专利名称：全息记录/再现装置和记录/再现光学设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全息记录/再现装置和使用该全息记录/再现装置的记录/再现光学设备。
背景技术：
提出使用全息来记录数据的全息记录装置和全息记录方法。在该装置和方法中，由信息调制的要被记录的参考光和信号光(要记录的数据)由相同的激光源产生并被用于辐射全息记录/再现介质。这导致该信号光和参考光在全息记录/再现介质处彼此干涉以在该全息记录/再现介质中形成衍射光栅(全息)，要记录的数据以衍射光栅(全息)的形式被记录。
提出以这样方式从记录的衍射光栅(全息)中再现所记录的数据的全息再现装置和全息再现方法。在该装置和方法中，当在已经进行记录的记录介质上形成的衍射光栅(全息)被参考光辐射时，产生衍射光(即，再现光)。该再现光由光接收元件检测以再现所记录的数据。
在这样的记录操作和再现操作中提出两种记录/再现方法来产生信号光和参考光。它们是双光束干涉记录/再现方法和共线记录/再现方法。在该双光束干涉记录/再现方法中，提供完全分离的信号光的光路和参考光的光路，然而，在该共线记录/再现方法中，该信号光和该参考光设置在相同的轴上并分享一个光路。在该共线记录/再现方法中，在空间光调制器(SLM)的外缘部分形成参考光图案而在该空间光调制器内缘部分上形成信号光图案，以将上述光记录到记录介质上。此外，只有该参考光图案形成在空间光调制器的外缘部分，而再现光从已经进行了记录以再现所记录数据的记录介质中获得(参考，例如，美国专利No.6108110和Nikkei Electronics(P106到114，2005年1月17日发行))。
图9示出记录/再现光学单元150，其为进行记录操作和再现操作的记录/再现装置的主要部分。将参照图9中示出的记录/再现光学单元150来简单地描述传输共线记录/再现方法。
信息以下面的方式来记录。用于记录和再现信息且从激光源101发射的光束通过准直透镜102入射到空间光调制器103上。该空间光调制器103空间地将光束分成多个光束部分，一部分成为具有反射记录信息的光强调制图案的信号光108而另一部分成为不受光强调制影响或者受特殊光强调制影响的参考光109。光束的这些部分可到达物镜104。对于空间光调制器103，例如，使用偏振片和阵列液晶板的组合。由于信号光108和参考光109通过相同的物镜107，该记录/再现方法被称作共线记录/再现方法。物镜104产生信号光108和参考光109以在传输全息记录/再现介质307中的信息记录层处形成干涉条纹，也就是，全息。
信息是以下面的方式再现的。从激光源101发射的光束通过准直透镜102透射并到达空间调制器103。从该光束产生的信号光108由透射率被控制在0％的空间光调制器103阻挡，因此只有参考光109穿过物镜104照射所记录的全息。在透射全息记录/再现介质307中由全息衍射的光束通过聚光透镜105以在阵列光检测器106上形成再现的图象并由光检测器106检测该再现图象光强的空间分布。在此，光束检测器106是阵列光检测器，例如CCD传感器或者C-MOS传感器。
在共线记录/再现方法中，该记录/再现光学单元可以是反射型。图10示出了一种反射共线记录/再现光学单元151结构的实例。该光学单元151与图9中示出的那些光学单元150所具有的相似结构性特征和功能的部分将被给予相同的附图标记并不在下面被描述。在反射共线记录/再现方法中，使用在信息记录层的背面具有反射膜的反射全息记录/再现介质207。反射型中的信息记录基本上与透射型的信息记录相同。不同在于信号光108和参考光109通过分束器110以由物镜104在全息记录/再现介质207中的信息记录层上形成全息。信息如下再现。已经由全息记录/再现介质207中通过全息衍射和反射的光束再次通过物镜104，并由分束器110反射，这样在阵列光检测器106上就形成再现图象，且该再现图象的光强的空间分布由该光检测器106检测。
图11示出设置于空间光调制器103上的图案的实例，该空间光调制器103用于将透过全息记录/再现装置的空间光调制器103的信号光108和参考光109分开。一般，用于产生信号光108的信号光区域118设置在具有良好的光学性能的该空间光调制器103的内缘部分，用于产生参考光109的参考光区域119设置在空间光调制器103的外缘部分，该信号光区域118和参考光区域119之间具有间隙。
为了在全息记录/再现介质上记录大量的信息，可以实施在该全息记录/再现介质的一处(或重叠区域)上形成多个全息的所谓的多路复用记录。提出了各种多路复用记录方法(参考，例如，Nikkei Electronics(P106-114，2005年1月17日发行))。
发明内容
图1示出了接近信号光108的焦平面和接近参考光109的焦平面的光强分布的模拟结果，在全息记录/再现介质207的记录表面的横截面(其垂直于记录/再现表面)的范围内。图1中，深色部分A示出参考光109的主要部分，而浅色部分B示出信号光108的主要部分。在此，图10中示出的反射共线记录/再现装置被用作记录/再现装置，且使用图11中示出的空间调制图案。当使用根据相关技术、如从图1可清楚得出的记录/再现装置和空间调制图案时，参考光109和信号光108仅在接近信号光108和参考光109的焦平面的小区域内彼此干涉(即，图1中心处的较低部分)。
换句话说，图1示出全息仅仅形成在全息介质中接近焦平面的小区域处。一般，使用厚度为0.5mm到1mm数量级的全息介质，基于预期的，如果该介质的厚度增加，多路复用的数量也增加，这样记录密度就增加了。如从图1中所示的模拟结果中所明了的，所期盼的增加该介质的厚度的全息记录的特性可增加多路复用的数量，并且这样，对记录密度没有用。因此，设置在全息记录/再现介质207中的信息记录层并没有被有效地利用。换句话说，介质的厚度基本上不对增加记录密度有贡献，以及浪费地利用了信息记录层，如图1中所示。
因此，理想的是提供一种与相关方法相比能在介质中显著地增加参考光和信号光之间的干涉区域的全息记录/再现装置，以解决这样的问题，且不会浪费地使用信息记录层，也就是，高效地利用信息记录层以增加记录密度。还希望提供一种利用全息记录/再现装置的光学设备。
根据本发明的实施例，提供一种全息记录/再现装置，其包括将信息记录到全息记录/再现介质上的记录/再现光学单元和将来自该全息记录/再现介质的信息再现的全息记录/再现装置。该记录/再现光学单元包括激光源、空间光调制器、相位掩模和物镜。该激光源发射激光。该空间光调制器从激光产生具有共同光路的信号光和参考光。该相位掩模设置在空间光调制器旁或该空间光调制器的共扼平面内，并至少透射参考光。该物镜包括第一透镜部分和第二透镜部分。该第一透镜部分设置在该物镜的内缘部分并起到将信号光聚焦到预定点的傅里叶变换透镜的作用。该第二透镜部分设置在该物镜的外缘部分并起到具有多焦点透镜的作用，该多个焦点连续地或离散地设置在物镜的光轴方向上，并位于该全息记录/再现介质中接近该信号光聚焦的预定点的部分处。
具有这样结构的全息记录/再现装置包括记录/再现光学单元，并能将信息作为全息记录到该全息记录/再现介质上并将信息作为全息从该全息记录/再现介质再现。该记录/再现光学单元如下述操作。激光源发射激光。空间光调制器从激光产生具有共同光路的信号光和参考光。被设置在空间光调制器旁或空间光调制器的共扼平面中并可至少透射参考光的相位掩模将参考光的焦点分布在该记录/再现介质中。该物镜将信号光和参考光的聚焦到该全息记录/再现介质中。该第一透镜部分形成在该物镜的内缘部分以起到将该信号光聚焦到预定点的傅里叶变换透镜的作用。该第二透镜部分形成在该物镜的外缘部分以起到具有多焦点透镜的作用，该多个焦点连续地或离散地设置在物镜的光轴方向上，并位于该全息记录/再现介质中接近该信号光聚焦的预定点的部分处。也就是，该相位掩模和第二透镜部分之间的协同作用使参考光的收敛点在该全息记录/再现介质中呈三维分布。
根据本发明的其它实施例，提供一种可将信息记录到全息记录/再现介质上并可从全息记录/再现介质中再现信息的记录/再现光学设备。该记录/再现光学设备包括激光源，空间光调制器，相位掩模和物镜。该激光源发射激光。该空间光调制器从激光产生具有共同光路的信号光和参考光。该相位掩模设置在空间光调制器旁或空间光调制器共扼平面中并至少透射参考光。该物镜包括第一透镜部分和第二透镜部分。该第一透镜部分设置在该物镜的内缘部分并起到将该信号光聚焦到预定点的傅里叶变换透镜的作用。该第二透镜部分设置在该物镜的外缘部分并起到具有多焦点透镜的作用，该多个焦点连续地或离散地设置在物镜的光轴方向上，且位于该全息记录/再现介质中接近该信号光聚焦的预定点的部分处。
在具有这样结构的光学设备中，激光源发射激光。该空间光调制器从激光产生具有共同光路的信号光和参考光。该设置在空间光调制器旁或空间光调制器共扼平面中并至少透射参考光的相位掩模将参考光的焦点分布在该记录/再现介质中。该物镜将信号光和参考光聚焦到全息记录/再现介质上。该第一透镜部分形成在该物镜的内缘部分以起到将该信号光聚焦到预定点的傅里叶变换透镜的作用。该第二透镜部分形成在该物镜的外缘部分以起到具有多焦点透镜的作用，该多个焦点连续地或离散地设置在物镜的光轴方向上，并位于该全息记录/再现介质中接近该信号光聚焦的预定点的部分处。也就是，该相位掩模和第二透镜部分之间的协同作用使参考光的收敛点在该全息记录/再现介质中呈三维分布。
根据本发明的实施例，可以提供一种全息记录/再现装置，其中仅有介质的厚度对增加记录密度有贡献，且在其中不浪费地使用信息记录层，且提供一种使用全息记录/再现装置的记录/再现光学设备。
图1示出相关技术中全息记录/再现介质中信号光和参考光强度分布的模拟结果；图2示出根据一个实施例的记录/再现光学单元的结构；图3示出相位掩模图案的实例；图4示出根据实施例的物镜的透视图；图5说明物镜的第二透镜部分的操作；图6示出当使用根据实施例的记录方法时信号光和参考光在全息记录/再现介质中强度分布的模拟结果；图7示出根据实施例的记录/再现装置的结构；图8示出根据另一实施例的记录/再现光学单元的结构；图9示出相关记录/再现装置的结构；
图10示出另一相关记录/再现装置的结构；和图11示出空间光调制器图案的实例。
具体实施例方式
下面描述的记录/再现装置能够进行记录操作和再现操作。该记录/再现装置包括对进行记录操作有贡献的结构单元(记录单元)和对进行再现操作有贡献的结构单元(再现单元)。包括记录单元的装置是全息记录装置且包括再现单元的装置是再现装置。在下面的描述中，这些装置将被结合起来描述。
图2中所示的记录/再现光学单元50是根据实施例的记录/再现装置的主要部分。其与图10中所示的相关记录/再现光学单元151之间有三个很大的差别。第一个差别是使用了物镜14。信号光8通过物镜14的部分是通常的傅里叶变换透镜部分14a而参考光9通过物镜14的部分是展象镜(圆锥透镜)部分14b。第二个差别是掩模12通过第一中继镜系统11设置在空间光调制器(SLM)3的光学共扼平面中。第三个差别是孔径13相对于掩模12和空间光调制器3设置在第二中继镜系统15中的傅里叶平面中，也就是，在全息记录/再现介质的共扼平面中。
图2中示出的记录/再现光学单元包括对记录操作有贡献的结构单元和对再现操作有贡献的结构单元。对记录操作有贡献的结构单元组成将信息记录到全息记录/再现介质上的光学装置(也就是，全息记录装置的记录光学单元)。对再现操作有贡献的结构单元组成将信息从全息记录/再现介质中再现的光学装置(也就是，全息再现装置的再现光学单元)。在下面的描述中，这些装置将被结合起来描述。
全息记录/再现装置根据该实施例的全息记录/再现装置包括下面的主要结构单元，即，记录/再现光学单元50、伺服光学单元51(参见图7)、伺服机械单元52(同样参见图7)和信号处理/控制单元53(同样参见图7)。
记录/再现光学单元将描述根据该实施例的作为该全息记录/再现装置的主要部分的记录/再现光学单元50。该记录/再现光学单元50包括记录/再现激光源1、准直透镜2、空间光调制器3、阵列光检测器6、分束器10、第一中继透镜系统11、相位掩模12、孔径13、物镜14和第二中继透镜系统15。
激光源1是例如具有405nm波长的激光二极管(LD)。准直透镜2将从激光源1发射的光束准直。空间光调制器3是在信息(记录数据)的基础上空间(两维)地调制信号光8和在预定图案的基础上空间(两维)地调制参考光9的光学元件。例如，将透射液晶元件用于空间光调制器3。如图11所示，在空间光调制器3处提供环形的信号光区域118和参考光区域119，该参考光区域被供给参考光并环绕信号光区域118。信号光8和参考光9通过空间光调制器3彼此分离。当进行再现时，不使用环形信号光区域118。在空间光调制器3处，可能仅限定参考光9的照明区域，而在预定图案的基础上不空间地调制参考光9。
第一中继透镜系统11包括一对透镜11a和11b，并被提供以形成该空间光调制器3的光学共扼平面。相位掩模12通过第一中继透镜系统11设置在空间光调制器3的光学共扼平面中。该相位掩模12由例如玻璃或透明树脂形成。它是一种光学元件，其中具有作为单元的像素，其是在空间光调制器3上显示的最小单元的像素，在平面方向上随机地设置图案，和其中在垂直于平面的方向上提供两个不同的相位深度。图3示出垂直于光束(即，平面方向)的相位掩模12的表面部分。例如，深色部分表示相位深度大的部分。下面将更详细地描述相位掩模12。
分束器10是使要照射全息记录/再现介质207的光束透射并将从该全息记录/再现介质207反射的返回光束引到阵列光检测器6的光学部件。第二中继透镜系统15包括一对透镜15a和15b，并相对空间光调制器3和相位掩模12形成傅里叶平面，即全息记录/再现介质的共扼平面。孔径13由设置在前述全息记录/再现介质的共扼平面中的板组件形成且该板组件具有圆形的开口。
图4示出物镜14的结构。如图4所示，信号光8通过的物镜14的部分是具有与通常的傅立叶变换透镜的该部分相似功能的傅立叶变换透镜部分14a。此外，参考光9通过物镜14的的部分是具有与展象镜(圆锥透镜)的外缘部分相似功能的展象镜部分14b。下面将更详细地描述物镜14。
阵列光检测器6是检测光量中两维变化的检测器。对于阵列光检测器6，例如，使用CCD传感器或C-MOS传感器。当仅进行记录操作时，不使用阵列光检测器6。
其次，在简单描述记录/再现光学单元50的操作之后，当进行记录操作和再现操作时将描述区别特征，即，物镜14的操作，相位掩模12的操作和孔径13的操作。
当要进行记录操作时，从激光源1发出的光束由准直透镜2准直，而该平行光束入射到空间光调制器3上。已经由空间光调制器3产生的信号光8和参考光9通过第一中继透镜系统11，并入射到相位掩模12上。已经通过相位掩模12的信号光8和参考光9通过分束器10和第二中继透镜系统15的透镜15a入射到孔径13上，并通过孔径13的开口，该孔径13设置在全息记录/再现介质的共扼平面中。然后，信号光8和参考光9通过第二中继透镜系统15的透镜15b。此后，信号光8通过物镜14的傅立叶变换透镜部分14a，且参考光9通过物镜14的展象镜部分14b，这样信号光8和参考光9在全息记录/再现介质207中彼此干涉以形成全息。
在此，将参考图5描述物镜14的操作。图5示出参考光9的光束，其从空间光调制器3出射并通过形成物镜14的外缘部分的展象镜部分14b。可以将该展象镜部分14b认为是所谓的焦点连续的透镜部分，其中其多个焦点以参考光的高度接近该透镜部分设置。因此，如图5所示，当全息记录/再现介质207设置在从接近最外面光束焦点的点F1延伸到接近最里面光束焦点的点F2的范围内时，聚焦在傅立叶变换透镜部分14a(设置在物镜14的中心)的信号光8与参考光9干涉，参考光9的范围被加宽为从点F1伸展到F2。当将全部由傅立叶变换透镜形成的相关物镜104如图1一样使用时，可以克服图1中所示出的现象的问题，即防止在狭窄的范围内干涉集中。
在此，当没有使用掩模12时，即使使用这种物镜14，图5中示出的介质中的光束也会由于干涉而实质上会聚，这样光束保持在垂直于全息记录/再现介质207的记录表面的方向上会聚，即形成焦线FL。因此，信号光8和参考光9之间的干涉区域并没有被充分地拓宽。
为了克服该问题，可以使用上述的相位掩模12来拓宽参考光9的分布，以平行于全息记录/再现介质207的记录表面的方向(即，图5中的垂直方向)使该光会聚在焦线FL上。图6示出信号光8和参考光9在它们的焦平面附近，全息记录/再现介质207的记录表面横截面的范围内(在垂直于记录/再现表面的平面内)强度分布的模拟结果。当包括展象镜部分14b的物镜14和相位掩模12结合使用时可以获得这些结果，其中该相位掩模对于参考光9具有两种不同的深度且具有与空间光调制器3的像素相同的尺寸。
如从图6中能够容易地理解到，信号光8的范围基本上与图1中所示的相同，但是参考光9的范围被增加，这样信号光8和参考光9彼此有效地空间重叠以便在全息记录/再现介质207的宽范围内记录全息。
可以通过根据所记录的全息尺寸来限制孔径13从而将全息的尺寸调节到合适的尺寸。
下面，将描述信息的再现。从激光源1发射的光束通过准直透镜2并到达空间光调制器3。从光束产生的信号光8由透射率被控制到0％的空间光调制器3阻挡，这样被记录在全息记录/再现介质207上的全息仅由参考光9通过物镜14照射。已经被该全息记录/再现介质207中的全息衍射的光束(参考光9)由分束器10反射以在阵列光检测器6上形成再现图象，此后再现图象的光强空间分布由阵列光检测器6来检测。
实施例的修正尽管，在实施例中，物镜14的第二透镜部分具有展象透镜形式，通过其他透镜形式也能够提供相同的操作优势。例如，物镜可包括第一透镜部分和第二透镜部分，该第一透镜部分将从物镜的内缘部分入射到其上的信号光8聚焦，该第二透镜部分将从物镜的外缘部分入射到其上的参考光9聚焦。在该物镜中，第一透镜部分形成为将信号光8聚焦到预定点的傅立叶变换透镜，且第二透镜部分形成在接近信号光8聚焦的预定点处具有连续或离散设置的焦点的透镜。
可以用来代替展象透镜的第二透镜部分的特殊实例是具有相同优势的非球面镜。此外，第二透镜部分可形成为完全由第一透镜部分形成的非球面透镜。进一步，连续地以垂直于介质平面的方向设置的焦点可以离散地设置。再一步，彼此相邻的焦点之间的间隔可以不相等地设置。例如，当相邻的焦点之间的间隔是不相同的设置时，可最终使用所谓的双焦距透镜，其中外围透镜部分的一个焦点比信号光的焦点更接近该透镜。再一步，不形成一个透镜部分，该第二透镜部分可以是具有多个折射/反射球面或非球面的透镜由此具有与那些展象镜相同的优势。再一步，该第二透镜部分可通过将同心透镜粘接到傅立叶变换透镜来形成，该同心透镜的最外围部分具有与傅立叶变换透镜的最外围部分相同的直径。
上述的第一和第二透镜部分每一个都具有无限旋转对称的形式。这样可以在制造该记录/再现装置时防止在物镜的安装方向上的设置受到限制。因此，当使用多个记录/再现装置时，全息记录/再现介质并不相容，物镜可具有一种与旋转对称形式所不同的形式。为了再现多个物镜，物镜的形式被制作的相对简单。当不再现多个物镜时，该物镜可以具有一种很难由例如，标准化中的规则限定的形式。
在该实施例中，相位掩模12是这样的，具有与空间光调制器3的像素尺寸对应的相位结构的任意图案在参考光9垂直入射的平面上形成且在参考光9入射的方向上具有两种或多种不同的相位深度。然而，该相位掩模中的最小图案单元与最小像素不同。此外，相位转变的数量不限于两个，这样可以有多于两种的相位转变。换句话说，可以恰当地进行该相位掩模中最小图案单元的选择和图案随机性的选择。此外，根据环境，可以恰当地选择最小图案单元，任意编排，和相位转变的数量。进一步，这些选择也可以恰当地组合。
例如，当使在空间光调制器3上的像素尺寸和掩模的最小图案单元相同时，可以对参考光9和信号光8使用具有相同相位图案的一种相位掩模。相反，当利用参考光9通过空间光调制器3形成的像素尺寸与相位掩模12结构的最小单元不同时，可以使用具有分离区域的两种相位结构的相位掩模，关于信号光8的相位掩模，其中该相位掩模12的最小结构单元与在该空间光调制器3上形成的像素尺寸相等。特别是，当相位结构的最小单元与在该空间光调制器3上形成的像素尺寸相等的任意相位掩模也用于信号光8时，可以具有限制其DC部件的优势。
尽管根据该实施例的相位掩模12通过第一中继透镜系统11设置在空间光调制器3的光学共扼平面中，即使相位掩模12非常接近空间光调制器设置，例如100μm以内，不使用第一中继透镜系统11也能够具有相同的优势。
根据该实施例的记录/再现装置以及改进相对于相关的记录/再现装置具有下面的优点。
首先，在记录操作中，当使用根据实施例的物镜14或者该物镜14的改进形式的任意一种时，参考光9在全息记录/再现介质207的厚度方向上多个点处聚焦或者在该全息记录/再现介质207厚度方向上连续地聚焦。因此，信号光8和参考光9之间的干涉区域增加，这样全息所形成的区域在全息记录/再现介质207的厚度方向上增加。在再现操作中，参考光9在该全息记录/再现介质207的厚度方向上在多个点处聚焦或者以该全息记录/再现介质207的厚度方向连续聚焦。因此，参考光9与全息的干涉区域增加，这样再现光能级也增加。
在记录操作中，当使用根据实施例的物镜14或者该物镜14的改进形式的任意一种以及根据实施例的掩模12或该掩模12的改进形式的任意一种形式时，参考光9在全息记录/再现介质207的厚度方向上在多个点处聚焦或者以该全息记录/再现介质207的厚度方向连续地聚焦。此外，聚焦参考光9以便在全息记录/再现介质207的平面方向分布。因此，信号光8和参考光9之间的干涉区域增加，由此形成全息的区域也在厚度方向和记录/再现介质的平面方向增加。在再现操作中，参考光9在全息记录/再现介质207的厚度方向上在多个点处聚焦或者以该全息记录/再现介质207的厚度方向连续地聚焦。此外，聚焦该参考光9以便在该全息记录/再现介质207的平面方向分布。因此，参考光9与全息的干涉区域进一步增加，这样再现光能级进一步增加。也就是，通过相位掩模和第二透镜部分之间的协同作用，可以在全息记录介质中宽阔的三维区域中分布参考光。
根据该实施例的孔径13可以与根据该实施例的物镜14或者该物镜14的改进形式的任意一种以及根据该实施例的相位掩模12或者该掩模12的改进形式的任意一种一起使用。在这种情况下，在记录操作和再现操作中，当使用根据实施例的物镜14或者物镜14的改进形式的任意一种以及根据实施例的相位掩模12或者该相位掩模12的改进形式的任意一种时，与前面所提供的那些具有相同的优势。此外，在这种情况下，通过调整参考光9在全息记录/再现介质207的尺寸，能够将全息的尺寸调整到一合适的尺寸，这样不会浪费地使用该全息记录/再现介质207。
特别是在多路复用记录中一起使用物镜14、相位掩模12和孔径13是相当有效的，多路复用记录中记录对应于多片信息的多个全息作为相同的全息记录区域中全息的重叠的结果。这是因为，由于多路复用记录能够在宽的全息记录区域中实施(多路复用记录在相关技术中的窄区域进行)，即使增加多路复用记录操作的数量也能获得合适的信噪比(S/N)。
全息记录/再现介质、伺服光学单元、伺服机械单元和信号处理/控制单元参照图7将简单地描述全息记录/再现介质207、伺服光学单元51、伺服机械单元52和信号处理/控制单元53。
首先，简单地描述全息记录/再现介质207。
该全息记录/再现介质207是一种利用记录/再现光学单元50在其上进行全息记录操作和全息再现操作的介质。该全息记录/再现介质207是一种盘形介质，包括保护层207a、记录层207b、凹槽207c和反射层207d，并被用于记录作为由信号光8和参考光9形成的全息的干涉条纹。该记录层207b和凹槽207c之间的边界具有可反射来自全息记录/再现光源的光并透射来自伺服光源的光的二向色膜。保护层207a是用来保护记录层207b远离环境损害的层，而记录层207b是用来记录作为折射率变化的干涉条纹。如果使用折射率随着光强改变的材料，例如，使用铌酸锂(LiNbO3)作为无机材料，或者例如使用光敏聚合物作为有机材料。记录层207b的折射率根据曝光量所改变，这样由参考光9和信号光8之间的干涉形成的干涉条纹能够被作为该全息记录/再现介质207上折射率的改变而记录。
其次，将简单地描述伺服光学单元51。
伺服光学单元51与该记录/再现光学单元50共用物镜14。由此，伺服光学单元51包括波长选择元件的二向色镜25。
伺服光源26是用于进行伺服控制，例如跟踪伺服控制操作和焦点伺服控制操作，以及用于读取地址信号的光源。该伺服光源26发射具有与从激光源1发射的激光的波长不同的波长的激光。伺服光源26是具有摆动波长，例如650nm的激光二极管，其相对于该全息记录/再现介质207的记录层207b具有小的灵敏度，以致于不会影响记录和再现操作且以致于可简单地分离伺服信号。
准直透镜27是将从伺服光源26发出的激光准直的光学元件。光栅28是将从准直透镜27出射的激光分为三束光用于伺服控制和读出寻址信号的光学元件。
分束器29是一种光学元件，其使从光栅28出射的激光通过，并反射通过全息记录/再现介质207反射以及从该全息记录/再现介质207返回的回光。反射镜30是将来自分束器29的返回光朝向光接收元件33反射的光学元件。
聚光透镜31是将来自反射镜30的返回光会聚到光接收元件33的光学元件。柱面透镜32是将由聚光透镜31会聚的光束从圆形光束转换为椭圆光束用于焦点伺服控制的光学元件。光接收元件33是接收返回光并为跟踪伺服控制操作输出跟踪误差信号，为焦点伺服控制操作输出聚焦误差信号和寻址信号的光学元件。该光学接收元件33是，例如，光电二极管。
将描述伺服机械单元52。
该伺服机械单元52包括聚焦致动器40和跟踪致动器41。该聚焦致动器40是驱动物镜14垂直于全息记录/再现介质207表面并控制由物镜14聚焦的光点位置的焦点伺服机械装置。跟踪致动器41是沿着该全息记录/再现介质207的径向驱动物镜14的跟踪伺服机械装置。在信号处理/控制单元53的控制操作基础上，聚焦致动器40和跟踪致动器41分别地进行焦点伺服操作和跟踪伺服操作。伺服机械单元52还包括旋转该全息记录/再现介质207的主轴电动机42。
将描述信号处理/控制单元53。
包括，例如，中央处理单元(CPU)和数字信号处理器(DSP)的计算部分是该信号处理/控制单元53的主要部分。作为接收电子信号的结果信号处理/控制单元53实施计算以控制聚焦致动器40、跟踪致动器41和主轴电动机42。
在前面描述的记录/再现光学单元50中，确定全息记录/再现介质207上的记录/再现区域来进行记录或再现操作。通过伺服光学单元51、伺服机械单元52和信号处理/控制单元53的操作来进行区域的确定。用于确定记录/再现区域而进行的主轴伺服操作、焦点伺服操作、跟踪伺服操作和信号处理将在下面简单描述。
首先，从伺服光源26出射的光束通过准直透镜27、光栅28、分束器29、二向色镜25和物镜14透射。然后，全息记录/再现介质207的反射层207d反射的光束再次通过物镜14，在该反射层处形成凹槽207c，二向色镜25和分束器29并通过反射镜30，聚光透镜31，柱面透镜32，并到达光接收元件33。与此同时，从伺服光源26出射的光束通过二向色镜25和傅立叶变换透镜部分14a的中心部分，且限制用于该伺服操作光束的直径以便该光束不通过展象镜部分14b。
光接收元件33具有分离的光学检测部分，且可根据每个光学检测部分所接收的光量产生电子信号。包括，例如，中央处理器(CPU)和数字信号处理器(DSP)的计算部分是信号处理/控制单元53的主要部分。信号处理/控制单元53作为接收电子信号的结果进行计算以通过散光(astigma)的方法产生用于进行焦点伺服控制操作的焦点误差信号，且通过推挽的方法产生用于进行跟踪伺服控制操作的跟踪误差信号。然后，焦点致动器40根据焦点误差信号来控制，且根据跟踪误差信号和来自凹槽207c的解码地址控制跟踪致动器41和主轴电动机42，该主轴电动机42用于旋转该全息记录/再现介质207。此后，预定记录数据作为全息写入在全息记录/再现介质207的预定区域上以从形成在该全息记录/再现介质207的预定区域的全息中产生再现信号。
信号处理/控制单元53在记录操作和再现操作中控制记录/再现光学单元50。更具体地，当进行写操作时，根据信息(记录数据)，基于来自信号处理/控制单元52的信号的空间光调制器3上的信号光区域118和参考光区域119处显示基于信息(记录数据)的两维图案。当进行再现操作时，将参考光区域119的两维图案写到空间光调制器3以通过信号处理/控制单元53处理来自阵列光检测器6的输出。
其他实施例将参照附图8描述根据其他实施例的作为记录/再现装置的主要部分的记录/再现光学单元60。根据其它实施例的伺服光学单元、伺服机械单元和该记录/再现装置的信号处理/控制单元都与前面实施例中的相同，因此下面不对它们进行描述。与该记录/再现单元50的那些相似并具有相似功能的该记录/再现光学单元60的部分被给予相同的参考标记并不会在下面被描述到。
该记录/再现光学单元60可采用透射全息记录/再现介质307，其结构与记录/再现光学单元50有如下不同。首先，该记录/再现光学单元60不具有分束器10。此外，阵列光检测器6设置在透射记录/再现介质307的相反侧。理由如下。当再现操作由记录/再现光学单元50进行时，由参考光9照射反射全息记录/再现介质207所提供的再现光光路与参考光9的光路相同。对比，当使用透射全息记录/再现介质307时，再现光束62出现在全息记录/再现介质307的相反侧，由此参考光9和再现光不会被分束器10分开。进一步，在该记录/再现光学单元60中，再现光62用于再现所记录的信息，作为利用通过再现物镜61的阵列光检测器6检测全息图象的结果。
使用该记录/再现光学单元60的记录/再现装置的优点与使用记录/再现光学单元50的记录/再现装置的优点相似。差别在于该记录/再现光学单元能在透射全息记录/再现介质307上进行记录操作和再现操作。更具体地，相位掩模和第二透镜部分之间的互相协同作用使其能够在全息记录/再现介质中更宽阔的三维区域中分布参考光的焦点。此外，还可以使用孔径13将全息的尺寸调整到合适尺寸的参考光9。因此，能够进行高质量的记录/再现操作而不浪费地利用透射全息记录/再现介质307。
对于本领域的技术人员应该明了，取决于设计需要和其它因素的各种修改、组合、子组合和变换都在所附权利要求及其等同物的范围内。
权利要求
1.一种全息记录/再现装置，其包括记录/再现光学单元，在全息记录/再现介质上记录信息以及从该全息记录/再现介质再现信息，其中该记录/再现光学单元包括发射激光的激光源，从激光源产生具有共同光路的信号光和参考光的空间光调制器，设置在空间光调制器附近或者设置在该空间光调制器的共扼平面中并至少透射参考光的相位掩模，以及包括第一透镜部分和第二透镜部分的物镜，该第一透镜部分设置在该物镜的内缘部分并起到将信号光聚焦到预定点的傅里叶变换透镜的作用，该第二透镜部分设置在该物镜的外缘部分并起到具有多焦点的透镜的作用，该多个焦点连续地或离散地设置在物镜的光轴方向上，并位于该全息记录/再现介质中接近该信号光聚焦的预定点的部分。
2.根据权利要求1的全息记录/再现装置，其中该第二透镜部分被形成为圆锥透镜或展象镜的外缘部分。
3.根据权利要求1的全息记录/再现装置，其中该第一透镜部分和该第二透镜部分彼此结合成非球面透镜。
4.根据权利要求1的全息记录/再现装置，其中该相位掩模具有随机的图案以及在该参考光的入射方向上具有至少两种不同的相位深度，该随机的图案设置在相位掩模的表面上，在该掩模上参考光垂直入射并具有对应于空间光调制器像素尺寸的相位结构。
5.根据权利要求1的全息记录/再现装置，其中该相位掩模具有透射参考光和信号光的结构且该结构均匀地提供参考光透射部分和信号光透射部分。
6.根据权利要求1的全息记录/再现装置，还包括中继镜和孔径，该中继镜设置在信号光和参考光的共同光路中，该孔径设置在该全息记录/再现介质的共扼平面中并用于限制全息图记录在全息记录/再现介质上的范围，该共扼平面由中继镜形成。
7.一种记录/再现的光学设备，其在全息记录/再现介质上记录信息以及从全息记录/再现介质再现信息，该设备包括发射激光的激光源；从激光产生具有共同光路的信号光和参考光的空间光调制器；设置在空间光调制器附近或设置在该空间光调制器的共扼平面中并至少透射参考光的相位掩模；和包括第一透镜部分和第二透镜部分的物镜，该第一透镜部分设置在物镜的内缘部分并起到将信号光聚焦到预定点的傅里叶变换透镜的作用，该第二透镜部分设置在该物镜的外缘部分并起到具有多焦点的透镜的作用，该多个焦点连续地或离散地设置在物镜的光轴方向上并位于该全息记录/再现介质中接近该信号光聚焦的预定点的部分。
全文摘要
一种全息记录/再现装置，包括在全息记录/再现介质上进行记录和再现操作的记录/再现光学单元。该光学单元包括发射激光的激光源，从激光产生具有共同光路的信号光和参考光的空间光调制器，设置在该调制器附近或者设置在该调制器的共扼平面中并至少透射参考光的相位掩模，以及包括第一透镜部分和第二透镜部分的物镜。该第一透镜部分设置在内缘部分并起到将信号光聚焦到预定点的傅里叶变换透镜的作用。该第二透镜部分设置在外缘部分并具有连续地或离散地设置在物镜的光轴方向上并位于该全息记录/再现介质中接近预定点的部分的焦点。
文档编号G03H1/00GK1932695SQ20061014375
公开日2007年3月21日 申请日期2006年9月15日 优先权日2005年9月16日
发明者福本敦, 杉木美喜雄, 田中健二, 小岛直人, 外石满 申请人:索尼株式会社