光照射装置和光照射方法

专利名称：光照射装置和光照射方法
技术领域：
本发明涉及在全息记录介质上执行光照射的光照射装置和光照射方法。
背景技术：
日本未审查专利申请公开No. 2007-79438公开了 一种通过形成全息图(hologram)来执行数据记录的全息记录和再现方案。在该全息记录和再现方案中，在记录时，生成信号光和参考光，信号光受到根据所记录的数据的空间光强度调制(强度调制)，参考光具有预先定义的预定光强度图样，并且，信号光和参考光被允许对全息记录介质进行照射，从而通过在记录介质上形成全息图来执行数据记录。 另外，在再现时，允许参考光对记录介质照射。以这种方式，允许与记录时相同的参考光(具有与记录时相同的强度图样)对在记录时响应于信号光和参考光的照射而形成的全息图进行照射，从而可以获得根据所记录的信号光组分的衍射光。换言之，可以获得根据所记录的数据的再现图像(再现光)。所获得的再现光例如通过诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或CMOS(互补金属氧化物半导体)之类的图像传感器被检测，从而可以执行所记录的数据的再现。 另外，作为一种公知的全息记录和再现方案，存在所谓的同轴型，其中参考光和信
号光被布置在相同的光轴上，以便通过公共的物镜对全息记录介质照射。 图32、33A和33B是示出同轴型全息记录和再现方案的图。图32图示出记录方法，
而图33A和33B图示出再现方法。 另外，在图32、33A和33B中，具有反射层的反射型全息记录介质100被示出。
首先，如图32、33A和33B所示，在全息记录和再现系统中，SLM(空间光调制器)101被提供，以便在记录时生成信号光和参考光并在再现时生成参考光。SLM 101被配置为包括一强度调制器，该强度调制器以像素为单位对入射光执行光强度调制。该强度调制器可以利用例如液晶等来构造。 如图32所示，在记录时，通过SLM 101的强度调制生成信号光和参考光，信号光被
分配以根据所记录的数据的强度图样，参考光被分配以预先定义的预定强度图样。在同轴
型中，如图所示，信号光和参考光被布置在同一光轴上，并且对入射光执行空间光调制。在
此情况下，如图所示，一般而言，信号光被布置在内侧，参考光被布置在外侧。 由SLM 101生成的信号光和参考光被允许通过物镜102照射全息记录介质100。
结果，通过信号光和参考光的干涉带(interference fringe)在全息记录介质100上形成
代表所记录的数据的全息图。换言之，由于形成全息图，数据被记录。 另一方面，在再现时，如图33A所示，在SLM 101中生成参考光(此时，参考光的强度图样与记录时相同)。然后，允许参考光通过物镜102照射全息记录介质100。
以这种方式，如图33B所示，响应于参考光对全息记录介质100的照射，获得根据在全息记录介质100上形成的全息图的衍射光，从而可以获得对应于所记录的数据的再现图像。在此情况下，作为来自全息记录介质100的反射光的再现图像被通过物镜102引导至图像传感器103中，如图所示。 图像传感器103以像素为单位接收被引导的再现图像，以获得与每个像素接收的光量相对应的电信号，从而获得与再现图像相对应的检测图像。由图像传感器103检测到的图像信号成为与所记录的数据相对应的读取信号。 另外，根据图32、33A和33B的描述可以理解，在该全息记录和再现方案中，所记录
在数据是以信号光为单位来记录和再现的。换言之，在该全息记录和再现方案中，通过信号
光和参考光的一次干涉所形成的一张全息图(称之为全息页)是记录和再现的最小单位。 这里，考虑以全息页为单位在全息记录介质100上顺序记录数据的技术。 在诸如CD(压縮盘)或DVD(数字多功能盘)之类现有技术的光盘系统中，记录介
质被配置为具有盘形，并且数据的记录是通过在盘上以旋转方式形成标记(mark)来执行
的。在此情况下，在记录介质上以螺旋形状或同心形状形成引导沟槽(轨道)，并且形成标
记以控制光斑的位置来跟踪轨道，从而数据被记录在记录介质上的预定位置。 在该全息记录和再现系统中，还考虑采用如下技术在盘形的全息记录介质100
上以螺旋形状或同心形状形成轨道，并且通过在全息记录介质100上顺序形成全息图来在
轨道上形成全息页，所述全息图响应于信号光和参考光的照射被驱动旋转。 以这种方式，在采用在轨道上的多个位置上形成全息页的方法的情况下，有必要
执行记录和再现位置的控制，例如用于跟踪轨道中的光斑的跟踪伺服控制或对预定地址的
访问控制。 在当前状态下，为了执行记录和再现位置的控制，考虑专用激光的分开照射。换言之，考虑如下方法允许用于记录和再现全息图的激光(用于信号光和参考光的照射的激光，例如记录/再现激光)和用于控制全息图记录和再现位置的激光(位置控制激光)分开照射。 以这种方式，与允许位置控制激光分开照射的方法相对应的全息记录介质100实际上被配置为具有图34所示的结构。 如图34所示，在全息记录介质100中，记录层106和位置控制信息记录层被分开形成，其中在记录层106上记录全息图，并且在位置控制信息记录层上记录通过基底110的凹凸截面结构所进行的位置控制的地址信息等。 更具体而言，在全息记录介质100中按从上到下的顺序依次形成覆盖层105、记录层106、反射层107、中间层108、反射层109和基底110。形成在记录层106的下层的反射层107是这样布置的在再现时，允许作为记录/再现激光的参考光照射反射层107，并且当要根据记录在记录层106上的全息图获得再现图像时，允许作为反射光的再现图像返回到装置一侧。 另外，在基底110上以螺旋形状或同心形状形成用于引导记录层106中的全息图记录和再现位置的轨道。例如，轨道是通过坑列(pit column)形成的，以便记录诸如地址信息之类的信息。 形成在基底110的上层的反射层109被布置，以便获得针对记录在基底110上的信息的反射光。另外，中间层108是利用例如诸如树脂之类的粘性材料构造的。
这里，在具有前述截面结构的全息记录介质100中，为了适当地基于位置控制激光的反射光来执行位置控制，位置控制激光必须到达反射层109，该反射层109上形成有凹凸截面形状。换言之，为此，位置控制激光必须透过形成在反射层109上层的反射层107。
另一方面，反射层107必须反射记录/再现激光，以允许根据记录在记录层106上的全息图的再现图像作为反射光返回到装置一侧。 考虑到这一点，作为位置控制激光，要使用具有与全息图记录/再现激光不同的波长的激光。例如，使用波长A约为405nm的蓝紫色激光作为全息图记录/再现激光，并且例如使用波长A约为650nm的红色激光作为位置控制激光。 另外，具有波长选择性的反射层被用作形成在记录层106和记录了位置控制信息的反射层109之间的反射层107，其中具有波长选择性的反射层107反射用于记录和再现的蓝紫色激光并透射用于位置控制的红色激光。 根据该配置，在记录或再现时，位置控制激光到达反射层109，从而使得用于位置控制的反射光信息能够在装置一侧被适当地检测，并且使得记录在记录层106上的全息图的再现图像能够在装置一侧被适当地检测。 图35示出一种现有技术情况下的记录和再现装置的示意性配置(主要仅针对光学系统)，在该现有技术情况下，记录和再现是与具有前述结构的全息记录介质100相对应地执行的。 首先，作为用于进行全息图记录和再现的信号光和参考光照射的光学系统，该记录和再现装置具有第一激光器1、准直透镜2、偏振分光镜3、SLM 4、偏振分光镜5、中继透镜6、孔径104、中继透镜7、分色镜8、部分衍射器件9、 1/4波片10、物镜102和图像传感器103。 第一激光器1发射全息图记录/再现激光，例如前述波长A约为405nm的蓝紫色
激光。从第一激光器1发射的激光通过准直透镜2入射到偏振分光镜3。 偏振分光镜3透射与入射激光正交的线性偏振分量中的一个线性偏振分量并反
射其他线性偏振分量。例如，在此情况下，偏振分光镜3被配置为透射p偏振分量并反射s
偏振分量。 因此，只有入射到偏振分光镜3的激光的s偏振分量被反射并引导至SLM 4。
SLM 4被配置为包括例如反射型液晶器件，例如FLC(铁电液晶)，以使得入射光的偏振方向以像素为单位被控制。 SLM 4根据来自图中的调制控制器20的驱动信号来执行空间光调制，以使得在每个像素处入射光的偏振方向改变90。，或者使得入射光的偏振方向不变。更具体而言，偏振方向控制是根据驱动信号以像素为单位执行的，以使得驱动信号为ON时像素的偏振方向的角度改变为90。，并且在驱动信号为OFF时，像素的偏振方向的角度改变为O。。
如图所示，从SLM 4发射的光(在SLM 4上反射的光)被再次入射到偏振分光镜3。 这里，在如图35所示的记录和再现装置中，通过利用SLM 4以像素为单位控制偏振方向，并且通过根据入射光的偏振方向使用偏振分光镜3的选择性透射/反射属性，以像素为单位执行空间光强度调制(称之为光强度调制，或简称强度调制)。
图36A和36B示出通过组合SLM 4和偏振分光镜3而实现的强度调制的图像。图36A图示出用于ON像素的光的光线状态，图36B图示出用于OFF像素的光的光线状态。
如上所述，由于偏振分光镜3透射p偏振光并反射s偏振光，因此s偏振光被入射
6到SLM 4。 根据前述条件，在SLM 4中偏振方向改变90°的像素的光(与驱动信号ON相对应的像素的光)作为P偏振光被入射到偏振分光镜3。因此，在SLM 4中，0N像素的光被允许透过偏振分光镜3，以便被引导至全息记录介质100 —侧(参见图36A)。
另一方面，由于驱动信号为OFF而没有改变偏振方向的像素的光作为s偏振光被入射到偏振分光镜3。换言之，在SLM 4中，0FF像素的光被允许在偏振分光镜3处反射，以使其不会被引导至全息记录介质100 —侧(参见图36B)。 以这种方式，通过组合偏振方向控制型SLM 4和偏振分光镜3，强度调制器被配置，其以像素为单位执行光强度调制。强度调制器在记录时生成信号光和参考光，或在再现时生成参考光。 受到强度调制器的空间光调制的记录/再现激光入射到偏振分光镜5。偏振分光镜5也被配置为透射p偏振光并反射s偏振光，从而允许从强度调制器发射的激光(透过偏振分光镜3的光)透过偏振分光镜5。 透过偏振分光镜5的激光入射到中继透镜系统，在该中继透镜系统中，依次布置了中继透镜6、孔径104和中继透镜7。如图所示，由于中继透镜6，透过偏振分光镜5的激光的光通量被会聚在一预定焦点位置，并且由于中继透镜7，作为会聚之后的扩散光的激光的光通量被转换成平行光。孔径104被布置在中继透镜6的焦点位置(傅立叶平面、频率平面)上，以仅仅透射以光轴为中心的预定范围内的光并且阻挡其他光。
由于孔径104，记录在全息记录介质100上的全息页的大小受到限制，从而提高了全息图记录密度(即，数据记录密度)。另外，后面将描述，在再现时，虽然来自全息记录介质100的再现图像通过中继透镜系统被引导至图像传感器103，但是此时，由于孔径104，与从全息记录介质100发射的再现图像一起的大多数散射光分量被阻挡，从而被引导至图像传感器103的散射光量大大减少。换言之，孔径104具有在记录时提高全息图记录密度的功能，并且还具有在再现时由于抑制散射光而提高信噪比(S/N)的另一功能。
穿过中继透镜系统的激光入射到分色镜8。分色镜8被配置为有选择地反射预定波长带中的光。更具体而言，在此情况下，分色镜8被配置为有选择地反射波长A约为405nm的记录/再现激光的波长带中的光。 因此，通过中继透镜系统入射的记录/再现激光在分色镜8被反射。 在分色镜8被反射的记录/再现激光通过部分衍射器件9和1/4波片10入射到
物镜102。 部分衍射器件9和1/4波片10被按顺序布置，以防止在再现时从全息记录介质
100反射的参考光(反射参考光)被引导至图像传感器103并防止其成为再现光的噪声。
另外，通过部分衍射器件9和1/4波片10抑制反射参考光的功能随后将描述。 物镜102可以通过图中所示的双轴机构12在聚焦方向和跟踪方向上移动。随后
将描述的位置控制器19通过双轴机构12控制物镜102的驱动操作，从而执行激光点位置
的控制。 记录/再现激光被允许照射全息记录介质100，以通过物镜102被会聚。 这里，如上所述，在记录时，通过强度调制器(SLM 4和偏振分光镜3)的强度调制
生成信号光和参考光，并且允许信号光和参考光通过前述路径照射全息记录介质100。因此，作为信号光和参考光的干涉带，在记录层106上形成代表记录数据的全息图，从而实现数据记录。 另外，在再现时，强度调制器只生成参考光，并且允许参考光通过前述路径照射全息记录介质100。由于参考光的照射，与形成在记录层106上的全息图相对应的再现图像被获得，作为来自反射层107的反射光。再现图像被允许通过物镜102返回到装置一侧。
这里，由于强度调制器的前述操作，允许在再现时对全息记录介质100进行照射的参考光(前向路径参考光)作为P偏振光入射到部分衍射器件9。随后将描述，由于部分衍射器件9被配置为透射所有前向路径光，因此允许作为p偏振光的前向路径光穿过1/4波片10。穿过1/4波片10的作为p偏振光的前向路径参考光被转换成在预定旋转方向上的圆偏振光，以对全息记录介质100进行照射。 允许对全息记录介质100进行照射的参考光在反射层107被反射，以作为反射参考光(后向路径参考光)被引导至物镜102。在此情况下，鉴于反射层107的反射，由于后向参考光的圆偏振光的旋转方向被改变成与预定旋转方向相反的旋转方向，因此后向路径参考光通过1/4波片10被转换成s偏振光。 这里，在前述偏振状态的转换之后，用于通过部分衍射器件9和1/4波片10来抑制反射参考光的功能被描述。 部分衍射器件9是通过在参考光入射的区域(除中心部分以外的区域)中形成例如具有根据线偏振光的偏振状态的选择性衍射特性(衍射一个线偏振分量并透射其他线偏振分量)的偏振选择器件(例如液晶衍射器件)来实现的。更具体而言，在此情况下，包括在部分衍射器件9中的偏振选择性衍射器件被配置为透射p偏振光并衍射s偏振光。因此，在前向路径上的参考光被允许透过部分衍射器件9，从而只有在后向路径上的参考光被部分衍射器件9衍射(抑制)。 结果，作为后向路径光的反射参考光作为相对再现图像的噪声分量被检测，从而防止了信噪比下降的问题。 另外，如为了更好地理解而描述的，信号光入射到的部分衍射器件9的区域(再现图像入射到的区域)是利用例如透明材料构造的或被构造为一空洞部分，从而使得前向路径光和后向路径光两者都被透射。因此，在记录时的信号光和在再现时的再现图像被允许透过部分衍射器件9。 这里，从前面的描述可以理解，在该全息记录和再现系统中，虽然通过允许参考光照射所记录的全息体并通过使用衍射现象而获得了再现图像，但是衍射效率一般小于百分之几到1 % 。因此，允许返回到装置一侧的作为反射光的参考光相对于再现图像具有非常高的强度。换言之，作为反射光的参考光在检测再现图像时变为无法忽略的噪声分量。
因此，通过利用部分衍射器件9和1/4波片IO抑制反射参考光，可以大大提高信噪比。 如上所述，在再现时获得的再现图像被允许透过部分衍射器件9。在透过部分衍射器件9的再现图像在分色镜8被反射之后，再现图像通过前述中继透镜系统(中继透镜7 —孔径104 —中继透镜6)入射到偏振分光镜5。从前面的描述可以理解，由于来自全息记录介质100的反射光被通过1/4波片10转换成s偏振光，因此入射到偏振分光镜5的再现图像在偏振分光镜5被反射，从而再现图像被入射到图像传感器103。
以这种方式，在再现时，来自全息记录介质100的再现图像被图像传感器103所检 测，从而由图中的数据再现单元21执行数据再现。 另外，在图35所示的记录和再现装置中，还提供了用于执行位置控制激光的照射 和位置控制激光的反射光的检测的光学系统。更具体而言，如图所示，该光学系统包括第二 激光器14、准直透镜15、偏振分光镜16、会聚透镜17和光电检测器(PD) 18。
第二激光器14输出前述波长A约为650nm的红色激光，作为位置控制激光。从 第二激光器14发射的光通过准直透镜15和偏振分光镜16入射到分色镜8。这里，偏振分 光镜16也被配置为透射p偏振光并反射s偏振光。 如上所述，分色镜8被配置为有选择地反射记录/再现激光(在此情况下波长为 405nm)，从而使得分色镜8透射来自第二激光器14的位置控制激光。 类似于记录/再现激光，透过分色镜8的位置控制激光被允许通过部分衍射器件 9 — 1/4波片10 —物镜102对全息记录介质100进行照射。 另外，如为了更好地理解而描述的，由于安装了分色镜8，位置控制激光和记录/ 再现激光在同一光轴上被组合，并且组合光被允许通过物镜102照射全息记录介质100。换 言之，因此，位置控制激光的光斑和记录/再现激光的光斑在内向方向上被形成在记录表 面的同一位置上，从而基于位置控制激光、通过随后将描述的位置控制操作，全息图记录和 再现位置被控制以定位在轨道上。 另外，关于聚焦方向，通过随后将描述的位置控制操作(聚焦伺服控制)(参考图 34)，位置控制激光的聚焦位置被控制以定位在全息记录介质100中的反射层109上。
在此情况下，在记录和再现装置中，位置控制激光的聚焦位置和记录/再现激光 的聚焦位置被调整，以使其彼此分开预定间隔距离。更具体而言，在此情况下，由于记录/ 再现激光被会聚在记录层106下面的反射层107上，因此记录/再现激光的聚焦位置被调 整为定位在位置控制激光的聚焦位置之前，两者相距的距离为从反射层109的表面到反射 层107的表面的距离(参考图34)。 因此，由于允许位置控制激光的聚焦位置在反射层109上的聚焦伺服操作，记录/ 再现激光的聚焦位置被自动地允许在反射层107上。 在图35中，响应于位置控制激光在全息记录介质100上的照射，可以获得与基底 110的记录信息相对应的反射光。该反射光通过物镜102 — 1/4波片10 —部分衍射器件 9 —分色镜8入射到偏振分光镜16。偏振分光镜16反射通过分色镜8入射的位置控制激 光的反射光(在全息记录介质IOO上反射的位置控制激光也通过1/4波片10的功能被转 换成s偏振光)。通过偏振分光镜16反射的位置控制激光的反射光被允许照射，以便通过 会聚透镜17会聚在光电检测器18的检测表面上。 光电检测器18接收被照射的位置控制激光的反射光，将反射光转换成电信号，并 将电信号提供到位置控制器19。 位置控制器19被配置为包括矩阵电路、计算电路和驱动控制器，所述矩阵电路执 行矩阵计算，以生成针对形成在反射层109上的坑列的再现信号(RF信号)或用于位置控 制的各种类型的信号(例如跟踪误差信号和聚焦误差信号)，所述计算电路用于执行伺服 信号生成等等，所述驱动控制器用于控制所需元件(例如双轴机构12)的驱动。
虽然未示出，但是记录和再现装置具有地址检测电路和时钟生成电路，它们检测
9地址信息或基于再现信号生成时钟。另外，例如，提供了在跟踪方向(径向)上可移动地支 撑全息记录介质100的滑动驱动器。 位置控制器19基于地址信息或跟踪误差信号控制双轴机构12或滑动驱动器，从 而执行位置控制激光的光斑的位置控制。通过光斑的位置控制，记录/再现激光的光斑的 位置可以被移动到所需地址或者允许跟踪沿轨道的位置(跟踪伺服控制)。换言之，因此， 全息记录和再现位置的控制被执行。 另外，位置控制器19还执行聚焦伺服控制，该聚焦伺服控制用于允许基于聚焦误 差信号、通过利用双轴机构12控制在聚焦方向上驱动物镜102的操作，来在反射层109上 跟踪位置控制激光的聚焦位置。如上所述，通过对位置控制激光执行聚焦伺服控制，记录/ 再现激光的聚焦位置被允许跟踪反射层107。 这里，在前述采用同轴型的全息记录和再现系统中，与例如对应于当前高密度光 盘(例如BD(蓝光光盘)，注册商标)的记录再现系统相比，记录介质的抗倾斜能力低， 并且容差(tolerance)非常窄。因此，在同轴型全息记录和再现系统中，倾斜容差(tilt tolerance)的提高是实现实际系统时的最重要问题之一。 —般而言，在光盘系统中，由倾斜所导致的再现信号恶化极大地受彗差(coma aberration)的影响。在全息记录和再现系统中，由倾斜所导致的彗差的发生极大地影响再 现信号的确定。 这里，如上所述，同轴型记录和再现系统的倾斜容差与当前光盘系统(例如BD)相 比较窄这一事实来源于记录和再现原理的极大差异。 首先，参考图37A和37B来描述由倾斜所导致的彗差的发生。图37A和37B是示 出由倾斜所导致的彗差的发生的图。在图37A和37B中的每一张中，全息记录介质100的 覆盖层105、记录层106和反射层107被提取并示出。图37A示出在没有倾斜的情况下，入 射到全息记录介质100的记录/再现激光的光线(光通量)的行为。图37B示出在发生倾 斜的情况下，入射到全息记录介质100的记录/再现激光的光线的行为。
首先，如参考图37A所理解的，对于被允许通过物镜102照射全息记录介质100的 激光，除了中心光之外，其在入射到介质时的角度根据全息记录介质100的折射率而改变。 在记录和再现装置中，通过考虑在入射到介质时的角度改变，记录/再现激光被配置为聚 焦在反射层107上，从而光学系统的调整、物镜102和介质的安装位置之间的间隔距离的调 整等等被执行。 如图37A所示，在不存在倾斜的情况下，激光的光通量的截面形状是以光轴为中 心左右对称的。这种状态被设置为不存在相位差的状态。 另一方面，在从图37A的状态发生倾斜的情况下，如图37B所示，光线的形状改变。 换言之，在发生倾斜的情况下，由于光通量的截面形状不是左右对称的，因此光不会像图 37A的情况一样会聚在一点上。结果，会发生彗差。 由于发生彗差(倾斜)，因此出现光的相位差。换言之，对于图中记录/再现光之 中的最外侧边缘部分(两个位置)的光以及中心光，共示出三条光线。在发生倾斜的情况 下，由于激光的光轴相对于记录介质发生相对的倾斜，因此在入射时中心光的角度也发生 改变，如图所示。另外，由于发生倾斜，最外侧边缘部分的光以不同于图37A的情况的角度 行进至介质。结果，与图37A的情况相比较，在每条光中发生相位差。[OOSS] 图38是用于比较在发生彗差时的再现波前(r印roduced wave front)的图。图 38的(a) 、 (b)和(c)示出在用于BD的记录再现系统的情况下的再现波前，图38的(d)、 (e)和(f)示出在全息记录和再现系统的情况下的再现波前。 图38的(a)和(d)示出在发生由于倾斜而导致的彗差时主光线的中心部分的再 现波前。 图38的(b)和(e)示出当从RMS(均方根)最小化的位置上，即光强度最强的位 置上看，发生彗差时激光点的再现波前。 另外，图38的(c)和(f)示出在所谓的Marechal标准下(其中RMS值等于O. 07入)
的再现波前。 另外，在每张图中，再现波前用实线示出，并且在相位差为零时的波前(参考波 前)用虚线示出。 这里，如图所示，在BD系统的情况下，从记录介质的表面到聚焦位置的距离t (即， 从记录介质的表面到反射面的距离)为t二O. lmm。但是，在全息系统的情况下，t二0. 7mm。
另外，t值的差异是由记录介质的结构差异所导致的。在图38的仿真中，覆盖层的 厚度被设置为相同值，就是说，在BD和全息图的情况下都是O. lmm。在BD的情况下，由于介 质具有覆盖层一反射层(信息记录层)的结构，因此t值等于覆盖层的厚度，即O. lmm。但 是，在全息系统的情况下，介质具有覆盖层一记录层一反射层的结构。这里，由于记录层的 厚度被设置为0. 6mm，因此如果覆盖层使用相同的厚度，即0. lmm，则t值为0. 7mm。
另外，在BD和全息图的情况下，物镜的数值孔径NA和记录介质的折射率n都被设 置为如下的相同值
NA = 0. 85(记录介质的折射率n) = 1. 55
首先，描述BD的情况。 如图38的(a)所示，在BD的情况下，当倾斜(TILT) = 1. 14°时，主光线的中心部 分的再现波前具有相对于参考波前+入到-A的相位差。 当TILT = 1. 14°时，从光强度最大的位置上看激光点时的再现波前如图38的 (b)所示，并且在此时，再现波前具有相对于参考波前+0.33A到-0.33A的相位差。此时， RMS值为0. 118A ，如图所示。 另外，在BD的情况下，在Marechal标准下(RMS = 0. 07 A ，其对应于无像差光强度 的大约80%的光强度)的倾斜角度TILT变为0.68° ，如图38的(c)所示。此时，如图所 示，再现波前具有+0. 2(U到-O. 2(U的相位差。 图38的(d)示出当TILT = 0. 16°时的再现波前，作为在全息系统情况下的再现
波前。首先，如图所示，应该注意，在全息系统的情况下存在多个再现波前。 这里，在全息记录和再现中，参考光是利用来自SLM 101中的多个像素的光来构
造的。换言之，来自多个像素的光被允许通过物镜102照射全息记录介质100。全息图是通
过一个信号光与参考光和多个像素的光的干涉来形成的，其中信号光是利用与多个像素的
光类似的光来构造的。 可以理解，在再现时，利用参考光的多个像素的每条光再现每个像素的所记录的 信号光。换言之，在全息记录和再现系统中，作为再现波前，存在与从多个参考光再现的多
11个再现图像相对应的波前。 在不存在倾斜并且不存在由于彗差所导致的参考光中的相位差的情况下，多个再 现波前彼此相一致。但是，在发生由于倾斜所导致的彗差并且在参考光中发生相位差的情 况下，由于存在从具有不同相位的多个光再现出的多个波前，因此再现波前彼此不一致。
在此情况下，如果存在具有不同相位的多个再现图像，则光强度彼此相抵，从而再 现图像的强度大大降低。换言之，在这一点上，在全息记录和再现系统的情况下，在发生由 于倾斜所导致的彗差时的光强度被大大降低，从而倾斜容差大大变窄。
继续返回到描述。 如图38的(d)所示，在全息系统中，当TILT = 0. 16°时，再现波前具有相对于参 考波前+/_入(1.0A)的相位差。如图38的(a)所示，在BD的情况下，当TILT二 1.14° 时，再现波前具有相同的相位差+/_"这是由于在80的情况下1 = 0. lmm并且在全息系统 的情况下t = 0. 7mm这一事实所导致的。 图38的(e)示出从RMS值最小化的位置看到的情况。在全息系统的情况下，从 RMS值最小化的位置看到，再现波前具有+/_ A的相位差。在此情况下，RMS = 0. 707 "这 远远大于具有相同条件的BD的情况(参考图38的(b))。 图38的(f)示出在Marchal标准下的再现波前。在全息系统的情况下，由于在 再现时由前述参考光的相位差所导致的强度彼此相抵，因此在Marechal标准下的倾斜角 度TILT小于BD的情况。在全息系统的情况下，在Marechal标准下的倾斜角度为TILT = +/-0. 016° ，这比BD的情况减小了大约1/42。另外，在此情况下，再现波前具有+/-0. 1入 的相位差。 从前面的描述可以理解，在尤其采用同轴类型作为全息记录和再现方案的情况 下，根据记录和再现的原理，由于倾斜所导致的彗差的发生(参考光的相位差的发生)所引 起的再现信号的恶化比当前光盘系统的情况要大得多。

发明内容
需要提供一种同轴型全息记录和再现系统，其能够提高适合于实现实际系统的倾
斜容限。 根据本发明的实施例，提供了一种具有以下配置的光照射装置。 换言之，根据本发明的光照射装置包括光源，其允许光照射具有记录层的全息记
录介质，其中利用信号光和参考光的干涉带记录信息。 另外，该光照射装置包括空间光调制器，其对来自光源的光执行空间光调制，以生 成信号光和/或参考光。 另外，该光照射装置包括光照射单元，其允许受到空间光调制器的空间光调制的 光作为记录/再现光通过物镜照射全息记录介质。 另外，记录/再现光的聚焦位置被设置为使得从全息记录介质的表面到记录/再 现光的聚焦位置的距离小于从表面到记录层的下层侧表面的距离。 这里，如果物镜的数值孔径被记作NA，并且如果从全息记录介质的表面到记录/
再现光的聚焦位置的距离被记作t，则彗差的发生量W被表示为W a NA3 t。 换言之，彗差的发生量W可以通过允许物镜的NA很小或通过允许从表面到聚焦位置的距离t很小而被抑制。这里，如参考图34所述，在现有技术的情况下，记录/再现光的 聚焦位置被设置在记录层的下层侧表面(反射层107的上层侧表面，即反射平面)。换言 之，"t"值是从记录介质的表面到记录层的下层侧表面的距离，从而包括覆盖层的厚度和记 录层的厚度的"t"值变为相对较大的值。另外，此时，在现有技术的全息记录和再现系统中， 由倾斜所导致的彗差的发生量W倾向于相对较大。 但是，根据本发明，"t"值小于记录介质的表面到记录层的下层侧表面的距离。因 此，与现有技术的情况相比，由倾斜所导致的彗差的发生量W可以被极大地抑制。由于由倾 斜所导致的彗差被抑制，倾斜容限可以扩展。 根据本发明，由于不同与现有技术的情况(其中聚焦位置被设置在记录层的下层 侧表面，即反射层的反射平面)，记录/再现光的聚焦位置被设置在记录介质的表面附近的 位置，因此与现有技术的情况相比，可以进一步抑制由倾斜所导致的彗差，从而可以提高倾 斜容限。 另外，根据本发明，由于没有采用将物镜的NA设置得较小以抑制彗差的发生量的 方法，因此可以在不降低信息记录/再现密度的情况下提高倾斜容限。


图1是示出根据第一实施例的光照射装置的配置的图。 图2是示出作为根据第一实施例的光照射装置的记录和再现对象的全息记录介 质的一结构示例的截面图。 图3是示出作为根据第一实施例的光照射装置的记录和再现对象的全息记录介 质的另一结构示例的截面图。 图4是示出由空间光调制器所设置的参考光区域、信号光区域和间隙区域中的每 个区域的图。 图5是示出根据该实施例设置的记录/再现光的聚焦位置的图。 图6是示出在使用具有图3所示结构的全息记录介质的情况下的聚焦位置的示例的图。 图7是示出对物镜的NA、距离t的设置值和再现倾斜容差之间的关系所执行的仿 真结果的图。 图8A和8B是示出在记录/再现光的聚焦位置改变的情况下，物镜和全息记录介 质之间的间隔距离的设置示例的图。 图9是示出利用现有技术的记录再现系统在全息记录介质上形成的全息图的形 状的图。 图10是示出在该实施例中照射在全息记录介质上的信号光和参考光的光线以及 后向路径光的光线的行为的图。 图11是示出在该实施例中在全息记录介质上形成的全息图的形状的图。
图12是示出在该实施例中所记录的全息图被再现的行为的图。
图13是示出在现有技术的完整光学系统中的光的行为的图。 图14是示出在该实施例中，在记录时针对前向路径光的完整光学系统中的光的 行为的图。
图15是示出在该实施例中，在再现时针对后向路径光的完整光学系统中的光的 行为的图。 图16是示出在该实施例中，前向路径光和后向路径光在实际图像平面上的位置 彼此相一致的原因的图。 图17是示出针对倾斜容差、衍射效率和SNR(信噪比)各项的仿真结果的图。
图18是示出根据第二实施例的光照射装置的内部配置的图。 图19A和19B是示出在记录/再现时，包括在根据第二实施例的光照射装置中的 孔径的驱动状态的图。 图20是示出在记录/再现时，包括在根据第二实施例的光照射装置中的部分衍射 器件的结构示例的图。 图21是示出后向路径共轭平面(conjugating plane)的图。 图22A和22B是示出来自全息记录介质的散射光的发生行为的图。 图23是示出根据第三实施例用于扩展参考光的最小调制单位的方法的详细示例的图。 图24是示出用于扩展参考光的最小调制单位的方法的另一示例的图。 图25A和25B是示出在扩展参考光的最小调制单位的情况下完整光学系统中的光
行为的图。 图26是示出在第三实施例中，照射在全息记录介质上的信号光和参考光的光线 行为的图。 图27是示出在第三实施例中，响应于信号光和参考光的照射而形成的全息图的 图。 图28A和28B是示出在改变SLM的像素大小的情况下，从实际图像平面通过物镜 光瞳(pupil)平面到聚焦平面的光线行为的图。 图29是示出为了抑制由DC集中(DC concentration)所导致的SNR降低而移动 聚焦位置的示例的图。 图30是示出在第三实施例中，在不存在倾斜的情况下以及存在倾斜(TILT =
+/-0. 112° )的情况下对衍射效率和SNR的仿真结果的图。 图31A和31B是示出第三实施例的修改示例的图。 图32是示出根据同轴型记录全息图的方法的图。 图33A和33B是示出根据同轴型再现全息图的方法的图。 图34是示出全息记录介质的结构示例的截面图。 图35是示出现有技术的记录和再现装置的内部配置的图。 图36A和36B是示出通过组合偏振方向控制型空间光调制器和偏振分光镜而实现 的强度调制的图。 图37A和37B是示出发生由于倾斜而导致的彗差的图。 图38是示出在BD的情况下以及在全息系统的情况下比较再现波前的图。
具体实施例方式
在下文中，将描述用于实现本发明的示例性实施例(在下文中称为实施例)。另
14外，描述是按照如下顺序进行的。
1.第一实施例 1-1.全息记录和再现系统的配置 1-2.对由倾斜导致的彗差的抑制 1-2-1.抑制彗差的详细方法 1-2-2.移动聚焦位置的详细方法 1-2-3.由于移动聚焦位置而引起的光行为的改变 1-3.仿真结果 1-4.统计结果 2.第二实施例 3.第三实施例 3-1.参考光的最小调制单位的扩展 3-2.为了抑制DC集中而移动聚焦位置 3-3.仿真结果 3-4.第三实施例的修改示例 4.修改示例 1.第一实施例 1-1.全息记录和再现系统的配置 图1是示出根据本发明第一实施例的光照射装置的内部配置的图。在该实施例
中，根据本发明的光照射装置被用作用于记录和再现全息图的记录和再现装置的情况被举
例说明。图1示出根据该实施例的记录和再现装置的主要光学系统的配置。 首先，在描述根据该实施例的记录和再现装置的内部配置之前，首先参考图2所
示结构的截面图来描述作为该记录和再现装置的记录和再现对象的全息记录介质HM的结构。 通过比较图2和图34可以理解，在本实施例中所使用的全息记录介质HM具有与 现有技术中的全息记录介质100相同的截面结构。换言之，图2的覆盖层L1与图34的覆 盖层105相同。记录层L2、反射层L3、中间层L4、反射层L5和基底L6分别与记录层106、 反射层107、中间层108、反射层109和基底110相同。 为了更好地理解，先描述这些层。首先，这些层是按从上层到下层的顺序被层压
(laminate)而成的，就是说，按覆盖层Ll —记录层L2 —反射层L3 —中间层L4 —反射层
L5 —基底L6的顺序。另外，对于前述"上层"和"下层"，对应于用于记录/再现的光被入
射到的上表面的层是上层，对应于与上表面相反的表面的下表面的层为下层。 在此情况下，覆盖层Ll利用例如塑料、玻璃等来构造，以将其布置得便于保护被
布置在其下层的记录层L2。另外，记录层L2利用例如光敏聚合物(photopolymer)等来构
造，即，使用能够通过根据照射光的强度分布改变折射率来记录信息的材料，所述照射光用
于利用随后将描述的记录/再现激光来记录或再现全息图。另外，反射层L3被布置用于将
再现图像作为反射光返回到装置一侧，所述再现图像是在再现时根据参考光的照射从记录
在记录层L2上的全息图中获得的。类似于图34中的反射层107，具有波长选择性的材料被
选为反射层L3。在随后将描述的实施例中，例如，波长A约为405nm的蓝紫色激光被允许照射，作为用于全息图再现/记录的激光，并且波长A约为650nm的红色激光被允许照射， 作为用于位置控制的激光。因此，能够反射用于记录/再现的蓝紫色激光并且透射用于位 置控制的红色激光的反射层被用作反射层L3。 另外，反射层L5和基底L6被布置用于控制记录/再现全息图的位置，并且在基底 L6上形成有螺旋形状或同心形状的轨道，用于引导在记录层L2中记录/再现全息图的位 置。例如，在此情况下，这些轨道还被形成用于通过使用坑列来执行信息记录地址、信息等 等。反射层L5例如是通过在形成有轨道的基底L6的表面(前表面)上进行溅射(sputter)、 蒸发等而形成的。如为了更好地理解而描述的，反射层L5可以被配置用于反射位置控制 光，但是不一定具有波长选择性。形成的反射层L5和反射层L3之间的中间层L4是利用例 如粘性材料(例如树脂)来构造的。 可替换地，具有以下图3所示结构的全息记录介质也可被使用。与图2所示的全 息记录介质HM相比，在图3所示的全息记录介质中，位置控制信息记录层(轨道形成层) 的层位置改变。更具体而言，在图3所示的全息记录介质中，包括形成有轨道的基底L6和 反射层L7的层被插入在覆盖层Ll和记录层L2之间。类似于前述反射层L5，反射层L7被 形成在基底L6的轨道形成表面上。由于基底L6和反射层L7的插入，在图3所示的全息记 录介质中，按从上到下的顺序依次形成覆盖层Ll —反射层L7 —基底L6 —记录层L2 —反 射层L3。在此情况下，在反射层L3的下层形成有用例如塑料、玻璃等构造的基底L8。
在图3所示的全息记录介质中，反射层L7有选择地反射位置控制光。因此，具有 波长选择性的层被用作反射层L7。更具体而言，一波长选择性的反射层被用于有选择地仅 仅反射具有位置控制激光的波长带的光。另外，在此情况下，布置在记录层L2的下层的反 射层L3不一定具有波长选择性，而是可以利用常规的反射层来构造。 下面再次参考图l来描述。在根据本实施例的记录和再现装置中，全息记录介质 HM被一主轴马达(未示出)支撑以便旋转。在该记录和再现装置中，全息记录/再现激光 和位置控制激光对以这种方式支撑的全息记录介质HM进行照射。 在图1中，与前述图35中的记录和再现装置相同的元件用相同的标号表示。通过 比较图35可以理解，根据本实施例的记录和再现装置具有与现有技术中的记录和再现装 置基本相同的配置。因此，通过来自作为光源的第一激光器l的记录/再现光的照射，执行 对全息图的记录和再现；并且通过来自作为光源的第二激光器14的位置控制光的照射，执 行对全息图记录和再现位置的控制(聚焦伺服)。 在根据本实施例的记录和再现装置中，同轴型被用作全息记录和再现方案。换言 之，信号光和参考光被布置在同一轴上，并且信号光和参考光对根据信号光和参考光被设 置在预定位置上的全息记录介质进行照射以形成全息图，从而执行数据的记录。另外，在再 现时，参考光被允许照射全息记录介质以获得全息再现图像(再现信号光)，从而执行所记 录的数据的再现。 作为用于照射信号光和参考光以进行全息图的记录和再现的光学系统，根据本实 施例的记录和再现装置具有第一激光器1、准直透镜2、偏振分光镜3、SLM 4、偏振分光镜5、 中继透镜6、中继透镜7、分色镜8、部分衍射器件9、1/4波片10、物镜11和图像传感器13。
在此情况下，第一激光器1输出例如波长A约为405nm的蓝紫色激光，作为全息 记录/再现激光。从第一激光器1发射的激光通过准直透镜2被入射到偏振分光镜3。
在此情况下，提供了强度调制器，该强度调制器利用偏振分光镜3和SLM 4对入射 光执行空间光强度调制。在此情况下，偏振分光镜例如被配置为透射P偏振光并反射s偏 振光。因此，只有入射到偏振分光镜3的激光的s偏振分量被反射以引导至SLM 4。 SLM 4 被配置为例如包括诸如FLC(铁电液晶)之类的反射液晶器件，以便以像素为单位控制入射 光的偏振方向。 SLM 4根据来自图中调制控制器20的驱动信号将每个像素处的入射光的偏振方 向改变90° ，或者执行空间光调制以使得入射光的偏振方向不改变。更具体而言，偏振方向 是根据驱动信号以像素为单元来控制的，以使得在驱动信号被设置为ON的像素处偏振方 向的角度改变为90。，并且在驱动信号被设置为OFF的像素处偏振方向的角度改变为O。。
从SLM 4发射的光(被SLM 4反射的光)再次入射到偏振分光镜3，从而通过SLM 4的ON像素的光(p偏振光)被允许透过偏振分光镜3，并且通过OFF像素的光(s偏振光) 被允许被偏振分光镜3反射。结果，实现了以SLM 4的像素为单位对入射光执行空间光强 度调制(简称为强度调制)的强度调制器。 这里，在采用同轴型的情况下，在SLM 4中，为了将信号光和参考光布置在同一光 轴上，按图4设置了下述区域。如图4所示，在SLM 4中，具有预定范围的圆形区域被设置 为信号光区域A2，该圆形区域包括其中心(与光轴的中心相一致)。然后，在信号光区域A2 外侧，设置有环形参考光区域A1，其间被间隙区域A3间隔开来。通过设置信号光区域A2和 参考光区域A1，可以在信号光与参考光被布置在同一光轴上的状态中执行照射。另外，间隙 区域A3被设置，作为用于防止在参考光区域A1中生成的参考光泄漏到信号光区域A2并且 成为相对于信号光的噪声的区域。另外，如为了更好地理解而描述的，由于SLM 4的像素是 圆形的，因此严格来讲，信号光区域A2具有圆形形状。类似于参考光区域Al，严格来讲，间 隙区域A3也具有环形形状。这样看来，信号光区域A2成为具有基本圆形形状的区域，并且 参考光区域A1和间隙区域A3成为具有基本环形形状的区域。 在图1中，调制控制器20控制SLM 4的驱动，以在记录时生成信号光和参考光并 在再现时仅生成参考光。更具体而言，在记录时，调制控制器20生成如下的驱动信号并将 驱动信号提供到SLM 4 :该驱动信号允许SLM 4的信号光区域A2的像素被设置为根据所提 供的记录数据的0N/0FF图样，并且允许参考光区域Al的像素被设置为预定的0N/0FF图 样，还允许其他像素被设置为0FF。 SLM 4基于驱动信号来执行空间光调制(偏振方向控 制)，以使得能够获得如下的信号光和参考光这里，信号光和参考光被布置得与从偏振分 光镜3发射的光具有相同的中心(光轴)。另外，在再现时，调制控制器20根据如下的驱动 信号来控制SLM4的驱动以使得仅生成参考光所述驱动信号允许参考光区域Al中的像素 被设置为预定的0N/0FF图样，并允许其他像素被设置为0FF。 另外，在记录时，调制控制器20被操作为在信号光区域A2中按输入的记录数据的 顺序以预定单位生成0N/0FF图样，从而使得按记录数据顺序的预定单位来顺序生成包含 数据的信号光。因此，在全息记录介质HM上，数据的记录是以全息页为单位(以由信号光 和参考光的一次干涉所记录的数据为单位)来执行的。 经过利用偏振分光镜3和SLM 4所构造的强度调制器的强度调制之后的激光被入 射到偏振分光镜5。偏振分光镜5也被配置为透射p偏振光并反射s偏振光。因此，激光被 允许透过偏振分光镜5。
透过偏振分光镜5的激光被入射到中继透镜系统，在该中继透镜系统中依次布置 有中继透镜6和中继透镜7。如图所示，透过偏振分光镜5的激光的光通量通过中继透镜6 被会聚到预定聚焦位置上，并且作为会聚之后的扩散光的激光的光通量通过中继透镜7被 转换为彼此平行。 通过中继透镜系统的激光被入射到分色镜8。分色镜8被配置为有选择地反射预 定波长带中的光。在此情况下，分色镜8也被配置为有选择地反射波长A约为405nm的记 录/再现激光的波长带中的光，从而使得通过中继透镜系统入射的记录/再现激光被分色 镜8反射。 被分色镜8反射的记录/再现激光被通过部分衍射器件9— 1/4波片IO入射到物 镜11。在此情况下，部分衍射器件9是通过在参考光被入射到的区域中形成根据线性偏振 的偏振状态而具有选择性的衍射特性(折射一个线性偏振分量并透射其他线性偏振分量) 的偏振选择性衍射器件(例如液晶衍射器件)来构造的。更具体而言，在此情况下，包括在 部分衍射器件9中的偏振选择性衍射器件被配置为透射p偏振光并折射s偏振光。另外， 1/4波片IO被布置在其参考光轴相对于入射光(在此情况下是p偏振光)的偏振方向轴被 倾斜45°的状态下，以便充当线偏振/圆偏振转换器件。 通过部分衍射器件9和1/4波片IO，可以防止由作为来自全息记录介质HM的反 射光获得的后向路径参考光(反射参考光)所导致的信噪比(S/N)的恶化。换言之，作为 P偏振光入射的前向路径参考光被允许透过部分衍射器件9。另外，作为s偏振光通过全息 记录介质HM(反射层L3)—物镜11 — 1/4波片10入射的后向路径参考光(反射参考光) 被允许由部分衍射器件9衍射(抑制)。如上所述，反射参考光成为具有比全息图的再现光 强得多的强度的光，这是通过使用衍射现象来获得的。因此，反射参考光成为相对于再现图 像不可忽略的噪声分量。如果反射参考光被引导至图像传感器13，信噪比则会大大降低。 通过利用部分衍射器件9和1/4波片IO抑制反射参考光，可以有效地防止信噪比的降低。 另外，在此情况下，信号光被入射到的部分衍射器件9的区域(即，再现图像被入射到的区 域)是利用例如透明材料来构造的。可替换地，该区域可以被配置为具有空洞部分，以便透 过前向路径光和后向路径光。换言之，因此，在记录时，信号光被允许适当地照射全息记录 介质HM，并且在再现时，再现图像被允许被适当地引导至图像传感器13。
物镜11被图中所示的双轴机构12支撑，以在相对于全息记录介质HM的接触和分 离方向(聚焦方向)上以及在全息记录介质HM的径向方向(跟踪方向)上移动。随后将描 述的位置控制器19控制用于驱动物镜11的双轴机构12的操作，以控制激光的光点位置。
记录/再现激光被物镜11会聚以照射全息记录介质HM。这里，如上所述，在记录 时，基于调制控制器20的控制，强度调制器(SLM 4和偏振分光镜3)通过强度调制生成信 号光和参考光。然后，允许信号光和参考光通过前述路径对全息记录介质HM进行照射。因 此，利用信号光和参考光的干涉带，在记录层L2上形成具有所记录的数据的全息图。换言 之，数据的记录被执行。 另外，在再现时，基于调制控制器20的控制，强度调制器仅生成参考光，并且允许 参考光通过前述路径对全息记录介质HM进行照射。由于参考光的照射，可以获得根据形成 在记录层L2上的全息图的再现图像，作为来自反射层L3的反射光。再现图像被允许通过 物镜ll返回到装置一侧。
如上所述，在部分衍射器件9中，信号光的入射区域被配置为一透射区域。因此， 从全息记录介质HM获得并穿过物镜11 — 1/4波片10的再现图像被允许透过部分衍射器 件9。在透过部分衍射器件9的再现图像被分色镜8反射之后，再现图像通过前述中继透镜 系统(中继透镜7—中继透镜6)被入射到偏振分光镜5。由于来自全息记录介质HM的反 射光通过1/4波片10的功能被转换成s偏振光，因此入射到偏振分光镜5的再现图像被偏 振分光镜5反射以入射到图像传感器13。 图像传感器13是利用例如CCD (电荷耦合器件)传感器、CM0S (互补金属氧化物半 导体)等来构造的，用于从全息记录介质HM接收被引导过来的再现图像并将再现图像转换 成电信号，从而获得图像信号。所获得的图像信号具有在记录时被应用到信号光的0N/0FF 图样(即，"0"和"1"的数据图样)。换言之，由图像传感器13检测出的图像信号成为记录 在全息记录介质HM中的数据的读取信号。 由图像传感器13获得的作为读取信号的图像信号被提供到数据再现单元21。数 据再现单元21执行"0"和"1"的数据识别，如果需要，还以SLM 4的像素为单位对包括在 来自图像传感器13的图像信号中的每个值执行记录调制器等的解调过程，以便再现所记 录的数据。 通过上述配置，实现了利用来自作为光源的第一激光器1的记录/再现光的照射 来记录和再现全息图的操作。 另外，在图1所示的记录和再现装置中，除了前述记录和再现全息图的光学系统 之外，还提供了用于控制全息图的记录和再现位置的光学系统(位置控制光学系统)，包 括第二激光器14、准直透镜15、偏振分光镜16、会聚透镜17和光电检测器(PD) 18。
在该位置控制光学系统中，第二激光器14输出前述波长A约为650nm的红色激 光，作为位置控制激光。从第二激光器14发射的光被通过准直透镜15 —偏振分光镜16入 射到分色镜8。这里，偏振分光镜16也被配置为透射p偏振光并反射s偏振光。
如上所述，分色镜8被配置为有选择地反射记录/再现激光的波长带(在此情况 下，A " 405nm)中的光，从而来自第二激光器14的位置控制激光可以被透射。类似于记 录/再现激光，透过分色镜8的位置控制激光被允许通过部分衍射器件9 — 1/4波片10 — 物镜11来照射全息记录介质HM。 另外，如为了更好地理解所描述的，分色镜8是这样布置的使得位置控制激光和 记录/再现激光被组合在同一光轴上并允许组合光通过公共的物镜11照射全息记录介质 HM。换言之，因此，位置控制激光的光斑和记录/再现激光的光斑被设置成在向内方向上形 成在记录表面的同一位置上，以使得通过执行随后将描述的基于位置控制激光的位置控制 操作，将全息图记录和再现位置控制在轨道上的一个位置上。 另外，在此情况下，记录/再现激光与位置控制激光之间的波长差约为250nm。由 于提供了足够的波长差，因此位置控制激光对全息记录介质HM的记录层L2的敏感性几乎 为零。 由于位置控制激光的照射，可以根据记录在反射层L5上的信息从全息记录介质 HM获得反射光。反射光(即，表示位置控制信息的光)被通过物镜11 — 1/4波片10 —部 分衍射器件9 —分色镜8入射到偏振分光镜16。偏振分光镜16被允许反射通过分色镜8 入射的位置控制激光的反射光(由全息记录介质HM反射的位置控制激光通过1/4波片10
19的功能被转换成s偏振光)。由偏振分光镜16反射的位置控制激光的反射光通过会聚透镜 17被会聚在光电检测器18的检测平面上以便照射。 光电检测器18包括多个光接收器件，用于接收通过会聚透镜17照射的来自全息 记录介质HM的表示位置控制信息的光，并且获得与接收光的结果相对应的电信号。换言 之，因此，表示形成在基底L6上(在反射层L5上)的凹凸截面形状的反射光信息(反射光 信号)被检测。 位置控制器19被提供，作为用于基于光电检测器18所获得的前述反射光信息来 对全息记录和再现位置执行各种位置控制的配置，所述位置控制例如是聚焦伺服控制、跟 踪伺服控制、预定地址访问控制。 位置控制器19被配置为包括矩阵电路、计算电路和驱动控制器，所述矩阵电路执 行矩阵计算，以生成针对形成在反射层L5上的坑列的再现信号(RF信号)或用于位置控制 所需的各种信号(例如跟踪误差信号或聚焦误差信号)，所述计算电路用于执行伺服计算 等等，所述驱动控制器用于控制所需元件(例如双轴机构12)的驱动。
虽然未示出，但是在图1所示的记录和再现装置中，提供了地址检测电路或时钟 生成电路，所述地址检测电路基于再现信号检测地址信息，所述时钟生成电路基于再现信 号生成时钟。另外，例如，提供了在跟踪方向上可移动地支撑全息记录介质HM的滑动驱动 器。 位置控制器19基于地址信息或跟踪误差信号控制双轴机构12或滑动驱动器，从 而执行位置控制激光的光斑的位置控制。通过光斑的位置控制，记录/再现激光的光斑的 位置可以被移动到所需地址或者允许跟踪沿轨道的位置(跟踪伺服控制)。换言之，因此， 全息记录和再现位置的控制被执行。 另外，位置控制器19还执行聚焦伺服控制，该聚焦伺服控制用于允许基于聚焦误
差信号、通过利用双轴机构12控制在聚焦方向上驱动物镜11的操作，来在反射层L5上跟
踪位置控制激光的聚焦位置。因此，被允许通过物镜11进行照射的记录/再现激光的聚焦
位置可以被保持在预定位置上。 1-2.由倾斜所导致的彗差的抑制 1-2-1.抑制彗差的详细方法 如参考图37A和37B所描述的，在一般的光盘系统中，会发生由于发生倾斜所导致 的彗差。尤其，在采用同轴型的全息记录和再现系统中，如参考图38的(a)到(f)所描述 的，根据记录和再现的原理，由于倾斜所导致的彗差的发生而引起的再现信号的恶化比当 前光盘系统的情况要大得多。换言之，与现有技术的光盘系统相比，采用同轴型的全息记录 和再现系统具有倾斜容限非常窄的问题。 这里，如果作为被允许照射记录介质的激光的输出级的物镜的数值孔径被记作 NA，并且如果从记录介质的表面到激光的聚焦位置的间隔距离被记作t，则彗差的发生量W 被表示为W ^ NA3 t。 换言之，彗差的发生量W可以通过允许物镜的NA很小或者通过允许从记录介质的 表面到聚焦位置的间隔距离t很小来抑制。 在本实施例中，通过考虑记录和再现全息图的原理，采用了通过允许t值很小来 抑制由倾斜所导致的彗差的发生量W的方法。
这里，如前参考图34所述，在现有技术中，记录/再现光的聚焦位置被定位在布置 在全息记录层上的反射层的反射平面(反射层L3的上层侧表面，即，记录层L2的下层侧表 面)上。换言之，由于t值是从全息记录介质HM的表面到反射层L3的反射平面的距离，因 此t值成为相对较大的值，这里t值包括覆盖层Ll的厚度和记录层L2的厚度。因此，在现 有技术的全息记录和再现系统中，由倾斜所导致的彗差的发生量W倾向于相对较大，从而 倾斜容限大大变窄。 通过考虑到这一点，在本实施例中，t值被设置为小于现有技术的情况。换言之，t 值被设置为小于现有技术的情况下"从全息记录介质HM的表面到反射层L3的反射平面的 距离"。更具体而言，通过将记录/再现激光的聚焦位置移动到全息记录介质HM的表面附 近，t值被设置得比现有技术的情况小得多。 图5作为示出根据本实施例设置的记录/再现激光的聚焦位置的图，示出了全息 记录介质HM的截面结构以及被允许照射全息记录介质HM的位置控制激光(图中的细实 线)和记录/再现激光(图中的粗实线)。另外，图5还用粗虚线示出了在现有技术的情况 下的记录/再现激光，作为比较。 如图5所示，在本实施例中，记录/再现激光的聚焦位置被设置在覆盖层Ll和记 录层L2的界面上。换言之，记录层L2的上层侧表面被设置为聚焦位置。
在此情况下，距离t的值可以被减小与记录层L2的厚度相对应的距离，在图中被 记作"D"。这里，在本实施例中，如果与现有技术的情况相类似地，覆盖层L1的厚度被设置 为0. lmm，并且如果记录层L2的厚度被设置为0. 6mm，则与在现有技术的情况(聚焦位置被 设置在反射层L3的反射平面上)下t = 0. 7mm相比，距离t的值可以减小到t = 0. lmm。
另外，图6示出在使用具有图3所示结构的全息记录介质的情况下聚焦位置的示 例。 除了图3所示的全息记录介质的截面结构之外，图6示出位置控制激光(细实线) 和记录/再现激光(粗实线)，以及在现有技术的记录再现系统的情况下的记录/再现激光 (粗虚线)。 在此情况下，在现有技术情况下的记录/再现激光的聚焦位置还被设置在反射层 L3的反射平面上。但是，在本实施例中，记录/再现激光的聚焦位置被设置为定位在记录 层L2的上层侧表面。因此，在此情况下，t值也可以被减小与记录层L2的厚度相对应的值 (图中的"D")。 以这种方式，通过与现有技术的情况相比进一步向记录介质的表面移动记录/再 现激光的聚焦位置，t值被设置得很小，从而由倾斜所导致的彗差的发生量W可以被有效地 抑制。结果，与现有技术的情况相比，可以进一步改善(增大)倾斜容限。
图7示出对物镜11的NA的设置值、距离t和再现倾斜容限之间的关系进行的仿 真的结果。另外，在图7中，全息记录介质HM的折射率n被设置为n二 1.55。另外，在满 足Marcechal标准(A =0.07)时用倾斜角度来表示倾斜容限。另外，虽然倾斜容限将利 用符号+/_来表示，但是为了方面图7的图示，符号+/_被省略。 从图7的仿真结果可以清晰地理解，在同轴型全息记录和再现系统中，NA和t也 大大影响倾斜容限(彗差的发生量W)。另外，如图7所示，可以理解，倾斜容限在NA值很大 并且t值很小时被增大(就是说，彗差的发生量W被抑制)。相反，倾斜容限在NA值很小并且t值很大时被减小(就是说，彗差的发生量W增大)。 另外，如参考图38所描述的，在现有技术的全息记录和再现系统中，NA = 0. 85并 且t = 0. 7mm。根据图7，在此情况下，倾斜容限为+/-0. 016° 。但是，在本实施例中，t = 0. 1咖，倾斜容限变为+/-0. 113° 。因此，根据图7的仿真结果，可以理解，本实施例的倾斜 容限是现有技术的倾斜容限的七倍。 这里，从图7所示的仿真结果或者前述关系等式"W a na3 ""可以清晰地理解，为 了抑制彗差的发生量W，可以考虑允许物镜ll的NA很小的方法。但是，在NA被设置得很小 的情况下，需要牺牲信息记录/再现密度。如果像本实施例的示例一样采用通过调整聚焦 位置而允许t值很小的方法，则可以在不损害信息记录/再现密度的同时提高倾斜容限。
另外，最重要的点在于移动聚焦位置的方法没有被现有技术的光盘系统所采用。 换言之，例如，在诸如DVD(数字多功能盘)或BD(蓝光光盘，注册商标)之类现有技术的光 盘系统中，如果移动记录/再现光的聚焦位置，则可能无法适当地执行数据记录/再现。但 是，在全息记录和再现系统中，由于记录和再现的原理，虽然记录/再现光的聚焦位置被移 动，但是可以适当地在记录层上记录全息图，并且可以适当地再现所记录的全息图。换言 之，在本发明中，通过考虑全息记录和再现系统所特有的记录和再现原理，采用了通过移动 聚焦位置来抑制彗差的方法。
1-2-2.移动聚焦位置的详细描述 由于前述移动记录/再现激光的聚焦位置，与现有技术的情况相比，可以进一步 增大物镜和全息记录介质之间的间隔距离。 图8A和8B是示出根据记录/再现光的聚焦位置的改变而设置物镜和全息记录介 质之间的间隔距离的示例的图。在图8A和8B中，图8A示出在使用物镜102的现有技术的 情况下的示例，图8B示出使用物镜11的本实施例的示例。 在每张图中，只有在现有技术情况下的物镜102、在本实施例的示例中的物镜11、 被允许通过物镜照射全息记录介质的记录/再现激光的光线，以及全息记录介质的覆盖层 Ll、记录层L2和反射层L3被提取出并示出。 如图8A所示，在现有技术的情况下，物镜102被配置为从光源侧开始依次包括透 镜LZ 1、透镜LZ 2、透镜LZ 3和透镜LZ 4。在此情况下，具有最大曲率的透镜LZ 4的厚度 (图中的LT)被设置为LT = 4. 20mm。在现有技术的记录和再现装置中，通过使用物镜102， 从物镜102的发射表面到全息记录介质(表面)的间隔距离Dst被设置为Dst = 1. 125mm， 如图所示，从而记录/再现激光的聚焦位置位于反射层L3上。 另一方面，在图8B中，在本实施例中，与现有技术情况下的物镜102相类似地，物
镜11被配置为从光源侧开始依次包括透镜LZ 1、透镜LZ 2和透镜LZ 3。但是，作为与物
镜102的透镜LZ 4相对应的具有最大曲率的透镜，透镜LZ 5被使用，其厚度LT为4. 18mm，
与透镜LZ 4的厚度LT = 4. 20mm相比，透镜LZ 5的厚度减小了 0. 02mm。 在本实施例的示例中，厚度LT被配置得很小，以便抑制由于聚焦位置的移动所导
致的球面像差。 另外，在本实施例中，从物镜11的发射表面到全息记录介质HM的距离Dst被设 置为Dst = 1.50mm，如图所示，与现有技术情况下的距离Dst = 1. 125mm相比增大了大约 0. 375mm。
由于前述物镜11的配置以及对从物镜的发射表面到全息记录介质的间隔距离 Dst的设置，在现有技术的情况下被设置在反射层L3上的记录/再现激光的聚焦位置可以 被移动到记录层L2的上层侧表面(覆盖层LI和记录层L2的界面)。更具体而言，与现有 技术的情况相比，记录/再现激光的聚焦位置可以向上层侧移动0. 6mm。
这里，间隔距离Dst的调整可以例如通过调整旋转地支撑全息记录介质的主轴马 达的介质支撑元件的安装位置来实现。在根据本实施例的记录和再现装置中，与现有技术 的情况相比，介质支撑元件的安装位置向远离物镜的一侧偏移。因此，记录/再现光的聚焦 位置被设置到在记录层L2的下层侧表面之上的上层侧的位置上。 另外，根据本实施例中调整间隔距离Dst的方法，记录/再现激光的聚焦位置被移 动，并且位置控制激光的聚焦位置也被移动。如参考图5所述，在本实施例的情况下，类似 于现有技术的情况，有必要将位置控制激光的聚焦位置设置在反射层L5(图3中的反射层 L7)上。换言之，在如本实施例的示例一样将记录/再现激光的聚焦位置设置在记录层L2 的上层侧表面上的情况下，有必要将位置控制激光的聚焦位置与记录/再现激光的聚焦位 置之间的间隔距离设置为"记录层L2的上层侧表面与反射层L5(L7)的反射平面之间"的 距离。 通过考虑到这一点，在本实施例中，光学系统被配置为通过在位置控制激光入射 到物镜11时改变准直而被调整(例如，调整准直透镜15的位置)，从而使得位置控制激光 的聚焦位置和记录/再现激光的聚焦位置之间的间隔距离被设置为"记录层L2的上层侧表 面和反射层L5(L7)的反射平面之间"的距离。 另外，作为移动记录/再现光的聚焦位置的方法，包括前述示例性方法在内的各 种方法都可以考虑。例如，可以通过改变物镜(102)的设计来实现一方法。在本发明中，移 动记录/再现光的聚焦位置的详细方法并不局限于特定的一个，而是可以采用适合于实际 实施例的最优方法。 1-2-3.由于移动聚焦位置而引起光行为的改变 这里，如上所述，在从反射层L3的反射平面移动记录/再现光的聚焦位置的情况
下，光行为不同于现有技术的情况。 所记录的全息图的改变 由于聚焦位置的移动，记录在记录层L2上的全息图的形状不同于现有技术的情
况。这要参考图9到图12来描述。 这里，在图9到图12中描述了相同的配置。 在图9到图12中的每一张图中，只有物镜11 (在图9的情况下是物镜102)、覆盖 层Ll、记录层L2和全息记录介质HM的反射层L3的反射平面被提取并示出，并且被允许照 射全息记录介质HM的记录光和再现光的光线的行为也被示出。 从图1的描述可以清晰地理解，虽然从反射层L3的反射平面反射的光(后向路径 光)实际上返回到前向路径光入射的一侧，但是，为了便于图9到图12的图示，在与前向路 径光入射的一侧相对的另一侧以折叠的方式也示出后向路径光以及记录层L2、覆盖层Ll 和物镜11或102，其中以反射平面为边界。 另外，在图9到12中，平面SR指示由中继透镜系统(6，7)形成的SLM 4的真实图 像平面(物镜的物体平面)。另外，在图中，平面Sob指示物镜ll(在图9中是物镜102)的光瞳平面。 另外，在图9到12中，针对信号光，只有与信号光区域A2中的像素之中的三个像 素相对应的光线被提取和示出，与这三个像素相对应的光线是与光轴上的一个中间像素相 对应的光线以及与其他两个像素相对应的光线的和。另外，针对参考光，只有与位于参考光 区域A1中的最外侧边沿部分的两个像素相对应的光线被提取和示出。 首先，参考图9来描述在现有技术的情况下由记录再现系统形成在全息记录介质 100(HM)上的全息图的形状。 在现有技术的情况下，记录/再现光的聚焦位置被设置在反射平面上。因此，另 外，在现有技术的记录和再现装置中，物镜102的焦距f变为从物镜的光瞳平面Sob到反射 平面的距离。 在此情况下，如图所示，信号光的光线和参考光的光线被会聚在反射平面上的一 点。在此情况下，在信号光和参考光的光线(像素的光线)被会聚到真实图像平面SR之 后，光线以扩散光状态入射到物镜102。然后，入射到物镜102的光线以平行光的状态被会 聚在全息记录介质100的反射平面上的一点。 在现有技术的情况下，记录/再现光的聚焦位置被设置在反射平面上，后向路径 光和前向路径光的路径长度彼此相等，从而如图所示，前向路径光和后向路径光的光线相 对于作为中轴的反射平面相互对称。因此，在记录层L2上形成的全息图也被形成为具有相 对于作为中心轴的反射平面对称的形状，从而其被图中的框所围绕。 另外，如为了更好地理解所描述的，全息图是通过信号光和参考光的干涉而生成 的。因此，全息图被形成在记录层L2中信号光参考光的重叠部分中。在同轴类型中，由于 允许信号光和参考光照射记录介质以使其光通量收敛到一点(在此情况下是反射平面)， 因此在此情况下形成的全息图的形状变为图中所示的沙漏形状。 另外，在图9中，在本实施例中，由于返回到前向路径光一侧的反射光在相反一侧 是以折叠方式示出的，因此用前述沙漏形状示出全息图的形状。但是，实际上，图中右半部 分的全息图(梯形形状)被形成为与图中左半部分的全息图相重叠。 图10示出在记录/再现光的聚焦位置被设置在记录层L2的上层侧表面上的实施 例的情况下，被允许照射全息记录介质HM的信号光和参考光的光线以及后向路径光的光 线的行为。 首先，在聚焦位置被设置在记录层L2的上层侧表面上的情况下，物镜11的焦距f 变为从光瞳平面Sob到记录层L2的上层侧表面的距离。 然后，在图中所示的情况下，作为会聚之后的扩散光，信号光和参考光被允许照射 记录层L2。因此，在此情况下，在记录层L2上形成的全息图的形状变为图11中的框所示的 形状。 图12示出所记录的全息图的再现行为。从前面的描述可以理解，通过允许参考光 照射形成在记录层L2上的全息图，与所记录的信号光相对应的再现光(再现图像)被输 出。图12示出在再现时被允许照射的参考光的光线(前向路径)、根据参考光的照射的再 现光、以及从反射平面反射的参考光(反射参考光后向路径参考光)。另外，图中还示出 被允许在记录时进行照射的信号光的光线的轨迹。
后向路径光的光线位置的改变
这里，通过比较图9、10到12可以清晰地看出，在允许将聚焦位置从反射平面移动
的实施例的情况下，前向路径光和后向路径光的光线位置之间存在差异。 参考图13到15来检查在现有技术的情况下以及本实施例的情况下完整光学系统
中的光的行为。 另外，在图13到15中，只有与三个像素相对应的信号光的光线以及只有与两个像 素相对应的参考光的光线被代表性地示出。 另外，图13到15仅示出从光学系统的完整配置中提取出的SLM 4、中继透镜6和7 以及物镜(11或102)。另外，在图中，全息记录介质(HM或IOO)也被示出。另外，在图中， 平面Spbs指示偏振分光镜5的反射平面，平面Sdim指示分色镜8的反射平面。
图13示出在现有技术的情况下光的行为。另外，在现有技术的情况下，光线在前 向路径中和后向路径中穿过的位置是相同的，这些配置在一张图中被笼统地示出。
如图所示，从SLM 4的像素发射的光线通过平面Spbs (偏振分光镜5)以扩散光的 状态入射到中继透镜6。在此情况下，从像素发射的光线处于光轴彼此平行的状态中。
入射到中继透镜6的像素的光线被从扩散光转换成平行光，如图所示，并且除了 在激光光轴(完整激光通量的光轴)中的光线之外的光线的光轴朝激光光轴的方向弯曲。 因此，相对于平面SF，光线以平行光的状态会聚到激光的光轴。这里，类似于物镜的焦平面， 平面SF是这样的平面在该平面上，来自像素的光线被会聚到激光的光轴，并且被称为傅 立叶平面(频率平面)。 虽然在傅立叶平面SF上被会聚到激光光轴的光线入射到中继透镜7，但是此时， 从中继透镜6发射的光线(除了包括激光光轴的中心像素的光线)在傅立叶平面SF上与 激光光轴相交。因此，在中继透镜6和中继透镜7中，光线的入射位置和发射位置具有以激 光光轴为中心的轴对称关系。 光线通过如图所示的中继透镜7被转换成会聚光，并且光线的光轴彼此平行。穿 过中继透镜7的光线在平面Sdim(分色镜8)上被反射，并且在如图9所示的真实图象平面 SR的位置上被会聚。在此情况下，由于穿过中继透镜7的光线被认为处于光轴彼此平行的 状态下，因此光线在真实图像平面SR上的会聚位置彼此不同而不是相互重叠。另外，在真 实图像平面SR之后的光行为与参考图9所描述的相同。 这里，在图13中，虽然示出了在平面Spbs上被反射并被引导至图像传感器 13(130)的再现光的光线，但是只有再现光被引导至图像传感器13，如图所示，因为反射的 参考光通过前述部分衍射器件9(和1/4波片10)被抑制。另外，如为了更好地理解所描述 的，部分衍射器件9被布置在真实图像平面SR上或其附近。这种配置是出于以下原因而提 供的。如上所述，由于有必要利用信号光的区域和参考光的区域来有选择地透射/衍射光， 因此如果部分衍射器件9没有被布置在获得与SLM 4相同图像的位置(图像生成平面)上， 则无法适当地获得选择性的透射/衍射功能。 另外，在再现时，可以在与记录时的信号光的光线位置相同的光线位置上获得再 现光。换言之，再现光的光线跟踪与图中的信号光光线相同的位置，以到达平面Spbs，被平 面Spbs所反射并被引导至图像传感器13。在此情况下，从中继透镜6发射到平面Spbs的 再现光的光线处在图中会聚光的状态下并处在光轴彼此平行的状态下；并且，光线被会聚 到图像传感器13的检测表面的不同位置。因此，在图像传感器13的检测表面上，可以获得与真实图像平面SR上相同的图像。 图14示出在记录时前向路径光的行为，作为在本实施例的情况下的光行为。
在此情况下，从SLM 4到物镜11的光的行为与在现有技术的情况下相同。与现有 技术的情况相比不同点如下。如参考图10所描述的，记录/再现光的聚焦位置(即，图中 信号光和参考光的光线通过物镜11的会聚位置)不在反射层L3的反射平面上，而是被移 动到覆盖层Ll和记录层L2的界面。 图15示出在本实施例的情况下，在再现时后向路径光的行为。 另外，在图15中，以折叠方式、以全息记录介质HM的反射平面为边界在相对侧示
出两个前向路径光，这两个前向路径光是参考光和信号光(无色光线)，其中参考光作为允
许在再现时通过物镜11照射全息记录介质HM的前向路径光，信号光在记录时被允许进行照射。 如图IO到12所示，在聚焦位置从反射平面移动到上层侧的实施例的情况下，光线 (排除掉包括激光的光轴的中心像素的光线)到物镜11的光瞳平面Sob的入射位置对于前 向路径光和后向路径光是不同的。更具体而言，后向路径光的入射位置相对于前向路径光 的入射位置被移动到外侧。因此，在本实施例的情况下，如图15所示的后向路径光和如图 14所示地前向路径光的光线的位置彼此不一致。 另外，由于前向路径光和后向路径光到物镜11的光瞳平面Sob的入射位置彼此不 同，因此到中继透镜7的光瞳平面或中继透镜6的光瞳平面的光线的入射位置对于前向路 径光和后向路径光也是不同的。因此，甚至在由中继透镜系统(由中继透镜6和7构成) 形成的光线的会聚平面上，对于前向路径光和后向路径光的位置也是不同的。
更具体而言，如上所述，如果后向路径光的光线到光瞳平面Sob的入射位置向外 侧移动，光线到中继透镜7的光瞳平面的入射位置则相对于前向路径光的入射位置向内侧 移动，从而后向路径光的会聚平面(称之为后向路径共轭平面SC)被移动到中继透镜7不 同于会聚平面(即傅立叶平面SF)的一侧上的位置。 但是，应该注意，光线在真实图像平面SR(和图像传感器13的检测平面)上的会 聚位置在图13和14的情况下是相同的。换言之，由于光线在真实图像平面SR上的会聚位 置彼此一致，因此在再现时，类似于现有技术的情况，可以由图像传感器13适当地检测再 现图像。 这里，将参考图16来描述前向路径光和后向路径光的光线在真实图像平面SR上 的位置彼此一致的原因。 另外，类似于图10到12，在图16中，只有真实图像平面SR、物镜11的光瞳平面 Sob、覆盖层Ll、记录层L2和全息记录介质HM的反射层L3的反射平面被提取和示出，并且 还示出在再现时从全息记录介质HM输出的再现光的光线。针对再现光的光线，三条光线被 代表性地示出，它们是中心像素的光线和位于最外侧边沿部分的两个像素的两条光线。另 外，在图16中，作为被允许在记录时进行照射的前向路径光的信号光的光线(图中的无色 光线，只有对应于三个像素的三条光线，这三个像素包括中心像素和两个最外侧边沿像素) 被示出，并且类似于图10到12，以折叠方式、以反射平面为边界、在相对一侧示出后向路径 光(在此情况下，再现光)以及覆盖层Ll和记录层L2。 这里，针对被允许在记录时进行照射的信号光的光线，位于图中最上部分的光线被记作a，并且位于图中最下部分的光线被记作b。另外，针对再现光的光线，位于最上部分 的光线被记作B，并且位于最下部分的光线被记作A。 另外，在真实图像平面SR上，信号光的光线的会聚位置(聚焦位置)被记作Pa，并 且光线b的会聚位置被记作Pb。类似地，在真实图像平面SR上，再现光的光线A的会聚位 置被记作PA，并且光线B的会聚位置被记作PB。 在图16中，图中的光线A'表示以非折叠的方式示出再现光的光线A。这里，光线
A是与光线a平行的光线。另外，在同轴类型中，光线a和光线b被允许以同样的入射角度、
以光轴为边界照射全息记录介质HM。因此，光线A'成为与光线b平行的光线。 这里，由于物镜(凸透镜)的属性，如果两条平行光线穿过物镜ll，则在间隔焦距
f的聚平面(这里，真实图像平面SR)上，两条光线的会聚位置彼此一致。换言之，因此，光
线b在真实图像平面SR上的会聚位置Pb和光线A在真实图像平面SR上的会聚位置PA彼
此一致。 另外，光线a和光线B也满足这种关系，因此，光线a在真实图像平面SR上的会聚 位置Pa和光线B在真实图像平面SR上的会聚位置PB也彼此一致。 根据该原理，即使在记录/再现光的聚焦位置被从反射平面移开的情况下，后向 路径光的光线的会聚位置和前向路径光的光线的会聚位置也能在真实图像平面SR上彼此一致。 下面再次参考图15进行描述。 后向路径光的光线的会聚位置和前向路径光的光线的会聚位置在真实图像平面 SR上彼此一致的状态表明光线在真实图像平面SR上的会聚位置与现有技术的情况是相 同的。 因此，在再现时在真实图像平面SR上获得的再现图像与现有技术的情况(S卩，聚 焦位置被设置在反射平面上的情况)是相同的，从而图像传感器13能够适当地检测再现 光，如同现有技术的情况一样。换言之，不存在由于前向路径光和后向路径光的光线位置根 据聚焦位置的移动而不一致所导致的再现图像不规则或清晰度不足的问题，并且可以适当 地执行数据再现。 另外，从前面的描述可以理解，即使在采用移动聚焦位置的方法的情况下，作为用 于将记录/再现光引导至全息记录介质HM并且将从全息记录介质HM获得的再现光引导至 图像传感器13的光学系统的配置，除了物镜11之外，无需改变现有技术情况下的配置。
1-3.仿真结果 图17示出在执行根据本实施例的聚焦位置的移动的情况下，对于倾斜容限、衍射 效率和SNR(信噪比)的仿真结果。 在图17中，除了在执行根据本实施例的聚焦位置的移动的情况下，对于倾斜容 限、衍射效率和SNR(信噪比)的仿真结果之外，还示出了在现有技术的方法(其中聚焦位 置被设置在反射平面上)中，对于同样项目的仿真结果，作为对比。 这里，在图17中，针对根据本实施例的方法，两种情况的结果被示出，一种情况是 记录层的厚度被设置为600 m，另一情况是厚度被设置为其一半，即300 m。
在仿真中，对于物镜的NA和记录/再现光的波长A的详细设置条件如下
NA = 0. 85
入=0. 405 um， 在现有技术情况下的设置条件与本实施例相同。 在现有技术的情况下，覆盖层Ll的厚度为0. lmm，记录层L2的厚度为0. 6mm，从而 t = 0. 7mm。但是，在本实施例的情况下，覆盖层Ll的厚度为0. lmm，但是聚焦位置位于覆盖 层Ll和记录层L2的界面，因此t = 0. lmm。 首先，现有技术情况下的倾斜容限为"+/-0. 016° "，但是在本实施例中，无论在记 录层1^2的厚度为60011111还是30011111的情况下，倾斜容限都为"+/-0.68° "。因此，与现有 技术的情况相比，容限被提高了大约40倍。 另外，如果现有技术情况下的衍射效率被设置为"l"，则记录层L2的厚度被设置 为600 ii m的情况下的衍射效率为"1/3"，并且记录层L2的厚度被设置为300 y m的情况下 的衍射效率为"l/4"。 这里，与现有技术的情况相比，根据本实施例的衍射效率恶化的趋势是由于所形 成的全息图彼此不同这一事实所导致的，如图9和ll所比较的。例如，参考图9可以理解， 在现有技术的情况下，其中信号光和参考光彼此重叠的记录层L2的区域被设置得相对较 大。在本实施例的情况下，如图10和ll所示，例如，其中信号光和参考光彼此重叠的区域 被设置得相对较小。尤其是，对于反射平面之后的后向路径部分，由于信号光和参考光在很 小的部分中彼此重叠，因此衍射效率恶化。 另外，衍射效率随记录层L2的厚度减小而恶化是由于全息图的厚度也随记录层 L2的厚度减小而减小这一事实所导致的。 但是，关于SNR的比较，其在本实施例中的性能与在现有技术情况下的性能相同 或更好。更具体而言，在现有技术的情况下SNR为"6"，但是在本实施例的情况下，当记录层 L2的厚度被设置为600 ii m时，SNR为"7"。另外，即使在记录层L2的厚度被设置为300 y m 时，SNR也为"6"，因此SNR的值等于现有技术的情况。 这里，在现有技术的情况下，如图9所示，信号光和参考光的光通量会聚在反射平 面上。然后，会聚在反射平面上的光通量被允许返回到与前向路径一样的光线区域。换言 之，在现有技术的情况下，在前向路径和后向路径上，在记录层L2上形成相同的全息图，在 该实施例中，在从0到600 ii m的范围内，全息图的深度彼此相等。 另一方面，在本实施例的情况下，聚焦位置位于记录层L2的上层侧表面，参考图 10等可以理解，信号光和参考光的光通量通过前向路径一后向路径在记录层L2中继续扩 展。换言之，因此，全息图的深度与现有技术的情况相比(比较图9和11)可能增大。更具 体而言，在记录层L2的厚度被设置为600 ii m的情况下，可以记录深度从0到1200 y m的全 息图。另外，在记录层L2的厚度被设置为300 ii m的情况下，可以记录深度从0到600 y m 的全息图。 在此情况下，在形成在记录层上的全息图中，在与聚焦位置间隔开的部分中包含 高波带信息(hegh band information)。因此，如果就记录层L2的厚度为600 y m的相同条 件进行比较，则在可以形成更深全息图(即，可以形成与聚焦位置相隔更远的全息图)的实 施例的情况下，可以记录更高波带的信息。另外，在记录层L2的厚度被设置为300 ii m的情 况下，可以记录与现有技术的情况相同的高波带信息。由于记录了更高波带的信息，因为可 以形成更清晰的再现图像。
因此，如果记录层的厚度条件相同，那么与现有技术的情况相比，本实施例的情况 的SNR可以进一步提高，并且即使记录层的厚度减半，SNR也可以等于现有技术的情况。
1-4.统计结果 如前所述，根据第一实施例，由于t值(t被定义为"从记录介质的表面到记录/再 现光的聚焦位置的距离")被配置为小于现有技术的情况，因此记录/再现光的聚焦位置被 移动，从而由倾斜所导致的彗差的发生量W可以被抑制。换言之，结果，可以提高倾斜容限。
另外，在本实施例中，由于由倾斜所导致的彗差的发生量W被抑制并且由于没有 采用允许NA值很小的方法，因此可以在不牺牲信息的记录/再现密度的情况下提高倾斜容 限。 另外，在本实施例中，虽然记录/再现光的聚焦位置被设置在覆盖层Ll和记录层 L2的界面(记录层L2的上层侧表面)上，，但是可以在记录层L2上形成光强度很强的部分 (其中信号光和参考光的光通量是最窄的)，从而在衍射效率方面存在优势。
另外，根据图17所示的前述仿真结果，在根据本实施例记录层L2的厚度被设置为 300 ii m的情况下，SNR具有与现有技术的情况相同的值。换言之，即使在记录层L2的厚度 被设置得比现有技术的情况更小的情况下(在本实施例中，厚度被设置为一半)，根据本实 施例，也可以通过移动聚焦位置来抑制再现性能的恶化。 可以理解，根据本实施例的方法，记录层L2的厚度可以小于现有技术的情况(根 据仿真结果，厚度可以被减小一半)。由于可以减小记录层L2的厚度，因此可以根据厚度的 减小而减小全息记录介质HM的生产成本。
2.第二实施例 现在，将描述第二实施例。在第二实施例中，与包括在现有技术的记录和再现装置 中的孔径104相对应的配置被添加到根据图1所示的第一实施例的记录和再现装置。更具 体而言，还提供了用于在记录时实现用于获得高记录密度的全息图大小减小功能和在再现 时实现散射光混合检测抑制功能的配置。 另外，如为了理解而描述的，用于利用孔径104获得高记录密度的全息图大小压 縮功能指的是如下功能通过限制相对于傅立叶平面SF的透射光区域来减小聚焦平面上 的光点大小，从而减小全息图的大小。换言之，通过全息图大小减小功能，可以提高全息图 的记录密度。另外，在再现时的散射光混合检测抑制功能是如下功能抑制由图像传感器 13检测的散射光分量，以便解决在再现时与再现光一起从全息记录介质HM发生的散射光 分量被引导至图像传感器13从而被检测为噪声分量的问题。换言之，在现有技术的配置 中，由于孔径104，穿过傅立叶平面SF的后向路径光可能只有在激光光轴附件的光(其大多 是再现光的分量)。换言之，因此，从全息记录介质HM生成并被图像传感器13检测的散射 光分量可以通过孔径104被大大抑制。 这里，在现有技术的记录和再现装置中，如图13所示，由于前向路径光和后向路 径光是在相同的光线位置上获得的，因此在前向路径和后向路径上，通过中继透镜6和7的 中继透镜系统所形成的傅立叶平面SF和后向路径共轭平面SC被形成在相同位置上，并且 孔径104仅仅被插入在公共位置上(或该位置附近)，从而可以在记录时实现全息图大小压 縮功能并在再现时实现散射光混合检测抑制功能。 但是，在从反射平面移动聚焦位置的本实施例的情况下，如比较图14和15所示，由于前向路径光和后向路径光的光线位置彼此不完全一致，因此傅立叶平面SF和后向路 径共轭平面SC没有被形成在同样位置上。在此情况下，例如，假设孔径104像现有技术的 情况一样被插入到傅立叶平面SF。在此情况下，在记录时，由于像现有技术的情况一样，在 被允许照射全息记录介质HM的信号光和参考光之中，除了激光光轴附近之外的其他部分 的光被阻挡，因此可以提高记录密度。但是，在再现时，由于再现光被孔径104阻挡(参考 图15中再现光和傅立叶平面SF之间的关系)，因此可能无法适当地执行数据再现。另一方 面，如果孔径104被插入到后向路径共轭平面SC，则在记录时信号光和参考光被阻挡，从而 可能无法适当地执行数据记录。另外，在再现时，由于参考光也被阻挡，因此可能无法适当 地执行数据再现。从描述可以理解，在采用如本实施例一样移动聚焦位置的方法的情况下， 如果使用像现有技术的情况一样仅仅插入孔径104的配置，则可能法适当地执行记录和再 现。 考虑上述问题，在第二实施例中，即使在为了提高倾斜容限而采用从反射平面移 动聚焦位置的方法的情况下，也提出一种如下方法该方法能够在记录时实现用于获得高 记录密度的波带(band)限制功能，并且在再现时实现散射光混合检测抑制功能，这些功能 在现有技术中由孔径104来实现。 图18示出根据第二实施例的记录和再现装置(光照射装置)的内部配置。另外， 在图18中，与以上描述相同的元件被标记相同的标号并且省略其描述。对比上述图l可以 理解，在图18所示的根据第二实施例的记录和再现装置中，孔径30、驱动器31、控制器32 和部分衍射器件33被添加到根据第一实施例的记录和再现装置中。 孔径30是利用部分光阻器件(部分光透器件)来构造的，在其中心部分的预定区 域中形成有空洞部分(光透射孔)。孔径30被支撑以使得该孔径能够通过驱动器31被插 入到光路中。驱动器31被配置为包括驱动力生成器(例如马达等)以及驱动机构单元，所 述驱动力生成器生成用于将孔径30插入到光路中并从光路中取出的驱动力，所述驱动机 构单元将由驱动力生成器生成的驱动力发射到孔径30。驱动器31在控制器32的控制下被 驱动，以将孔径30插入到光路中并从光路中取出孔径30。 更具体而言，如图19A和19B所示，驱动器31被驱动，以在记录时将孔径30插入到 光路中，并在再现时将孔径30从光路中取出。在此情况下，例如，驱动器31的安装位置被 调整，从而使得孔径30在记录时的插入位置(在与激光的光轴平行的方向上的插入位置) 在傅立叶平面SF(或其附近的位置)上。然后，控制器32控制驱动器31中对孔径30的驱 动方向或驱动量，从而使得可以实现在记录时和再现时对孔径30的插入操作和取出操作。 更具体而言，控制器32控制孔径30的驱动方向或驱动量，从而使得可以获得如下状态在 记录时，孔径30的中心与激光的光轴彼此一致。另外，在再现时，通过控制孔径30在与记 录时的驱动方向相反的方向上被驱动预定量，从而可以获得从光路中取出孔径30的状态。
如图19A所示，如果在记录时将孔径30插入到傅立叶平面SF(或其附近的位置) 中，则与现有技术的情况一样，可以减小所记录的全息图的大小(底部表面的大小)，从而 可以实现高记录密度。另外，在此情况下，在再现时，如图19B所示，由于从光路中取出了孔 径30，因此防止了前述在再现时对再现光的阻挡，从而可以适当地执行数据再现。
以这种方式，孔径30、驱动器31和控制器32的配置被添加，从而可以适当地执行 数据再现，并且在记录时由于全息图大小的减小而可以实现高记录密度。
另外，在根据第二实施例的记录和再现装置中，利用图18所示的部分衍射器件33 来执行在再现时的散射光混合检测抑制功能。类似于前述部分衍射器件9，部分衍射器件 33是部分地形成有偏振选择性衍射器件的器件。更具体而言，如图20所示，在部分衍射器 件33中，包括其中心的预定区域是常规透射区域33b，而其他区域是选择性衍射区域33a。 选择性衍射区域33a是利用偏振选择性衍射器件来构造的。另外，常规透射区域33b例如 利用空洞部分等来构造，作为无论入射光的偏振状态如何光都能透射的区域。在选择性衍 射区域33a中形成的偏振选择性衍射器件也被配置为透射p偏振光并衍射(抑制)s偏振 光。 在根据第二实施例的记录和再现装置中，部分衍射器件33被同定地插入到后向 路径共轭平面SC(或其附近的位置)中。在此情况下，在与激光光轴垂直的平面中设置插 入位置，以使得部分衍射器件33的中心与激光光轴相一致。 这里，"后向路径共轭平面SC"是由"与后向路径中的焦平面相共轭的位置"所限 定的平面。这可以参考如下图21来描述。图21示出全息记录介质HM(只有覆盖层L1和 记录层L2被提取出)、物镜11、部分衍射器件9、1/4波片10和部分衍射器件33(这些组件 是从图18的配置中提取出的)，并且还示出在再现时参考光和再现光的每条光线的行为。 另外，在此情况下，类似于上述图9到12，以反射平面作为边界，在相对侧重复地示出前向 路径光(以及覆盖层Ll、记录层L2和物镜11)。 如图所示，从记录/再现光的聚焦平面(物镜11的焦平面)到全息记录介质HM的 反射平面的距离被设置为T。另外，在记录/再现光被会聚到聚焦平面上之后，在光被通过 反射平面再次入射到物镜11之前，光所通过的距离被设置为a，作为从聚焦平面到物镜11 的光瞳平面Sob(物镜ll的中心)的距离。另外，从物镜ll的光瞳平面Sob到后向路径共 轭平面SC的距离被设置为b。另外，在此情况下，物镜11的焦距也是f 。
这里，由于后向路径共轭平面SC与记录/再现光的聚焦平面之间具有共轭关系， 因此如果如上所述定义a、b和f的值，则满足以下等式1所示的透镜公式
[等式1]
11 1 一 + 7 = "7 " 6 / 这里，如果全息记录介质HM的折射率被设置为n，则从图中可以清晰地理解，距离 a被获得如下
[等式2] " = / +—— 通过将等式2代入等式l，可以获得如下等式3 :
[等式3]
1 丄—丄 ~7 通过针对距离b求解等式3，可以获得如下等式4 :
[等式4]
<formula>formula see original document page 32</formula>
因此，距离b的值可以通过如下等式5来获得 [O358][等式5]
<formula>formula see original document page 32</formula> 以这种方式，当物镜11的光瞳平面Sob被选作参考时，根据从全息记录介质HM的 反射平面到聚焦位置之间的距离T(即，在现有技术中的聚焦位置移动量)、全息记录介质 HM的反射率n和焦点距离f之间关系，可以在由等式5所限定的位置上形成后向路径共轭 平面SC。 这里，如图21所示，部分衍射器件33被配置为使得在其中心形成的常规透射区域 33b通常只允许每条光线透过后向路径共轭平面SC上每条光线被会聚的部分。换言之，常 规透射区域33b的大小被设置为等于被会聚到后向路径共轭平面SC上的每条光线所形成 的光点的大小。另外，在部分衍射器件33被布置在后向路径共轭平面SC附近位置的情况 下，常规透射区域33b的大小可以根据与共轭平面SC之间的间隔距离来优化。
图22A和22B是举例说明来自全息记录介质HM的散射光的发生行为的图。另外， 图22A和22B示出物镜11、全息记录介质HM、部分衍射器件9和1/4波片10 (这些组件被 从图18提取出)，并且还示出被允许在再现时进行照射的参考光的光线以及根据参考光的 照射而生成的散射光的行为。类似于上述图21，该图也以反射平面为边界、在相对侧重复地 示出前向路径光。 图22A示出在包括激光光轴的中心部分处的像素的再现光以及在同一方向上行 进的散射光的行为，图22B示出在最外侧边沿部分中的像素的再现光以及在同一方向上行 进的散射光的行为。从图中可以清晰地理解，在再现光的光线区域中生成的散射光不可能 被用于防止检测反射参考光的部分衍射器件9所抑制，从而散射光通过后向路径共轭平面 SC被引导至图像传感器13 (未示出)。
根据前述部分衍射器件33，被引导至图像传感器13的散射光的量可以被有效地 抑制。类似于图l所示的记录和再现装置，在图18所示的记录和再现装置中，穿过1/4波 片10的后向路径光的偏振方向变为s偏振。如上所述，部分衍射器件33的选择性衍射区 域33a是利用偏振选择性衍射器件来构造的，该偏振选择性衍射器件透射p偏振光并抑制s 偏振光。因此，来自全息记录介质HM的大多数散射光(即，除了与再现光重叠的部分之外 的大部分区域)被部分衍射器件33的选择性衍射区域33a所抑制，因此散射光没有被引导 至图像传感器13。结果，由散射光所导致的噪声分量可以被大大抑制。
另外，以这种方式，由于部分衍射器件33的选择性衍射区域33a被配置为有选择 地透射P偏振光，因此部分衍射器件33透射前向路径的所有入射光。因此，在记录时的信 号光和参考光以及在再现时的参考光被允许适当地照射全息记录介质HM，从而可以适当地 执行记录和再现操作。 以这种方式，由于部分衍射器件33，在记录时的信号光和参考光以及在再现时的 参考光被允许适当地照射全息记录介质HM，从而可以适当地执行记录和再现操作；并且被 引导至图像传感器13的散射光的量可以被有效地抑制。 如上所述，在根据第二实施例的记录和再现装置中，通过响应于聚焦位置的移动， 在记录和再现时，向傅立叶平面SF插入和从傅立叶平面SF取出孔径30，可以适当地执行记 录和再现操作，并且由于可以减小全息图的大小，因此可以获得高记录密度。
另外，通过提供部分衍射器件33，其用于在后向路径共轭平面SC上(或在其附 近)仅选择性地抑制除了后向路径光的中心部分之外的其他部分中的光，可以有效地抑制 由散射光所导致的噪声分量，从而提高再现性能。由于噪声分量被抑制，所以第一激光器1 的激光功率被设计得较小。因此，可以由于实现小尺寸的激光器而期望获得减小功耗或减 小装置的生产成本的优势。另外，由于噪声分量被抑制，因此可以提高数据传输速率。
3.第三实施例 第三实施例用于进一步提高容限。这里，在根据第三实施例的记录和再现装置中， 由于框图中所示元件与图1相同，因此省略对它们的描述。
3-1.参考光的最小调制单位的扩展 在根据第三实施例的记录和再现装置中，对于在前述第一实施例中用于生成参考 光的空间光调制(强度调制)，与第一实施例的情况相比，最小调制单位被进一步扩展。换 言之，在第一实施例中，信号光区域A2和参考光区域Al两者都被以像素为单位分配ON/OFF 图样(SLM 4在偏振方向上有90。 /0°改变的图样)，并且空间光调制的最小调制单位被设 置为1X1像素。但是，在第三实施例中，仅针对参考光区域A1，空间光调制的最小调制单位 被扩展到大于1X1像素。
扩展方法的详细示例 图23和24示出最小调制单元扩展的示例。图23示出只允许在径向方向上扩展 最小调制单位的情况示例，图24示出允许在径向方向上和圆周方向上扩展最小调制单位 的情况示例。另外，在图中，SLM 4、参考光区域A1和信号光区域A2被示出，并且在参考光 区域A1和信号光区域A2中的每个中，4X4像素的放大图也被示出。 在前述情况下，在信号光区域A2种，如图23和24所示，空间光调制的最小调制单 位被设置为1X1像素。图23示出如下示例在参考光区域A1中空间光调制的最小调制单位被设置为使得(径向方向像素的数目)X (圆周方向像素的数目)=2X1，作为仅在径向
方向上扩展最小调制单位的示例。另外，如为了更好地理解而描述的，前述"径向方向"和
"圆周方向"指的是在将SLM 4中从信号光区域A2扩展到参考光区域A1的区域(基本上
为圆形区域)看作调制区域的情况下，该调制区域的径向方向和圆周方向。 另外，图24示出如下示例在参考光区域A1中空间光调制的最小调制单位被设置
为使得(径向方向像素的数目)X (圆周方向像素的数目)=2X2，作为在径向方向和圆周
方向上扩展最小调制单位的示例。 另外，可替换地，扩展最小调制单位的方法可以被设置为只有圆周方向。
这里，在仅在径向方向和圆周方向中的一个方向上执行最小调制单位的扩展的情 况下，需要考虑到存在如下区域在该区域中，在SLM 4中的像素布置方向与"径向方向" 或"圆周方向"不一致。换言之，虽然图23仅示出SLM 4中的像素布置方向与"径向方向" 或"圆周方向"相一致的区域的放大图，但是例如，在相对圆周方向上的扩展区域以45°角 行进的位置等处，像素布置方向与"径向方向"或"圆周方向"不一致。在这种部分中，如图 23的放大图所示，虽然在经度方向上彼此相邻的多个像素被设置为最小调制单元，但是不 允许该最小调制单元在径向方向上扩展。另外，对圆周方向而言也是如此。以这种方式，在 SLM 4中的像素布置方向与"径向方向"或"圆周方向"不一致的区域中，例如，通过使用在 倾斜方向上彼此相邻的像素，最小调制单位的扩展方向可以按一种伪方式与"径向方向"或 "圆周方向"相一致。 例如，如图23和24所示，根据第三实施例对参考光的最小调制单位的扩展是通过 利用调制控制器20控制SLM 4的驱动来实现的。换言之，在第三实施例中，分配给参考光 区域A1的0N/0FF图样被设置为预定图样，从而允许在径向方向或圆周方向上或径向方向 和圆周方向两者上扩展最小调制单位。调制控制器20基于预定图样控制驱动SLM 4的参 考光区域A1中的每个像素。因此，响应于该预定的ON/OFF图样，允许在径向方向或圆周方 向上或径向方向和圆周方向两者上扩展参考光区域A1中的空间光调制的最小调制单位。
扩展最小调制单位的功能和效果 现在，将参考图25A和25B到27来描述可以通过扩展空间光调制的最小调制单位 而获得的功能。图25A和25B是示出在允许扩展参考光的最小调制单位的情况下，在完整 光学系统中的光行为的图。在图25A中，类似于图14等，SLM 4、中继透镜6和7、物镜11、 全息记录介质HM(和反射平面)、图像传感器13以及平面Spbs、 SF、 Sbim和SR被示出，并 且信号光的光线和参考光的光线(所有光都是前向路径光)的行为被示出。另外，图25B 示出从SLM 4的一个像素发射的光线的行为的放大图。 如果允许SLM 4中的空间光调制的最小调制单位扩展到超过1 X 1像素，则图25B 所示的发射角9很小。换言之，由于最小调制单位的扩展，从SLM 4发射的每条光线的扩 散很小。这里，如图25B所示，如果空间光调制器(在此情况下，SLM 4)的像素大小被记作
p并且如果到空间光调制器的入射光的波长被记作a，则发射角e被表示为"e = a/p"。 因此，如果允许扩展最小调制单位(换言之，如果P值很大)，则发射角e很小。 结果，由于根据该示例只有参考光的最小调制单位被扩展，如图25A所示，在光学 系统中信号光的光线宽度等于第一实施例的情况，并且参考光的光线宽度小于第一实施例 的情况。
图26是示出在第三实施例的情况下，允许照射全息记录介质HM的信号光和参考 光的每条光线的行为的图，图27是示出响应于信号光和参考光的照射而形成的全息图的 图。另外，类似于图10和11，图26和27示出全息记录介质HM(覆盖层L1、记录层L2和反 射平面)、物镜11、真实图像平面SR和物镜11的光瞳平面。另外，在以下描述中，假设在径 向方向和圆周方向两者上执行参考光的最小调制单位的扩展。 首先，如图26所示，在此情况下，允许参考光的每条光线很细，通过将参考光的每 条光线会聚在聚焦平面上而形成的光点的大小小于通过会聚信号光的每条光线所形成的 光点的大小。另外，如果允许参考光的每条光线很细，则记录层L2中信号光和参考光彼此 重叠的区域也很小(参考图10)。 鉴于这一因素，如图27所示，在此情况下形成的全息图的宽度小于在第一实施例
的情况下的宽度(比较图11)。另外，从记录层L2中信号光和参考光彼此重叠的区域很小
这一配置可以理解，在此情况下全息图的厚度小于在第一实施例情况下的厚度。 由于全息图的厚度很小，因此所谓的Bragg选择性(Bragg' sselectivity)被提
高。Bragg选择性的提高表明倾斜容限的提高。 另外，如果Bragg选择性被提高，则温度容限也被提高。温度容限指的是根据介质 温度改变的容限。这里，例如，如日本未审查专利申请公开No. 2006-349831等所公开的，根 据介质温度改变，会发生记录层L2的容量改变(扩大/縮小)。在此情况下，由于容量改 变主要发生在厚度方向上，因此在作为全息图的干涉带的形成方向上发生根据温度变化的 改变。因此，当在记录时和再现时之间存在介质温度差异的情况下，虽然允许与在记录时相 同的参考光进行照射，但是由于在干涉带的形成方向上和参考光的入射角之间存在相对差 异，因此衍射效率降低，从而可能无法适当地执行再现。 如果Bragg选择性被提高，则允许根据温度改变、在干涉带的形成方向上和参考 光的入射角之间的相对差异的范围被拓宽。因此，根据第三实施例，温度容限被提高。
另夕卜，尤其，通过在圆周方向上扩展参考光的最小调制单位，偏心容限 (eccentricity tolerance)也被提高。这里，在全息记录介质HM具有偏心率的情况下，响 应于介质的旋转而存在全息图的旋转(围绕光轴旋转)。如果允许在圆周方向上扩展参考 光(即，参考光的每个图样)的最小调制单位，则能够根据全息图围绕光轴的旋转跟踪每个 图样的范围被拓宽。因此，偏心容限被提高。 另外，如为了更好地理解而描述的，对于倾斜容限的提高，有必要将最小调制单位
的扩展方向设置在径向方向和圆周方向两个方向上。这是因为，在仅允许在径向方向和圆
周方向中的一个方向上扩展最小调制单位的情况下，仅能够利用参考光的一部分图样来提
高对倾斜的可跟踪性。换言之，在此情况下，由于仅利用一部分(其中扩展图样的方向与发
生倾斜的方向彼此相对应)提高图样的可跟踪性，因此倾斜容像的提高意味着在二维方
向上对最小调制单位的扩展(即，在径向方向和圆周方向两个方向上的扩展)是有效的。在
此情况下，在径向方向和圆周方向上的扩展比率可以彼此相等也可以彼此不同。 另一方面，对于温度容限，基于根据温度改变，与记录时相比在干扰带形成方向上
发生的改变在以光轴为中心的各个方向上是同性的这一关系，容限的提高可以仅仅通过在
径向方向上扩展最小调制单位来实现。 扩展比率的限制
这里，从前面的描述可以理解，当最小调制单位的扩展比率较大时，可以进一步提 高容限。但是，如果扩展比率被设置得太大，则可能无法适当地执行全息图的记录和再现。 这种关系可以参考图28A和28B来描述。 图28A和28B示出从真实图像平面SR通过物镜11的光瞳平面Sob行进到聚焦平 面的光线的行为。图28A示出在SLM 4的像素大小被设置为10 ii mX 10 ii m的情况下光线 的行为，图28B示出在SLM 4的像素大小被设置为100 ii mX 100 y m的情况下光线的行为。
如上所述，来自SLM 4的每条光线的发射角度e被表示为"e = A/P"。因此，在 像素大小被设置得较大的图28B的情况下，光线的扩散比像素大小被设置得较小的图28A 的情况要小，因此，在图28B的情况下，允许在光线被入射到物镜ll(图中的光瞳平面Sob) 时光线的宽度较小。另外，因此，在聚焦平面上，图28B情况下的光线宽度被允许较小。
从关系等式"e = A/P"可以明确，如果代表像素大小的P值被设置得太大，则光 线的扩散几乎消失。例如，如图28B所示，在像素大小被设置得较大(例如100 ii mX 100 y m) 的情况下，入射到物镜11的光变为几乎平行光的状态，因此，行进通过物镜11到达聚焦平 面的光线不会像图28A的情况那样变为平行光，而是会会聚。如图10到12所示，为了获得 适当的记录和再现操作，理想的情况是通过物镜ll会聚的参考光(和信号光)的每条光线 是平行光。因此，在如图28B所示像素大小被设置得太大的情况下，可能无法适当地执行全 息图的记录和再现。 这里，根据仿真发现，如果像素大小P的值达到大约波长A的100倍，则被允许通
过物镜11照射全息记录介质HM的光线可能维持平行光的状态。换言之，如该示例，在波长
被设置为A = 405nm(0. 405 y m)的情况下，像素大小P的值的上限为大约40 y m。例如，如
果SLM 4的一个像素的大小为10.0iimX10.0iim，则扩展比率的上限为大约四倍。 基于这一点，在实际情况下，参考光的最小调制单位的扩展在满足"P小于等于大
约A的100倍"这一条件的范围内被执行。换言之，在第三实施例中，调制控制器20用来
生成参考光的0N/0FF图样被设置为使得上述条件被满足。 3-2.用于抑制DC集中(DC concentration)而移动聚焦位置 如上所述，根据参考光的最小调制单位的扩展，参考光在聚焦平面上的会聚点的
大小可以小于第一实施例的情况。从前面描述可以理解，第三实施例在衍射效率方面比第
一实施例更有优势。 但是，由于会聚点的大小很小，因此在记录时，具有比第一实施例更强的光强度的 信号在聚焦平面附近被记录。这是所谓的DC集中。在发生这种DC集中的情况下，在衍射 效率方面存在优势，但是信噪比倾向于恶化。这是因为，如果如上所述在光强度方面存在很 强的部分，则再现光会在再现图像中形成不清晰部分(噪声)。 从前面描述可以理解，在为了进一步提高容限而采用扩展参考光的最小调制单位
的方法的情况下，衍射效率被提高，但是信噪比恶化。结果，再现性能恶化。 考虑到这一点，在第三实施例中，采用扩展参考光的最小调制单位的方法，同时还
采用如下方法将记录/再现光的聚焦位置移动到上层侧，即，记录层L2的上层侧表面。 图29示出为了抑制由DC集中所导致的信噪比恶化而移动聚焦位置的示例。 作为示例，如图29A所示，与记录层L2相距一预定距离Dl的覆盖层Ll上的位置
被设置为聚焦位置。
可替换地，如图29B所示，通过在全息记录介质HM的覆盖层Ll和记录层L2之间插入一厚度为Dl的间隙层Lg，可以将间隙层Lg和覆盖层Ll的界面设置为聚焦位置。
另外，如为了更好地理解而描述的，类似于第一实施例，记录/再现光的聚焦位置的调整可以例如通过调整物镜和全息记录介质HM之间的间隔距离来执行。另外，在此情况下，如果有必要，可以通过调整物镜的具有最大曲率的透镜(图8B中的透镜LZ 5)的厚度来校正球面像差。 例如，如图29A和29B所示，通过将记录/再现光的聚焦位置移动到记录层L2之上的上层侧，可以有效地抑制记录层L2的DC集中。结果，可以抑制根据记录/再现光的聚焦位置的扩展而发生的信噪比恶化。 这里，由于聚焦位置被移动到记录层L2之上的上层侧导致在记录层L2中参考光的光强度变弱，因此衍射效率恶化。 但是，如上所述，在第三实施例中，由于参考光的最小调制单位的扩展，与第一实施例相比，衍射效率被提高。因此，根据聚焦位置的移动而导致的衍射效率的恶化通过根据最小调制单位的扩展而引起的衍射效率的提高而得到补偿。 另外，对于信噪比进行同样的描述。换言之，如上所述，最小调制单位的扩展导致信噪比恶化，但是信噪比的恶化通过移动聚焦位置而得到补偿。 以这种方式，根据第三实施例，最小调制单位的扩展与为了抑制DC集中而进行的聚焦位置的移动相结合，衍射效率的恶化和信噪比的恶化被彼此补偿，从而衍射效率和信噪比可以保持在与第一实施例的情况相同的水平上。 换言之，与第一实施例相比较，在第三实施例中，衍射效率和信噪比可以保持在与第一实施例的情况相同的水平上，并且各种容限可以通过扩展参考光的最小调制单位而被进一步提高。 这里，如为了更好地理解而描述的，在第三实施例中，信噪比和衍射效率是根据记录/再现光的聚焦位置与记录层L2之间的距离Dl来确定的。换言之，在第三实施例中，衍射效率和信噪比的值根据D1的值被适当地设置。
3-3.仿真结果 图30示出第三实施例中的仿真结果。 作为仿真项目，图中示出四个项目，即，不存在倾斜情况下的衍射效率和存在倾斜情况下(TILT = +/-0. 112° )的衍射效率，以及不存在倾斜情况下的信噪比和存在倾斜情况下的信噪比。 另外，图30还示出在现有技术示例中的各个项目的仿真结果，作为比较。
另外，在现有技术的示例以及本实施例的示例中，为仿真而设置如下公共参数
物镜NA， NA = 0. 64
焦足巨，f = 5mm
波长，入=0. 405践 另外，在现有技术的示例中所设置的参数如下 *(信号光像素大小)=(参考光像素大小)=13.7ym(在径向方向上以及在圆周方向上) (间隙层Lg的厚度)=0 ii m
(覆盖层LI的厚度)=900 ii m
(记录层L2的厚度)=300 ii m 在本实施例的示例中所设置的参数如下 (信号光像素大小)=13.7iim(在径向方向上以及在圆周方向上)
(参考光像素大小)=41. lym(在径向方向上以及在圆周方向上)
(间隙层Lg的厚度)=60 ii m
(覆盖层LI的厚度)=60 ii m
(记录层L2的厚度)=300 ii m 另外，在此情况下，SLM 4中的一个像素的大小为13. 7 y m，从而在该示例的情况下，在仿真中，最小调制单位的扩展比率为3X3倍。另外，如图29B所示，在提供间隙层Lg的情况下，记录/再现光的聚焦位置被设置为覆盖层LI和间隙层Lg的界面。因此，在此情况下，从记录层L2到聚焦位置的间隔距离Dl变为60 m。 在图30中，在现有技术的示例中，不存在倾斜情况下的衍射效率为0. 311%，并且存在倾斜情况下的衍射效率为0. 0382%，因此在倾斜+/-0. 112°时衍射效率恶化88%。
另外，在现有技术的示例中，不存在倾斜情况下的SNR为6. 07，并且存在倾斜情况下的SNR为3. 79，因此在倾斜+/-0. 112°时，SNR恶化38%。 但是，在本实施例的情况下，不存在倾斜情况下的衍射效率为0. 085%，这低于现有技术的示例，并且存在倾斜情况下的衍射效率为0. 0629%，因此对于倾斜+/-0. 112° ，衍射效率恶化26%。 另外，不存在倾斜情况下的SNR为5. 37，这低于现有技术的示例，并且存在倾斜情
况下的SNR为4. 72，因此对于倾斜+/-0. 112° ， SNR仅恶化12% 。 以这种方式，在发生倾斜时，SNR的恶化与现有技术相比被抑制大约1/3。 根据该结果，可以理解，在第三实施例中，与现有技术的示例相比，倾斜容限可以
被提高。 3-4.第三实施例的修改示例 这里，在第三实施例中，采用了扩展参考光的最小调制单位的方法，同时，如同第一实施例，为了适应聚焦位置被设置在表面附近的情况，还采用将记录/再现光的聚焦位置移动到与记录层L2相分离的方法，以便抑制由与最小调制单位的扩展相关联地发生的DC集中所导致的信噪比恶化。但是，前述方法还可能非常适合于聚焦位置被设置在反射平面上的情况，如同现有技术的情况。 图ma和31b是示出第三实施例的修改示例的图，其中扩展最小调制单位并将聚焦位置与记录层L2分离的方法被修改，以适应现有技术中聚焦位置被设置在反射平面上的情况。 首先，在现有技术中，如图31A所示，在全息记录介质中，从上层侧开始依次形成覆盖层Ll、记录层L2和反射层L3，并且记录/再现光的聚焦位置被配置为与反射层L3的反射平面相一致。 在此情况下，在聚焦位置与记录层L2相分离的情况下，如图31B所示，例如，在记录层L2和反射层L3之间插入间隙层Lg。由于间隙层Lg的插入，在记录/再现光的聚焦位置被设置在反射平面上的情况下，聚焦位置可以与记录层L2相距与间隙层Lg的厚度相对应的距离。 以这种方式，即使在扩展参考光的最小调制单位并同时将聚焦位置离开记录层L2
的方法被修改，以适应现有技术的记录和再现装置的聚焦位置被设置在反射平面上的情况
下，也可以抑制衍射效率或信噪比的降低，并且可以通过扩展参考光的最小调制单位而提
高各种容限。 4.修改示例 在上文中，描述了本发明的示例性实施例，但是本发明并不局限于上述详细实施例。 例如，在以上描述中，虽然记录/再现光的聚焦位置被设置为在从全息记录介质HM的表面到反射层L3的反射平面的范围之内，但是根据前述针对彗差的发生量W的关系等式，即"W a NA3 't"，为了抑制由倾斜所导致的彗差，聚焦位置可以被设置为物镜11 一侧的位置，而非记录介质的表面(即，t的值为负数的位置)。 另外，根据前述关系等式，就抑制彗差方面而言，最好的情况被设置在t = 0。
在任何情况下，根据本发明，由于记录介质的表面和记录/再现光的聚焦位置之间的间隔距离(|t|)被设置为小于记录介质的表面和记录层的下层侧表面之间的间隔距离(即，在现有技术的情况下表面和聚焦位置之间的距离)，因此与现有技术的情况相比，由倾斜所导致的彗差可以被抑制，从而可以提高倾斜容限。 另外，在以上描述中，虽然本发明示例性地适用于在反射型全息记录介质HM上执行记录和再现的情况，但是本发明也可以非常适用于在透射型(transmission-type)全息记录介质HM(其不具有反射层)上执行记录和再现的情况。 这里，在透射型全息记录介质中，在现有技术情况下记录/再现光的聚焦位置也
被设计为与记录层的下层侧表面相一致。因此，在采用透射型全息记录介质的情况下，如上
所述，"记录介质的表面和记录/再现光的聚焦位置之间的间隔距离(|t|)被设置为小于记
录介质的表面和记录层的下层侧表面之间的间隔距离"，从而t值小于现有技术的情况。结
果，类似于采用反射型全息记录介质的情况，由倾斜所导致的彗差可以被抑制。 另外，在以上描述中，本发明示例性地适用于在全息记录介质上执行记录和再现
的情况，但是本发明也可以非常适用于只执行记录或只执行再现的情况。 在只执行记录的情况下，信号光和参考光两者都由作为光照射装置的空间光调制
器生成。另一方面，在只执行再现的情况下，空间光调制器可以只生成参考光。 另外，在第二实施例中，在只执行记录的情况下，不需要部分衍射器件33。除了这
一配置之外，在孔径30中，用于插入和取出孔径30的配置不是必需的，因此孔径30被布置
为固定在傅立叶平面SF(或其附近)上，类似与现有技术的情况。 另外，在第二实施例中，孔径30被配置为通过滑动驱动而被插入光路或从光路取出，但是孔径30也可以被配置为通过其他驱动方法(例如跳上/跳下驱动方法)而被插入光路或从光路取出。 另外，在第二实施例中，如果在部分衍射器件33被配置为以角度90°绕光轴旋转的状态下(即，如果选择性衍射区域33a被布置为只有选择地衍射p偏振光)，部分衍射器件33被布置在傅立叶平面SF(或其附近)上，则只有前向路径中心部分以外的光可以被有选择地衍射(即，后向路径光或前向路径中心部分的光可以被透射)，从而可以由于减小全息图大小而获得高记录密度。换言之，根据这种配置，在将获得高记录密度的情况下，在记录或再现时插入或取出元件的配置不是必需的。 另外，在以上描述中，为了简化描述，没有对信号光和参考光执行空间光相位调制，但是，为了提高记录和再现性能，可以在记录时向信号光和参考光并且在再现时向参考光分配随机的相位图样，例如二元随机相位图样(具有相同数目的包括"n "和"o"的随机相位图样)。这样的相位图样分配可以例如通过插入诸如所谓的相位掩膜(phase mask)之类的光学器件来实现，所述相位掩膜通过对其提供凹凸形状来执行相位调制，以便为入射生成光路差异。 另外，在以上描述中，通过组合偏振方向控制型空间光调制器和偏振分光镜来实现用于生成信号光和参考光的强度调制的情况被举例说明，但是，实现强度调制的配置并不局限于此。例如，如参考图32、33A和33B所描述的能够作为一整体执行强度调制的空间光调制器，例如SLM 101或透射型液晶面板的DMD (数字微镜器件，注册商标)也可以被用于实现强度调制。 本发明包含2009年1月16日递交到日本特许厅的日本优先权专利申请JP
2009-007844所公开的主题，该在先申请的全部内容通过引用被结合于此。 本领域技术人员应该理解，取决于设计需求和其他因素，可能发生各种修改、组
合、子组合和替换，只要它们落在所附权利要求书或其等同物的范围内即可。
权利要求
一种光照射装置，包括光源，其允许光照射具有记录层和位于该记录层上层侧的覆盖层的全息记录介质，在所述记录层中通过信号光和参考光的干涉带而记录了信息；空间光调制器，其对来自所述光源的光执行空间光调制，以生成所述信号光和/或参考光；以及光照射单元，其允许经所述空间光调制器空间光调制的光作为记录/再现光通过物镜照射所述全息记录介质，其中，所述记录/再现光的聚焦位置被设置为使得从所述全息记录介质的表面到所述记录/再现光的聚焦位置的距离小于从所述表面到所述记录层的下层侧表面的距离。
2. 如权利要求1所述的光照射装置，其中，所述记录/再现光的聚焦位置被设置在所述 全息记录介质的表面附近。
3. 如权利要求1所述的光照射装置，其中，所述记录/再现光的聚焦位置被设置在所述 记录层的上层侧表面上。
4. 如权利要求1所述的光照射装置，其中，所述全息记录介质是利用在所述记录层的下层侧具有反射层的反射型记录介质 来构造的，其中，所述光照射单元被配置为将所述记录/再现光作为由所述空间光调制器生成的 前向路径光通过中继透镜系统引导至所述物镜，并且允许响应于作为所述前向路径光的所 述记录/再现光的照射而从所述全息记录介质获得的作为后向路径光的光入射到所述中 继透镜系统，并且其中，所述光照射装置还包括在作为所述前向路径光的所述记录/再现光通过所述中 继透镜系统形成的傅立叶平面或其附近位置上的前向路径光选择性抑制单元，其在记录时 至少仅针对所述前向路径光抑制包括光轴中心的预定范围以外的光。
5. 如权利要求4所述的光照射装置，其中，所述前向路径光选择性抑制单元被配置为 包括孔径和插入驱动器，在所述孔径中形成有用于透射所述包括光轴中心的预定范围内的 光的空洞部分，所述插入驱动器只在记录时将所述孔径插入到所述傅立叶平面或其附近位 置上。
6. 如权利要求4所述的光照射装置，还包括在所述后向路径光通过所述中继透镜系统 形成的后向路径共轭平面或其附近位置上的后向路径光选择性抑制单元，其透射所述前向 路径光，并且对于所述后向路径光仅抑制包括光轴中心的预定范围之外的光。
7. 如权利要求6所述的光照射装置，其中，所述后向路径光选择性抑制单元通过使用 部分衍射器件来仅针对所述后向路径光仅抑制所述包括光轴中心的预定范围之外的光，其 中在所述部分衍射器件中除了中心部分的预定部分之外的部分中形成有偏振选择性衍射 器件，所述偏振选择性衍射器件具有根据入射光的偏振状态的选择性衍射和透射特性。
8. 如权利要求1所述的光照射装置，其中，所述记录/再现光的聚焦位置被设置在所述记录层的上层侧表面的上层侧上，并且其中，所述空间光调制器通过扩展用于以1X1像素生成所述参考光的所述空间光调 制的最小调制单位来生成所述参考光。
9. 如权利要求8所述的光照射装置，其中，所述空间光调制器被配置为在径向方向上 扩展所述最小调制单位。
10. 如权利要求8所述的光照射装置，其中，所述空间光调制器被配置为在圆周方向上 扩展所述最小调制单位。
11. 如权利要求8所述的光照射装置，其中，所述记录/再现光的聚焦位置被设置在所 述覆盖层中的必要位置上。
12. 如权利要求8所述的光照射装置，其中，在所述全息记录介质中的所述覆盖层和所述记录层之间形成有间隙层，并且 其中，所述记录/再现光的聚焦位置被设置在所述覆盖层和所述间隙层的界面上。
13. 如权利要求1所述的光照射装置，其中，通过调整所述物镜和所述全息记录介质之 间的间隔距离，所述记录/再现光的聚焦位置被设置在所述记录层的下层侧表面之上的上 层侧的位置上。
14. 一种光照射装置中的光照射方法，所述光照射装置具有光源，其允许光照射具有 记录层和位于该记录层上层侧的覆盖层的全息记录介质，在所述记录层中通过信号光和参 考光的干涉带而记录了信息；空间光调制器，其对来自所述光源的光执行空间光调制，以生 成所述信号光和/或参考光；以及光照射单元，其允许经所述空间光调制器空间光调制的 光作为记录/再现光通过物镜照射所述全息记录介质，所述光照射方法包括以下步骤将所述记录/再现光的聚焦位置设置为使得从所述全息记录介质的表面到所述记录/ 再现光的聚焦位置的距离小于从所述表面到所述记录层的下层侧表面的距离；并且 在所述全息记录介质上执行所述记录/再现光的照射。
全文摘要
本发明提供了光照射装置和光照射方法。所述光照射装置包括光源，其允许光照射具有记录层和位于该记录层上层侧的覆盖层的全息记录介质，在所述记录层和通过信号光和参考光的干涉带记录信息；空间光调制器，其对来自所述光源的光执行空间光调制，以生成所述信号光和/或参考光；以及光照射单元，其允许受到所述空间光调制器的空间光调制的光作为记录/再现光通过物镜照射所述全息记录介质，其中，所述记录/再现光的聚焦位置被设置为使得从所述全息记录介质的表面到所述记录/再现光的聚焦位置的距离小于从所述表面到所述记录层的下层侧表面的距离。
文档编号G11B7/125GK101783150SQ201010004039
公开日2010年7月21日 申请日期2010年1月18日 优先权日2009年1月16日
发明者伊藤辉将, 山川明朗, 田中健二 申请人:索尼公司