专利名称：聚焦误差检测装置及具有其的全息数据记录/再生设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚焦误差检测装置以及一种提供有这种聚焦误差检测装置的全息数 据记录/再生设备。具体说来，本发明涉及一种聚焦误差检测装置，其在通过全息摄影术记 录以及再生数据的光存储器设备中使用。
背景技术：
随着激光束波长减小以及数值孔径增加，光盘的存储容量不断增加，因此首先出现CD, 然后DVD以及最终HD DVD。目前据称存储容量趋近于HD DVD和蓝光光盘的极限，它们 都使用发出具有405nm波长光线的蓝紫半导体激光器。考虑到这个，应该提供一种新的数 据记录/再生系统，以赋予光盘超大的存储容量。既然如此，人们研究以高密度储存数据的 各种系统，例如体记录，多层记录和邻近记录，作为下一代的高密度光存储器系统。在这 些光存储器系统中，使用全息摄影术的体记录光存储器系统被认为是有前途的。近年来， 实验已经在进行，其结果表明可以开发高灵敏度全息介质，而且可以增加各介质的存储容 量。因此，研究和开发转到提供实用的全息介质。利用全息摄影术的体记录光存储器系统的原理在于，信息束在光学数据记录介质中与 参考光束干涉，将数据记录为三维图形的精密干涉图。多个数据项可以记录在光学数据记 录介质的同一位置或者重叠位置。利用全息摄影术的光存储器系统可以存储比现有光盘多 得多的数据量，现有光盘例如HDDVD和蓝光光盘，其中数据以坑或记录记号的形式记录 在平面中。利用全息摄影术的光存储器系统分为几个多路复用系统，例如移位多路复用系统 (shift-multiplexing system)，角度多路复用系统和分波长多路复用系统，其设计来提高数 据记录密度。移位多路复用系统稍微改变激光束相对记录介质的位置，从而记录数据。角度多路复用系统改变激光束相对记录介质的角度从而记录资料。分波长多路复用系统改变 激光束的波长，从而记录资料。这些类型的多路复用系统可以组合成多种记录和再生数据 的系统。"H丄Coufaletal.，HolographicDataStorage,Springer， 2000, (ISBN3-5406-6691-5)" 中披露了典型的多路复用数据记录/再生系统。第5,483,365号美国专利中披露了另一类型的 数据记录/再生系统。在这个系统里，记录介质围绕垂直于入射面的轴并围绕垂直于介质的 轴旋转。第5,483,365号美国专利=中披露的系统称为旋转复用(peristrophic multiplexing)。 该系统的典型光学配置显示在第5,483,365号美国专利说明书的图1中。该系统可以很简单， 因为其光学部分没有可动组件，尽管其驱动部分包含可动组件。为了使第5，483,365号美国专利披露的系统更实用，重要的是探测并控制光学数据记录 介相对光学系统质的位置。然而，至今尚未提出探测并控制光学数据记录介质位置的简单 实用方法。这是因为当记录介质旋转角度e时，从记录介质反射并用于探测介质位置的光束 不可避免地弯曲到20的角度。众所周知，如果记录介质旋转几度到10度，如同在角度多路 复用中，光路将偏离太多，使得难以使用探测光盘位置的传统方法。可以利用透射光束探 测记录介质的位置。在这种情况下，同样，几乎无法探测记录介质的位置，因为当介质的 位置改变时该透射光束几乎不变。因此，应该采用新的技术来探测并控制光学数据记录介 质的位置。发明内容根据本发明的第一方面，提供一种聚焦误差检测装置，包含 激光束源，其发出聚焦误差检测激光束；分束光学单元，其将聚焦误差检测激光束分离成第一光束成分和第二光束成分，其使 第一和第二光束成分中的一个发散或者会聚，并且重叠第一和第二光束成分来产生单个激 光束；物镜，其将单个激光束的第一和第二光束成分分别聚焦在光学数据记录介质的第一和 第二焦点上，其中光学数据记录介质具有针孔阵列，并对第一和第二光束成分实质上不敏 感，第一焦点设置在针孔的一侧，第二焦点设置在针孔的另一侧；检测光学单元，其将从光学数据记录介质出射的单个激光束分离成第一和第二光束成 分，分别检测第一和第二成分以产生第一和第二检测信号；以及处理单元，其处理第一和第二检测信号，从而产生聚焦误差信号。根据本方面的第二方面，提供有一种光学数据记录/再生设备，包含记录/再生激光束源，其产生记录/再生激光束；第一分束单元，其将记录/再生激光束分离成记录激光束和参考激光束； 聚焦检测激光束源，其产生聚焦误差检测激光束；第二分束单元，其将聚焦误差检测激光束分离成第一光束成分和第二光束成分，其使 第一和第二光束成分中的一个发散或者会聚，并且重叠第一和第二光束成分来产生单个激 光束；物镜，其将记录激光束聚焦在全息记录介质上，并且将单个激光束的第一和第二光束 成分分别聚焦在全息记录介质的第一和第二焦点上，其中全息记录介质具有针孔阵列和对 第一和第二光束成分实质上不敏感的记录层，第一焦点设置在针孔的一侧，第二焦点设置 在在针孔的另一侧；会聚光学单元，其将参考激光束会聚在记录层中，其中在记录模式中，参考激光束与 记录激光束光学干涉以产生干涉记录图形，并且在再生模式中，参考激光束投射到干涉记 录图形上而没有记录激光束的照射，来从干涉记录图形中产生再生激光束；光检测器，其探测再生激光束；检测光学单元，其将从光学数据记录介质出射的单个激光束分离成第一和第二光束成 分，分别检测第一和第二成分以产生第一和第二检测信号；以及处理单元，其处理第一和第二检测信号，从而产生聚焦误差信号。 根据本发明的第三方面，提供一种探测聚焦误差的方法，包含 产生聚焦误差检测激光束；将聚焦误差检测激光束分离成第一光束成分和一第二光束成分，其使第一和第二光束 成分中的一个发散或者会聚，并且重叠第一和第二光束成分来产生单个激光束；将单个激光束的第一和第二光束成分分别聚焦在光学数据记录介质的第一和第二焦 点上，其中光学数据记录介质具有针孔阵列，并且对第一和第二光束成分实质上不敏感， 第一焦点设置在针孔的一侧，第二焦点设置在针孔的另一侧；将从光学数据记录介质上出射的单个激光束分离成第一和第二光束成分；分别检测第一和第二成分来产生第一和第二检测信号；以及处理第一和第二检测信号，从而产生聚焦误差信号。
图l是表示光学数据记录介质结构的剖面原理图，本发明实施例所对应的光学数据记录/再生设备可以将数据记录在和再生自其中；图2是表示图1所示光学数据记录介质结构的原理透视图；图3是表示本发明实施例所对应的光学数据记录/再生设备中所包含聚焦误差检测光学 系统的示意图；图4是表示图3所示光学数据记录/再生设备中可以包含的两焦点形成光学系统的透视图；图5是表示图3所示光学数据记录/再生设备中可以使用的另一种两焦点形成光学系统 的侧视图；图6A和6B是分别图解两个激光束的图，这两个激光束各自穿过图4和5所示聚焦误差检 测光学系统中的光学数据记录介质；图7A到7C是图解两个激光束的其他图，这两个激光束各自穿过图4和5所示聚焦误差检 测光学系统中的光学数据记录介质；图7D是表示聚焦误差与图7A到7C所示聚焦误差检测光学系统中安装的探测器输出之 间关系的曲线；图8A到8C是图解两个激光束的其它图，这两个激光束各自穿过图4和5所示聚焦误差检 测光学系统中的光学数据记录介质；图8D是表示聚焦误差与图8A到8C所示聚焦误差检测光学系统中安装的探测器输出之 间关系的曲线；图9是表示本发明另一实施例所对应的光学数据记录/再生设备中安装的聚焦误差检测 光学系统的示意图；图10表示图9所示光学数据记录/再生设备中可以使用的两焦点形成光学系统的透视图；图ll是表示图9所示光学数据记录/再生设备中可以使用的另一种两焦点形成光学系统 的侧视图；图12是表示光学数据记录/再生设备的示意图，其包含图3或9所示的聚焦误差检测光学 系统；以及图13是表示与图1所示光学数据记录介质的针孔层不同的针孔层平面图。
具体实施方式
以下参照附图，说明本发明实施例所对应的聚焦误差检测装置和装备有该聚焦误差检测装置的全息数据记录/再生设备。首先说明数据可以被记录在全息数据记录/再生设备中的光学数据记录介质的配置。然 后说明探测在光学数据记录介质上聚焦误差的光学系统。此外还将说明使用本发明所对应 聚焦误差检测方法的光学数据记录/再生设备的配置。[光学数据记录介质的配置]图l是表示光学数据记录介质结构的剖面原理图，本发明实施例所对应的光学数据记 录/再生设备可以将数据记录在和再生自其中。图2是表示该光学数据记录介质结构的原理 透视图。如图1和2所示，光学数据记录介质20包含光学数据记录层202和针孔层203。针孔 层203具有一个或多个针孔301。光学数据记录层202放置在针孔层203上。光学数据记录层 202的物理特性可以用光学方法改变，从而将干涉图记录在层202上。由光学数据记录层202 和针孔层203组成的两层构造固定在两个覆盖衬底201和204之间。覆盖衬底201和204是提供用于两个目的。第一，它们降低光学数据记录层202表面上 的伤痕或灰尘的影响。第二，它们固定光学数据记录层202 (在大多数情形中为凝胶层)。 在大多数情形中，覆盖衬底201和204由玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等它们可以由 其他的材料制成如果它们展现的光学特性适合于所用激光束的波长并且如果它们具有足 够的机械强度，足够的尺寸稳定性，足够的易塑性等等。光学数据记录层202对使用的记 录激光束敏感，并且对使用的聚焦探测激光束从分不灵敏。更确切地说，层202是全息介 质，代表性的材料是光聚合物。光聚合物是一种由光聚合单分子物体制成的感光材料。它 的主要组分通常是单体，聚合引发剂并且多孔基体。注意多孔基体在数据记录前后保持体 积。作为全息介质层的光学数据记录层202，应该大约为100i^m或者更厚，以获得充分的衍 射效率来再生信号并且获得角度多路复用中要求的角分辨率。光学数据记录层202可以由 不同于光聚合物的材料制成。它可以由能实现全息记录的介质制成，例如白明胶重铬酸盐 或者光反射晶体。如图2所示，针孔层203是具有一个或多个针孔301的薄膜。针孔301用来产生稍后说明 的聚焦误差信号。针孔301提供来消除在再生数据时产生的不必要的衍射光以及避免在记 录位置(即，记录区域)附近的串扰。图2所示的针孔301是物理孔。它们可以是多层薄膜的高透光度部分，剩余部分具有低 透光度并且几乎不允许激光束通过。在这种情况下，多层薄膜的低透光度部分最好具有光 线吸收层，从而屏蔽反射激光束引起散射光，或者以防止光线到达光学数据记录层202。[聚焦误差检测光学系统]图3是表示本发明实施例所对应的光学数据记录/再生设备中所包含聚焦误差检测光学 系统的示意图。如上所述，光学数据记录介质20具有针孔层203，其具有一个或多个针孔 301。从图3可以看到，光检测器409和411分别产生两个检测信号。表示检测信号之间差异 的信号被输入到差动放大器412。差动放大器412产生聚焦误差信号。同时，聚焦误差检测激光器401发出线偏振激光束。这个光束被施加到光束扩张光学 系统(准直器系统)402。光束扩张光学系统402增加光束的直径，将该光束改变为平行光 束通量(准直激光束)。平行光束通量被施加到一个两焦点形成光学系统403。两焦点形 成光学系统403将平行光束通量分离成P偏振成分和S偏振成分，并且使P偏振成分或者S偏 振成分发散或者会聚。P和S偏振成分彼此重叠，提供单个激光束。这个激光束被施加到物 镜404。当物镜404聚焦P和S极化光束时，它们当中的一个被发散或者会聚。结果，P和S极 化束可以被聚焦在不同的焦点。图4表示两焦点形成光学系统403的具体例子。在两焦点形成光学系统403中，入射线 偏振激光射束穿过半波长片501。在穿过片501的时候，光束转变为其中P和S偏振成分具有 相同强度的光束。然后这个激光束被施加到偏振光束分离器502上。偏振光束分离器502将 光束分离成P偏振成分和S偏振成分。更具体地说，偏振光束分离器502反射一个偏振成分 并允许另一偏振成分通过。为了简化说明，假定S偏振成分被分离器502反射并且P偏振成 分穿过越分离器502。然后，被分离器502反射的S偏振成分被反光镜503反射并且施加到衍 射光栅504。衍射光栅504有凹透镜的功能，因此将入射光束转换来发散光束。衍射光栅504 可以具有凸透镜的功能，并且因此将入射光束转换为会聚光束。这个衍射光栅可以实现为 如下形式，即将主要衍射光束转换为发散光束的相类型波带片(显像形式)。众所周知， 通过在深度上优化栅的凹槽，主要光束的折射效率可以增加到几乎100%。从衍射光栅504 出射的发散光束被反光镜505反射，并且施加到偏振光束分离器506。偏振光束分离器506 还接收平行光束通量的P偏振成分，其穿过偏振光束分离器502。在偏振光束分离器506的 偏振表面，S和P偏振成分彼此重叠，提供单个光束。两焦点形成光学系统403不仅限于图4所示的光学系统。它也可以是图5所示的光学系 统。在图5的光学系统中，施加到两焦点形成光学系统403上的平行通量，例如线偏振激光 束，被施加到半波长片601。因此线偏振激光射束转变为其中P和S偏振成分具有相同强度 的圆偏振激光束。圆偏振激光束被施加到背面固定有衍射光栅的镜子602上。这个衍射光 栅与上述相类型波带片(显像形式)相同。它具有将入射平行激光束转换为发散激光束以及反射发散激光束的功能。镜子602具有在表面全部反射S偏振成分并且允许P偏振成分通 过的功能。穿过镜子602表面的P偏振成分被固定在镜子602背面的衍射光栅反射转变为发 散激光束。衍射光栅可以将平行入射激光束转变为会聚激光束，而不是上述的发散激光束。 而且，镜子602可以在正面全部反射P偏振成分并且允许S偏振成分通过。被镜子602反射并由S和P偏振成分组成的反射激光束被施加到半波长片603。半波长片 603将S偏振成分转变为P偏振成分，并且P偏振成分转变为S偏振成分。从片603输出的P和S 偏振成分被施加到镜子604。镜子604与镜子602的不同仅在于它没有衍射光栅。如图5所示， 镜子604在正面和背面分别全部反射P偏振成分和S偏振成分。如此在镜子602的正面反射的 P偏振成分和转变为发散光束并且在镜子602背面反射的S偏振成分互相重叠在镜子604上， 它们的光轴互相对准。如图3所示，由S和P偏振成分组成并且从两焦点形成光学系统403输出的激光束被会聚 到物镜404上。物镜404将激光束会聚到光学数据记录介质20上。在光学数据记录介质20上， P和S偏振成分聚焦到不同的焦点上。然后P和S偏振成分从光学数据记录介质20中出射。正 如己经所指出的那样，光学数据记录层202的介质20对聚焦探测激光束不敏感，但对记录 激光束敏感，正如稍后所述。因此，光学数据记录介质20可以记录由数据光波和参考光波 形成的干涉图。穿过光学数据记录介质20的发散激光束被施加到物镜406。物镜406将激光束转变为平 行光束，其被施加到偏振光束分离器407。偏振光束分离器407在其偏振平面上反射P和S偏 振成分中的一个，并且允许另一个偏振成分通过。结果，两个激光束从偏振光束分离器407 中出射。这些激光束分别被聚焦透镜408和410聚焦，并且由此施加到光检测器409和411。 光检测器409和411分别产生表示入射激光束强度的检测信号。检测信号提供到差动放大器 412。差动放大器412产生聚焦误差信号。聚焦误差信号提供到驱动信号产生单元414，其 从聚焦误差信号产生驱动信号。驱动信号提供到驱动机制415，其使介质20沿聚焦误差检 测光学系统(图3)的光轴微小移动，从而将光学数据记录层202放置在焦点位置。在图3所示的控制系统中，驱动机制415沿系统的光轴移动介质20。或者，驱动机制415 可以根据聚焦误差信号，沿光轴移动物镜404和406。以下参照图6A和6B以及图7A至U7D，说明图3所示的光学系统如何检测到焦点。如图6A 和6B所示，被物镜404聚焦的激光束在光学数据记录介质20上形成焦点701和702。也就是 说，激光束的P和S偏振成分被聚焦在不同的点，因为在两焦点形成光学系统403中偏振成 分中的一个已经被发散或者会聚。在上述实施例中，在两焦点形成光学系统403中S偏振成分被发散。因此，P偏振成分被物镜404聚焦在位于针孔层203中接近于光源一侧的焦点701。 相反，被发散的S偏振成分被物镜404聚焦在位于针孔层203中远离光源一侧的焦点702。只 要P偏振成分的光轴Op穿过针孔301，焦点701离针孔301越近，穿过针孔301的P偏振成分越 强。焦点701离针孔301越远，越多的P偏振成分将被针孔层203阻挡并且穿过针孔301的P偏 振成分越弱。类似地，只要S偏振成分的光轴Op穿过针孔301，焦点702离针孔301越近，穿 过针孔301的S偏振成分越强。焦点702离针孔301越远，越多的S偏振成分将被针孔层203阻 挡并且穿过针孔301的P偏振成分越弱。假设针孔301位于图6A和6B所示焦点701和702的中点。然后，将发现记录激光束聚焦 在光学数据记录层202上，如果检测到两者都穿过针孔301的P偏振成分和S偏振成分。也就 是说，P和S偏振成分的圆周部分被针孔层203阻挡，如图6A和6B所示。各自穿过针孔301 的P和S偏振成分，被施加到图3所示的光检测器409和411。光检测器409和411可以分别产 生检测信号。针孔301必须具有如下直径以致P和S偏振成分的周围部分可能被针孔层203阻挡。更确 切地说，要求针孔301应该具有下式所给的直径D :AM<formula>formula see original document page 12</formula>其中Az[pm]是从物镜404到P偏振成分的焦点701的距离与从物镜404到S偏振成分的 焦点702的距离之间的差值，NA是物镜404的数值孔径，并且n是光学数据记录介质20的平 均折射率。以下参照图7A到7D以及图8A到8D，说明当光学数据记录介质20中发生聚焦误差(光 轴方向的位置改变)时光检测器409和411产生的检测信号。图7B和8B分别表示施加到位于 焦点处的针孔301上的P和S偏振成分。分别探测P和S偏振成分的光检测器409和411分别输 出功率检测信号Vp和Vs。这些信号Vp和Vs的电平(level)几乎相等，因为它们分别被聚 焦在焦点701和702上。因此，差动放大器412产生一个零电平的聚焦误差信号，表示P和S 偏振成分都聚焦好。^针孔301从图7B和8B所示的焦点位置向图7A所示的焦点位置701移动，并且远离图 8A所示的焦点702时，差动放大器412产生一个负电平聚焦误差信号。在图7B和8B中，虚 线表示针孔层203的基准位置，相当于焦点位置。如图7A所示，P偏振成分被针孔层203阻 挡的部分减少，并且P偏振成分穿过针孔301的部分增加。因此光检测器409产生的检测信 号Vp增加图7D所示幅度。如图8A所示，S偏振成分被针孔层203阻挡的部分增加，并且S 偏振成分穿过针孔301的部分减少。因此光检测器409产生的检测信号Vs减少图8D所示幅度。结果，差动放大器412产生负电平聚焦误差信号。当针孔301从图7B和8B所示的焦点位置远离图7C所示的焦点701，并且朝图8C所示焦 点702移动时，差动放大器412产生一个正电平聚焦误差信号。在图7C和8C中，虚线表示针 孔层203的基准位置，相当于焦点位置。如图7C所示，P偏振成分被针孔层203阻挡的部分 增加，并且P偏振成分穿过针孔301的部分减少。因此光检测器409产生的检测信号Vp减少 图7D所示幅度。如图8C所示，S偏振成分被针孔层203阻挡的部分减少，并且S偏振成分穿 过针孔301的部分增加。因此光检测器409产生的检测信号Vs增加图8D所示幅度。结果，差 动放大器412产生正电平聚焦误差信号。如上所述，P偏振成分被针孔层203阻挡的部分减少，如图7A所示，并且P偏振成分穿 过针孔301的部分增加，如果发生负值的聚焦误差(引起具有负电平的聚焦误差信号)， 与针孔层203位于其基准位置即焦点位置的情况相比。反之，如果发生正值的焦点误差(引 起具有正电平的聚焦误差信号)，P偏振成分被针孔层203阻挡的部分增加，如图7C所示， 并且束穿过针孔301的光的部分减少。因此光检测器409产生的检测信号Vp大小改变如图7D 所示。相反地，P偏振成分被针孔层203阻挡的部分增加，如图8A所示，并且P偏振成分穿 过针孔301的部分减少，如果发生负值的聚焦误差。如果发生正值的聚焦误差，S偏振成分 被针孔层203阻挡的部分减少，如图8C所示，并且光束穿过针孔301的部分增加。在这种情 况下，光检测器411产生的检测信号Vs改变如图8D所示，其改变方式与光检测器409产生的 检测信号Vp相反。这样，可以通过找出光检测器409和411的输出信号之差(Vs — Vp)， 而产生聚焦误差信号。如上所述，本发明所对应的聚焦误差检测方法，可以提供稳定的聚焦误差信号，即使 在角度多路复用时光学数据记录介质旋转几度到十度。这是因为传播通过介质的光通量几 乎没有由于介质20的转动而改变，事实上没有引起偏移。[聚焦误差检测光学系统的修改例]在图3到5所示的聚焦误差检测光学系统中，入射光束被分成P偏振成分和S偏振成分， P和S偏振成分中的一束被发散或者会聚。P和S偏振成分合成一个光束。光束聚焦在两个焦 点701和702。聚焦误差检测激光器401可以发出具有指定波长范围并且在第一和第二波长 J 和X2具有波峰的激光束。在这种情况下，可以采用图9到11所示的聚焦误差检测光学系统。 图9到11所示组件中与图3到5相同的分配有相同的参考编号，并且将不详细描述。在图9所示的光学系统中，激光器401发出在第一和第二波长X1和X2上具有波峰的激光 束，并且使用分色镜707代替偏振光束分离器407 (如图3所示)。在第一和第二波长X1和人2上具有波峰的激光束从激光器401施加到两焦点形成光学系 统703。在两焦点形成光学系统703中，入射光束被分成两束分别具有波长X1和X2的光束。 这些光束中的一个被发散或者转变，并且两束光合成一个激光束。该激光束从两焦点形成 光学系统703输出。具有第一和第二波长;il和A2的激光束以与在图6A和6B、图7A到7D和 图8A到8D所示光学系统中一样的方式，在光学数据记录介质20中形成两个焦点701和702。 激光束入射到代替偏振光束分离器407使用的分色镜707上。分色镜707反射具有波长;il的激光束，其被光检测器4U探测到。具有波长X2的激光束 穿过分色镜707，并且被光检测器409探测到。光检测器409和411分别从这些激光束产生两 个检测信号。检测信号提供到差动放大器412。差动放大器412产生表示检测信号大小之差 的聚焦误差信号。如图10所示，两焦点形成光学系统703具有代替偏振光束分离器502 (如图4所示)的 分色镜712。分色镜712反射具有波长X1的激光束。具有波长X2的激光束穿过分色镜712。具 有波长;il的激光束被衍射光栅504发散，并且施加到分色镜716。分色镜716把具有波长;tl 和义2的两束激光束合成为单个激光束。这个激光束从两焦点形成光学系统703输出。在图io所示的光学系统中，具有波长;u和;i2的激光束中的一个被转向或者会聚。因此可以因为参照图7A到7D和图8A到8D所述的原理，探测到聚焦误差。两焦点形成光学系统403不仅限于图10所示的光学系统。可以有图ll所示的光学系统 修改例。在图U的光学系统中，使用分色镜902代替背面装有衍射光栅的镜子602，并且类 似地使用分色镜904代替镜子604 。在图ll所示的光学系统中，具有波长X1和X2的激光束被施加到分色镜902。分色镜901 反射具有波长人l的激光束，其被施加到镜子904。具有波长X2的激光束穿过分色镜902，并 且被固定在分色镜902背面的衍射光栅反射。因此具有波长U的激光束在分色镜902中发散。 具有波长人2并如此发散的激光束也被施加到镜子904。在分色镜902中，具有波长X1的激光 束和具有波长X2的激光束被折射并且在背面被反射。因此，具有波长X1和X2的激光束在镜 子卯4中合成一个激光束。这个激光束从两焦点光学系统703输出。在图ll所示的光学系统中，具有波长 d和X2的激光束中的一个被发散或者会聚。因此 光学系统可以因为参照图7A到7D和图8A到8D所述的原理，探测到聚焦误差。[光学数据记录/复制再生的配置]图12是表示光学数据记录/再生设备的示意图，其包含图3或9所示的聚焦误差检测光学 系统；除聚焦误差检测光学系统之外，该设备具有一记录/再生光学系统。记录/再生光学系统包含记录激光器101。记录激光器101是具有长相干长度的单模式激光器，并且因此适 合用于全息记录。适合记录光束波长的激光波长应该短(例如，405 nm，那就是说，蓝紫 激光器的输出波长)，考虑到全息介质的设计自由。记录激光器101发出束线偏振激光射 束，其施加于空间滤波/光束扩张光学系统102。这个光学系统102过滤来自线偏振激光射束 的噪音并且增加光束的直径。激光束从光学系统102施加到半波长片103。半波长片103将 激光束转变为具有P偏振成分和S偏振成分的激光束。光束施加到偏振光束分离器104。P偏振成分穿过偏振光束分离器104，被镜子105反射，并且施加到特殊光调制器106。 特殊光调制器106执行P偏振成分的亮度调制，将P偏振成分表示的数据转变为数字数据。 数字数据等于二进制图形，其包含误差校正码并且由许多亮点和暗点组成。这些数据块称 作页码或者书。以下，它们将称为页码。特殊光调制器106是液晶元件。或者，可以是数 字微镜装置(测距装备)或者铁电液晶元件。注意铁电液晶元件具有十微秒左右的高响应 速度数。在特殊光调制器106中强度调整的激光束被物镜107聚焦在光学数据记录介质20 上。这里假定电场在光学数据记录介质20的入射面振动。激光束被以横磁(TM)模式偏 振并且施加到介质20。尽管如此，光束可以以其中电场在垂直于入射面方向振动的横电 (TE)模式偏振，并施加到介质20。或者，光束可以是椭偏光束。另一方面，由偏振光束分离器104反射的S偏振成分施加到半波长片109。这个半波长 片109将S偏振成分转变为具有起始波长一半波长的P极化束，其是可以在光学数据记录介 质20中与数据光束相干涉的TM极化束。然后，P极化束被施加到光束压缩系统llO。系统 IIO降低P极化束的直径。直径降低的P极化束首先被镜子111反射，然后被镜子112反射。 然后P极化束作为参考光束施加到光学数据记录介质20。在介质中20中，P极化束与数据光 束相互干涉，从而以精密的干涉图的形式记录一个页面数据。为了提高角分辨率，要求增加数据光束和参考光束之间的角度(即，图l所示的角度 a )。特殊光调制器106和CCD U4之间的距离由图12所示的4f光学系统定义，其中物镜107 和113分别具有焦距fl和f2。如图12所示，执行围绕Y轴的角度多路复用和围绕Z轴的角度 多路复用，以及在X和Y轴的变速多路复用，以记录方式完成多路复用数据。这些多路复用 数据记录类似于第5，483,365号美国专利中披露的旋转复用(peristrophicmultiplexing)。在数据再生模式中，仅仅参考光束被施加到其中在记录模式下记录有数据的光学数据 记录介质20。基本光束(数据光)在介质20中写入的参考图形中折射，提供二维图象。二 维图象施加到CCD 114。 CCD 114将图像解码为数字数据，从而再生数据。在这时候，提 供在光学数据记录介质20上的针孔301不仅用于按上述方法探测聚焦误差，而且用于消除邻近记录位置的串扰。聚焦误差检测光学系统具有配置类似于参照图3到5和图6A和6B所述系统的光学系统。 二向色棱镜118安装在特殊光调制器106和物镜107之间。二向色棱镜118允许用作数据记录 光束的蓝激光束通过，并且反射用作焦点探测光束的红光激光束。二向色棱镜118用于图3 到5所示的光学系统。在图9到11所示的光学系统中，使用半透明反射镜棱柱代替二向色棱 镜118。 二向色棱镜118或者半透明反射镜棱柱(118)引导焦点探测光束到记录/再生光学 系统。在记录/再生光学系统中，焦点探测光束施加到光学数据记录介质20。在穿过物镜113 以后，焦点探测光束传到提取部分光束的二向色棱镜119。提取的部分光束从记录/再生光 学系统中输出。在图3到5所示的光学系统中，使用二向色棱镜119。在图9到11所示的光学 系统中，使用半镜棱柱代替二向色棱镜119。如上所指出，提供在光学数据记录介质20上的针孔301用来探测聚焦误差以及来消除 数据再生光束中的噪音和串扰。然而，探测聚焦误差的最理想针孔301直径可能不同于消 除噪音和串扰的最理想直径。如果是这个情况，介质20—定具有图13所述的针孔层。如图 13所示，这个针孔层包含光屏蔽903和形成在光屏蔽903上的环902。光屏蔽903分别具有针 孔901，和围绕针孔901的环902。记录激光束，再生激光束和聚焦误差检测激光束可以穿 过每个针孔901。记录激光束和再生激光束可以穿过环902。最好，图13所示针孔层的光屏 蔽卯3是光吸收层，其屏蔽反射激光束引起的散射光，并且防止光到达介质20的光学数据 记录层。上述记录/再生光学系统是透射型系统。本发明不限于此。明显地，本发明中可以采用 反射同轴直线型的记录/再生光学系统。可以提供有简易而且有用的聚焦误差检测装置，用于可以在旋转的光学数据记录介质 上记录和再生数据的光学数据记录/再生设备。已经说明本发明的最佳模式。本发明不限于上述实施例。可以进行各种改变和修改， 而不背离本发明的范围和实质。对本领域的技术人员而言，很容易实现其他优点和修改。因此，本发明在其更广大方 面并不限于本文说明的具体细节和典型实施例。相应地，可以做出诸多修改，而不背离总 体发明概念的精神和范围，该总体发明概念由附加的权利要求及其等价物定义。
权利要求
1.一种聚焦误差检测装置，其特征在于，包含激光束源，其发出聚焦误差检测激光束；分束光学单元，其将聚焦误差检测激光束分离成第一光束成分和第二光束成分，其使第一和第二光束成分中的一个发散或者会聚，并且重叠第一和第二光束成分来产生单个激光束；物镜，其将单个激光束的第一和第二光束成分分别聚焦在光学数据记录介质的第一和第二焦点上，其中光学数据记录介质具有针孔阵列，并且对第一和第二光束成分实质上不敏感，第一焦点设置在针孔的一侧，并且第二焦点设置在针孔的另一侧；检测光学单元，其将从光学数据记录介质出射的单个激光束分离成第一和第二光束成分，分别检测第一和第二部分来产生第一和第二检测信号；以及处理单元，其处理第一和第二检测信号，从而产生聚焦误差信号。
2. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，其中分束光学单元包含第一偏振光束分离 器，将聚焦误差检测激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的P和S偏振成分，并且 重叠P和S偏振成分来产生单个激光束，检测光学单元包含第二偏振光束分离器以及第一和 第二检测器，第二偏振光束分离器将单个激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的 P和S偏振成分，并且第一和第二检测器分别检测P和S偏振成分。
3. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，其中一个针孔具有下式所给出的直径D:Ddz.tan(sirT'(上))其中Az[pm]是第一和第二焦点之间的距离，NA是物镜的数值孔径，并且n是光学数据 记录介质的平均折射率。
4. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，其中分束光学单元包含分色镜，将聚焦误 差检测激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的第一和第二波长成分，并且重叠第 一和第二波长成分来产生单个激光束，检测光学单元包含第二分色镜以及第一和第二检测 器，第二分色镜将单个激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的第一和第二波长成 分，并且第一和第二检测器分别检测第一和第二波长成分。
5. —种光学数据记录/再生设备，其特征在于，包含 记录/再生激光束源，其产生记录/再生激光束；第一分束单元，其将记录/再生激光束分离成记录激光束和参考激光束； 聚焦检测激光束源，其产生聚焦误差检测激光束；第二分束单元，其将聚焦误差检测激光束分离成第一光束成分和第二光束成分，其使 第一和第二光束成分中的一个发散或者会聚，并且重叠第一和第二光束成分来产生单个激光束；物镜，其将记录激光束聚焦在全息记录介质上，并且将单个激光束的第一和第二光束 成分分别聚焦在全息记录介质的第一和第二焦点上，其中全息记录介质具有针孔阵列和对 第一和第二光束成分实质上不敏感的记录层，第一焦点设置在针孔的一侧，并且第二焦点 设置在针孔的另一侧；会聚光学单元，其将参考激光束会聚在记录层中，其中在记录模式中，参考激光束与 记录激光束光学干涉来产生干涉记录图案，并且在再生模式中，参考激光束投射到干涉记 录图案上而没有记录激光束的照射，来从干涉记录图案中产生再生激光束；光检测器，其检测再生激光束；检测光学单元，其将从光学数据记录介质出射的单个激光束分离成第一和第二光束成 分，分别检测第一和第二成分来产生第一和第二检测信号；以及处理单元，其处理第一和第二检测信号，从而产生聚焦误差信号。
6. 如权利要求5所述的装置，其特征在于，其中第二分束单元包含第一偏振光束分离 器，将聚焦误差检测激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的P和S偏振成分，并且 重叠P和S偏振成分来产生单个激光束，检测光学单元包含第二偏振光束分离器以及第一和 第二检测器，第二偏振光束分离器将单个激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的 P和S偏振成分，并且第一和第二检测器分别检测P和S偏振成分。
7. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，其中一个针孔具有下式所给出的直径D:Z)〈」z-tan(siiT'(^"))其中Az[pm]是第一和第二焦点之间的距离，NA是物镜的数值孔径，并且n是光学数据 记录介质的平均折射率。
8. 如权利要求l所述的装置，其特征在于，其中第二分束单元包含分色镜，将聚焦误差检测激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的第一和第二波长成分，并且重叠第 一和第二波长成分来产生单个激光束，检测光学单元包含第二分色镜以及第一和第二检测 器，第二分色镜将单个激光束分离成分别对应于第一和第二光束成分的第一和第二波长成 分，并且第一和第二检测器分别检测第一和第二波长成分。
9. 一种探测聚焦误差的方法，其特征在于，包含产生聚焦误差检测激光束；将聚焦误差检测激光束分离成第一光束成分和第二光束成分，其发散或者会聚第一和 第二光束成分中的一个，并且重叠第一和第二光束成分来产生单个激光束；将单个激光束的第一和第二光束成分分别聚焦在光学数据记录介质的第一和第二焦 点上，其中光学数据记录介质具有针孔阵列，并且对第一和第二光束成分实质上不敏感， 第一焦点设置在针孔的一侧，并且第二焦点设置在针孔的另一侧；将从光学数据记录介质出射的单个激光束分离成第一和第二光束成分；分别检测第一和第二成分来产生第一和第二检测信号；以及处理第一和第二检测信号，从而产生聚焦误差信号。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，其中在分离第一和第二光束成分中，第一 和第二光束成分分别对应于P和S偏振成分，并且P和S偏振成分被重叠，提供单个激光束； 在检测第一和第二光束成分中，单个激光束被分离成分别对应于第一和第二光束成分的P 和S偏振成分，从而检测P和S偏振成分。
11. 一种全息记录介质，其用于产生聚焦误差检测激光束、记录激光束和参考激光束 的数据记录/再生设备，其特征在于，所述全息记录包含具有针孔阵列的针孔层；形成在针孔层上的记录层，其对第一和第二光束成分实质上不敏感，并且其中由记录 激光束和参考激光束干涉引起干涉图案。
全文摘要
本发明提供聚焦误差检测装置及具有其的全息数据记录/再生设备。在聚焦误差检测装置中，激光束被分成第一和第二光束成分，并且第一并且第二光束成分中的一个被发散或者会聚。然后，第一和第二光束成分彼此重叠，提供单个激光束。单个激光束穿过物镜，施加到光学数据记录介质。第一激光束成分聚焦在位于针孔一侧的第一焦点上。第二束部分聚焦在位于针孔另一侧的焦点上。
文档编号G11B7/0065GK101308673SQ20081009051
公开日2008年11月19日 申请日期2008年3月26日 优先权日2007年3月28日
发明者久保田裕二, 山本雄一郎, 立田真一 申请人:株式会社东芝