位相マスクを備えている。偏光依存位相マスクは、空間光変調器４５に組み込まれている。ただし、偏光依存位相マスクは、空間光変調器４５に組み込んで設けることには限定されず、偏光依存位相マスクを空間変調器４５とは別体の１つのデバイスとして設け、偏光依存位相マスクのデバイスを光情報記録再生装置に設けることもできる。

【0074】

［第２実施形態の変形例］
図１０は、リターダグラフィの光学系を利用した光情報記録再生装置１Ｃが独立した１つの偏光依存位相マスクのデバイスを有する装置の一例を示している。なお、この光情報記録再生装置１Ｃの基本的な構成は、図１に示した光情報記録再生装置１Ｂと同様なので、同様の構成については、図面に同じ符号を付して説明を省略し、異なる構成のみについて説明する。

【0075】

この光情報記録再生装置１Ｃは、信号光及び参照光からなる記録光を生成する記録光生成部５０と、この記録光生成部５０によって生成された信号光及び参照光を照射するための照射部３と、この照射部３によって照射された信号光と参照光とによって形成される干渉縞の明暗を光学異方性分布又は屈折率分布として記録する情報記録媒体６と、この情報記録媒体に形成された干渉縞を撮像する撮像部７とを備えている。

【0076】

光情報記録再生装置１Ｃの記録光生成部５０は、偏光依存位相マスク６０が独立した１つのデバイスとして設けられている。記録光生成部５０は、直線偏光を出力するレーザ照射部１０と、偏光依存位相マスクとの間に４つのミラー５１，５２，５３，５４を備えており、レーザ照射部１０が出力した直線偏光を４つのミラー５１，５２，５３，５４で順番に反射して直線偏光を偏光依存位相マスク６０に入射している。また、記録光生成部５０は、２つのリレーレンズ５５，５６と、これらリレーレンズ５５，５６の間に位置するミラー５７と、空間光変調器５８とを備えている。偏光依存位相マスク６０から出力された偏光は、リレーレンズ５５を透過し、ミラー５７によって反射される。反射された偏光は、リレーレンズ５６を透過して空間光変調器５８に入射される。空間光変調器５８から出力された偏光は、リレーレンズ５６を再度透過して照射部３に向かって進行する。

【0077】

この光情報記録再生装置１Ｃの記録光生成部５０では、記録時の入力偏光は、空間光変調器の軸に対して平行又は垂直以外の偏光であり、記録時の出力偏光のうち信号光成分は、偏光方位が空間光変調器の軸に対して平行をなす偏光であり、参照光成分は、偏光光方位が空間光変調器の軸に対して垂直をなす偏光である。一方、再生時入力偏光は、空間光変調器の軸に対して垂直であり、再生時の出力偏光は、空間光変調器の軸に対して垂直である。

【0078】

次に、光情報記録再生装置１Ｂに設けられる偏光無依存位相マスク及び光情報記録再生装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃに設けられる偏光依存位相マスク６０の詳細について説明する。

【0079】

偏光無依存位相マスクは、これまでに説明した図面には現れていないが、４行４列の画素によって構成されている。この偏光無依存位相マスクには信号光のみを照射し、信号光の位相を変化させる。一方、偏光依存位相マスク６０は、４行４列の画素によって構成されている。この偏光依存位相マスク６０は、信号光に含まれるある第１直線偏光成分のみの位相を変化させると共に、第１直線偏光成分に直交する第２直線偏光成分の位相をそのまま透過させる。

【0080】

なお、偏光無依存位相マスク及び偏光依存マスクを４行４列以外の構成にした場合、隣り合う位置での位相差を一定値としたときに、信号光を対称的に４分割したり、又は均等に分割したりすることができ，偏りが生じてしまう。これに対し、偏光無依存位相マスク及び偏光依存マスクを４行４列に構成した場合、信号光を対称的に４分割することができる。そのため、本実施形態の偏光無依存位相マスク及び偏光依存マスクは、４行４列の構成を採用している。

【0081】

この偏光無依存位相マスク及び偏光依存位相マスク６０は、（式１）によって表された位相分布の式において、ｓ_１１，ｓ_３１，ｓ_１３，ｓ_３３のうち、１つが−１であり、他の３つが１となるように設計されている。その際、（式１）のｍ_ｘとｍ_ｙとに図１１に示すマトリックスにより与えられた数値を代入して偏光無依存位相マスク及び偏光依存位相マスク６０の位相分布が計算される。図１１に示したマトリックスの各マスに示された値のうち、左側に配置された値がｍ_ｘに代入される値であり、右側に配置された値がｍ_ｙに代入される値である。

【0082】

【数1】

【0083】

上記の（式１）を用いて設計された偏光無依存位相マスク及び偏光依存位相マスク６０は、図１２（Ａ）から図１２（Ｄ）の４つのタイプに分類することができる。以下、この偏光依存位相マスク６０の詳細を図１２（Ａ）の偏光無依存位相マスクを例にして説明する。なお、以下の説明において、偏光無依存位相マスクの符号を「６０」として説明する。

【0084】

各行及び各列において、隣り合う列の画素同士が、当該偏光無依存位相マスク６０に入射された光の位相を、１／２πずらして出力するように形成されている。例えば、最も上段に位置する第１行の各画素は、左から右に向かって正の方向に１／２πずつ位相がずれ、最も左側に位置する第４列の各画素は、上から下に向かって負の方向に１／２πずつ位相がずれている。また、偏光無依存位相マスク６０の画素の行は、最も上段に位置する第１行から順番に、正の方向に位相が１／２πずらす行と負の方向に位相が１／２πずつずらす行とが交互に配列されている。一方、偏光無依存位相マスク６０の画素の列は、最も左側に位置する第１列から順番に、負の方向に位相が１／２πずつずらす列と正の方向に位相が１／２πずつずらす列とが交互に配列されている。

【0085】

この図１２（Ａ）に示した偏光無依存位相マスク６０及び偏光依存位相マスク６０の具体的な構造について、図１３〜図２０を参照して説明する。なお、説明の順番は、先に偏光依存位相マスク６０について説明し、次に偏光無依存位相マスク６０について説明する。

【0086】

［偏光依存位相マスク］
図１３〜図２０を参照して、偏光依存マスク６０について説明する。なお、偏光依存マスク６０は、主に、インラインホログラフィの光学系及びリターダグラフィの光学系に用いられる位相マスクである。

【0087】

（第１形態の偏光依存位相マスク）
第１形態の偏光依存位相マスク６１は、図１３に示すように、基板７１と、この基板７１に積層された波長板アレイ７２と、波長板アレイ７２と一定の間隔を空けて配置された補償板７３とから構成されている。基板７１は平坦な板状の部材によって構成されている。波長板アレイ７２と補償板７３とは、偏光依存位相マスク６１の各行及び各列によって異なる形状をそれぞれ有している。以下、図１４〜図１７を参照して各行の波長板アレイ及び補償板の構造について説明する。

【0088】

図１４は、図１２（Ａ）に示した偏光依存位相マスク６１の第１行を構成する波長板アレイ７２及び補償板７３の構造を示している。波長板アレイ７２は、図１４に示した状態で、底面が平坦に形成され、この底面と上面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。波長板アレイ７２の厚さは、図１４の最も左側に位置する第１列から最も右側に位置する第４列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。この波長板アレイ７２は、速相軸と遅相軸とに沿った偏光成分同士の間に位相差を付与している。これに対し、補償板７３は、図１４に示した状態の上面が平坦に形成され、この上面と底面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。補償板７３の厚さは、図１４の最も左側に位置する第１列から最も右側に位置する第４列に向かうにしたがって段階的に厚くなるように形成されている。この補償板７３は、速相軸と遅相軸とに沿った偏光成分の一方の位相が変化させずに透過させている。

【0089】

図１５は、図１２（Ａ）に示した偏光依存位相マスク６１の第２行の構造を示しており、波長板アレイ７４は、その厚さが第１列から第４列に向かうにしたがって段階的に厚くなるように形成されている。これに対し、補償板７５は、第１列から第４列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。

【0090】

図１６は、図１２（Ａ）に示した偏光依存位相マスク６１の第３行の構造を示している。波長板アレイ７６は、図１６の最も左側に位置する第１列の厚さが２番目に薄く、第２列の厚さが最も薄く形成されている。また、第３列の厚さが最も厚く、図１６の最も右側に位置する第４列の厚さが２番目に厚く形成されている。これに対し、補償板７７は、図１６の最も左側に位置する第１列の厚さが２番目に厚く、第２列の厚さが最も厚く形成されている。また、第３列の厚さが最も薄く、図１６の最も右側に位置する第４列の厚さが２番目に薄く形成されている。

【0091】

図１７は、図１２（Ａ）に示した偏光依存位相マスク６１の第４行の構造を示している。波長板アレイ７８は、図１７の最も左側に位置する第１列の厚さが２番目に厚く、第２列の厚さが最も厚く形成されている。また、第３列の厚さが最も薄く、図１７の最も右側に位置する第４列の厚さが２番目に薄く形成されている。これに対し、補償板７９は、図１７の最も左側に位置する第１列の厚さが２番目に薄く、第２列の厚さが最も薄く形成されている。また、第３列の厚さが最も厚く、図１７の最も右側に位置する第４列の厚さが２番目に厚く形成されている。

【0092】

（第２形態の偏光依存位相マスク）
第２形態の偏光依存位相マスク６２は、図１８に示すように、基板８１と、この基板８１上に積層された反射膜８２と、反射膜８２の上に積層された誘電体板８３と、誘電体板８３と隙間を空けて配置されたワイヤーグリッド偏光子８４とで構成されている。基板８１及び反射膜８２は、厚さが一定に形成されている。これに対し、誘電体板８３は、各行及び各列によって厚さが異なっている。ワイヤーグリッド偏光子８４は、２つの直交する直線偏光成分のうち一方の直線偏光成分を透過させ、他方を反射している。そして、このワイヤーグリッド偏光子８４を透過した直線偏光成分は誘電体板８３によって位相が与えられる。

【0093】

（第３形態の偏光依存位相マスク）
第３形態の偏光依存位相マスク６４は、液晶位相マスクである。第３形態の偏光依存位相マスク６４は、図１９（Ａ）に示すように、基板９１と、この基板９１上に配置された２層からなる配向膜９２．９４と、配向膜９４上に積層された補償膜９５とを備えている。基板９１は平坦に形成されている。２層からなる配向膜９２，９４のうち、基板９１上に積層された第１配向膜９２は、第１列から第４列に向かうにしたがって厚さが段階的に薄くなるように形成されている。一方、第１配向膜９２の上に積層された第２配向膜９４は、厚さが一定に形成されている。これらの第１配向膜９２と第２配向膜９４との間には、液晶層９３が形成されている。この液晶層９３は、第２列から第４列に向かうしたがって厚さが段階的に厚く形成されている。そして、補償膜９５は厚さが一定に形成されている。

【0094】

図１９（Ｂ）を参照して、第１配向膜９２の構造を具体的に説明する。図１９（Ｂ）に示す第１配向膜９２は、図１２（Ａ）に示した偏光依存位相マスク６１の第１行の位相分布を与える構造である。第１配向膜９２は、図１９（Ｂ）に示した状態で、底面が平坦に形成され、この底面と上面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。第１配向膜９２の厚さは、図１９（Ｂ）の最も左側に位置する第１列から最も右側に位置する第４列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。なお、第２行から第４行の構造も、偏光依存位相マスクの各行の位相分布に対応した構造にそれぞれ形成されている。

【0095】

以上の構成を備えた第３形態の偏光依存位相マスク６４は、液晶分子の配向方位に平行をなす偏光成分に対し、液晶層の厚さに応じた位相を与えている。補償膜９５は、図１９の紙面に対して垂直な偏光成分の位相が変化しないように補償している。

【0096】

次に、図２０を参照して、空間光変調器に偏光依存位相マスクを組み込んで、一体に構成された一体型空間光変調器１００について説明する。

【0097】

図２０に示した一体型空間光変調器１００は、液晶空間光変調器１０６に偏光依存位相マスク６２を組み込んで構成した例である。液晶空間光変調器１０６は、図２０の下から第１透明電極層１０１、第１配向膜１０２、液晶層１０３、第２配向膜１０４及び第２透明電極層１０５がこの順番で積層されて構成されている。偏光依存位相マスク６２は、図２０において、第１透明電極層１０１の下側に配置されている。偏光依存位相マスク６２は、図１８に示した第２形態の偏光依存位相マスク６２と同一の構造であり、ワイヤーグリッド偏光子８４が第１透明電極層１０１の下側に積層されている。なお、偏光依存位相マスク自体６２の構成及び作用は第２形態の偏光依存位相マスク６２と同一なので、その説明はここでは省略する。

【0098】

［偏光無依存位相マスク］
次に、図２１〜図２５を参照して偏光無依存位相マスク６０について説明する。なお、偏光無依存位相マスク６０は、主に、オフアクシス型の光学系を利用する場合に用いられる位相マスクである。

【0099】

偏光無依存位相マスク６０は、図２１に示すように、基盤１２１と、この基板１２１に積層された誘電体板１２２とから構成されている。なお、偏光無依存位相マスク６０は、必要に応じて反射膜１２６を設けることができる。反射膜１２６を設ける場合、反射膜１２６は、基板１２１と誘電体板１２２との間に積層される。誘電体板１２２は、偏光無依存位相マスク６０の各行と各列によって異なる形状をそれぞれ有している。以下図２２〜図２５を参照して各行の誘電体板の構造について説明する。

【0100】

図２２は、図１２（Ａ）に示した偏光無依存位相マスク６０の第１行を構成する誘電体板１２２の構造を示している。誘電体板は、図２２に示した状態で、底面が平坦に形成され、この底面と上面との間の厚さが列ごとに相互に異なるように形成されている。誘電体板１２２の厚さは、図２２の最も左側に位置する第１列から最も右側に位置する第４列に向かうにしたがって段階的に薄くなるように形成されている。

【0101】

図２３は、図１２（Ａ）に示した偏光無依存位相マスク６０の第２行の構造を示しており、誘電体板１２３は、その厚さが第１列から第４列に向かうにしたがって段階的に厚くなるように形成されている。

【0102】

図２４は、図１２（Ａ）に示した偏光無依存位相マスク６０の第３行の構造を示している。誘電体板１２４は、図２４の最も左側に位置する第１列の厚さが２番目に薄く、第２列の厚さが最も薄く形成されている。また、第３列の厚さが最も厚く、図２４の最も右側に位置する第４列の厚さが２番目に厚く形成されている。

【0103】

図２５は、図１２（Ａ）に示した偏光無依存位相マスク６０の第４行の構造を示している。誘電体板１２５は、図２５の最も左側に位置する第１列の厚さが２番目に厚く、第２列の厚さが最も厚く形成されている。また、第３列の厚さが最も薄く、図２５の最も右側に位置する第４列の厚さが２番目に薄く形成されている。

【0104】

以上に説明した偏光無依存位相マスク６０又は偏光依存位相マスク６０を用いて情報記録媒体に多値位相ページデータを記録した場合、空間的位相シフト法を用いて、記録された情報の位相値を抽出することができる。また、情報記録媒体の記憶容量の向上及び転送レートの向上を実現できる。さらに、冒頭に説明したように、オフアクシスホログラフィ方式に対しても位相ページデータを情報記録媒体に記録することができる。

【0105】

以下では、空間的位相シフト法によって、情報記録媒体に記録された情報から位相値を抽出する原理について説明する。

【0106】

位相値の抽出は、図２６に示す情報再生部１１０により行われる。情報再生部１１０は、撮像部７に接続されており、情報記録媒体６に参照光を照射して再生され、撮像部７によって撮像された情報に基づいて処理を行っている。この情報再生部６は、例えば、コンピュータにより構成されており、入力装置１１２と、表示装置１１３と、演算処理部１１等を有している。

【0107】

以下、シングルチャネルの光学系で情報を記録した場合とデュアルチャネルの光学系で情報を記録した場合について、位相値の抽出方法を順番に説明する。

【0108】

［シングルチャネルの場合］
シングルチャネルの光学系で情報を記録した場合、情報記録媒体６に記録された情報を再生したときの再生信号光Ｕｓ（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ）は、（式２）のように表すことができる。この再生信号光の位相は、位相抽出用参照光の位相を基準としたものである。

【0109】

【数2】

【0110】

また、再生に使用した位相抽出用参照光Ｕ_Ｒ（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ）は、その位相を０とした場合、次の（式３）のように表すことができる。

【0111】

【数3】

【0112】

撮像素子８上での再生信号光と位相抽出用参照光とによる強度Ｉ（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ）は、次の（式４）のように表すことができる。

【0113】

【数4】

【0114】

したがって、位相φ_Ｓは、（式４）における偏角を求める式を用いて求めることができる。具体的に、位相φＳは、（式５）により求めることができる。

【0115】

【数5】

【0116】

［デュアルチャネルの場合］
デュアルチャネルの光学系で情報を記録した場合、情報記録媒体６に記録された情報を再生したときの各再生信号光Ｕｓ_１（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ），Ｕｓ_２（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ）は、（式６）のように表すことができる。この各再生信号光の位相は、それぞれに対応する偏光状態を有する各位相抽出用参照光の位相を基準としたものである。

【0117】

【数6】

【0118】

また、再生に使用した位相抽出用参照光Ｕ_Ｒ１（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ），Ｕ_Ｒ２（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ）は、その位相を０とした場合、次の（式７）のように表すことができる。

【0119】

【数7】

【0120】

撮像素子８上での再生信号光と位相抽出用参照光とによる強度Ｉ（ｍ_ｘ、ｍ_ｙ）は、次の（式８）のように表すことができる。

【0121】

【数8】

【0122】

したがって、各位相抽出用参照光によって再生された再生信号の位相φ_Ｓ１及び位相φ_Ｓ２は、（式８）における偏角を求める式を用いてそれぞれ求めることができる。具体的に、位相φＳは、（式９）により求めることができる。

【0123】

【数9】

【符号の説明】

【0124】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 光情報記録再生装置
２ 記録光生成部
３ 照射部
３ａ ミラー
４ ガルバノミラー
５ リレーレンズ
６ 情報記録媒体
７ 撮像部
８ 撮像素子
９ 検光子
１０ レーザ照射部
１１ レーザ光源
１２ １／２波長板
１３ コリメータレンズ
１４ 空間フィルタ
１５ コリメータレンズ
１６ １／４波長板
１７，１８ ミラー
１９ １／２波長板
２０ 信号光生成部
２１ 偏光ビームスプリッタ
２２ 透過面
２３，２４ 空間光変調器
２６，２８ フーリエ変換レンズ
２７ 空間フィルタ
２９ 空間周波数フィルタリング機構
３０ 信号光生成部
３１ 反射ミラー
３２，３３，３４，３５ リレーレンズ
３６，３７ 空間光変調器
３８ １／２波長板
３９ １／４波長板
４０ 信号光生成部
４１ 反射ミラー
４２，４３，４４ リレーレンズ
４５ 空間光変調器
４６ １／４波長板
５０ 記録光生成部
５１，５２，５３，５４ ミラー
５５，５６ リレーレンズ
５７ ミラー
５８ 空間光変調部
６０，６１，６２，６３，６４ 位相マスク
７１，８１，９１ 基板
７２，７４，７６，７８ 波長板アレイ
７３，７５，７７，７９ 補償板
８２ 反射膜
８３ 誘電体板
８４ ワイヤーグリッド偏光子
９２，９４ 配向膜
９３ 液晶層
９５ 補償膜
１００ 一体型空間光変調器
１０１，１０５ 透明電極層
１０２，１０４ 配向膜
１０３ 液晶層
１０６ 液晶空間光変調器
１１０ 情報再生部
１１１ 演算処理部
１１２ 入力装置
１１３ 表示装置
１２１ 基板
１２２，１２３，１２４，１２５ 誘電体板
１２６ 反射膜
１３０ 偏光ビームスプリッタ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図5】