记录/再现全息信息的方法和设备的制作方法

专利名称：记录/再现全息信息的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种记录/再现全息信息的方法和设备。
背景技术：
使用全息图存储信息的技术已得到广泛应用。在这样的技术中，信息被 以光学干涉图样形状存储在对光敏感的无机晶体或聚合物材料中。通过使用 两个相干激光束形成光学千涉图样。换句话说，当具有不同路径的参考光与 信号光互相干涉时形成干涉图样，干涉图样在光敏信息存储介质中？ 1起化学 或物理改变，并被记录在其上。与用于记录信息的参考光类似的光照射到信 息存储介质上所记录的干涉图样上，以从记录的干涉图样再现信息。这导致 由于干涉图样而产生的衍射，因此，信号光被还原并且信息被再现。
使用全息图存储信息的技术的例子包括体全息方法，通过使用体全息 术，信息以一页为单位被记录/再现；显微全息方法，通过使用显微全息术， 信息以单个比特为单位被记录/再现。在体全息方法中，可同时处理大量的信
息。然而，由于光学系统必须被非常精确地调整，所以在用于存储普通消费 者的信息的设备中不容易采取该方法。
在显微全息方法中，两个会聚光束在信息存储介质的平面上移动，在特 定焦点处互相干涉，从而形成良好的干涉图样，多个干涉图样被记录在信息 存储介质上以形成多个记录层。记录层在信息存储介质的深度方向上彼此叠 加，以形成多层结构，使得信息可三维地记录在信息存储介质上。
在显微全息方法中，再现期间的信号质量受到记录的全息图的衍射效率 的极大影响。根据记录有全息图并形成干涉图样的信息存储介质的折射率的 不同以及根据记录的全息图的厚度，来确定记录的全息图的衍射效率。通过 增加信息存储介质的折射率的不同以及增加记录的全息图的厚度，来增加记录的全息图的衍射效率。
然而，由于记录的全息图的厚度与光学拾取聚焦光学系统的数值孔径
(NA)的平方成反比，所以当NA增加以增加记录容量时，记录的全息图的 厚度减小，因此，反射率呈几何级数减小。换句话说，当光学拾取聚焦光学 系统的NA增加以增加记录密度时，记录的全息图的衍射效率降低，并且由 于记录标记的衍射效率的降低，难以在信息存储介质的再现期间获得好的信 号质量。当具有阈响应的信息存储介质被用于记录比光学最小极限小的标记 时，由于记录的全息图的衍射效率降低导致信号质量可能进一步下降。

发明内容
本发明多方面提供一种记录/再现全息信息的方法和设备，从而可增加在 全息信息存储介质上记录有信息的记录标记的反射率。
根据本发明一方面，提供一种记录/再现全息信息的设备，包括光学拾 取器，将光照射到全息信息存储介质并接收照射的光，其中，光学拾取器包 括聚焦光学系统，所述聚焦光学系统在记录期间的数值孔径比在再现期间的 数值孔径小。
根据本发明 一方面，当记录期间的NA为NA,,再现期间的NA为NA2 时，聚焦光学系统满足关系式1/4 S NA,/NA2 < 1 。
根据本发明一方面，聚焦光学系统包括物镜；孔径调整元件，改变孔 径的大小，以调整入射到物镜上的照射光的直径。
根据本发明一方面，聚焦光学系统包括物镜；扩束器，调整光的放大 率，以调整入射到物镜上的照射光的直径。
根据本发明一方面，聚焦光学系统包括物镜；能动液晶元件，被激活 以调整照射到物镜上的光的直径。
根据本发明一方面，聚焦光学系统包括用于记录的光学构件，具有用 于记录的NA;和用于再现的光学构件，具有比用于记录的光学构件的NA大 的NA，其中，在记录期间和再现期间选择性地使用用于记录的光学构件和用 于再现的光学构件。聚焦光学系统还可包括光路转换构件，在记录期间将 参考光的光路引导向用于记录的光学构件，在再现期间将参考光的光路引导 向用于再现的光学构件。
根据本发明一方面，用于记录的光学构件是用于 录的物镜，用于再现的光学构件是用于再现的物镜。
根据本发明一方面，全息信息存储介质的记录层包括具有阈响应
(threshold response )的光致反应材料，在记录期间照射的信号光和参考光的 强度在信号光和参考光的光点的中心处的值大于光致反应材料的阈值。
根据本发明一方面，光学拾取器包括第一聚焦光学系统和第二聚焦光 学系统，在记录期间将信号光和参考光照射到全息信息存储介质的相应侧。 记录期间的第二聚焦光学系统的NA比再现期间的第二聚焦光学系统的NA
根据本发明一方面，光学拾取器在记录期间将信号光和参考光照射到全 息信息存储介质的剖面。
根据本发明一方面，记录/再现全息信息的设备还包括第一焦点控制单 元和第二焦点控制单元，控制照射到全息信息存储介质上的信号光和参考光 的每个的焦深，其中，第一焦点控制单元和第二焦点控制单元以多层结构记 录信息。
根据本发明另一方面，提供一种记录和再现全息信息的方法，包括在 记录期间使用具有小的数值孔径(NA)的聚焦光学系统，来将信息记录在全 息信息存储介质上；在再现期间使用具有大的NA的聚焦光学系统，来从全 息信息存储介质读取信息。
根据本发明一方面，通过调整入射到聚焦光学系统的物镜上的光的直径， 来调整聚焦光学系统的NA。
根据本发明 一 方面，将信息记录在具有由具有阈响应的光致反应材料形 成的记录层的全息信息存储介质上，读取记录的信息。
根据本发明 一 方面，以多层结构将信息记录在全息信息存储介质的记录层中。
根据本发明 一方面，以干涉图样形状记录单比特信息。 本发明的另外方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述 中部分是清楚的，或者通过本发明的实施可以被理解。


通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的这些和/或其他方面和 优点将会变得清楚和更易于理解，其中图1是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图； 图2A和图2B分别示出根据本发明一方面的在记录期间和再现期间孔径 调整元件的操作；
图3A和图3B分别示出根据本发明一方面的在记录期间和再现期间在图 1的设备中所使用的全息信息存储介质上形成记录标记的情况；
图4是根据本发明 一 方面的数值孔径(NA )对全息图的衍射效率的曲线
图5是根据本发明一方面的针对具有阈响应的光致反应材料的半径对记
录光的强度的曲线图6示出根据本发明一方面的图1的设备的衍射效率的提高；
图7是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图8A和图8B分别示出根据本发明一方面的在图7的设备的记录期间和
再现期间扩束器的操作；
图9是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图IOA和图10B分别示出^4居本发明一方面的在记录期间和再现期间液
晶透镜的操作；
图11是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图12示出根据本发明一方面的分别在记录期间和再现期间记录物镜和
再现物镜的选择性操作；
图13是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图14A和图14B分别示出根据本发明一方面的在记录期间和再现期间扩
束器的操作；
图15A和图15B分别示出根据本发明一方面的在记录期间和再现期间在 图1所示的记录/再现全息信息的设备中所使用的全息信息存储介质上形成记 录标记的情况；
图16是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图17A和图17B分别示出根据本发明一方面的在记录期间和再现期间液
晶透镜的操作；
图18是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图； 图19示出根据本发明一方面的分别在记录期间和再现期间记录物镜和 再现物镜的选择性操作。
具体实施例方式
现在对本发明实施例进行详细的描述，其示例表示在附图中，其中，相 同的标号始终表示相同部件。下面通过参照附图对实施例进行描述以解释本发明。
图1是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图。参照图 1 ,记录/再现全息信息的设备是用于将信息记录在被光双向照射的全息信息
存储介质190上并从全息信息存储介质190再现记录的信息的设备。图1的 设备包括光学拾取器100，将光照射到全息信息存储介质190上并接收照 射的光；电路单元(未显示)。虽然未显示，但可知该设备可包括控制器， 控制通过光学拾取器IOO针对全息信息存储介质190的数据记录和/或再现。
光学拾取器100包括光源110,发射光；光路分离元件130，将光源 110发射的光分离成信号光L1和参考光L2;第一物镜160，将信号光Ll聚 焦到全息信息存储介质190上；第二物镜170,将参考光L2聚焦到全息信息 存储介质190上；孔径调整元件173,调整第二物镜170的孔径的大小；光 电检测器180，检测从全息信息存储介质190反射的再现光L2V。此外，虽然 并非在所有方面都需要，但光学拾取器IOO还包括第一调焦单元150和第 二调焦单元153,用于改变信号光L1和参考光L2的焦点位置。此外，虽然 并非在所有方面都需要，但光学拾取器IOO还包括准直透镜120,将光源 110发射的光变为平行光束；第一至第三反射构件132、 134和136,用于适 当地改变光路。此外，虽然并非在所有方面都需要，但光学拾取器100还包 括伺服光学系统(未显示)，执行伺服操作。
光源110和光路分离元件130构成发射用于记录/再现的光L的光源单 元。例如，蓝光半导体激光二极管可用作光源110。然而，本发明不限于此。
准直透镜120将光源110发射的用于记录/再现的光L准直为平行光束。 在显示的本发明实施例中，准直透镜120置于光源110和偏振转换元件125 之间。然而，本发明不限于此。例如，准直透镜120可置于偏振转换元件125 和光路分离元件130之间，或在其他光路上。
用作光源110的半导体激光二极管主要发射具有一个偏振分量的激光。 在这种情况下，偏振转换元件125可置于光源110和光^各分离元件130之间。 例如，偏振转换元件125可以是波片，如能动半波片或能动四分之一波片。当能动半波片被用作偏振转换元件125时，具有预定线偏振的入射光通过能 动半波片，偏振方向被旋转，具有预定线偏振的入射光可被转换成具有两个 正交的线偏振分量(即，S偏振分量和P偏振分量)的光。当能动四分之一 波片被用作偏振转换元件125时，具有预定线偏振的入射光被偏振转换成具 有圓偏振的光。这种具有圓偏振的光可被分解成两个正交的线偏振分量。在 记录期间，通过偏振转换元件125的光的S偏振分量和P偏振分量分别对应 于信号光L1和参考光L2。
虽然并非在所有方面都需要，但偏振转换元件125可以是在记录操作期 间执行偏振转换功能，并且在再现操作期间不执行偏振转换功能的能动元件。 当能动元件被用作偏振转换元件125时，光源110在再现期间发射的所有光 可被用作再现光。
显示的记录/再现全息信息的设备使用显微全息方法，通过该方法，由于 信号光L1和参考光L2之间的干涉而形成的干涉图样包括每个焦点上的单比 特信息，可以以1比特对光源110发射的光进行调制。因此，信号光L1和 参考光L2均包括记录信息，信号光Ll和参考光L2的记录操作没有本质区 别，这些术语可以互换。为方便解释，沿再现光L2',的路径入射到全息信息 存储介质190上的光用作公共光路并被称为参考光L2。
光路分离元件130将通过偏振转换元件125的具有两个正交偏振分量的 光分离为两个部分，并允许每个偏振分量的光沿单独的光路照射到全息信息 存储介质190上。光路分离元件130可以是偏振分束器，在偏振分束器中光 的透射和反射根据偏振方向而改变。例如，光路分离元件130可将入射的P 偏振光透射为保持其原始状态的光，并可反射入射的S偏振光。光路分离元 件130分离在再现期间光源IIO发射的入射到全息信息存储介质190的再现 光L2',和在再现期间从全息信息存储介质190反射的再现光L2',.。
光电检测器180置于光路分离元件130的 一侧，并检测由光路分离元件 130分离的再现光L2V。
由光路分离元件130分离的信号光L1和参考光L2经由聚焦光学系统入 射到全息信息存储介质190上。根据本发明本实施例的全息信息存储介质190 是一种透射型介质，在该透射型介质上信号光L1和参考光L2双向照射。因 此，聚焦光学系统可包括聚焦信号光Ll的第一聚焦光学系统和聚焦参考光 L2的第二聚焦光学系统。光闸(shutter) 140、第一调焦单元150、第一反射构件132和第二反射构件134、第一四分之一波片165和第一物镜160构成 聚焦信号光U的第一聚焦光学系统，第二调焦单元153、第三反射构件136、 第二四分之一波片175、孔径调整元件173和第二物镜170构成聚焦参考光 L2的第二聚焦光学系统。
第一至第三反射构件132、 134和136可以是这样的光学构件，在该光学 构件中，光路被折叠以使得可适当地布置光学元件。第一至第三反射构件132、 134和136可以是反射镜或全反射棱镜等，不同数量的这些元件可用在本发 明的其他方面。
光闸140是透射/拦截入射光的光学构件。光闸140可在记录操作期间将 信号光L1透射为保持其原始状态的信号光Ll，并可在再现操作期间拦截入 射到全息信息存储介质190的光或从全息信息存储介质l卯反射的光。
第一调焦单元150和第二调焦单元153改变全息信息存储介质190中信 号光L1和参考光L2的焦点位置。例如，第一调焦单元150包括第一中继透 镜(relay lens ) 15]和第二中继透镜152,第一中继透4竟151可以以这种方式 构成，即，其被机械地驱动以平行于光轴移动，因此，信号光L1的焦点位置 被改变。此外，第二调焦单元153包括第三中继透镜154和第四中继透镜155， 第三中继透镜154可以以这种方式构成，即，其被才几械地驱动以平行于光轴 移动，因此，参考光L2的焦点位置被改变。这样，使用第一调焦单元150 和第二调焦单元153改变信号光L1和参考光L2的焦点位置，使得全息干涉 图样(即，记录标记)可以以多层形状记录在全息信息存储介质190中。
第一四分之一波片165和第二四分之一波片175将入射到全息信息存储 介质190上的光的线偏振转换为圓偏振，并将从全息信息存储介质190反射 的光的圓偏振转换为线偏振。
孔径调整元件173是主动调整通过的光的直径的光学构件。例如，孔径 调整元件173可在记录操作期间缩小孔径的大小，并可在再现操作期间扩大 孔径的大小。孔径调整元件173可具有这样的结构，其中，两个孔径可在记 录期间和再现期间被分别选择性地使用，或者可以是相机镜头的光圈。孔径 调整元件173的孔径可以是圓形的。在本发明的本实施例中，孔径调整元件 173可布置在参考光L2的光路上，但也可布置在信号光L1的光路上。稍后 将对孔径调整元件]73的操作进行详细描述。
第 一物镜160和第二物镜170是分别聚焦信号光Ll和参考光L2的光学构件。可使在记录期间的第二物镜170的数值孔径(NA)小于在再现期间的 第二物镜170的NA,稍后将进行描述。此外，可使仅在记录期间使用的第一 物镜160的NA与在记录期间使用的第二物镜170的NA相同。当第 一物镜 160所需的NA减小时，可更容易地制造第一物镜160。此外，在根据显示的 本发明实施例的用于记录/再现全息信息的设备中所使用的全息信息存储介 质190中，记录层192 (见图3A和图3B )由具有阈响应(threshold response ) 的光致反应材料形成。在这种情况下，当执行第一物镜160的光学设计时， 可获得NA的大的容差。
现在将对根据本发明的本实施例的用于记录/再现全息信息的设备的操 作进行描述。首先，将对记录操作进行描述。光源110发射根据将被记录的 信息进行了调制的光L。发射的光L经由偏振转换元件125被转换为具有S 偏振分量和P偏振分量的光，并通过光路分离元件130 一皮分离成P偏振光和 S偏振光。为方便解释，S偏振光从光路分离元件130反射并成为信号光L1， P偏振光透射通过光路分离元件130并成为参考光L2。由光路分离元件130 从发射的光L分离出信号光:Ll,信号光L1经由光闸140、第一调焦单元150 以及第一射构件132和第二反射构件134被第一物镜160聚焦到全息信息存 储介质190的第一侧，并入射到全息信息存储介质190的第一侧。由光路分 离元件130从发射的光L分离出参考光L2，参考光L2经由第二调焦单元153、 第三反射构件136、第二四分之一波片175和孔径调整元件173被第二物镜 170聚焦并入射到全息信息存储介质190的第二侧。入射到全息信息存储介 质190的第一侧和第二侧的信号光L1和参考光L2在全息信息存储介质190 中形成焦点F，包括单比特信息的记录标记由于全息干涉图样而被记录在形 成焦点F的位置。可通过第一调焦单元150和第二调焦单元153改变聚焦的 信号光L1和参考光L2的焦点，在记录层192 (见图3A和图3B)的深度方 向上的不同的焦点位置形成多个不同的干涉图样，使得可执行多层记录。
接下来，将对再现操作进行描述。光源110发射未调制的光L。当光源 110仅发射一个线偏振的光并且偏振转换元件125是能动元件时，通过偏振 转换元件125的光是一个方向的线偏振光。为方便解释，通过偏振转换元件 125的光的偏振被称为P-偏振。由光路分离元件130透射的P偏振光(即， 再现光L2"经由第二调焦单元153、第三反射构件136、第二四分之一波片 175和孔径调整元件173被第二物镜170聚焦，并入射到全息信息存储介质190。再现光L2',被记录有信息的全息信息存储介质190的记录层192 (见图 3A和图3B)反射，反射的再现光L2V经由第二物镜170、孔径调整元件173、 第二四分之一波片175、第三反射构件136和第二调焦单元153入射到光路 分离元件130。在这种情况下，从全息信息存储介质190反射的再现光L2V 的偏振方向改变，因此再现光L2V被光路分离元件130反射，并入射到光电 检测器180上。
在记录期间和再现期间改变孔径调整元件173的孔径大小。图2A和图 2B分别示出根据本发明一方面的在记录期间和再现期间孔径调整元件173的 操作。参照图2A，在记录期间孔径调整元件173的孔径大小被变小，使得入 射到第二物镜170上的参考光L2的直径减小，会聚光的角度^也减小。参 照图2B,在再现期间孔径调整元件173的孔径大小被变大，使得入射到第二 物镜170上的再现光L2',的直径增大，会聚光的角度62也增大。
第二物镜170的NA与会聚光的角度e ,和02的正弦值成正比。会聚光 的角度6 ,和62是在第二物镜170的光轴与由第二物镜170会聚在焦点处的 会聚光中最外面的光之间形成的角度。当信号光L1和参考光L2的焦点位置 相同时，会聚光的角度6 ,和02与入射到第二物镜170上的光的直径成正比。 由于可通过孔径调整元件173对入射到第二物镜170上的光的直径进行调整， 所以可通过孔径调整元件173改变第二物镜170的NA。在显示的本发明实施 例中，使在再现期间孔径调整元件173的孔径大小大于在记录期间孔径调整 元件173的孔径大小，从而可使在再现期间第二物镜170的NA大于在记录 期间第二物镜170的NA。第一物镜160基本上在记录期间使用，因此，可基 于记录期间第二物镜170的NA来设计第一物镜160的NA。在显示的本发明 实施例中，孔径调整元件173置于参考光L2的光路上。然而，孔径调整元件 173还可置于信号光L1的光路上。虽然孔径调整元件173置于信号光L1的 光路上，但在记录期间形成的记录标记M的焦深基本上与孔径调整元件173 置于参考光L2的光路上的情况下相同。结果是，与孔径调整元件173置于参 考光L2的光路上的情况一样，记录标记M的衍射效率增加。
图3A和图3B分别示出在记录期间和再现期间在全息信息存储介质190 上形成记录标记M.的情况。根据显示的本发明实施例的全息信息存储介质 190是双面照射类型的介质，包括由光致反应材料形成的可记录全息干涉图 样的记录层192以及支撑和保护记录层192的覆盖层191和193。可在覆盖层191和193与记录层192之间形成包括有祠服信息的伺服层(未显示)。
参照图3A,由于信号光L1和参考光L2的干涉，所以在全息信息存储 介质90的记录层192上形成全息干涉图样(即，记录标记M)。参照图3B, 再现光L2',在再现期间照射到全息信息存储介质190的记录层192,使得记录 的记录标记M可^皮读取。
再现期间的信号质量与在全息信息存储介质190的记录层(图3A的192) 上形成的记录标记M的衍射效率有关。随着记录标记M的衍射效率增加， 再现期间的信号质量得到提高。当记录标记M的衍射效率低时，如在用于记 录层192的光致反应材料中，可使用关系式1近似获得记录标记M的衍射效
其中ti是衍射效率，An是全息干涉图样的折射率差，d是记录的全息图 的厚度，人是光的波长。在显微全息图中，d是相当于记录的光的焦深的两 倍左右的值。在不具有阈响应的传统光致反应材料中，焦深由AZNA^合出。 因此，全息图的衍射效率(即反射率)与1/NAA成正比。
图4是NA对全息图的衍射效率的曲线图。参照图4,当NA增加以增 加全息信息存储介质190的剖面(cross-section)记录容量时，反射率呈几何 级数减小。因此，在记录/再现全息图信息的传统方法中发生的由低反射率造 成的全息图的低衍射效率的问题可能变得更糟。
因此，在显示的本发明实施例中，使记录期间的光学拾取聚焦光学系统 的NA小于再现期间的光学拾取聚焦光学系统的NA。因此，通过使用具有阈 响应的光致反应材料形成全息信息存储介质190的记录层192并保持记录密 度，防止衍射效率的降低。
具有阈响应的光致反应材料是具有非线性特性的材料，该材料对具有预 定光强的光有响应，而对光强低于所述预定光强的光不响应。具有阈响应的 光致反应材料是本领域普通技术人员所公知的，因此，这里将省略对其的详
纟田4苗ii。
图5是针对具有阈响应的光致反应材料的半径对记录光的强度的曲线 图。参照图5，通常，入射到记录层192的焦点处的光具有高斯分布光强属
、 义 J性，高斯分布光强属性是这样的分布在光点的中心光强高，在光点的周围
部分光强低。在这种情况下，当只有光点的中心具有满足光致反应材料所需 的阈值的高光强时，只有中心光点将有助于形成记录标记。另一方面，无论 阈响应如何，都执行再现操作。换言之，在再现操作中，照射到全息信息存
储介质190上的再现光L2',具有比阈响应所需的预定光强低的强度。这方面， 考虑照射的再现光L2',的衍射极限，在记录期间形成的记录标记的大小可等 于或大于具有衍射极限的光点的直径(即入/2NA)。
如上所述，在具有阈响应的光致反应材料的情况下，只有具有比预定阈 值大的光强的光点中心有助于形成记录标记。因此，可使在记录期间照射的 信号光或参考光的光点的大小大于将被记录的记录标记的大小。换言之，可 使在记录期间照射的光点的大小大于在再现期间照射的光点的大小。决定光 点的大小的物镜的衍射极限与全息图的厚度d的平方成反比，全息图的厚度 d是相当于记录的光的焦深两倍左右的值。然而，当如本发明的本实施例中 使用光致反应材料时，记录标记M的焦深d与D/NA!成正比。在这种情况下， D是记录标记M的直径，NA,是第二物镜170在记录期间的NA。不管第二 物镜170在记录期间的NA如何，都考虑再现光的衍射极限对记录标记M的 直径D进行设置。换言之，记录标记M的直径D与1/NA2成正比。在这种 情况下，NA2是第二物镜170在再现期间的NA。因此，可使用关系式2获得 i己录标"i己M的焦'深d。
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嵐
M x iV4
風
、濕2
(2)
因此，根据本发明的本实施例，当关系式2代入关系式1时，可使用关 系式3获得记录/再现全息信息的设备中使用的全息信息存储介质的衍射极限。
"h Y广i 、4
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嵐
2
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V
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2 乂
(3)
参照关系式3,根据本发明本实施例的全息信息存储介质的衍射极限与 ,二物镜170 (即，记录期间的聚焦光学系统)的NA的倒数的平方成正比。关系式3表明，在聚焦光学系统的记录操作期间，衍射效率随聚焦光学系统 的NA的减小而增加。然而，当记录标记M (即，全息图)^L记录为大于再 现光的焦深时，衍射效率增加的效果被降低。因此，将记录期间聚焦光学系 统的NA设置得极小是效率低的，效率高的做法是将记录期间聚焦光学系 统的NA设置为比再现期间的聚焦光学系统的NA小，或为再现期间聚焦光 学系统的NA的1/4。换言之，根据本发明实施例，效率高的情况是当记录 期间的聚焦光学系统的NA为NA,并且再现期间的聚焦光学系统的NA为 NA2时，聚焦光学系统满足关系式4。
1/4^NA,/NA^ 1 (4)
记录期间的聚焦光学系统的NA与记录标记M的焦深相关。这可能会根 据用于形成全息信息存储介质190的记录层192的光致反应材料的阈值或照 射光的光强而稍微改变。
图6示出图1的设备的衍射效率的提高。参照图6，当记录期间的第二 物镜170的NA是再现期间的第二物镜170的NA的1/3时，图1的设备的衍 射效率增加了 9倍，当记录期间的第二物镜170的NA是再现期间的第二物 镜170的NA的1/5时，图1的衍射效率增加了 25倍。这种衍射效率的增加 直接意味着记录标记M的反射率的增加。因此，在本发明实施例中，聚焦光 学系统的NA可以与记录/再现全息信息的传统设备的聚焦光学系统的NA相 同。在这种情况下，记录/再现全息信息的传统设备中的预期记录密度得以保 持，记录标记M的反射率可得到增加。
图7是根据本发明另一实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图，图 8A和图8B示出图7的设备的操作。参照图7,记录/再现全息信息的设备是 将信息记录在全息信息存储介质190上并再现记录的信息的设备。图7的设 备的光学结构的其他元件(除了作为调整聚焦光学系统的NA的单元的扩束 器156之外)基本上与图1至图6的元件相同。与图1至图6中相同的标号 表示相同的元件，因此，这里将省略对其的描述。
根据显示的实施例的光学拾取器101包括扩束器156来代替孔径调整元 件(图1的173),以调整第二物镜170的NA。扩束器156包括多个中继透 镜157、158和159。扩束器156可调整参考光L2或再现光L2',的放大率， 从而调整参考光L2或再现光L2',的直径。因此，扩束器156可取代图1至图6的第二调焦单元153来控制参考光L2或再现光L2',的焦点位置。第一物镜 160基本上用于记录。因此，可将第一物镜160的NA设计成与记录期间的第 二物镜170的NA相同。
参照图8A和图8B,扩束器156包括第一至第三中继透镜157、 158和 159,并可通过沿方向A改变第二中继透镜158的位置来调整通过扩束器156 的光的直径。扩束器156可使在记录期间通过的光的直径小于在再现期间通 过的光的直径，并可〗吏在再现期间通过的光的直径大于在记录期间通过的光 的直径。如上所述，当入射到第二物镜170上的光的直径被改变时，第二物 镜170的NA被改变。换句话说，可使记录期间第二物镜170的NA小于再 现期间第二物镜170的NA。在这种情况下，如上参照图6所述，设备的衍射 效率增加，并且可预期再现期间信号质量的提高。
图9是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图，图10A 和图IOB分别示出在记录期间和再现期间液晶透镜的操作。参照图9，记录/ 再现全息信息的设备是将信息记录在全息信息存储介质190上并且再现记录 的信息的设备。图9的设备的光学结构的其他元件(除了作为调整聚焦光学 系统的NA的单元的液晶透镜174)基本上与图l至图6的元件相同。与图1 至图6中相同的标号表示相同的元件，因此，这里将省略对其的描述。
根据显示的本发明实施例的光学拾取器102包括液晶透镜174(代替图1 的孔径调整元件173或图7的扩束器156)以调整第二物镜170的NA。液晶 透镜174可包括插入有一对透明电极的液晶层，当将电压施加到电极，液晶 层中的液晶分子排列时，液晶透镜174的折射率改变。例如，液晶透镜174 可与第二物镜170相邻，液晶透镜174可置于第二四分之一波片175和第二 物镜170之间。液晶透镜174的折射率根据外加电压而改变。因此，经由液 晶透镜174入射到第二物镜175的光的会聚/发散的程度可被改变，入射到第 二物镜175的光的直径可被改变。可通过液晶透镜174调整第二物镜170的 NA。
参照图IOA和图IOB,可通过使用液晶透镜174使记录期间第二物镜170 的NA小于再现期间第二物镜170的NA。因此，使记录期间第二物镜170 的NA小于再现期间第二物镜170的NA，使得在全息信息存储介质190中记 录的记录标记M的衍射效率(即全息图的衍射效率)增加，并且可预期再现 期间信号质量的提高。图11是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图，图12 示出'分别在记录期间和再现期间记录物镜和再现物镜的选择性操作。参照图
11和图12，记录/再现全息信息的设备是将信息记录在全息信息存储介质190 上并且再现记录的信息的设备。图11的设备的光学结构的其他元件(除了作 为调整聚焦光学系统的NA的单元的第二物镜171和172以及移动反射构件 137)基本上与图1至图6的元件相同。与图1至图6中相同的标号表示相同 的元件，因此，这里将省略对其的描述。
根据显示的本发明实施例的光学拾取器103包括两个第二物镜17和 172(代替图1的孔径调整元件173、图7的扩束器156或图9的液晶透镜174), 以调整第二物镜171和172的NA。两个第二物镜171和172可包括用于记录 的第二物镜171和用于再现的第二物镜172。在这种情况下，用于记录的第 二物镜171的NA被设计为小于用于再现的第二物镜172的NA。
移动反射构件137是在记录/再现期间移动的反射构件，可通过外部电源 机械地驱动移动反射构件137。用于记录的第二物镜171和用于再现的第二 物镜172被平行排列。移动反射构件137沿方向B在用于记录的第二物镜71 和用于再现的第二物镜172之间移动，从而在记录期间，将参考光L2的光路 引导向用于记录的第二物镜171,在再现期间，将再现光L2',的光路引导向用 于再现的第二物镜172。在本发明的本实施例中，第二物镜171和172以及 第二四分之一波片175和176分别被布置用于记录和再现。然而，本发明不 限于此。例如，第二四分之一波片175和176可被布置在参考光L2和再现光 L2',的公共光路上，或者，第二调焦单元153可分别被布置用于记录和再现。 两个第二物镜ni和172分别被布置用于记录和再现。使用于记录的第二物 镜171的NA小于用于再现的第二物镜172的NA,使得在全息信息存储介质 190中记录的记录标记M的衍射效率(即全息图的衍射效率)增加。因此， 可预期再现期间信号质量的提高。
图13是根据本发明另一实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图。 参照图13，记录/再现全息信息的设备是将信息记录在全息信息存储介质290 上并且再现记录的信息的设备。图13的设备包括光学拾取器200，将光照 射到全息信息存储介质290上并接收照射的光；电路单元(未显示)。
光学拾取器200包括光源110、准直透镜120、偏振转换元件125、第一 光路分离元件230和第二光路分离元件234、第一反射构件232和第二反射构件236、光闸240、焦点控制单元250、扩束器256、四分之一波片275、 物镜270和光电检测器180。光学拾取器200还可包括用于执行伺服操作的 伺服光学系统(未显示)。根据本发明本实施例的基本上与图1的设备的光学 元件相同的光学元件用相同的标号表示，这里将省略对其的详细描述。
由第 一光路分离元件230分离的信号光Ll和参考光L2通过不同光路在 第二光路分离元件234处被组合。第一反射构件232、光闸240和焦点控制 单元250被布置在第一光路分离元件230和第二光路分离元件234之间的信 号光Ll的光路上。扩束器256和第二反射构件236被布置在第一光路分离元 件230和第二光路分离元件234之间的参考光L2的光路上。
在记录期间，由第一光路分离元件230分离的信号光Ll经由第一反射 构件232、光闸240和焦点控制单元250入射到第二光^各分离元件234。由第 一光路分离元件230分离的参考光L2经由扩束器256和第二反射构件236 入射到第二光路分离元件234。在再现期间在由第一光路分离元件230分离 的再现光中遵循信号光L1的光路的光被光闸240拦截，只有在由第一光路分 离元件230分离的再现光中遵循参考光L2的光路的光入射到全息信息存储介 质290。
参照图14A和图14B,扩束器256包括第一至第三中继透镜257、 258 和259。扩束器256可通过沿方向A改变第二中继透镜258的位置来调整通 过扩束器256的光的直径。扩束器256可使在记录期间通过的光的直径小于 在再现期间通过的光的直径，并可使在再现期间通过的光的直径大于在记录 期间通过的光的直径。如上所述，当入射到物镜270的光的直径被改变时， 物镜270的NA被改变。换句话说，记录期间物镜270的NA可小于再现期 间物镜270的NA。这样，记录标记M的衍射效率增加，并且可预期再现期
间信号质量的提高。
图15A示出记录期间在全息信息存储介质290上形成记录标记M的情 况，图15B示出在再现期间读取记录标记M的情况。根据显示的本发明实施 例的全息信息存储介质290是单侧照射类型的介质，包括基底291以及在基 底291上顺序布置的反射层292、记录层294和覆盖层295。还可在记录层 294和反射层292之间设置隔层293。覆盖层295由透明介质形成，信号光 Ll和参考光L2或再现光L2',入射到覆盖层295上。隔层293是用于获得反 射层292与从反射层292反射的信号光L1的焦点之间的距离的层。在记录期间，信号光Ll被直接聚焦到记录层294的一个点上，参考光 L2被反射层292反射然后被聚焦到与信号光Ll被聚焦的位置相同的位置。 在信号光L1和参考光L2被聚焦的位置上形成干涉图样，从而可形成包括单 比特信息的全息图(即，记录标记M)。在根据本发明本实施例的全息信息存 储介质290中，通过使用具有阈响应的光致反应材料来形成记录层294。因 此，即使记录期间物镜270的NA减小，记录标记M的大小也可形成为在再 现期间照射的再现光L2',的衍射极限。记录期间物镜270的NA被设置为小 于再现期间物镜270的NA，使得记录标记M的衍射效率可得到增加。再现 期间物镜270的NA可被设置为与记录标记M的大小相同，从而可正确读取 i己^才示^己M。
在显示的本发明实施例中，扩束器256被布置在参考光L2的路径上， 以改变物镜270的NA。然而，布置在信号光Ll的路径上的焦点控制单元250 的位置和布置在参考光L2的路径上的扩束器256的位置可被改变。此外，扩 束器256还可被布置在信号光L1和参考光L2 二者的路径上。
图16是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图，图17A 和图17B分别示出在记录期间和再现期间液晶透镜的操作。参照图16,记录 /再现全息信息的设备是将信息记录在全息信息存储介质290上并且再现记录 的信息的设备。图16的设备的其他元件(除了作为调整聚焦光学系统的NA 的单元的液晶透镜274)基本上与图13至图15所示的实施例的元件相同。 与图13至图15中相同的标号表示相同的元件，因此，这里将省略对其的详
根据显示的本发明实施例的光学拾取器201采用液晶透镜274 (代替图 13的扩束器256 )，以调整物镜270的NA。例如，液晶透镜274可与物镜270 相邻，液晶透镜274可置于四分之一波片275和物镜270之间。液晶透镜274 的折射率根据外加电压而改变。因此，经由液晶透镜274入射到物镜270的 光的会聚/发散的程度可被改变，入射到物镜270的光的直径可被改变。可通 过液晶透镜274调整物镜270的NA。
参照图17A和图17B,可通过使用液晶透镜274使记录期间物镜270的 NA小于再现期间物镜270的NA。这样，使记录期间物镜270的NA小于 再现期间物镜270的NA,使得在全息信息存储介质290中记录的记录标记 M的衍射效率(即全息图的衍射效率)增加，并且可预期再现期间信号质量的提高。
在显示的本发明实施例中，通过使用液晶透镜274改变物《竟270的NA。 然而，本发明不限于显示的实施例。例如，可采用图1的孔径调整元件代替 液晶透镜274来改变物镜270的NA。
图18是根据本发明实施例的记录/再现全息信息的设备的示意图，图19 示出图18的设备的操作。参照图18和图19，记录/再现全息信息的设备是将 信息记录在全息信息存储介质290上并再现记录的信息的设备。图18的设备 的光学结构的其他元件(除了作为调整聚焦光学系统的NA的单元的物镜271 和272以及移动反射构件237 )基本上与图13至图15的元件相同。与图13 至图15中相同的标号表示相同的元件，因此，这里将省略对其的描述。
根据本发明本实施例的光学拾取器202包括两个物镜271和272 (代替 图13的扩束器256或图16的液晶透镜274),以调整物镜271和272的数值 孔径(NA )。两个物镜271和272可包括用于记录的物镜271和用于再现的 物镜272。在这种情况下，用于记录的物镜271的NA被设计为小于用于再现 的物镜272的NA。
移动反射构件237是在记录/再现期间移动的反射构件，可由外部电源机 械地驱动移动反射构件237。用于记录的物镜271和用于再现的物镜272被 平行排列。移动反射构件237出于两个目的沿方向D在用于记录的物镜271 和用于再现的物镜272之间移动。首先，在记录期间，移动反射构件237将 参考光L2的光路引导向用于记录的物镜271。其次，在再现期间，移动反射 构件237将再现光L2',的光路引导向用于再现的物镜272。在显示的本发明实 施例中，物镜271和272以及四分之一波片275和276分别被布置用于记录 和再现。然而，本发明不限于显示的实施例。例如，四分之一波片275和276 可被布置在参考光L2和再现光L2',的公共光路上。在本发明的本实施例中， 两个物镜271和272分别被布置用于记录和再现，使用于记录的物镜271的 NA小于用于再现的物镜272的NA,使得在全息信息存储介质290中记录的 记录标记M的衍射效率(即全息图的衍射效率)增加，并且可预期再现期间 信号质量的提高。
在上述实施例中，可釆用孔径调整元件、扩束器或液晶透镜，或可选择性地 采用具有不同NA的单独的物镜，以在记录期间和再现期间分别具有光学拾 取聚焦光学系统的不同NA。此外，应当了解，可通过执行在计算机可读介质上编码的方法的处理器和/或计算机控制设备的操作。虽然已表示和描述了本 发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其 等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改。
权利要求
1、一种记录和再现全息信息的设备，包括光学拾取器，所述光学拾取器将光照射到全息信息存储介质并接收照射的光，其中，所述光学拾取器包括聚焦光学系统，所述聚焦光学系统在记录期间的数值孔径比在再现期间的数值孔径小。
2、 如权利要求1所述的设备，其中，当记录期间的数值孔径为NA!,再 现期间的数值孔径为NA2时，聚焦光学系统满足下面的关系式1/4￡NA1/NA2< 1。
3、 如权利要求1或2所述的设备，其中，聚焦光学系统包括 物镜；孔径调整元件，改变孔径的大小，以调整入射到物镜上的照射光的直径。
4、 如权利要求1或2所述的设备，其中，聚焦光学系统包括 物镜；扩束器，调整光的放大率，以调整入射到物镜上的照射光的直径。
5、 如权利要求1或2所述的设备，其中，聚焦光学系统包括 物镜；能动液晶元件，被激活以调整照射到物镜上的光的直径。
6、 如权利要求l或2所述的设备，其中，聚焦光学系统包括 用于记录的光学构件，具有用于记录的数值孔径；和 用于再现的光学构件，具有比用于记录的光学构件的数值孔径大的数值孔径，其中，在记录期间和再现期间选择性地使用用于记录的光学构件和用于 再现的光学构件。
7、 如权利要求6所述的设备，其中，聚焦光学系统还包括光路转换构 件，在记录期间将参考光的光路引导向用于记录的光学构件，在再现期间将 参考光的光路引导向用于再现的光学构件。
8、 如权利要求6所述的设备，其中，用于记录的光学构件是用于记录的 物镜，用于再现的光学构件是用于再现的物镜。
9、 如权利要求1或2所述的设备，其中，光学拾取器包括第一聚焦光 学系统和第二聚焦光学系统，用于在记录期间将信号光和参考光照射到全息信息存储介质的相应侧，记录期间第二聚焦光学系统的数值孔径比再现期间第二聚焦光学系统的 数值孔径小。
10、如权利要求1或2所述的设备，其中，光学拾取器在记录期间将信 号光和参考光照射到全息信息存储介质的剖面。
11、 如权利要求1或2所述的设备，还包括第一焦点控制单元和第二 焦点控制单元，用于控制照射到全息信息存储介质的信号光和参考光的每个 的焦深，其中，第一焦点控制单元和第二焦点控制单元以多层结构记录信息。
12、 一种记录和再现全息信息的方法，包括在记录期间使用具有小的数值孔径的聚焦光学系统，来将信息记录在全 息信息存储介质上；在再现期间使用具有大的数值孔径的所述聚焦光学系统，来从全息信息 存储介质读取信息。
13、 如权利要求12所述的方法，其中，当记录期间的数值孔径为NA,, 再现期间的数值孔径为NA2时，聚焦光学系统满足下面的关系式1/4^NA1/NA2< 1。
14、 如权利要求12或13所述的方法，其中，通过调整入射到聚焦光学 系统的物镜上的光的直径，来调整聚焦光学系统的数值孔径。
15、 如权利要求12或13所述的方法，其中，聚焦光学系统包括 用于记录的光学构件，具有小的数值孔径； 用于再现的光学构件，具有大的数值孔径，其中，在记录期间，通过使用用于记录的光学构件来记录信息，在再现 期间，通过使用用于再现的光学构件来读取信息。
全文摘要
提供一种记录/再现全息信息的方法和设备。所述记录和再现全息信息的设备包括光学拾取器，将光照射到全息信息存储介质并接收照射的光，其中，光学拾取器包括聚焦光学系统，该聚焦光学系统在记录期间的数值孔径比在再现期间的数值孔径小。
文档编号G11B7/0065GK101630512SQ20091015095
公开日2010年1月20日 申请日期2009年6月29日 优先权日2008年7月14日
发明者郑泽成 申请人:三星电子株式会社