專利名稱：全息記錄裝置及方法、全息再現(xiàn)裝置及方法、及全息記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過使用全息圖進行記錄操作的全息記錄裝置、全息再現(xiàn)裝置、全息記錄方法、全息再現(xiàn)方法、及全息記錄介質(zhì)。
背景技術(shù)：
通過使用全息圖記錄數(shù)據(jù)的全息記錄裝置的發(fā)展正在進行。
在全息記錄裝置中，從激光產(chǎn)生兩種光，就是說調(diào)制信號光(在其上疊加數(shù)據(jù))和不被調(diào)制的基準(zhǔn)光，并且用來照射全息記錄介質(zhì)的同一位置。結(jié)果，信號光和基準(zhǔn)光在全息記錄介質(zhì)上相互干涉，由此在照射點處形成衍射光柵(全息圖)，從而數(shù)據(jù)記錄在全息記錄介質(zhì)上。
通過用基準(zhǔn)光照射記錄的全息記錄介質(zhì)，從在記錄期間已經(jīng)形成的衍射光柵產(chǎn)生衍射光(再現(xiàn)光)。由于再現(xiàn)光包括在當(dāng)進行記錄時產(chǎn)生的信號光上疊加的數(shù)據(jù)，所以光接收元件可接收再現(xiàn)光，并且再現(xiàn)記錄的信號。
為了在全息記錄介質(zhì)上記錄大量信息，大量全息圖可以形成在全息記錄介質(zhì)上。在這種情況下，全息圖不必形成在全息記錄介質(zhì)的不同位置上。就是說，全息圖作為改變基準(zhǔn)光的入射角度的結(jié)果，可以形成在全息記錄介質(zhì)的同一位置上。這叫做“多路復(fù)用記錄”(角分多路復(fù)用)。通過使用在再現(xiàn)操作中與在記錄操作中相同的基準(zhǔn)光、與形成在同一位置上的全息圖相對應(yīng)的再現(xiàn)光、及通過擴展，可得到數(shù)據(jù)。
全息記錄裝置通過使用相位相關(guān)多路復(fù)用而使其記錄容量增大的發(fā)展正在進行(參照，例如日本未審查專利申請公報No.11-242424)，該相位相關(guān)多路復(fù)用是多路復(fù)用記錄的一種類型。
然而，在相位相關(guān)多路復(fù)用中，通過在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置而進行多路復(fù)用記錄。因此，為了增大記錄容量，必須精確地把這種移動量控制到非常小的值。
鑒于上述情形，本發(fā)明的目的在于，提供一種能在全息記錄介質(zhì)上容易地進行多路復(fù)用記錄和再現(xiàn)的全息記錄裝置、全息再現(xiàn)裝置、全息記錄方法、全息再現(xiàn)方法、及全息記錄介質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
A.本發(fā)明提供一種全息記錄裝置，該全息記錄裝置包括激光源，它發(fā)射激光；分光元件，它把從激光源發(fā)射的激光劃分成信號光和基準(zhǔn)光；光調(diào)制元件，它調(diào)制在分光元件處劃分的信號光；相位調(diào)制元件，它調(diào)制在分光元件處劃分的基準(zhǔn)光的相位；光學(xué)系統(tǒng)，它把在光調(diào)制元件處調(diào)制的信號光和其相位在相位調(diào)制元件處已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)的大體同一位置上；及距離控制機構(gòu)，它控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
通過控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離，在全息記錄介質(zhì)上可進行多路復(fù)用記錄。在普通相位相關(guān)多路復(fù)用方法中，作為在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置的結(jié)果進行多路復(fù)用記錄，而在本發(fā)明中，有可能進行多路復(fù)用記錄，而不用在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置。
類似于普通相位相關(guān)多路復(fù)用方法，有可能作為在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置的結(jié)果進一步增大記錄容量。這里，與普通相位相關(guān)多路復(fù)用方法相比，有可能進行足夠量的移動。
(1)光學(xué)系統(tǒng)可以包括把信號光和基準(zhǔn)光都聚焦在全息記錄介質(zhì)上的物鏡。
由于信號光和基準(zhǔn)光的焦點調(diào)節(jié)可由單個物鏡進行，所以容易地進行聚焦控制。
這里，光學(xué)系統(tǒng)可以包括僅透過信號光和基準(zhǔn)光之一的透鏡。
可容易地改變信號光的焦深和基準(zhǔn)光的焦深。
(2)光學(xué)系統(tǒng)可以包括第一物鏡和第二物鏡。第一物鏡把信號光聚焦在全息記錄介質(zhì)上，并且第二物鏡把基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)上。
由于信號光和基準(zhǔn)光分別由第一物鏡和第二物鏡進行聚焦，所以光學(xué)系統(tǒng)容易建造。
B.本發(fā)明也提供一種全息再現(xiàn)裝置，該全息再現(xiàn)裝置包括激光源，它發(fā)射激光；相位調(diào)制元件，它把從激光源發(fā)射的激光相位調(diào)制成基準(zhǔn)光；光學(xué)系統(tǒng)，它把其相位在相位調(diào)制元件處已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)上；及距離控制機構(gòu)，它控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
通過控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離，可再現(xiàn)通過多路復(fù)用記錄而記錄在全息記錄介質(zhì)上的東西。在普通相位相關(guān)多路復(fù)用方法中，作為在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置的結(jié)果再現(xiàn)由多路復(fù)用記錄所記錄的東西，而在本發(fā)明中，有可能再現(xiàn)由多路復(fù)用記錄所記錄的東西，而不用在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置。
C.本發(fā)明也提供一種全息記錄方法，該全息記錄方法包括分光步驟，把從激光源發(fā)射的激光劃分成信號光和基準(zhǔn)光；光調(diào)制步驟，由光調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的信號光；相位調(diào)制步驟，由相位調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的基準(zhǔn)光的相位；光聚焦步驟，把在光調(diào)制步驟中調(diào)制的信號光和其相位在相位調(diào)制步驟中已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)的大體同一位置上；及距離控制步驟，控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
通過控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離，在全息記錄介質(zhì)上可進行多路復(fù)用記錄。在普通相位相關(guān)多路復(fù)用方法中，作為在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置的結(jié)果進行多路復(fù)用記錄，而在本發(fā)明中，有可能進行多路復(fù)用記錄，而不用在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置。
D.本發(fā)明也提供一種全息再現(xiàn)方法，該全息再現(xiàn)方法包括相位調(diào)制步驟，由相位調(diào)制元件把激光相位調(diào)制成基準(zhǔn)光，該激光從激光源發(fā)射；光聚焦步驟，把其相位在相位調(diào)制步驟中已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)上；及距離控制步驟，控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
通過控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離，可再現(xiàn)通過多路復(fù)用記錄而記錄在全息記錄介質(zhì)上的東西。在普通相位相關(guān)多路復(fù)用方法中，作為在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置的結(jié)果再現(xiàn)由多路復(fù)用記錄所記錄的東西，而在本發(fā)明中，有可能再現(xiàn)由多路復(fù)用記錄所記錄的東西，而不用在全息記錄介質(zhì)的表面的方向上移動光聚焦位置。
E.本發(fā)明也提供一種在其上由全息記錄方法記錄數(shù)據(jù)的全息記錄介質(zhì)。該全息記錄方法包括分光步驟，把從激光源發(fā)射的激光劃分成信號光和基準(zhǔn)光；光調(diào)制步驟，由光調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的信號光；相位調(diào)制步驟，由相位調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的基準(zhǔn)光的相位；光聚焦步驟，把在光調(diào)制步驟中調(diào)制的信號光和其相位在相位調(diào)制步驟中已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)的大體同一位置上；及距離控制步驟，控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
如上所述，本發(fā)明提供一種能在全息記錄介質(zhì)上容易地進行多路復(fù)用記錄和再現(xiàn)的全息記錄裝置、一種全息再現(xiàn)裝置、一種全息記錄方法、一種全息再現(xiàn)方法、及一種全息記錄介質(zhì)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種全息記錄裝置的光學(xué)單元的示意圖。
圖2是光學(xué)單元一部分的放大示意圖。
圖3是由全息記錄裝置記錄/再現(xiàn)的全息圖的示意圖。
圖4是示意圖，表示當(dāng)把信號光的焦點調(diào)節(jié)到凹槽并且把基準(zhǔn)光的焦點調(diào)節(jié)到在凹槽前面的位置時在信號光與基準(zhǔn)光之間的干涉狀態(tài)。
圖5是示意圖，表示當(dāng)把信號光的焦點調(diào)節(jié)到在凹槽前面的位置并且把基準(zhǔn)光的焦點調(diào)節(jié)到凹槽時在信號光與基準(zhǔn)光之間的干涉狀態(tài)。
圖6是示意圖，表示在全息記錄裝置中的基準(zhǔn)光的一種形式。
圖7是示意圖，表示在全息記錄裝置中的基準(zhǔn)光的另一種形式。
圖8是示意圖，表示在凹槽與用來照射全息記錄介質(zhì)的伺服光束之間的關(guān)系。
圖9是示意圖，詳細表示光接收元件的結(jié)構(gòu)。
圖10是驅(qū)動光學(xué)單元的驅(qū)動機構(gòu)的例子的示意圖。
圖11是用于相位調(diào)制元件的位置控制機構(gòu)的例子的示意圖。
圖12是物鏡單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。
圖13是示意圖，詳細表示位置探測器的結(jié)構(gòu)。
圖14是曲線圖，表示位置探測器的特性。
圖15是控制相位調(diào)制元件位置的控制系統(tǒng)的例子的方塊圖。
圖16是示意圖，表示用于相位調(diào)制元件的位置控制機構(gòu)的另一個例子。
圖17是物鏡單元的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的例子的示意圖。
圖18是用于相位調(diào)制元件的位置控制機構(gòu)的另一個例子的示意圖。
圖19是控制物鏡位置和相位調(diào)制元件位置的控制系統(tǒng)的例子的方塊圖。
圖20是光學(xué)單元的例子的示意圖，在該光學(xué)單元中，物鏡和相位調(diào)制元件由機械裝置驅(qū)動。
圖21是一種全息記錄裝置的光學(xué)單元的示意圖，在該光學(xué)單元中，信號光和基準(zhǔn)光從不同的光路入射在全息記錄介質(zhì)上。
具體實施例方式
下面參照附圖將描述本發(fā)明的實施例。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種全息記錄裝置的光學(xué)單元100的示意圖。圖2是光學(xué)單元100的一部分的放大示意圖。在圖2中，為了簡單起見，現(xiàn)在表示光學(xué)元件的一部分。
如圖1和2中所示，全息記錄裝置用來把信息記錄到全息記錄介質(zhì)101上和從其再現(xiàn)信息，并且包括光學(xué)單元100。
光學(xué)單元100包括記錄/再現(xiàn)光源111、準(zhǔn)直透鏡112、偏振束分光鏡113、反射鏡121、針孔122、空間光調(diào)制器123、反射鏡124、分色鏡125、凹透鏡126、物鏡127、法拉第(Faraday)元件131和132、偏振束分光鏡133、圖像拾取元件134、反射鏡141、光屏蔽板142、相位調(diào)制元件143、伺服光源151、準(zhǔn)直透鏡152、格柵153、分束器154、聚光透鏡155、圓透鏡156、光接收元件157、及伺服驅(qū)動單元158。
全息記錄介質(zhì)101具有保護層102、記錄層103、凹槽104、及反射層105，并且用來在其上記錄由信號光和基準(zhǔn)光產(chǎn)生的干涉條紋。
保護層102是用來保護記錄層103免受周圍環(huán)境的層。
記錄層103用來在其上記錄作為折射率(或透射率)的變化的干涉條紋?？梢允褂糜袡C材料或無機材料，只要材料是一種其折射率(或透射率)按照光強度變化的材料。
可用無機材料是例如光敏折射材料，如鈮酸鋰(LiNbO3)，其折射率通過光電效應(yīng)按照曝光量變化。
可用有機材料是例如光聚合光敏聚合物。在光聚合光敏聚合物的初始狀態(tài)下，單體均勻地分散在基體聚合物中。當(dāng)這用光照射時，單體在曝光部分處被聚合。隨著聚合進行，單體從附近運動，從而單體的密度依據(jù)位置而變化。
因而，當(dāng)記錄層103的折射率(或透射率)按照曝光量變化時，由在基準(zhǔn)光與信號光之間的干涉產(chǎn)生的干涉條紋可記錄在全息記錄介質(zhì)101上，作為折射率(或透射率)的變化。
全息記錄介質(zhì)101由驅(qū)動裝置(未表示)運動或轉(zhuǎn)動，從而在空間光調(diào)制器123處的圖像可記錄為多個全息圖。
由于全息記錄介質(zhì)101運動，所以在全息記錄介質(zhì)101上沿在其運動方向上形成的軌道進行記錄/再現(xiàn)。
提供凹槽104，用來進行例如關(guān)于全息記錄介質(zhì)101的跟蹤操作或聚焦操作的伺服控制。就是說，凹槽104沿全息記錄介質(zhì)101的軌道形成。通過按照凹槽104控制信號-光-聚焦位置和深度，進行跟蹤伺服操作和聚焦伺服操作。
記錄/再現(xiàn)光源111是激光源。例如，可以使用具有405[nm]波長的激光二極管(LD)或具有532[nm]波長的Nd-YAG激光器。
準(zhǔn)直透鏡112是把激光轉(zhuǎn)換成平行光的光學(xué)元件，借助于激光，該光學(xué)元件由記錄/再現(xiàn)光源111照射。
偏振束分光鏡113是把來自準(zhǔn)直透鏡112和入射在其上的平行光劃分成信號光和基準(zhǔn)光的光學(xué)元件。從偏振束分光鏡113，s-波信號光向反射鏡121傳播，并且p-波基準(zhǔn)光向反射鏡141傳播。
反射鏡121、124、及141反射入射在其上的光，并且改變光的方向。
針孔122是減小信號光的光束尺寸的光學(xué)元件。
空間光調(diào)制器123是空間(這里，兩維地)調(diào)制信號光并且疊加其上的數(shù)據(jù)的光學(xué)元件。對于空間光調(diào)制器123，可以使用是透射元件的透射液晶元件。對于空間光調(diào)制器，也有可能使用GLV(格柵光值)元件、或是反射元件的反射液晶或DMD(數(shù)字微型反射鏡裝置)。
分色鏡125是用來使用于記錄/再現(xiàn)的光(就是說，來自記錄/再現(xiàn)光源111的激光)和用于伺服操作的光(就是說，來自伺服光源151的激光)的光路相同的光學(xué)元件。由于來自記錄/再現(xiàn)光源111的激光的波長和來自伺服光源151的激光的波長不同，所以分色鏡125讓從記錄/再現(xiàn)光源111發(fā)射的記錄/再現(xiàn)光通過，并且反射從伺服光源151發(fā)射的伺服光。分色鏡125使其表面經(jīng)受薄膜處理，從而通過所有記錄/再現(xiàn)光并且全反射伺服光。
凹透鏡126是使信號光的聚焦性質(zhì)與基準(zhǔn)光的聚焦性質(zhì)不同的透鏡。凹透鏡126只通過信號光，從而在全息記錄介質(zhì)101處的信號光的聚焦深度和基準(zhǔn)光的聚焦深度不同。
物鏡127是用來把信號光和基準(zhǔn)光都聚焦到全息記錄介質(zhì)101上的光學(xué)元件。
法拉第元件131和132每個是用來轉(zhuǎn)動偏振平面的光學(xué)元件。入射在法拉第元件131上的s-偏振光使其偏振平面轉(zhuǎn)動45度，并且在法拉第元件132處轉(zhuǎn)換回原始s-偏振光。
偏振束分光鏡133是用來使從法拉第元件131入射在其上的偏振光通過并且用來反射由全息記錄介質(zhì)101反射的且從法拉第元件132返回的返回光(再現(xiàn)光)的光學(xué)元件。這通過Faraday元件131和132及偏振束分光鏡133的組合而實現(xiàn)。
圖像拾取元件134是用來輸入在再現(xiàn)光中包含的圖像的元件。例如，對于圖像拾取元件134，可以使用CCD(電荷耦合器件)或CMOS(互補金屬氧化物半導(dǎo)體)。
光屏蔽板142是用來阻塞基準(zhǔn)光的一部分從而它不與信號光重疊的光學(xué)元件。
相位調(diào)制元件143是用來提供具有隨機相位或一定相位圖案的基準(zhǔn)光的光學(xué)元件，并且可以叫做相位掩模。對于相位調(diào)制元件143，可以使用毛玻璃、漫射體、或空間相位調(diào)制器。也可以使用其中記錄相位圖案的全息元件。通過全息元件的再現(xiàn)使光具有待產(chǎn)生的相位圖案。
伺服光源151是用來進行伺服控制(如跟蹤伺服操作或聚焦伺服操作)的光源，并且發(fā)射激光，該激光的波長與從記錄/再現(xiàn)光源111發(fā)射的激光的波長不同。伺服光源151例如是激光二極管，它具有諸如650nm的振蕩波長，相對于全息記錄介質(zhì)101具有很小敏感度。
準(zhǔn)直透鏡152是把激光轉(zhuǎn)換成平行光的光學(xué)元件，借助于該激光它由伺服光源151照射。
格柵153是用來把來自準(zhǔn)直透鏡152的激光劃分成三個光束的光學(xué)元件，并且包括兩個元件。激光為了進行伺服控制而被劃分。
分束器154是用來使來自格柵153的激光通過并且用來反射從全息記錄介質(zhì)101反射且返回到分束器154的返回光的光學(xué)元件。
聚光透鏡155是用來把來自分束器154的返回光聚集在光接收元件157上的光學(xué)元件。
圓透鏡156是用來把從聚光透鏡155傳播的激光的光束形式從圓形轉(zhuǎn)換到橢圓形的光學(xué)元件。
光接收元件157是用來接收返回光、和用來輸出用來進行跟蹤伺服控制的跟蹤誤差信號和用來進行聚焦伺服控制的焦點誤差信號的元件。
伺服驅(qū)動單元158是用來基于由光接收元件157的輸出已經(jīng)產(chǎn)生的焦點誤差信號和跟蹤誤差信號驅(qū)動物鏡127以進行跟蹤控制和聚焦控制的驅(qū)動機構(gòu)。伺服驅(qū)動單元158包括驅(qū)動線圈161和162。
(全息記錄裝置的操作)下面將給出全息記錄裝置的操作的概述。
A.記錄將給出全息記錄裝置在它進行記錄操作時的操作的概述。
從記錄/再現(xiàn)光源111發(fā)射的激光由準(zhǔn)直透鏡112轉(zhuǎn)換成平行光，并且平行光由偏振束分光鏡113劃分成s-波信號光和p-波基準(zhǔn)光。
信號光由反射鏡121反射，由針孔122形成具有預(yù)定光束尺寸的光，及使其強度由空間光調(diào)制器123空間地調(diào)制。由空間光調(diào)制器123調(diào)制的激光穿過法拉第元件131、偏振束分光鏡133、及法拉第元件132，并且由反射鏡124反射，從而穿過在全息記錄介質(zhì)101處進行焦點調(diào)節(jié)的凹透鏡126。
已經(jīng)穿過偏振束分光鏡113的基準(zhǔn)光由反射鏡141反射，并且只有光束的中央部分由光屏蔽板142阻塞，以把基準(zhǔn)光形成具有預(yù)定光束形式的一種光。因此，它不由反射鏡124反射，從而其光路與信號光的光路相同。
物鏡127把記錄光和基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)101的大體同一位置上，以在全息記錄介質(zhì)101上形成干涉條紋。結(jié)果，由空間光調(diào)制器123空間調(diào)制的信息在全息記錄介質(zhì)101上記錄為全息圖。
這里，通過運動(移動)整個單元100或全息記錄介質(zhì)101并且使信號光和基準(zhǔn)光撞擊在大體同一位置上，空間調(diào)制數(shù)據(jù)在全息記錄介質(zhì)101上記錄為全息圖。這里，要求的運動量(移動量)取決于相位調(diào)制元件143的相位圖案的節(jié)距。
通過在與全息記錄介質(zhì)101的表面相垂直的方向(就是說，深度方向)上運動(移動)相位調(diào)制元件143或整個單元100并且使信號光和基準(zhǔn)光入射在全息記錄介質(zhì)101上，記錄空間調(diào)制數(shù)據(jù)。
通過基于由來自光接收元件157的輸出信號已經(jīng)產(chǎn)生的伺服信號操作伺服驅(qū)動單元158，克服跟蹤操作和聚焦操作的移動問題。其細節(jié)以后將給出。
B.再現(xiàn)將給出全息記錄裝置在它進行再現(xiàn)操作時的操作的概述。
當(dāng)要進行再現(xiàn)操作時，信號光被阻塞，并且只有基準(zhǔn)光入射在全息記錄介質(zhì)101上。
從記錄/再現(xiàn)光源111發(fā)射并且透射過偏振束分光鏡113的基準(zhǔn)光由反射鏡141反射，并且只有光束的中央部分由光屏蔽板142阻塞。此后，基準(zhǔn)光穿過分色鏡125，并且轉(zhuǎn)換成與在記錄操作中具有相同相位圖案的光。然后，轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)光入射在全息記錄介質(zhì)101上。
當(dāng)與在記錄操作中具有相同相位圖案的基準(zhǔn)光入射在全息記錄介質(zhì)101上時，由記錄在全息記錄介質(zhì)101上的全息圖產(chǎn)生衍射光(再現(xiàn)光)。
產(chǎn)生的再現(xiàn)光在相反方向上通過信號光光路傳播。因而，它穿過物鏡127、凹透鏡126、及分色鏡125，并且由反射鏡124反射。
由反射鏡124反射的再現(xiàn)光是這樣的，使得偏振方向由法拉第元件132轉(zhuǎn)動。結(jié)果，來自法拉第元件132的再現(xiàn)光由偏振束分光鏡133反射，并且由圖像拾取元件134轉(zhuǎn)換成與在空間光調(diào)制器123處的空間兩維數(shù)據(jù)相對應(yīng)的電信號。來自圖像拾取元件134的輸出由信號處理器(未表示)二進制化，并且轉(zhuǎn)換成時間序列二進制數(shù)據(jù)。
這里，通過在平面中運動(移動)全息記錄介質(zhì)101或整個單元100并且使基準(zhǔn)光入射在全息記錄介質(zhì)101上進行再現(xiàn)的位置上，再現(xiàn)預(yù)定數(shù)據(jù)。
有可能作為與在全息記錄介質(zhì)101的表面相垂直的方向(就是說，深度方向)上運動(移動)相位調(diào)制元件143或整個單元100的結(jié)果，取出已經(jīng)在深度方向上多路復(fù)用的數(shù)據(jù)。
圖3是由全息記錄裝置記錄/再現(xiàn)的全息圖的示意圖。
如圖3中所示，當(dāng)由空間光調(diào)制器123空間調(diào)制的信號光與由相位調(diào)制元件143提供有隨機相位圖案或具有一定規(guī)則性的相位圖案的基準(zhǔn)光干涉時，全息圖記錄在全息記錄介質(zhì)101上。通過用與在記錄操作中具有相同相位圖案的基準(zhǔn)光照射全息記錄介質(zhì)101，再現(xiàn)記錄的全息圖(相位相關(guān)多路復(fù)用方法)。
這里，多路復(fù)用記錄可通過在與全息記錄介質(zhì)101的表面相平行的方向上移動全息記錄介質(zhì)101和單元100中的任一個或兩個而進行。在這時，由于基準(zhǔn)光具有相位圖案，所以這種移動量可能非常小。
通過改變?nèi)⒂涗浗橘|(zhì)101與相位調(diào)制元件143之間的相對距離，有可能在厚度方向(與表面相垂直的方向)上改變相位圖案。因此，在全息記錄介質(zhì)101的厚度方向上可進行多路復(fù)用記錄/再現(xiàn)。
多路復(fù)用記錄的方向可被適當(dāng)?shù)剡x擇。可在全息記錄介質(zhì)101的表面的方向上進行多路復(fù)用記錄之后進行在厚度方向上的多路復(fù)用記錄?？蛇x擇地，顛倒是可能的，就是說，可在全息記錄介質(zhì)101的厚度方向上的多路復(fù)用記錄之后進行在全息記錄介質(zhì)101的表面的方向上的多路復(fù)用記錄。
在圖1和2中，通過只使信號光穿過凹透鏡126，信號光的焦點可調(diào)節(jié)到凹槽104，并且基準(zhǔn)光的焦點調(diào)節(jié)到在凹槽104前面的位置。
圖4是示意圖，表示以上所提到的那樣當(dāng)調(diào)節(jié)焦點時的干涉狀態(tài)。
作為信號光與基準(zhǔn)光之間的干涉結(jié)果而記錄全息圖。在這時產(chǎn)生的全息圖是透射格柵。在再現(xiàn)期間，衍射光通過使用基準(zhǔn)光被再現(xiàn)，再現(xiàn)的衍射光由反射層105反射，并且反射的衍射光被取出作為再現(xiàn)光。
圖5是示意圖，表示當(dāng)通過使用凸透鏡126a而不是凹透鏡126把信號光的焦點調(diào)節(jié)到在凹槽104前面的位置并且把基準(zhǔn)光的焦點調(diào)節(jié)到凹槽104時，信號光與基準(zhǔn)光之間的干涉狀態(tài)。
這里，作為由反射層105反射的基準(zhǔn)光的分量與信號光之間的干涉的結(jié)果而記錄全息圖。類似于當(dāng)進行再現(xiàn)時，由基準(zhǔn)光的反射分量產(chǎn)生衍射光。
也有可能，例如，把信號光和基準(zhǔn)光的焦點都調(diào)節(jié)到在凹槽104前面的位置或者把信號光和基準(zhǔn)光的焦點都調(diào)節(jié)到在凹槽104后面的位置。
盡管在圖1和2中，凹透鏡126放置在信號光中用來將基準(zhǔn)光聚焦在信號光前面，但凸透鏡可以放置在基準(zhǔn)光中。盡管在圖5中，凸透鏡126a放置在信號光中，但凹透鏡可以放置在基準(zhǔn)光中。
圖6是示意圖，表示在圖1和2中表示的基準(zhǔn)光的一種形式。基準(zhǔn)光入射在全息記錄介質(zhì)101上，以圍繞信號光。
可選擇地，有可能使兩個基準(zhǔn)光從信號光的兩側(cè)入射在全息記錄介質(zhì)101上，如圖7中所示。也有可能使基準(zhǔn)光僅從信號光的一側(cè)而不是從兩側(cè)入射在全息記錄介質(zhì)101上。也可以使用三個或四個基準(zhǔn)光。
下面將描述全息記錄裝置的伺服操作。
從伺服光源151發(fā)射的激光束(伺服光束)由準(zhǔn)直透鏡152轉(zhuǎn)換成平行光，平行光由格柵153劃分成多個光束，及劃分光束入射在分束器154上。伺服光束穿過分束器154，并且由分色鏡125反射。由分色鏡125反射的伺服光束由物鏡127變細，并且用來照射全息記錄介質(zhì)101。
由全息記錄介質(zhì)101的反射層105反射的伺服光束穿過物鏡127，由分色鏡125反射，及入射在分束器154上。伺服光束由分束器154反射，并且由聚光透鏡155變細。然后，引起象散現(xiàn)象發(fā)生在圓透鏡156處，并且伺服光束入射在光接收元件(光電檢測器)157上。
圖8是示意圖，表示在凹槽104與用來照射全息記錄介質(zhì)101的伺服光束之間的關(guān)系。
如圖中所示，伺服光束由格柵153劃分成諸伺服光束，從而用中央光束C和在中央光束C兩側(cè)存在的光束S1至S4照射凹槽104。格柵153包括兩個格柵部分，其中一個格柵部分產(chǎn)生光束S1和S2，并且另一個格柵部分產(chǎn)生光束S3和S4。
伺服光束S1至S4以傾斜方式布置，從而例如僅射在凹槽104的一半上。光束S1和S2及光束S3和S4在相反方向上傾斜。
伺服光束不必布置在記錄/再現(xiàn)光束的中心處，從而它們可以布置在任何地方。
圖9是示意圖，詳細表示光接收元件157的結(jié)構(gòu)。如圖中所示，光接收元件157包括八個元件部分A至H。光束S3入射在元件部分G上，光束S1入射在元件部分E上，光束C入射在元件部分A至D上，光束S2入射在元件部分F上，及光束S4入射在元件部分H上。
基于八個元件部分A至H的輸出PA至PH由如下計算產(chǎn)生焦點伺服誤差信號和跟蹤伺服誤差信號。
焦點誤差信號(焦點誤差)(PA+PC)-(PB+PD)跟蹤誤差信號(跟蹤誤差)PE-PF當(dāng)伺服驅(qū)動單元158的線圈161和162基于這些誤差信號驅(qū)動物鏡127時，執(zhí)行焦點伺服操作和跟蹤伺服操作。
圖10是驅(qū)動在圖1和2中表示的光學(xué)單元100的驅(qū)動機構(gòu)的示意圖。
如圖中所示，光學(xué)單元100布置在運輸臺170上，并且齒輪171安裝到光學(xué)單元100的一端上。電機172、和減速電機172的轉(zhuǎn)動的齒輪173安裝在運輸臺170上在另一側(cè)處。電機172與齒輪173、和齒輪173與齒輪171彼此嚙合，從而以穿過物鏡127的光軸174為中心轉(zhuǎn)動光學(xué)單元100。
軸175安裝到運輸臺170上，從而通過電機(未表示)允許其在全息記錄介質(zhì)101的內(nèi)周緣方向和外周緣方向上(就是說，在雙頭箭頭176的方向上)運動。全息記錄介質(zhì)101布置在光學(xué)單元100上方，并且由主軸電機(未表示)轉(zhuǎn)動。
結(jié)果，全息圖可在全息記錄介質(zhì)101上的適當(dāng)位置處被記錄或再現(xiàn)。
將描述用來相對于全息記錄介質(zhì)101控制相位調(diào)制元件143的位置的位置控制機構(gòu)。
圖11是用于相位調(diào)制元件143的位置控制機構(gòu)的示意圖。
包括物鏡127和相位調(diào)制元件143的物鏡單元181布置在光學(xué)單元100a處。線圈182安裝在光學(xué)單元100a的兩側(cè)處，并且通過懸架183安裝到托架184上。
安裝到托架184上的磁體185布置在相對線圈182的諸側(cè)處。
當(dāng)使電流流過線圈182時，由磁體185的磁場產(chǎn)生電磁力，使光學(xué)單元100a豎直地運動。
由于全息記錄介質(zhì)101正在轉(zhuǎn)動，所以其到物鏡127的距離由于例如其表面的偏轉(zhuǎn)而變化。因此，基于焦點誤差信號使電流流過線圈182以豎直地運動整個光學(xué)單元100a，由此進行焦點伺服操作。
圖12是物鏡單元181的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示意圖。
物鏡127安裝到保持器191上，并且固定到光學(xué)單元100a的殼體上。相位調(diào)制元件143安裝到在物鏡127下面的保持器193上，線圈194安裝到相位調(diào)制元件143的兩側(cè)上，并且反射板195安裝到線圈194之一上。
保持器193由懸架196安裝到物鏡單元181的殼體上，從而相位調(diào)制元件143可豎直地運動。在相對線圈194的諸側(cè)上，磁體197安裝到光學(xué)單元100a的殼體上。位置探測器198安裝在反射板195的上方，并且可相對于物鏡127探測相位調(diào)制元件143的豎直位置。
圖13是示意圖，詳細表示位置探測器198的結(jié)構(gòu)。
位置探測器198包括布置在同一包裝中的LED 201和位置探測元件202。從LED 201發(fā)射的光由反射板195反射，并且入射到位置探測元件202上。
圖14是曲線圖，表示位置探測器198的特性。
如圖中所示，是來自位置探測器198的輸出的輸出電壓相對于位置探測器198與反射板195之間的距離線性地變化。
圖15是控制相位調(diào)制元件143的位置的控制系統(tǒng)的方塊圖。
例如，當(dāng)相位調(diào)制元件143與物鏡127之間的距離在P1處，并且這個距離從P1變到P2時，來自位置探測器198的輸出電壓V1輸入到誤差放大器211的輸入端。
目標(biāo)值電壓V2輸入到誤差放大器211的另一個輸入端，并且放大在V2與V1之間的誤差。其輸出通過線圈驅(qū)動電路213使電流流過線圈194，作為伺服系統(tǒng)的該線圈驅(qū)動電路213的特性由布置成跟隨誤差放大器211的環(huán)路濾波器212優(yōu)化。
在線圈194中的電流和磁體197的磁場使電磁力作用在線圈194處，從而例如，當(dāng)來自誤差放大器211的輸出電壓的極性為正時，正電流流過線圈194，作為其結(jié)果，相位調(diào)制元件143進一步遠離物鏡127運動。由于這使來自位置探測器198的輸出電壓接近目標(biāo)電壓V2，所以誤差放大器211的輸出電壓被減小，使距離停止在P2處。
當(dāng)相位調(diào)制元件143與物鏡127之間的距離是在P4處，并且從P4到P3變化時，來自誤差放大器211的輸出電壓的極性變成為負(fù)的。因此，負(fù)電流流過線圈194，使相位調(diào)制元件143運動得更靠近物鏡127。這使來自位置探測器198的輸出接近V3，從而來自誤差放大器211的輸出電壓被減小，使距離停止在P3處。
因而，由于控制電路提供負(fù)反饋，所以相位調(diào)制元件143在所有時間都被控制在其中作為目標(biāo)值輸入的電壓輸入V2等于位置探測器198的輸出電壓的位置處。如以上描述的那樣，當(dāng)輸入目標(biāo)值V3、V4等時，相位調(diào)制元件143與物鏡127之間的距離可分別設(shè)置在P3、P4等處，從而它們之間的距離在所有時間都保持在一定值處。
圖16是示意圖，表示用于相位調(diào)制元件143的位置控制機構(gòu)的另一個例子。包括物鏡單元181b的光學(xué)單元100b固定到托架184b上。
圖17是布置在光學(xué)單元100b中的物鏡單元181b的示意圖。
如圖17中所示，相位調(diào)制元件143安裝到保持器193b上，線圈194b安裝到相位調(diào)制元件143的兩側(cè)，及反射板195安裝到線圈194b之一上。保持器193b由懸架196b安裝到保持器191b上，從而相位調(diào)制元件143可豎直地運動。
安裝到保持器191b上的磁體197b布置在相對線圈194b的諸側(cè)處。位置探測器198安裝在反射板195的上方，并且可相對于物鏡127探測相位調(diào)制元件143的豎直位置。如已經(jīng)提到的那樣，控制系統(tǒng)把物鏡127與相位調(diào)制元件143之間的距離控制在一定值處。
物鏡127安裝到保持器191b上，并且由懸架221固定到光學(xué)單元100b的殼體上。線圈222安裝到保持器191b上。在相對線圈222的諸側(cè)處，磁體223安裝到物鏡單元181b的殼體上。
例如，轉(zhuǎn)動盤表面的偏轉(zhuǎn)使全息記錄介質(zhì)101與物鏡127之間的距離變化。因此，基于焦點誤差信號使電流流過線圈222，以豎直或水平地一起運動相位調(diào)制元件143和安裝到保持器191b上的物鏡127，由此進行焦點伺服/跟蹤伺服操作，線圈222安裝到該保持器191b上。就是說，在這個例子中，光學(xué)單元100b被固定，并且布置在光學(xué)單元100b處的、用于焦點伺服操作和用于相位調(diào)制元件143的執(zhí)行器操作。
圖18是與用于相位調(diào)制元件143的位置控制機構(gòu)的另一個例子相關(guān)的物鏡單元181c的示意圖。
如圖18中所示，相位調(diào)制元件143安裝到保持器193b上。保持器193b由懸架196b安裝到保持器225上。在相對線圈194b的諸側(cè)處，磁體197b安裝到保持器225上。保持器225固定到物鏡單元181c的殼體上。
位置探測器198安裝在反射板195下面，并且可相對于物鏡單元181c探測相位調(diào)制元件143的豎直位置。
在這種情況下，由于位置探測器198安裝到保持器225上，所以物鏡單元181c與相位調(diào)制元件143之間的距離被控制。
物鏡127安裝到保持器191b上，并且由懸架221固定到物鏡單元181c的殼體上。
線圈222安裝到保持器191b上。在相對線圈222的諸側(cè)處，磁體223安裝到物鏡單元181c的殼體上。
例如，轉(zhuǎn)動盤表面的偏轉(zhuǎn)使在全息記錄介質(zhì)101與物鏡127之間的距離變化。因此，基于焦點誤差信號使電流流過線圈222以豎直地運動物鏡127，由此進行焦點伺服操作。
就是說，在這個例子中，物鏡單元181c被固定，并且用于焦點伺服操作和相位調(diào)制元件143的執(zhí)行器(線圈222)被獨立地操作。
當(dāng)相對于全息記錄介質(zhì)101的厚度方向相位調(diào)制元件143的位置的公差較寬時，這個例子是便利的。在這個系統(tǒng)中，當(dāng)作為運動整個單元100的結(jié)果進行伺服操作時，人們可能認(rèn)為操作緩慢。然而，在全息記錄中的線性速度是普通CD或DVD的十分之幾或百分之幾。因此，它是非常小的伺服帶，從而它不是非常嚴(yán)重的問題。
如以上描述的那樣，在物鏡單元181c中，焦點伺服電路控制物鏡127，從而其與全息記錄介質(zhì)101的距離是一定值；和相位調(diào)制元件143，從而它布置在目標(biāo)位置處。
盡管這兩個都分離地被控制，但例如當(dāng)物鏡127已經(jīng)由焦點伺服操作運動時，更希望也把相位調(diào)制元件運動相同的量。就是說，希望同步地操作它們兩個。
圖19是控制物鏡127的位置和相位調(diào)制元件143的位置的控制系統(tǒng)的方塊圖。
在圖19中，伺服電路214使電流基于用于操作的焦點誤差信號流過線圈222。
由于流過線圈222的電壓或電流的直流分量與物鏡127的運動距離成比例，所以直流分量由低通濾波器215取出，并且在增益調(diào)節(jié)電路216處經(jīng)受增益調(diào)節(jié)以便提供與物鏡127的運動量相等效的運動量，并且已經(jīng)經(jīng)受增益調(diào)節(jié)的直流分量輸入到加法電路217的一端。這個輸入量與物鏡127的運動量等效。物鏡127與相位調(diào)制元件143之間的距離的目標(biāo)值輸入到加法電路217的另一端。這兩個值都被相加，并且相加結(jié)果輸入到誤差放大器211。
如以上已經(jīng)描述的那樣，誤差放大器211、環(huán)路濾波器212、及線圈驅(qū)動電路213控制相位調(diào)制元件143，以便布置在基于目標(biāo)值設(shè)置的位置處。就是說，在相位調(diào)制元件143保持離開物鏡127一段基于目標(biāo)值設(shè)置的距離的同時，相位調(diào)制元件143與物鏡127同步地運動。
在以上描述中，物鏡127和相位調(diào)制元件143由在線圈161、162等處產(chǎn)生的電磁力驅(qū)動。可選擇地，其它裝置，如機械裝置，可以用來驅(qū)動物鏡127和相位調(diào)制元件143。
圖20表示其中物鏡127和相位調(diào)制元件143由機械裝置驅(qū)動的情形，并且與圖2相對應(yīng)。
這里，物鏡127和相位調(diào)制元件143通過齒條231和小齒輪232的組合被豎直地運動。就是說，通過由電機(未表示)驅(qū)動小齒輪232，可驅(qū)動物鏡127和相位調(diào)制元件143。
盡管在以上描述中，把信號光和基準(zhǔn)光描述成從同一光路照射在全息記錄介質(zhì)101上，但信號光和基準(zhǔn)光可以從不同的光路照射在全息記錄介質(zhì)101上。
圖21是一種全息記錄裝置的光學(xué)單元100s的示意圖，在該光學(xué)單元中，信號光和基準(zhǔn)光從不同的光路入射在全息記錄介質(zhì)101上。
信號光經(jīng)受通過空間光調(diào)制器123的空間強度調(diào)制，并且由物鏡127a使其入射在全息記錄介質(zhì)101上?；鶞?zhǔn)光經(jīng)受通過相位調(diào)制元件143的相位調(diào)制，并且由物鏡127b使其入射在全息記錄介質(zhì)101上。
伺服機械單元241對于基準(zhǔn)光進行伺服操作。作為由用于深度方向多路復(fù)用操作的機械機構(gòu)242移動相位調(diào)制元件143的結(jié)果，進行在深度方向上的多路復(fù)用記錄。
權(quán)利要求
1.一種全息記錄裝置，包括激光源，它發(fā)射激光；分光元件，它把從激光源發(fā)射的激光劃分成信號光和基準(zhǔn)光；光調(diào)制元件，它調(diào)制在分光元件處劃分的信號光；相位調(diào)制元件，它調(diào)制在分光元件處劃分的基準(zhǔn)光的相位；光學(xué)系統(tǒng)，它把在光調(diào)制元件處調(diào)制的信號光和其相位在相位調(diào)制元件處已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)的大體同一位置上；及距離控制機構(gòu)，它控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息記錄裝置，其中，光學(xué)系統(tǒng)包括把信號光和基準(zhǔn)光都聚焦在全息記錄介質(zhì)上的物鏡。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息記錄裝置，其中，光學(xué)系統(tǒng)包括僅透過信號光和基準(zhǔn)光之一的透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息記錄裝置，其中，光學(xué)系統(tǒng)包括第一物鏡和第二物鏡，第一物鏡把信號光聚焦在全息記錄介質(zhì)上，并且第二物鏡把基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)上。
5.一種全息再現(xiàn)裝置，包括激光源，它發(fā)射激光；相位調(diào)制元件，它把從激光源發(fā)射的激光相位調(diào)制成基準(zhǔn)光；光學(xué)系統(tǒng)，它把其相位在相位調(diào)制元件處已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)上；及距離控制機構(gòu)，它控制在相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
6.一種全息記錄方法，包括分光步驟，把從激光源發(fā)射的激光劃分成信號光和基準(zhǔn)光；光調(diào)制步驟，由光調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的信號光；相位調(diào)制步驟，由相位調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的基準(zhǔn)光的相位；光聚焦步驟，把在光調(diào)制步驟中調(diào)制的信號光和其相位在相位調(diào)制步驟中已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)的大體同一位置上；及距離控制步驟，控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
7.一種全息再現(xiàn)方法，包括相位調(diào)制步驟，由相位調(diào)制元件把激光相位調(diào)制成基準(zhǔn)光，該激光從激光源發(fā)射；光聚焦步驟，把其相位在相位調(diào)制步驟中已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)上；及距離控制步驟，控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
8.一種在其上由全息記錄方法記錄數(shù)據(jù)的全息記錄介質(zhì)，該全息記錄方法包括分光步驟，把從激光源發(fā)射的激光劃分成信號光和基準(zhǔn)光；光調(diào)制步驟，由光調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的信號光；相位調(diào)制步驟，由相位調(diào)制元件調(diào)制在分光步驟中劃分的基準(zhǔn)光的相位；光聚焦步驟，把在光調(diào)制步驟中調(diào)制的信號光和其相位在相位調(diào)制步驟中已經(jīng)被調(diào)制的基準(zhǔn)光聚焦在全息記錄介質(zhì)的大體同一位置上；及距離控制步驟，控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。
全文摘要
本發(fā)明涉及全息記錄裝置及方法、全息再現(xiàn)裝置及方法、及全息記錄介質(zhì)，其中的全息記錄裝置能夠容易地對于全息記錄介質(zhì)進行多路復(fù)用記錄和再現(xiàn)。全息記錄裝置包括光學(xué)系統(tǒng)，用來把由光調(diào)制元件調(diào)制的信號光和由相位調(diào)制元件相位調(diào)制的基準(zhǔn)光大體聚焦在同一地方；和距離控制機構(gòu)，用來控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離。通過控制相位調(diào)制元件與全息記錄介質(zhì)之間的距離，有可能對于全息記錄介質(zhì)進行多路復(fù)用記錄。在普通相位相關(guān)多路復(fù)用方法中，通過在全息記錄介質(zhì)的表面方向上移動聚焦位置進行多路復(fù)用記錄。與此相比，本發(fā)明可進行多路復(fù)用記錄，而不要求在表面方向上的移動。通過進行在全息記錄介質(zhì)的表面方向上的移動，有可能進一步增大記錄容量。在這種情況下，與普通相位相關(guān)多路復(fù)用相比，移動量具有裕量。
文檔編號G11B7/135GK1934626SQ20058000896
公開日2007年3月21日 申請日期2005年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月31日
發(fā)明者外石滿, 岡田均, 田中富士 申請人:索尼株式會社