專利名稱：全息記錄介質以及記錄和再現系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及在其上對信息進行光學記錄或再現的全息記錄介質，例如光盤、光卡等，更具體地，涉及一種全息記錄介質，其具有一記錄層，利用光束對其照射以記錄或再現信息，還涉及一種記錄和再現系統。
背景技術：
為了提高記錄信息的密度，全息技術因其能夠以較高的密度來記錄二維數據信號而備受關注。全息技術的特征在于，在由諸如光折變材料的感光材料制成的全息記錄介質上，將攜帶記錄信息的光的波陣面體積記錄為折射率的變化。例如，已經開發出使用全息記錄介質作為盤片(全息盤)的記錄和再現系統(參看日本特開平11-311937號公報)。
圖1示出了全息盤的部分。該全息盤包括透明基片以及在該透明基片上按順序層疊的全息層、反射膜以及保護層。該全息盤的反射膜具有反射表面，該反射表面具有以預定角度間隔布置的伺服區6以及位于相鄰的伺服區6之間的扇區內的數據區7。
在該全息記錄系統中，參考光通過記錄層在反射膜上會聚為一點，并且由反射膜反射的參考光發生散射并通過記錄層，同時，攜帶有待記錄信息的信息光通過記錄層。通過這種方式，在記錄層中，反射參考光與信息光發生干涉，形成干涉圖形，從而在記錄層內體積記錄全息圖。將干涉圖形的全息圖彼此相鄰、依次重疊地記錄在記錄層中。隨后，照射參考光以對從各全息圖中恢復出的再現光進行檢測和解調，以再現所記錄的信息。
在日本特開平11-311937號公報中所示的全息盤中，參考光和信息光從同一側同軸地入射在該全息盤上，很難將在反射膜上反射的參考光與在信息再現期間從全息圖中再現出的光分離開。這導致降低了讀取再現信號的性能。為解決這些問題，在物鏡12之前設置了二分方位角旋轉器(bisect azimuth rotator)14，其具有分為兩個區域的光瞳，各光瞳具有彼此相差90°的旋光方向，如圖1所示，以防止參考光入射到光檢測器上。
然而，該傳統方法涉及到一體地驅動該方位角等分旋轉體14和物鏡12，這導致成本增加。該傳統方法還有以下問題與方位角等分旋轉體14的分割邊界附近相對應的再現光導致了記錄特性的劣化。
發明內容
因此，本發明的示例性目的是提供一種全息記錄介質以及一種記錄和再現系統，其能夠進行可靠的記錄和再現，而不使記錄特性劣化。
根據本發明的全息記錄介質是一種通過光照射而記錄信息并且再現信息的全息記錄介質，其特征在于，該全息記錄介質包括記錄層，由感光材料制成；反射層，位于記錄層的與照射光的一側相對的一側；以及，介于記錄層和反射層之間的1/4波片。
根據本發明的全息記錄和再現系統的特征在于，其包括全息記錄介質，具有記錄層，由能夠保存光干涉圖形的感光材料制成；反射層，位于記錄層的與光束入射的一側相對的一側；以及，介于記錄層和反射層之間的1/4波片；支撐件，用于可自由安裝地支撐該全息記錄介質；光源，用于產生相干的參考光束；信號光發生器，其包括用于根據記錄信息對參考光進行空間調制以產生信號光束的空間光調制器，；干涉單元，用于利用信號光束和參考光束來照射全息記錄介質的反射層，以由光干涉圖形在全息記錄介質的記錄層內形成衍射光柵區，還用于將參考光束照射至衍射光柵區，以產生與信號光束相對應的再現波；分離器，用于將再現波與參考光中的從反射層反射回干涉單元的返回光分離開；以及檢測器，用于檢測由再現波形成的記錄信息。
根據本發明的全息再現系統的特征在于，其包括
全息記錄介質，具有記錄層，由能夠保存光干涉圖形的感光材料制成；反射層，位于所述記錄層的與光束入射的一側相對的一側；以及，介于所述記錄層和所述反射層之間的1/4波片；支撐件，用于可自由安裝地支撐所述全息記錄介質；光源，用于產生相干參考光束；干涉單元，用于根據記錄信息將參考光束照射至形成在所述全息記錄介質的所述記錄層內的衍射光柵區，以產生與信號光束相對應的再現波；分離器，用于將所述再現波與所述參考光中的從所述反射層反射回所述干涉單元的返回光分離開；以及檢測器；用于檢測由再現波形成的記錄信息。
根據本發明的全息記錄系統的特征在于，其包括全息記錄介質，具有記錄層，由能夠保存光干涉圖形的感光材料制成；反射層，位于所述記錄層的與光束入射的一側相對的一側；以及，介于所述記錄層和所述反射層之間的1/4波片；支撐件，用于可自由安裝地支撐所述全息記錄介質；光源，用于產生相干參考光束；信號光發生器，其包括用于根據記錄信息對參考光束進行空間調制以產生信號光束的空間光調制器；以及干涉單元，用于利用信號光束和參考光束來照射全息記錄介質的反射層，以由光干涉圖形在所述全息記錄介質的所述記錄層內形成衍射光柵區。
圖1是總體上表示位于常規全息盤上的引導軌道的結構的部分截面圖；圖2是總體上表示根據本發明一個實施例的全息記錄介質的部分截面圖；圖3是表示根據本發明另一實施例的全息記錄介質的立體圖；
圖4是根據本發明另一實施例的全息記錄介質盤；圖5是總體上表示根據本發明另一實施例的全息記錄介質盤的平面圖；圖6至圖9是用于說明根據本發明一個實施例的全息記錄介質的記錄和再現的示意性部分截面圖；圖10是總體上示出了根據本發明一個實施例的用于在全息盤上記錄或再現信息的記錄和再現裝置的結構的框圖；圖11至圖13是總體上表示根據本發明一個實施例的用于在全息盤上記錄和再現信息的記錄和再現裝置的讀寫頭的示意圖；圖14是表示根據本發明一個實施例的用于在全息盤上記錄和再現信息的記錄和再現裝置的讀寫頭中的光檢測器的平面圖；圖15和圖16是用于說明根據本發明另一實施例的全息記錄介質的記錄和再現的示意性部分截面圖；圖17至圖20是總體上表示根據本發明其他實施例的用于在全息盤上記錄和再現信息的記錄和再現裝置中所使用的讀寫頭的示意圖；圖21和22是總體上表示根據本發明另一實施例的全息記錄介質的部分截面圖；圖23是表示根據本發明另一實施例的全息記錄介質的立體圖；以及圖24是總體上表示根據本發明另一實施例的用于從全息盤再現信息的再現裝置的讀寫頭的示意圖；具體實施方式
以下將參照
本發明的實施例。
<記錄介質>
圖2示出了根據示例性實施例的光盤形式的記錄盤。
該全息記錄介質包括基片3，以及從與參考光入射的一側相對的一側開始層疊在基片3上的反射層4、分離層5、1/4波片6、記錄層7以及保護層8。在該全息記錄介質2中，1/4波片6位于記錄層7和反射層4之間。
基片3是由諸如玻璃或塑料材料制成的平行平板，其可以預先形成有地址和軌道結構。例如由諸如鋁或多層介電膜制成的反射層4形成有多個槽狀的引導軌道GT，它們彼此間隔而沒有交叉地延伸。反射層4用作為引導層。這些軌道用于伺服控制，例如至少用于尋道伺服。記錄層7由諸如光折變材料、燒孔材料、光致變色材料等能夠保存光干涉圖形的感光材料制成。將全息圖HG記錄在引導軌道GT上方的記錄層7中。分離層5和保護層8由光學透明材料制成，并且用以使疊層結構平整并且保護記錄層等。
1/4波片6是一光學元件，當將其布置為使入射光的偏振面相對于該波片的光軸(晶軸)成45°角時，其能夠將線偏振光轉換為圓偏振光。通常，已知波片是這樣的光學元件與晶軸平行地對石英(為單軸晶體)進行切割，以使入射光產生相位差(延遲)，即，一種雙折射元件，當特定波長的光通過它時，能夠在S偏振光和P偏振光之間產生相位差，波片包括1/4波片、1/2波片等。
1/4波片6的一個示例是按以下方式由兩個石英片(人造石英等)制成的，將這兩個石英片研磨成各自具有與特定波長相對應的固定厚度，并且將這兩個石英片接合，使它們的晶體光軸彼此垂直。1/4波片6可由諸如聚酰亞胺等的有機材料制成，而不是無機材料。因為由組成材料體現出的雙折射量取決于波長并在相位差方面也發生變化，所以為了提供預定的相位差，應該為所用波長選擇合適的材料。
在1/4波片6中，當使線偏振光以相對于晶軸成45°角入射時，從1/4波片6出射圓偏振光。另一方面，當入射圓偏振光時，1/4波片6出射呈45°角的線偏振光。由此，圓偏振光的返回光再次通過該1/4波片，從而產生相對于初始線偏振光偏離了90°的線偏振光。通過這種方式，通過使圓偏振光通過諸如偏振分束器等的分光元件，可以防止返回光。當將橢圓偏振光轉換為線偏振光時可以使用該技術。
如圖3所示，全息記錄介質可以是不旋轉的卡式全息記錄介質，例如，矩形平行平板光卡200a。在此情況下，為了將入射光的偏振面的方向保持為相對于1/4波片6的光軸成45°角，可以僅通過在記錄層7和反射層4之間插入單個1/4波片來實現全息記錄介質。
另外，圖4示出了具有盤狀全息記錄介質的全息盤20b。
當全息記錄介質由全息盤20b構成時，由于盤的旋轉，原樣粘附在盤上的單個1/4波片無法使入射光的偏振面保持為相對于該1/4波片的光軸成45°角。換言之，當處于特定的旋轉角時，該1/4波片未起到其應起的作用。因此，如圖5所示，可粘附多個1/4波片6(使各1/4波片6的光軸保持為相對于徑向(與入射光的偏振面的方向一致)成45°角)來形成盤片，以緩解這一問題。將扇形1/4波片6的分割角設定在一角度范圍內，在該角度范圍內，入射在圖像檢測器上的用于讀取信號的參考光由于盤片的旋轉而產生的變化不會導致什么問題。換言之，將各1/4波片6的光軸設定為相對于入射光的偏振面的方向處于預定的角度范圍內。另外，通過在沿徑向延伸的分割線6a上設置地址區、伺服區等，可以防止分割線對數據的記錄產生不利的影響。
現將參照圖6至圖9來說明記錄和再現的原理。圖6至9示出了本實施例的全息記錄介質(以示例形式給出)，該全息記錄介質為在記錄層7和反射層4之間夾有1/4波片6的全息盤2。
將圖6中所示的參考光和信號光(由單點劃線表示)的光軸設置為與偏振分束器PBS和物鏡OB的光軸對準。將偏振分束器PBS設置為使其分束面能夠將P偏振光和S偏振光沿彼此垂直的方向進行分離。信號光包含信號，信號包括將要記錄成排列在基體平面上的點圖形從而形成頁面數據等的數字數據，并且通過空間光調制器等對信號進行調制。參考光是具有與信號光相同波長的未調制光。由偏振分束器PBS將這兩束光結合為具有大致相同的光軸的光束(由虛線表示)。由物鏡OB將這些光束會聚，導向至全息盤2，并聚焦在反射層4上。
將參照圖7對記錄操作進行說明，假設在一示例中參考光為P偏振光，而信號光為S偏振光(參考光由實線箭頭表示，而信號光由虛線箭頭表示，其中為了對光路進行說明，使參考光和信號光分別移離圖6所示的光軸)。當然，參考光和信號光的偏光關系可以顛倒過來，即，參考光可以是S偏振光，而信號光可以是P偏振光。
如圖7所示，P偏振光的參考光RP穿過偏振分束器PBS，由物鏡OB會聚，穿過全息盤2的記錄層7，然后入射在1/4波片6上。當參考光穿過該1/4波片6后，被轉換為圓偏振光，并且由反射層4進一步反射，再次穿過該1/4波片6。此時，參考光已被轉換為S偏振的反射參考光RS(其偏振面的方向與入射時的偏振面方向相差90°)，然后由物鏡OB轉換為準直光。因此，由偏振分束器PBS將從全息盤2反射的參考光與參考光的初始光路分離開。
圖7中的虛線箭頭所表示的S偏振的信號光SS由偏振分束器PBS反射，并由物鏡OB會聚，穿過全息盤2的記錄層7，然后入射在1/4波片6上。當信號光穿過1/4波片6時被轉換為圓偏振光。信號光由反射層4進一步反射，然后再次穿過1/4波片6。此時，信號光已被轉換為P偏振反射信號光SP(其偏振面的方向與其入射時的偏振面方向相差90°)，并且由物鏡OB轉換為準直光，然后穿過偏振分束器PBS。
由于當參考光和信號光的偏振面位于相同的方向時可以記錄全息圖，所以在全息盤2的記錄層7中有總計兩組光(即入射P偏振參考光RP和P偏振反射信號光SP的一組，以及入射S偏振信號光SS和S偏振反射參考光RS的一組)發生干涉。
現將參照圖8對再現操作進行說明，假設在一示例中，參考光為P偏振光(此處，參考光由實線箭頭表示，再現光由虛線箭頭表示，全息圖A和B由矩形表示，并且為了對光路進行說明，將參考光和再現光分別移離圖6中的光軸)。可以從全息圖A和B進行再現，而不考慮參考光為P偏振光還是S偏振光。
當參考光為P偏振光時，該P偏振的參考光穿過偏振分束器PBS，由物鏡OB會聚，穿過全息盤2的記錄層7，然后入射在1/4波片6上，如圖9所示。當參考光穿過1/4波片6后被轉換為圓偏振光，由反射層4進一步反射，再次穿過1/4波片6。此時，參考光被轉換為S偏振反射參考光RS(其偏振面的方向與入射時的偏振面方向相差90°)，然后由物鏡OB轉換為準直光。因此，由偏振分束器PBS將從全息盤2反射的參考光與參考光的初始光路分離開(類似于圖7)。
這里，分別由全息圖A和B產生再現光。通過入射在全息盤2上的P偏振參考光PR，由全息圖A產生朝向光源的再現光AA。這是因為全息圖A是由RP和SP構成的。信號光AA為P偏振光。
通過反射的S偏振反射參考光RS，由全息圖B產生與光源方向相反(即前向)的再現光BB。這是因為全息圖B是由RS和SS構成的。信號光BB為S偏振光。然而，由于信號光BB經由反射層4往復穿過1/4波片6，所以當其從全息盤2出射時被轉換為P偏振光。
換言之，當信號光AA和BB從全息盤2出射時，其被轉換為與入射偏振光相同的P偏振光。
由于可以按照上述方式通過使用偏振分束器PBS將反射參考光與信號光分離開，所以不必要的參考光成分不會進入用于接收再現信號的圖像檢測器。而且，由于來自兩個全息圖A和B的再現信號(再現圖像)相同，因此可以毫無問題地通過單個圖像檢測器來檢測到這些再現信號。
當參考光為S偏振光時，可以以相同方式執行再現操作。
將參照圖9對再現操作進行說明，假設在一示例中參考光為S偏振光(此處，參考光由實線箭頭表示，再現光由虛線箭頭表示，全息圖A和B由矩形表示，并且為了對光路進行說明，將參考光和再現光分別移離圖6所示的光軸)。
當參考光為S偏振光時，此處采用的光路沿與P偏振參考光的情況相反的方向延伸。具體地，如圖9所示，S偏振光的參考光RS由偏振分束器PBS反射，并且由物鏡OB會聚，穿過全息盤2的記錄層7，而入射在1/4波片6上。當參考光穿過1/4波片6時，其被轉換為圓偏振光，并由反射層4進一步反射，再次穿過1/4波片6。此時，參考光被轉換為P偏振反射參考光RS(其偏振面的方向與入射時的偏振面方向相差90°)，然后由物鏡OB轉換為準直光。由此，從全息盤2反射的參考光通過偏振分束器PBS，并與參考光的初始光路分離開。
這里，分別由全息圖A和B產生再現光。來自全息圖A的再現光AA是通過反射P偏振反射參考光RP反射并朝向光源的方向而產生的。這是因為全息圖A是由RP和SP構成的。信號光AA的偏振光為P偏振光。然而，由于信號光AA經由反射層4往復穿過1/4波片6，所以當其從全息盤2出射時被轉換為S偏振光。
通過入射在全息盤2上的S偏振參考光RS，由全息圖B產生朝向光源方向的再現光BB。這是因為全息圖B是由RS和SS構成的。信號光BB為S偏振光。
換言之，當信號光AA和BB從全息盤2出射時，被轉換為與入射偏振光相同的S偏振光。
<全息記錄和再現裝置>
圖10示出了用于將信息記錄于采用了本發明的全息盤上并且從其再現信息的記錄和再現裝置的總體結構，并且圖11-13示出了該記錄和再現裝置的讀寫頭的總體結構。
圖10的全息記錄和再現裝置包括主軸電機22，用于通過一轉臺來使全息盤2旋轉；讀寫頭23，用于利用光束從全息盤2讀取信號；讀寫頭致動器24，用于支持并且徑向移動該讀寫頭23；第一激光源驅動電路25；空間光調制器驅動電路26；再現信號處理電路27；伺服信號處理電路28；聚焦伺服電路29；尋道伺服電路30；讀寫頭位置檢測電路31，其連接至讀寫頭致動器24，用于檢測讀寫頭的位置信號；滑塊伺服電路32，其連接至讀寫頭致動器24，用于向讀寫頭致動器24提供預定信號；旋轉編碼器33，其連接至主軸電機22，用于檢測主軸電機的轉速信號；旋轉檢測器34，其連接至旋轉編碼器，用于生成全息盤2的旋轉位置信號；以及，主軸伺服電路35，其連接至主軸電機22，用于對其提供預定信號。
該全息記錄和再現裝置具有連接至第一激光源驅動電路25的控制電路50；空間光調制器驅動電路26；再現信號處理電路27；伺服信號處理電路28；聚焦伺服電路29；尋道伺服電路30；讀寫頭位置檢測電路31；滑塊伺服電路32；旋轉編碼器33；旋轉檢測器34；以及主軸伺服電路35。控制電路50根據來自這些電路的信號，通過這些驅動器來執行與讀寫頭相關的調焦和尋道伺服控制、再現位置(徑向位置)控制等。控制電路50(基于包含多種存儲器的用于總體上控制該裝置的微計算機)響應于由用戶在操作面板(未示出)上的輸入操作以及該裝置的當前工作狀態來生成多種控制信號，并且與用于向用戶顯示工作狀態等的顯示器(未示出)相連。控制電路50還處理從外部輸入的待記錄的數據(例如對數據進行編碼)，并向空間光調制器驅動電路26提供預定信號以控制記錄操作。此外，基于來自再現信號處理電路27的信號，控制電路50通過解調和糾錯處理來恢復記錄在全息盤上的數據。另外，控制電路50對所恢復的數據進行解碼，以再現作為再現信息數據輸出的信息數據。
圖11中的讀寫頭23由記錄和再現光學系統、伺服系統以及公共系統組成。記錄和再現光學系統包括第一激光源LD1，用于記錄和再現全息圖；第一準直透鏡CL1；第一半反射鏡HP1；第一偏振分束器PBS1；偏振空間光調制器PSLM；再現信號檢測器，其包括由CCD、互補金屬氧化物薄膜半導體器件陣列等構成的圖像檢測器CMOS；第二半反射鏡HP2；以及第二偏振分束器PBS2。伺服系統包括第二激光源LD2，用于對光束相對于全息盤2的位置進行伺服控制(調焦、尋道)；第二準直透鏡CL2；第三偏振分束器PBS3；像散元件AS，例如柱面透鏡；以及伺服信號檢測器，包括光檢測器PD。而公共系統包括二向色棱鏡DP和物鏡OB。除了物鏡OB以外，這些系統基本上位于共同的平面上。第一半反射鏡HP1和第二半反射鏡HP2的半反射鏡面以及第二偏振分束器PBS2的分束面彼此平行，并且在這些半反射鏡面和分束面的法線方向上，第一偏振分束器PBS1、二向色棱鏡DP以及第三偏振分束器PBS3的分束面彼此平行。將這些光學部件布置為，使得來自第一激光源LD1和第二激光源LD2的光束的光軸(單點劃線)分別延伸至記錄和再現光學系統以及伺服系統，并且在公共系統中基本上重合。
另外，讀寫頭23包括物鏡致動器36，其由用于沿光軸方向移動物鏡的調焦部和用于沿垂直于光軸的盤片徑向方向移動物鏡的尋道部組成。
第一激光源LD1連接至第一激光源驅動電路25，并由第一激光源驅動電路25對其輸出進行調節，使得對于記錄增加出射光束的強度，而對于再現則降低出射光束的強度。
偏振空間光調制器PSLM具有以下功能利用具有分割成矩陣形式的多個像素電極的液晶板，以電的方式改變一部分入射光的偏振面方向，并反射所得到的入射光；以及，透射所有的入射光從而成為無反射狀態。連接至第一激光源驅動電路25的偏振空間光調制器PSLM基于來自空間光調制器驅動電路26的待記錄的頁面數據(諸如平面上亮點和暗點圖形等的二維數據)調制并反射光束，使其具有偏振分量分布，從而產生信號光。
包括圖像檢測器CMOS的再現信號檢測器與再現信號處理電路27相連。
光檢測器PD連接至伺服信號處理電路28，并具有光盤中通用的調焦和伺服用的分割光接收元件的形狀。伺服方案不限于像散方法，而可以采用推挽式方法。將光檢測器PD的輸出信號(諸如聚焦誤差信號和尋道誤差信號)提供給伺服信號處理電路28。
在伺服信號處理電路28中，由聚焦誤差信號生成調焦驅動信號，并且通過控制電路50提供給聚焦伺服電路29。聚焦伺服電路29驅動安裝在讀寫頭23中的物鏡致動器36的調焦部，使得該調焦部工作，以調節照射在全息盤上的光斑的聚焦位置。
另外，在伺服信號處理電路28中，由尋道誤差信號生成尋道驅動信號，并且將其提供給尋道伺服電路30。尋道伺服電路30響應于該尋道驅動信號驅動安裝在讀寫頭23中的物鏡致動器36的尋道部，并且尋道部沿全息盤的徑向方向將照射在盤上的光斑的位置移動與由尋道驅動信號所承載的驅動電流相對應的量。
控制電路50基于來自操作面板或讀寫頭位置檢測電路31的位置信號以及來自伺服信號處理電路28的尋道誤差信號，生成滑塊驅動信號，并將該滑塊驅動信號提供給滑塊伺服電路32。滑塊伺服電路32響應于滑塊驅動信號所承載的驅動電流，由讀寫頭致動器24沿盤片的徑向方向移動讀寫頭23。
旋轉編碼器33檢測表示主軸電機33(用來通過轉臺使全息盤2轉動)的當前轉動頻率的頻率信號，生成表示對應的主軸轉動信號的轉速信號，并且將該轉速信號提供給旋轉檢測器34。旋轉檢測器34生成轉速位置信號，將該信號提供給控制電路50。控制電路50生成主軸驅動信號，將該信號提供給主軸伺服電路35，以控制用于轉動全息盤2的主軸電機22。
<記錄和再現全息圖的方法>
下面對利用上述全息記錄和再現裝置對全息盤照射光束從而記錄或再現信息的記錄和再現方法進行說明。
如圖12所示，在記錄過程中，由第一半反射鏡HP1將來自第一激光源LD1的具有預定強度的相干光(其為P偏振光，雙向箭頭表示平行于紙面)分離為參考光束和信號光束(兩光束均由虛線表示，并且為了對光路進行說明，將它們移離光軸)。
信號光束穿過第一偏振分束器PBS1，并沿反射面的法線入射到偏振空間光調制器PSLM上。由偏振空間光調制器PSLM以預定方式調制并從其反射的信號光再次入射到第一偏振分束器PBS1上，但是在第一偏振分束器PBS1上只反射經過調制的偏振光成分，而未經調制的成分則穿過第一偏振分束器PBS1。經調制的成分(信號光)被轉換為S偏振光(由虛線圓包圍的黑圓表示垂直于紙面)并被導向第二偏振分束器PBS2。
保持為P偏振光的參考光由第二半反射鏡HP2反射，并被導向第二偏振分束器PBS2。
由于參考光與信號光的偏振面方向不同，所以使用第二偏振分束器PBS2將該參考光和該信號光組合起來。組合后的這兩個光束通過二向色棱鏡DP，并由用于記錄全息圖的物鏡OB會聚在全息盤2上。
另一方面，在再現過程中，以類似于記錄過程的方式由第一半反射鏡HP1將光分離為參考光束和信號光束，如圖13所示。然而，僅使用參考光來再現全息圖。通過使偏振空間光調制器PSLM轉變為非反射狀態，只有來自第二半反射鏡HP2的參考光(P偏振光)通過了二向色棱鏡DP和物鏡OB，并且入射在全息盤2上。
因為由全息盤2產生的再現光(雙點劃線)為P偏振光，所以該再現光穿過物鏡OB、二向色棱鏡DP、第二偏振分束器PBS2和第二半反射鏡HP2，然后入射在圖像檢測器CMOS上。圖像檢測器CMOS將與由再現光形成的圖像相對應的輸出傳送給再現信號處理電路27，該再現信號處理電路27生成將要提供給控制電路50的再現信號，用于再現所記錄的頁面數據。可以在半反射鏡HP2和圖像檢測器CMOS之間設置一成像透鏡。
在記錄和再現過程中，用于伺服控制的第二激光源LD2發出波長不同于第一激光源LD1的相干光，如圖12和13所示。來自第二激光源LD2的伺服光束(細實線)為P偏振光，沿包括第二準直透鏡CL2和第三偏振分束器PBS3的用于伺服檢測的光路引導該伺服光束，但是在到達物鏡OB之前由二向色棱鏡DP將該伺服光束與信號光束和參考光束進行組合。伺服光束在由二向色棱鏡DP反射之后，由物鏡OB會聚，并且入射在全息盤2上。伺服光束的從全息盤2反射回至物鏡OB的返回光被轉換為S偏振光，該S偏振光通過第三偏振分束器PBS3和像散元件AS，沿伺服光檢測器PD的法線方向入射在伺服光檢測器PD的光接收表面上。
這里，為了記錄和再現全息圖，通過使用伺服光束執行了用于對全息盤2進行定位的伺服控制。對于像散方法，如圖14所示，光檢測器PD包括用于接收光束的具有四等分的光接收表面的光接收元件1a-1d。光檢測器PD的劃分方向與盤片的徑向方向和引導軌道的切線方向相對應。將光檢測器PD設置為，使得聚焦光斑表現為以將光檢測器PD劃分為光接收元件1a-1d的線的交點為圓心的圓。
根據光檢測器PD的各光接收元件1a-1d的輸出信號，伺服信號處理電路28生成射頻信號Rf和聚焦誤差信號FE。如果分別以Aa-Ad來依次標記光接收元件1a-1d的信號，則通過Rf＝Aa+Ab+Ac+Ad來計算射頻信號Rf，而通過FE＝(Aa+Ac)-(Ab+Ad)來計算聚焦誤差信號FE，并且通過TE＝(Aa+Ad)-(Ab+Ac)來計算尋道誤差信號TE。將這些誤差信號提供給控制電路50。
盡管在上述實施例中，聚焦伺服和尋道伺服基于像散方法，但是也可以采用諸如三光束法的公知方法，而不限于像散方法。
<其他實施例中的讀寫頭>
為了執行尋道伺服，將參考光或信號光的光束點SL會聚至由光束的波長和物鏡的數值孔徑所確定的衍射極限。在另一實施例中，可以通過將參考光和信號光的光束會聚在位于深度方向的不同位置的多個層上來以不同狀態會聚它們，而不是以相同方式來會聚參考光和信號光。
除了以下不同以外，圖15示出的實施例與圖6的結構相同在偏振分束器PBS和物鏡OB之間共軸地設置有偏振全息元件PHE，并且使參考光束RB散焦，即，將其聚焦在比反射層4更深的位置，從而僅將信號光束SB聚焦在反射層4上。相反地，也可以使信號光散焦，而將參考光聚焦在反射層上。
在另一實施例中，當參考光和信號光都不用于尋道伺服時，可以將參考光和信號光均以平行光的形式入射在全息記錄介質上。除了在偏振分束器PBS和全息盤2之間沒有設置物鏡OB之外，圖16示出的實施例與圖6的構成相同，使得將參考光和信號光均以平行光的形式導入反射層4中。
在圖11所示的讀寫頭的示例性結構中，將來自用于記錄和再現全息圖的第一激光源LD1的光束通過第一準直透鏡CL1、第一半反射鏡HP1，以及第一偏振分束器PBS1導入偏振空間光調制器PSLM中。然而，也可以使用透射型空間光調制器來代替反射型偏振空間光調制器PSLM。
除了以下不同以外，圖17示出的實施例與圖11的結構相同利用與第二偏振分束器PBS2的分束面相平行地設置在第一偏振分束器PBS1的位置處的反射鏡M來替代第一偏振分束器PBS1和偏振空間光調制器PSLM，用于使參考光路與信號光路相一致，并且在第一半反射鏡HP1和該反射鏡M之間設置一透射型空間光調制器SLM。透射型空間光調制器SLM具有以下功能利用具有分割成矩陣形式的多個像素電極的透射型液晶板，以電的方式透射或阻擋部分或全部的入射光，并產生具有基于待記錄的頁面數據的強度分布的信號光束。
已結合再現過程中的參考光(為P偏振光)對圖18至圖20中所示的讀寫頭的示例性結構進行了說明。當參考光為S偏振光時，讀寫頭可以構成為如圖15和16所示。
圖18中所示的另一實施例中的讀寫頭(用于圖10的裝置中的讀寫頭23)采用了用于記錄全息圖的第三激光源LD3，和與第三激光源LD3的波長不同的第四激光源LD4，用于全息盤2和光束之間的位置關系的伺服控制(聚焦、尋道)以及用于再現全息圖。在再現過程中，將來自第四激光源LD4的光束用于控制相對于全息盤2的定位，并且同時再現全息圖。如果全息盤2中的記錄層的材料不具有對于記錄波長的耐光性，則如果以與記錄波長相同的波長來讀取數據的話，所記錄的數據會被損壞。該實施例能有益地避免這種損壞。記錄光學系統包括第三激光源LD3，其具有用于記錄全息圖的波長；第一準直透鏡CL1；第一半反射鏡HP1；第一二向色偏振分束器PBS11；偏振空間光調制器PSLM；二向色棱鏡DP；以及，第二偏振分束器PBS12。再現光學系統和伺服檢測器的伺服系統包括第四激光源LD4，其具有與第三激光源LD3不同的波長；第二準直透鏡CL2；第三半反射鏡HP3；再現信號檢測器，包括由CCD、互補金屬氧化物薄膜半導體器件陣列等構成的圖像檢測器CMOS；第一二向色偏振分束器PBS11；第二偏振分束器PBS2；二向色棱鏡DP；像散元件AS，例如柱面透鏡；以及光檢測器PD。物鏡OB是公用光學系統。除了該物鏡OB外，這些系統大致位于相同的平面上。
將第一半反射鏡HP1的半反射鏡面、第二偏振分束器PBS2和二向色棱鏡DP的分束面設置為彼此平行，并且沿這些半反射鏡面和分束面的法線方向將第一二向色偏振分束器PBS11和第三半反射鏡HP3的分束面設置為彼此平行。將這些光學部件設置為，使得來自第三激光源LD3和第四激光源LD4的光束的光軸(單點劃線)分別延伸至記錄和再現光學系統以及伺服系統，并且在公共系統中基本上重合。
另外，該讀寫頭包括一物鏡致動器36，其由用于沿光軸方向移動物鏡的調焦部和用于沿垂直于光軸的盤片徑向移動物鏡的尋道部構成。
第三激光源LD3連接至第一激光源驅動電路25，并由該第一激光源驅動電路25對其輸出進行調節，使得對于記錄增加出射光束的強度，而對于再現則降低出射光束的強度。偏振空間光調制器PSLM連接至第一激光源驅動電路25，并且調制和反射光束以產生信號光，以具有基于來自空間光調制器驅動電路26的待記錄的頁面數據的偏振分量分布。
如圖19所示，在記錄過程中，由第一半反射鏡HP1將來自第三激光源LD3的具有預定強度的相干光(為P偏振光，雙箭頭表示平行于紙面)分離為參考光束和信號光束(這兩個光束均由虛線表示，并且為了對光路進行說明，將這兩個光束移離光軸)。
信號光束穿過第一二向色偏振分束器PBS11，然后沿反射面的法線方向入射在偏振空間光調制器PSLM上。該第一二向色偏振分束器PBS11充當用于記錄用的第三激光源LD3的波長的光的偏振分束器，并透射再現和伺服控制用的第四激光源LD4的波長的光。由偏振空間光調制器PSLM以預定方式調制并反射的信號光再次入射到第一偏振分束器PBS1，但是只有經過調制的偏振光成分在第一二向色偏振分束器PBS11處反射，而未經調制的部分穿過第一二向色偏振分束器PBS1。經調制的部分(信號光)被轉換為S偏振光(由虛線圓包圍的黑圓表示垂直于紙面)并被導向第二偏振分束器PBS2。盡管對偏振空間光調制器PSLM進行了說明，并給出了一個反射型的示例，但是在圖17所示的結構中也可以采用透射型空間光調制器SLM。
保持為P偏振光的參考光由二向色棱鏡DP反射，并被導向第二偏振分束器PBS2。
由于參考光與信號光的偏振面方向不同，所以使用第二偏振分束器PBS2將它們組合起來。由用于記錄全息圖的物鏡OB將這兩個經組合的光束會聚在全息盤2上。
另一方面，如圖20所示，在再現過程中，來自第四激光源LD4的光束為S偏振光，該光束通過第三半反射鏡HP3和第一二向色偏振分束器PBS11，由第二偏振分束器PBS2反射并由物鏡OB會聚，然后以S偏振光的形式入射到全息盤2上。
因為由全息圖產生的再現光(雙點劃線)為P偏振光，所以穿過物鏡OB的部分被第二偏振分束器PBS2反射，穿過第一二向色偏振分束器PBS11，然后由第三半反射鏡HP3反射，入射在圖像檢測器CMOS上。圖像檢測器CMOS將與由再現光形成的圖像相對應的輸出傳送給再現信號處理電路27，再現信號處理電路27生成提供給控制電路50的再現信號，以再現所記錄的頁面數據。
另外將用于伺服和再現的光束作為用于讀取全息圖的參考光(細實線)。將從全息盤2反射的光轉換為P偏振光，該P偏振光通過物鏡OB、第二偏振分束器PBS2、二向色棱鏡DP和像散元件AS，沿伺服光檢測器PD的法線入射在伺服光檢測器PD的光接收表面上。
光檢測器PD連接至伺服信號處理電路28，并且具有光盤通用的調焦和伺服系統用的分割光接收元件的形狀。伺服方案不限于像散法，而可以采用推挽法。將光檢測器PD的輸出信號(諸如聚焦誤差信號和尋道誤差信號)提供給伺服信號處理電路28。通過由伺服信號處理電路28控制的物鏡致動器36來驅動物鏡OB。由此可以通過控制全息盤2和物鏡OB之間的位置關系，以可靠地記錄并且再現全息圖。
<其他實施例中的記錄介質>
如圖21所示，全息記錄介質可以是這樣，透明基片用作為隔離層5，并且在層疊有反射層4的基片表面的相反側依次層疊有1/4波片6、記錄層7，以及保護層8，并且1/4波片6介于記錄層7和反射層4之間。對于圖4中所示的全息盤20b，在基片上相對于基片的中心螺旋地或同心地形成引導軌道GT，或將其形成為多個分離的螺旋弧。對于圖2中所示的卡式全息記錄介質的全息光學卡20a(其不涉及轉動)，在基片的反射面上彼此平行地形成有引導軌道GT。在記錄和再現過程中，執行尋道伺服以使得光束點LS跟從反射層4上的引導軌道GT。
此外，如圖22所示，在另一實施例中，在保護層8上設置有由感光材料制成的記錄層7，將1/4波片6設置為隔著空間55與記錄層7相對，1/4波片6和記錄層7隔開，從而穿過記錄層的光束通過空間55入射在1/4波片6和反射層4上，并且這些組件可以是組合的，使得可以替換地插入記錄層7的全息記錄介質。另外，可以將全息記錄介質制成為諸如盤、卡等的多種形狀，也可以將包括全息記錄層7的盤狀全息記錄介質20c容納在一盤盒CR中，該盤盒CR可在其遠離光入射側的內壁表面上具有1/4波片6和反射層4的層疊結構L，如圖23所示。
在任一實施例中，當從所記錄的全息圖中再現出信號時，來自物鏡的參考光通過全息記錄介質的記錄層和1/4波片照射至反射層。通過參考光從全息圖中產生再現光，使得參考光和再現光朝向物鏡返回。該再現光不穿過1/4波片，所以其偏振面的方向與入射參考光的偏振面方向相同。另一方面，參考光穿過該1/4波片并被反射，然后再次穿過該1/4波片，使得其偏振面的方向與再現光的偏振面方向相差90°。換句話說，返回物鏡的反射參考光與再現光的偏振面方向有所不同。光路由諸如偏振分束器的分離部件形成，使得只有再現光入射在用于接收再現光的圖像檢測器上。這樣，包括物鏡的讀寫頭的結構得以簡化，并且由于參考光不入射在用于接收再現光的圖像檢測器上，所以提高了再現信號的信噪比S/N，從而改善了全息讀取能力。
<其它實施例中的全息再現系統>
圖24示出了一種全息再現系統中的讀寫頭的示例，該全息再現系統用于從根據待存儲信息而預先記錄在全息記錄介質中的全息圖(衍射光柵區)中再現出信號。該全息再現系統除了不包括記錄光學系統的主要組件(具有用于記錄全息圖的波長的第三激光源LD3、第一準直透鏡CL1、第一半反射鏡HP1、第一二向色偏振分束器PBS11、偏振空間光調制器PSLM，以及二向色棱鏡DP)以外，與圖18的結構相同。該全息再現系統具有再現光學系統和伺服系統，包括第四激光源LD4；第二準直透鏡CL2；第三半反射鏡HP3；包括圖像檢測器CMOS的再現信號檢測器；第二偏振分束器PBS2；像散元件AS；光檢測器PD；物鏡OB；以及用于驅動物鏡OB的物鏡致動器36。
具體地，不同于記錄光學系統的主要部件，該全息再現系統具有支撐件，用于可自由安裝地支撐全息記錄介質；光源，用于產生相干光束；干涉單元，用于根據所記錄信息將參考光束照射至形成在全息記錄介質內的記錄層的衍射光柵區，以產生再現波；分離器，用于將再現波與由反射層反射至干涉單元的參考光束的返回光分離開；以及，檢測器，用于檢測由再現波形成的記錄信息。
在該全息再現系統的再現操作中，來自第四激光源的S偏振光通過第三半反射鏡HP3，由第二偏振分束器PBS2反射，并被物鏡OB會聚，然后入射在全息盤2上，保持S偏振光狀態。
由于從全息盤2產生的再現光為S偏振光，所以穿過物鏡OB的部分被第二偏振分束器PBS2反射，然后被第三半反射鏡HP3反射，入射在圖像檢測器CMOS上。圖像檢測器CMOS將與由再現光而形成的圖像相對應的輸出傳送給再現信號處理電路27，再現信號處理電路27生成提供給控制電路50的再現信號，從而再現所記錄的頁面數據。
應該理解，前面的說明和附圖只是闡述了本發明的優選實施例。當然，根據前文的教示，對于本領域的技術人員，顯然在不脫離所公開的發明精神和范圍的情況下，可以有各種修改、添加以及替換。因此，應該理解，本發明并不限于所公開的實施例，而是可以在所附權利要求的全部范圍內進行實施。
權利要求
1.一種全息記錄介質，對其進行光照射來記錄信息以及再現信息，包括由感光材料制成的記錄層；設置在所述記錄層的與照射光的一側相對的一側上的反射層；以及介于所述記錄層和所述反射層之間的1/4波片。
2.根據權利要求1所述的全息記錄介質，其中所述1/4波片的光軸被設置為與入射光的偏振面的方向形成一個處于預定角度范圍內的角度。
3.根據權利要求1或2所述的全息記錄介質，其中所述基片是盤片，并且所述全息記錄介質包括多個所述1/4波片。
4.根據權利要求3所述的全息記錄介質，其中所述多個1/4波片限定了沿徑向方向延伸的分割線，并且所述全息記錄介質具有位于所述分割線上的地址區或伺服區。
5.根據權利要求3或4所述的全息記錄介質，其中所述反射層具有引導軌道，來自所述物鏡并且穿過所述記錄層和所述1/4波片的會聚光束的光斑跟從所述引導軌道。
6.根據權利要求3至5中的任一項所述的全息記錄介質，其中所述引導軌道相對于所述基片的中心螺旋地或同心地形成于所述基片上。
7.根據權利要求1至3中的任一項所述的全息記錄介質，其中所述引導軌道被形成為與所述基片平行。
8.根據權利要求1至7中的任一項所述的全息記錄介質，還包括層疊在所述反射層和所述記錄層之間的分離層。
9.根據權利要求1至8中的任一項所述的全息記錄介質，其中所述1/4波片與所述記錄層隔著一空間而相對。
10.一種全息記錄和再現系統，包括全息記錄介質，其具有由能夠保存光干涉圖形的感光材料制成的記錄層、設置在所述記錄層的與光束入射的一側相對的一側上的反射層、以及介于所述記錄層和所述反射層之間的1/4波片；支撐件，用于可自由安裝地支撐所述全息記錄介質；光源，用于產生相干的參考光束；信號光發生器，其包括用于根據記錄信息對所述參考光束進行空間調制以產生信號光束的空間光調制器；干涉單元，用于利用所述信號光束和所述參考光束來照射所述全息記錄介質的所述反射層，以在所述全息記錄介質的所述記錄層中由光干涉圖形形成衍射光柵區，并且用于將所述參考光束照射至該衍射光柵區，以產生與所述信號光束相對應的再現波；分離器，用于將所述再現波與所述參考光的從所述反射層反射回所述干涉單元的返回光分離開；以及檢測器，用于檢測由所述再現波形成的記錄信息。
11.根據權利要求10所述的全息記錄和再現系統，其中所述光源包括分別用于發出所述信號光束和所述參考光束的單獨的光源。
12.一種全息再現系統，包括全息記錄介質，其具有由能夠保存光干涉圖形的感光材料制成的記錄層、設置在所述記錄層的與光束入射的一側相對的一側上的反射層、以及介于所述記錄層和所述反射層之間的1/4波片；支撐件，用于可自由安裝地支撐所述全息記錄介質；光源，用于產生相干的參考光束；干涉單元，用于根據記錄信息對形成在所述全息記錄介質的所述記錄層中的衍射光柵區照射所述參考光束，以產生與信號光束相對應的再現波；分離器，用于將所述再現波與所述參考光的從所述反射層反射回所述干涉單元的返回光分離開；以及檢測器，用于檢測由所述再現波形成的記錄信息。
13.一種全息記錄系統，包括全息記錄介質，其具有由能夠保存光干涉圖形的感光材料制成的記錄層、設置在所述記錄層的與光束入射的一側相對的一側上的反射層、以及介于所述記錄層和所述反射層之間的1/4波片；支撐件，用于可自由安裝地支撐所述全息記錄介質；光源，用于產生相干的參考光束；信號光發生器，其包括用于根據記錄信息對所述參考光束進行空間調制以產生信號光束的空間光調制器；以及干涉單元，用于使用所述信號光束和所述參考光束照射所述全息記錄介質的所述反射層，以由光干涉圖形在所述全息記錄介質的所述記錄層中形成衍射光柵區。
全文摘要
一種全息記錄介質，其通過光照射來記錄信息和再現信息。該全息記錄介質具有由能夠保存光干涉圖樣的感光材料制成的記錄層、設置在所述記錄層的與光束入射的一側相對的一側上的反射層、以及介于該記錄層和該反射層之間的1/4波片。
文檔編號G11B7/24GK1627211SQ20041010011
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月9日 優先權日2003年12月9日
發明者小笠原昌和, 坂野充生, 田中覺, 橘昭弘, 洼田義久, 伊藤善尚, 橋本道一, 黑田和男, 杉浦聰 申請人:先鋒株式會社