專利名稱：全息記錄/再生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全息記錄裝置和/或全息再生裝置。
背景技術(shù)：
近幾年，全息存儲器作為數(shù)據(jù)存儲器件受到關(guān)注。在全息存儲 器中，全息記錄裝置用于記錄全息圖，而全息再生裝置用于再生所 記錄的全息圖。如下進行全息圖的記錄。即，根據(jù)所要記錄的數(shù)據(jù) 調(diào)制的信號光束和預定的參考光束由同一光源發(fā)射的激光產(chǎn)生，并 施加到全息記錄介質(zhì)上，其中信號光束和參考光束相互干涉，從而 形成干涉圖樣(全息圖)。這樣，所述數(shù)據(jù)作為全息圖記錄到全息 記錄介質(zhì)上。所記錄的全息圖包含以頁為單位記錄的大量信息。所 記錄的數(shù)據(jù)逐頁地進行識別和管理。
在這種全息存儲器中，全息再生裝置用于從全息記錄介質(zhì)中再 生所記錄的數(shù)據(jù)。如下進行全息再生。即，將再生光束施加到根據(jù) 上述數(shù)據(jù)形成的全息圖，所述再生光束是具有與記錄中所^吏用的參 考光束的特性相同的特性的光束。這樣使得從全息記錄介質(zhì)產(chǎn)生衍 射光束。包含一 頁記錄數(shù)據(jù)的衍射光束被光檢測器的二維陣列檢測 到，并進行信號處理。從而，可以再生所記錄的數(shù)據(jù)。
此外，已經(jīng)提出了能夠?qū)崿F(xiàn)全息記錄裝置和全息再生裝置兩種 功能的全息記錄/再生裝置(記錄和再生裝置)。在以下說明中，使 用術(shù)語"全息記錄/再生裝置(記錄和/或再生裝置)"來總稱全息記 錄裝置、全息再生裝置和全息記錄/再生裝置，如果需要明確地區(qū)別， 將作相應的說明。類似地，使用術(shù)語"記錄/再生(記錄和/或再生)" 來總稱記錄、再生和記錄/再生(記錄和再生)，如果需要明確地區(qū) 別，將作相應的i兌明。
信號光束、參考光束和再生光束的產(chǎn)生以及4汙射光束的^r測在 由光學元件組合形成的全息記錄/再生光學部中進行。設(shè)計光學部中 光路的方法的實例包4舌所謂的同軸法(參見例如Nikkei Electronics ， 2005年1月17日，第106頁-第114頁)，其中信號光束和參考光 束同軸排列，參考光束和再生光束的光-各部分重疊，并且這些光束 (信號光束、參考光束和再生光束)通過共同的光路。設(shè)計光學部 中光路的另一種方法是雙光束法，其中信號光束和參考光束(再生 光束)經(jīng)過不同的光路。
在全息存々者器中，如果記錄時的溫度和再生時的溫度4皮此相差 幾攝氏度，那么由于全息記錄介質(zhì)的熱膨脹或熱收縮，很難再生所 記錄的數(shù)據(jù)。圖17A 圖17C示意性地示出了全息記錄介質(zhì)的熱膨 月長和熱收縮。具體地，圖17A 圖17C分別示出了對應于全息記錄 介質(zhì)的給定溫度的全息圖。為了易于說明，只示出了全息記錄介質(zhì) 的基板48a、記錄材料層48b和基板48c，而沒有示出反射膜等。 正如示出的那樣，記錄材料層48b置于基4反48a和基4反48c之間。 在以下的說明中，廣義地使用術(shù)語"熱膨脹"，其包括熱收縮，但 是如果在有必要清楚地區(qū)分的地方，則兩個術(shù)語"熱膨脹"和"熱 收縮"都將^f吏用。
當溫度變4b時，全息記錄介質(zhì)在記錄材并+層48b的熱膨月長系凄丈 (典型值約為5xlO-4/°C)的影響下，在Z-方向(參見圖17C的左
下方)發(fā)生熱膨脹。通過來自具有小的熱膨脹系數(shù)(約7x1(TV。C
至8xl(T6/。C )的石更質(zhì)基4反48a和48c的壓力，在X-方向和Y-方向 (參見圖17C的左下方)全息圖的所記錄的干涉條紋的間隔和方向
發(fā)生改變。圖17B示意性地示出了當全息記錄介質(zhì)的溫度為25°C (基準溫度)時的全息圖狀態(tài)。在圖17B中，Ll表示記錄材料層
48b的厚度，dl表示相鄰條紋間的距離，而al表示條紋相對于全
息記錄介質(zhì)表面的傾斜角。
如果全息記錄介質(zhì)的溫度變?yōu)?5°C,則在25。C(基準溫度) 的溫度下記錄的全息圖變?yōu)閳D17A所示的狀態(tài)。在圖17A中，L2 表示記錄材料層48b的厚度，d2表示相鄰條紋間的距離，而a2表 示條紋相對于全息記錄介質(zhì)表面的傾斜角。由于記錄材料層48b的 熱收縮，厚度L2變得小于厚度L1，距離d2變得小于距離dl，而 傾斜角a2變得大于傾斜角al。如果全息記錄介質(zhì)的溫度變?yōu)?5°C， 則在25。C (參考溫度)的溫度下記錄的全息圖變?yōu)閳D17C所示的 狀態(tài)。在圖17C中，L3表示記錄材料層48b的厚度，d3表示相鄰 條紋間的距離，而a3表示條紋相對于全息記錄介質(zhì)表面的傾斜角。 由于記錄材料層48b的熱膨脹，厚度L3變得大于厚度Ll，距離 d3變得大于距離dl,而傾斜角a3變得小于傾斜角al。
如上所述，如果全息記錄介質(zhì)在記錄時和再生時的溫度之間存 在差異，那么全息圖的形狀相應地發(fā)生變化。結(jié)果，當使用具有與
全息記錄介質(zhì)獲得衍射光束的再生光束，以再生所記錄的數(shù)據(jù)時， 由于未滿足干涉條紋的布拉格條件并且沒有衍射光束產(chǎn)生，所以4艮 難由衍射光束再生所記錄的數(shù)據(jù)。為了解決這個問題，本申請中所 列的發(fā)明人才是出了由參考光束的波長和入射方向而改變再生光束
的波長和入射方向的方法，并且還纟是出了用于變化波長的可調(diào)(波
長可變"敫光(參見例3口 T. Tanaka， K. Sako， R. Kasegawa, M. Toishi， K. Watanabe， and S. Akao, "Tunable blue laser for holographic data storage" Proceedings of Optical Data Storage, 2006， pp. 215~217 )。 對 于入射方向，利用上述的雙光束方法，4艮容易改變再生光束和參考 光束中任意一種的入射方向。

發(fā)明內(nèi)容
然而，利用信號光束和參考光束共享同一光路的同軸法，很難
供這樣的記錄和/或再生技術(shù)，可以使參考光束和再生光束的入射方 向4皮此不同，/人而可以獲4尋良好的記錄和/或再生特性。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的全息記錄/再生裝置用信號光束和參 考光束照射全息記錄介質(zhì)，從而在全息記錄介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全 息圖，用再生光束照射記錄在全息記錄介質(zhì)上的全息圖，從而獲得 書亍射光束，并且由書f射光束再生所記錄的凄t據(jù)。所述全息記錄/再生 裝置包括空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生參考光束的參考光束區(qū)域 和用于產(chǎn)生再生光束的再生光束區(qū)域；以及控制器，被配置為控制 參考光束區(qū)域的范圍以及再生光束區(qū)域的范圍。根據(jù)全息記錄介質(zhì) 在記錄時的溫度，將參考光束區(qū)域的范圍設(shè)置為第一預定范圍，從 而將參考光束在全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為第一預定 角度范圍。根據(jù)全息記錄介質(zhì)再生所記錄的數(shù)據(jù)時的溫度，將再生 光束區(qū)域的范圍設(shè)置為第二預定范圍，從而將再生光束在全息記錄 介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為第二預定角度范圍。
才艮據(jù)本發(fā)明一個實施例的全息記錄/再生裝置用信號光束和參 考光束照射全息記錄介質(zhì)，從而在全息記錄介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全 息圖。另外，全息記錄/再生裝置用再生光束照射記錄在全息記錄介
質(zhì)上的全息圖以獲得衍射光束，從而由衍射光束再生所記錄的數(shù) 據(jù)。所述全息記錄/再生裝置包括空間調(diào)制器以及被配置為控制空間 調(diào)制器中的參考光束區(qū)域和再生光束區(qū)域的范圍的控制器。對于在 全息記錄介質(zhì)上進行記錄，根據(jù)全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫度，將 參考光束區(qū)域的范圍設(shè)置為第 一預定范圍，從而將參考光束在全息 記錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為第一預定角度范圍。對于從全息 記錄介質(zhì)的再生，根據(jù)全息記錄介質(zhì)在再生時的溫度，將再生光束 區(qū)域的范圍設(shè)置為第二預定范圍，從而將再生光束在全息記錄介質(zhì) 上的入射角度范圍設(shè)置為第二預定角度范圍。在這里，第二預定角 度范圍是最滿足布拉格條件的入射角度范圍(即再生光束的最佳入 射角度范圍)。因此，即使當全息記錄介質(zhì)上形成的全息圖的形狀 根據(jù)全息記錄介質(zhì)的溫度而變化時，通過根據(jù)全息圖的形狀變化適 當?shù)馗淖儏⒖脊馐驮偕馐娜肷浣嵌?，也能獲得良好的記錄/ 再生特性。即，即使在記錄時和再生時的全息記錄介質(zhì)的溫度彼此 不同，也可以獲得良好的記錄/再生特性。
才艮據(jù)本發(fā)明另一實施例的全息記錄/再生裝置用信號光束和參 考光束照射全息記錄介質(zhì)，從而在全息記錄介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全 息圖，用再生光束照射記錄在全息記錄介質(zhì)上的全息圖，從而獲得 衍射光束，并且由衍射光束再生所記錄的數(shù)據(jù)。所述全息記錄/再生
裝置包括空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生參考光束的參考光束區(qū)
域和用于產(chǎn)生再生光束的再生光束區(qū)域；以及控制器，被配置為控
制參考光束區(qū)域的范圍以及再生光束區(qū)域的范圍。將參考光束區(qū)域 的范圍設(shè)置為預定范圍，從而將參考光束在全息記錄介質(zhì)上的入射 角度范圍設(shè)置為預定角度范圍。設(shè)置再生光束區(qū)域的范圍，使得再 生光束的入射角度范圍包括在全息記錄介質(zhì)上進行記錄時參考光 束的預定角度范圍。
根據(jù)本發(fā)明另一實施例的全息記錄/再生裝置用信號光束和參 考光束照射全息記錄介質(zhì)，從而在全息記錄介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全 息圖。另外，全息記錄/再生裝置用再生光束照射記錄在全息記錄介 質(zhì)上的全息圖以獲得衍射光束，從而由衍射光束再生所記錄的數(shù) 據(jù)。所述全息記錄/再生裝置包括空間調(diào)制器以及被配置為控制空間 調(diào)制器中的參考光束區(qū)域的范圍和再生光束區(qū)域的范圍的控制器。 對于在全息記錄介質(zhì)上進行記錄，根據(jù)全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫 度，將參考光束區(qū)域的范圍設(shè)置為預定范圍，從而將參考光束在全 息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為預定角度范圍。對于從全息記 錄介質(zhì)的再生，設(shè)置再生光束區(qū)域的范圍，使得在全息記錄/再生裝 置的操作溫度范圍內(nèi)的任何溫度下的再生光束的入射角度包括在 全息記錄介質(zhì)上記錄時的參考光束的預定角度范圍。結(jié)果，不管全 息圖的形狀是否根據(jù)全息記錄介質(zhì)的溫度發(fā)生了變化，再生光束的 入射角度范圍都可包括照射全息圖的參考光束的入射角度范圍。
的再生光束共同照射由參考光束和信號光束所形成的全息圖。然 后，通過利用僅具有適當入射角度范圍的再生光束才滿足布拉格條 件并且允許產(chǎn)生衍射光束的事實，即使當全息記錄介質(zhì)在記錄和再 生時的溫度彼此不同時，也可以獲得良好的記錄/再生特性。
根據(jù)本發(fā)明 一個實施例的全息記錄裝置用信號光束和參考光 束照射全息記錄介質(zhì)，從而在全息記錄介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全息 圖。所述全息記錄裝置包括空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生參考 光束的參考光束區(qū)域，以及控制器，被配置為控制參考光束區(qū)域的 范圍。對于在全息記錄介質(zhì)上進行記錄，根據(jù)全息記錄介質(zhì)在記錄 時的溫度，將參考光束區(qū)域的范圍i殳置為預定范圍，,人而將參考光 束在全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為預定角度范圍。
才艮據(jù)本發(fā)明一個實施例的全息記錄裝置用信號光束和參考光 束照射全息記錄介質(zhì)，乂人而在全息記錄介質(zhì)上將lt據(jù)記錄為全息 圖。所述全息記錄裝置包括空間調(diào)制器以及被配置為控制空間調(diào)制 器中參考光束區(qū)域的范圍的控制器。對于在全息記錄介質(zhì)上進行記 錄，根據(jù)全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫度，將參考光束區(qū)域的范圍設(shè) 置為預定范圍，從而將參考光束在全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍 設(shè)置為預定角度范圍。從而，在全息記錄介質(zhì)上的記錄完成。然后， 當使用再生光束照射所記錄的全息圖來進行再生時，可以找到合適 的再生光束入射角度。因此，即使當全息記錄介質(zhì)在記錄和再生時 的溫度彼此不同時，也可以獲得良好的記錄/再生特性。
才艮據(jù)本發(fā)明一個實施例的全息再生裝置用再生光束照射全息 記錄介質(zhì)(其上通過使用信號光束和具有對應于全息記錄介質(zhì)在記 錄時的溫度的第 一預定角度范圍的參考光束照射全息記錄介質(zhì)而 將數(shù)據(jù)記錄為全息圖)，獲得衍射光束，并且由衍射光束再生所記 錄的數(shù)據(jù)。所述全息記錄/再生裝置包括空間調(diào)制器，其中形成用于
產(chǎn)生再生光束的再生光束區(qū)域；以及控制器，；故配置為控制再生光 束區(qū)域的范圍。根據(jù)全息記錄介質(zhì)在再生所記錄的數(shù)據(jù)時的溫度， 將再生光束區(qū)域的范圍設(shè)置為預定范圍，從而將再生光束在全息記 錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為第二預定角度范圍。
通過根據(jù)本發(fā)明 一 個實施例的全息再生裝置進行再生的全息 記錄介質(zhì)，是一種在其上將數(shù)據(jù)記錄為全息圖(通過使用信號光束 和具有對應于全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫度的第 一預定角度范圍 的參考光束照射全息記錄介質(zhì)來進行記錄)的記錄介質(zhì)。即，在全 息記錄介質(zhì)上進行記錄，從而，通過將參考光束的入射角度范圍設(shè) 置為第 一預定角度范圍，即使當全息圖的形狀根據(jù)全息記錄介質(zhì)的 溫度而變化時，全息圖形狀的變化以及再生光束的最佳入射角度范 圍也是可預測的。所述全息再生裝置包括空間調(diào)制器以及#:配置為
控制空間調(diào)制器中再生光束區(qū)域的范圍的控制器。然后，才艮據(jù)全息 記錄介質(zhì)在再生時的溫度，將再生光束區(qū)域的范圍設(shè)置為預定范 圍，從而將再生光束在全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為第二 預定角度范圍。在這里，第二預定角度范圍是最滿足布拉格條件的 入射角度范圍(即再生光束的最佳入射角度范圍)。因此，即使當 全息記錄介質(zhì)在記錄全息圖后溫度改變并且全息圖形狀改變時，也 可以找到再生光束的適當入射角度范圍。通過^f吏用具有適當入射角 度范圍的再生光束，即使當全息記錄介質(zhì)在記錄和再生時的溫度彼 此不同，也可以獲得良好的記錄/再生特性。
#4居本發(fā)明另一實施例的全息再生裝置用再生光束照射全息 記錄介質(zhì)(其上通過使用信號光束和參考光束照射全息記錄介質(zhì)而 將數(shù)據(jù)記錄為全息圖)，獲得衍射光束，并且由衍射光束再生所記
錄的凝:據(jù)。所述全息再生裝置包括空間調(diào)制器，在其中形成用于產(chǎn) 生再生光束的再生光束區(qū)域，以及控制器，被配置為控制再生光束 區(qū)域的范圍。i殳置再生光束區(qū)域的范圍，4吏得再生光束的入射角度 范圍包括在全息記錄介質(zhì)上記錄全息圖時參考光束的入射角度范 圍。
對于從全息記錄介質(zhì)再生全息圖，才艮據(jù)本發(fā)明另一實施例的全 息再生裝置控制再生光束區(qū)域的范圍，使得再生光束的入射角度范 圍包括在全息記錄介質(zhì)上記錄全息圖時的參考光束的預定角度范 圍。結(jié)果，無論全息圖的形狀是否根據(jù)全息記錄介質(zhì)的溫度變化， 再生光束的入射角度范圍都可包括照射全息圖的參考光束的入射 角度范圍。即，用具有適當入射角度的再生光束和具有無助于再生 的入射角度的再生光束共同照射全息圖。那么，僅具有適當入射角 度的再生光束才滿足布拉格條件并且允許產(chǎn)生衍射光束。因此，即 使當全息記錄介質(zhì)在記錄和再生時的溫度彼此不同并且全息圖的形狀才艮據(jù)全息記錄介質(zhì)的溫度而變化時，也可以獲得良好的記錄/ 再生特性。
才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，通過使參考光束和再生光束的入射角度 范圍4皮此不同，可以獲得良好的記錄和/或再生特性。


圖1是主要示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的全息記錄/再生裝置的 光學部的示意圖。
圖2示出了參考光束區(qū)域和信號光束區(qū)域中顯示的圖樣。
圖3示出了帶有具體尺寸的圖2的參考光束區(qū)域和信號光束區(qū)域。
圖4是示出了全息記錄介質(zhì)的溫度和激光源發(fā)射的激光光束的 最佳波長之間的關(guān)系的示圖。
圖5是示出了全息記錄介質(zhì)的溫度、光束的最佳入射角度范圍 和最佳半徑范圍的關(guān)系的示圖。
圖6是示出了在記錄時的參考光束區(qū)域與信號光束區(qū)域、物鏡 以及全息記錄介質(zhì)沿光束傳播方向的相互關(guān)系的示意性截面圖。
圖7是示出了在再生時的再生光束區(qū)域與信號光束區(qū)域、物鏡 以及全息記錄介質(zhì)沿光束傳播方向的相互關(guān)系的示意性截面圖。
圖8是示出了在再生時的再生光束區(qū)域與信號光束區(qū)域、物鏡 以及全息記錄介質(zhì)沿光束傳播方向的相互關(guān)系的示意性截面圖。
圖9示出了在空間調(diào)制器的反射面上形成的參考光束區(qū)域和再 生光束區(qū)域。
圖10示出了在空間調(diào)制器的反射面上形成的參考光束區(qū)域和 再生光束區(qū)域。
圖11示出了在空間調(diào)制器的反射面上形成的參考光束區(qū)域和 再生光束區(qū)域。
圖12是主要示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的全息記錄/再生裝 置的光學部的示意圖。
圖13是示出了作為相位掩模實例的徑向的相位掩模的平面圖。
圖14A 圖14C是各種類型的相位掩模的斷面。
圖15示出了具有不同重復數(shù)量的凹部和凸部的相位掩模。
圖16是示出了全息記錄介質(zhì)中光束的峰強度與相位掩模的分 區(qū)數(shù)量之間的關(guān)系的示圖。
圖17A 圖17C示意性地示出了全息記錄介質(zhì)的熱膨月長和收縮。
具體實施例方式
(實施例的記錄和再生原理的相克述)
使用同軸法來進行根據(jù)本發(fā)明實施例的全息圖的記錄和再生。 通過用信號光束和參考光束照射全息記錄介質(zhì)，將數(shù)據(jù)作為全息圖 記錄在全息記錄介質(zhì)上。實施例的全息記錄裝置和/或全息再生裝置
包4舌空間調(diào)制器以及^皮配置為控制空間調(diào)制器中參考光束區(qū)域的 范圍和/或再生光束區(qū)域的范圍的控制器。對于在全息記錄介質(zhì)上進 4亍記錄，才艮據(jù)全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫度，將參考光束區(qū)域的范 圍設(shè)置為預定范圍(第一預定范圍)，從而將參考光束在全息記錄 介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為預定角度范圍(第一預定角度范圍)。 這樣，完成在全息記錄介質(zhì)上的記錄。為了使全息記錄介質(zhì)的溫度 與參考光束區(qū)域的范圍(第一預定范圍)相關(guān)聯(lián)，可以使用方程式， 或者可以對全息記錄介質(zhì)的溫度與第一預定范圍之間的關(guān)系建立
映射并將其存儲在隨才幾存取存儲器(RAM)等中。當使用該方程式 時，控制部執(zhí)行輸入溫度并且輸出參考光束區(qū)域的范圍的計算。當 進行映射時，將溫度用作地址空間，將對應于參考光束區(qū)域的范圍 的凄史才居映射至該;也址空間。
如果如上所述記錄全息圖，則可以唯一地確定全息圖的形狀是 如何根據(jù)全息記錄介質(zhì)的溫度而變化的。在這里，代表全息圖形狀 變化的典型參數(shù)為全息圖的傾斜角度以及全息圖光柵條紋間的距 離。全息圖的傾斜角度與入射角度密切相關(guān)，該入射角度是光束在 全息圖上入射的角度。用于從全息圖獲得最佳衍射光束的光束入射 角度由全息圖的形狀確定。而且，由于全息圖是三維地形成，故對 于各個溫度的再生光束的最佳入射角度范圍(第二預定角度范圍) 也是唯一確定的。在這里，再生光束的最佳入射角度范圍表示最滿 足布拉格條件的入射角度。如果沒有滿足布拉格條件，則衍射光束
的光量減少。因此，通過用具有最佳入射角度范圍的再生光束照射 全息圖，可以獲得最優(yōu)選的再生特性，并且可以獲得包括記錄和再 生兩種特性的最優(yōu)選的記錄/再生特性。
為了獲得具有最佳入射角度范圍的再生光束，有必要提供用于 改變參考光束的入射角度范圍的構(gòu)造。利用同軸法，在現(xiàn)有技術(shù)中 4艮難實現(xiàn)這才羊的構(gòu)造。然而，才艮據(jù)本發(fā)明的實施例，可通過變4b空間調(diào)制器中形成的再生光束區(qū)域的范圍，很容易地改變再生光束的 入射角度范圍。這同樣適用于記錄時的參考光束。即，通過在空間 調(diào)制器的預定范圍(第一預定范圍)內(nèi)形成參考光束區(qū)域，可以獲 得具有預定角度范圍的參考光束(第一預定角度范圍)，同時通過 在空間調(diào)制器的預定范圍(第二預定范圍)內(nèi)形成再生光束區(qū)域， 可以獲得具有預定角度范圍的(第二預定角度范圍)的再生光束。
全息圖光柵的條紋之間的距離與全息圖上的入射光束的波長 緊密相關(guān)。用于從全息圖獲得最佳衍射光束的光束波長由全息圖的 形狀確定。因此，如果^f吏用具有預定波長的參考光束來記錄全息圖， 可P奉一地確定用于照射所記錄的全息圖以獲得書f射光束的最合適 的再生光束波長。即，通過如上所述地選擇再生光束的合適波長以 及設(shè)置再生光束的適當入射角度，可以獲得更優(yōu)選的再生特性以及 更優(yōu)選的記錄/再生特性。為了使全息記錄介質(zhì)的溫度與波長相關(guān) 聯(lián)，可以使用方程式，或者可以對溫度與波長之間的關(guān)系建立映射
并將其存儲在RAM等中。
如果還提供參考光束從其通過的相位掩沖莫，則可以防止所謂的 零級光在全息記錄介質(zhì)的特定點上集中。在這里，再生時以及記錄 時需要使用相位掩模，從而獲得良好的記錄/再生特性。如果再生時 全息記錄介質(zhì)的溫度與記錄時的溫度相同，則4叉<又需要在記錄和再 生時，使用相同的相位掩模，并且對相位掩模的構(gòu)造沒有特別的限 制。然而，當在本發(fā)明的實施例中使用相位掩模時，如果參考光束 區(qū)域的范圍和再生光束區(qū)域的范圍彼此不同，則必需考慮一些因素 來構(gòu)造相位掩模。即，需要將相位掩^f莫構(gòu)造為使得照射全息圖上相 同點的光束具有同樣的相位特性。如上所述，全息圖上的同一點 (即，全息圖的三維空間中的l壬何點)才艮才居溫度而移動。因此，即 4吏在記錄和再生時的溫度4皮此不同時，通過相位掩才莫獲得的參考光
束和通過相位掩模獲得的再生光束需要在全息圖上的同 一 點具有 相同的作用。
例如，如果參考光束區(qū)域的范圍和再生光束區(qū)域的范圍是具有 同 一 中心的圓環(huán)形區(qū)i或時，可以如下構(gòu)成^f吏參考光束和再生光束對 同一點具有相同的作用的相4立掩才莫。即，可以形成沿通過其中心的 徑向線具有相同相位特性的相位掩才莫，所述中心對應于參考光束區(qū) 域和再生光束區(qū)域的同一中心(即，界定圓環(huán)形區(qū)域的外圓和內(nèi)圓 的同一中心)。更具體地，例如，相位掩模具有簡單的構(gòu)造，其中， 其相位4又在圓周方向上變^f匕，而在徑向沒有變4匕。
在本實施例中，參考光束的適當?shù)娜肷浣嵌确秶鶕?jù)全息記錄 介質(zhì)的溫度來限定，并且再生光束的適當?shù)娜肷浣嵌确秶哺鶕?jù)全 息記錄介質(zhì)的溫度來限定。在本發(fā)明另一實施例中，在記錄時，將 參考光束的入射角度范圍設(shè)置為預定的固定范圍或?qū)谟涗洉r
的全息記錄介質(zhì)的溫度的入射角度范圍；而在再生時，將再生光束 的入射角度范圍設(shè)置為大于參考光束的入射角度范圍。因而，不管 全息記錄介質(zhì)溫度如4可或者至少不管全息記錄介質(zhì)在再生時的溫 度如何，都可以獲得良好的再生特性和記錄/再生特性。盡管在此情 況下產(chǎn)生了多余的再生光束，這些多余的再生光束并不滿足布拉格 條件，因此在獲取衍射光束中不會引起任何嚴重的問題。
上述記錄和再生的原理適用于全息記錄裝置、全息再生裝置以 及全息記錄/再生裝置。在下文中，將參照附圖對上述記錄和再生的 原理進行詳細的說明。
(實施例的全息記錄/再生裝置)
圖1是主要示出了用作使用全息記錄介質(zhì)進行記錄和再生的全 息記錄/再生裝置的主要部分的光學部的示意圖。圖1中示出的全息 記錄/再生裝置是進4亍記錄和/或再生并且采用同軸法的裝置。
圖1的全息記錄/再生裝置中使用的全息記錄介質(zhì)48是圓盤形 介質(zhì)，如光盤(CD)或凄t字化多功能光盤(DVD)。在全息記錄介 質(zhì)48的最中心部分設(shè)置用于定位全息記錄介質(zhì)48的旋轉(zhuǎn)中心的 孔。在全息記錄介質(zhì)48上進行記錄/再生操作的全息記錄/再生裝置 1包括作為主要構(gòu)成部分的圖1所示的光學部。另外，全息記錄/再 生裝置1包括具有電路(未詳細示出)的控制器100以及圖1中部 分示出的機械部。全息記錄/再生裝置1經(jīng)由控制器100連接至外部 設(shè)^(未示出)，例如主機以及視頻顯示裝置(監(jiān)視器)。如同圖17A~ 圖17C中示出的作為現(xiàn)有技術(shù)的全息記錄介質(zhì)一樣，全息記錄介質(zhì) 48包括記錄材并+層48b、基板48a和基玲反48c。對于釆用同軸法的 全息記錄/再生裝置1，全息記錄介質(zhì)48還包括反射膜(未示出)， 用于將響應于再生光束而產(chǎn)生的書于射光束反射回光學部。
全息記錄/再生裝置1的光學部形成光路，光束從該光路通過。 光學部包括激光源IO、隔離器ll、光閘12、傅立葉變換透4竟13、 寸專立葉變換透4竟14、活動反射4竟16a、空間調(diào)制器19、偏振光束分 離器20、傅立葉變換透鏡21、傅立葉變換透鏡24、偏振光束分離 器27、傅立葉變換透鏡41、傅立葉變換透鏡42、四分之一波長板 26、物鏡28、傅立葉變換透鏡29、反射鏡30、傅立葉變換透鏡31 以及圖像傳感器32。將包括物鏡28和反射鏡(未示出)的物鏡單 元36、四分之一波長板26以及傅立葉變換透4竟42固定在跟蹤活動 部分34。物鏡單元36中包括的反射鏡用于將圖1中從左至右傳播 的光束方向改變?yōu)榕c圖1平面垂直的方向。
圖1中作為機械部的一部分示出的活動反射4竟單元16中包括 的活動反射鏡致動器(未示出)控制活動反射鏡16a的旋轉(zhuǎn)角度。
從而，穿過物4竟28并施加到全息i己錄介質(zhì)48的光束在全息i己錄介 質(zhì)48的切線方向移動。跟蹤活動部分34被配置為在全息記錄介質(zhì) 48的徑向方向上微小地一起移動傅立葉變換透鏡42、四分之一波 長板26與物鏡單元36。跟蹤活動部分34被用作才幾械部的一部分的 活動部致動器60所移動。即，包4舌在活動反射4竟單元16中的活動 反射4竟致動器用作枳4成部的一部分并且在全息記錄介質(zhì)48的切線 方向上移動光點，而3艮蹤活動部分34也用作積4戒部的一部分并且 在全息記錄介質(zhì)48的if艮蹤方向上移動光點。
用作機械部一部分以及圖1中所示的其他組件包括使全息記錄 介質(zhì)48旋轉(zhuǎn)的組件以及進行聚焦伺服控制的組件。全息記錄介質(zhì) 48通過》茲4失吸盤等安裝在轉(zhuǎn)盤上，并且該轉(zhuǎn)盤固定在主軸電4幾33 的旋轉(zhuǎn)軸上。利用機械部的這種結(jié)構(gòu)，全息記錄介質(zhì)48通過主軸 電機33的驅(qū)動力旋轉(zhuǎn)。聚焦致動器55安裝在主軸電機33和主軸 電機基座58之間。聚焦致動器55可以在與圖1平面垂直的方向(即 聚焦方向)上改變?nèi)⒂涗浗橘|(zhì)48與主軸電機基座58之間的距離。 固定在滑動進給電機56的旋轉(zhuǎn)軸并與其一起旋轉(zhuǎn)的第一齒4侖57a 與固定在主軸電機基座58的第二齒輪57b嚙合。從而，滑動進給 電機56的旋轉(zhuǎn)引起整個全息記錄介質(zhì)48圍繞同心圓的中心^走轉(zhuǎn)。 利用這種滑動進^會4幾構(gòu)，全息記錄介質(zhì)48可以響應于追蹤伺月M言 號的〗氐頻部分的大量位移，在與全息記錄介質(zhì)48的半徑相對應的 距離上進行移動。
全息記錄/再生裝置1還包括檢測全息記錄介質(zhì)48的溫度的溫 度檢測器70。溫度檢測器70使用熱電偶溫度計、全息術(shù)溫度檢測 器、水銀溫度計等，以將全息記錄介質(zhì)48的溫度或全息記錄介質(zhì) 48附近的溫度轉(zhuǎn)化為電信號并對其進4于枱，測。將纟皮轉(zhuǎn)化為電〗言號并 且檢測出的溫度作為溫度信號輸入到控制器100。
(記錄操作概述)
下面將與光學部的各個部分的操作 一起來描述如^f可將^:據(jù)記 錄為全息圖。
激光源10具有例如發(fā)射405 nm的波長的激光光束的激光器 (所謂的藍色激光器)。激光源IO使來自藍色激光器的光束通過外 部共4展器，從而可以改變光束的波長。當透4竟等反射的光返回時， 隔離器11防止所述光返回構(gòu)成外部共振激光器的藍色激光器，從 而維持單一^t式的振動。通過來自控制器100的信號控制激光光束 的波長。
光閘12是允許或阻斷光束透射的元件。才艮據(jù)來自控制器100 的信號，光閘12控制是否允許光束通過。傅立葉變換透鏡13和傅 立葉變換透4竟14用于增加光束的直徑。增加直徑后的光束進入活 動反射4竟16a,并且^皮反射到偏振光束分離器20。然后，光束通過 偏振光束分離器2(M皮導向空間調(diào)制器19。 反而，光束可以照射空 間調(diào)制器19中的所需區(qū)域。即，光束可以照射下述空間調(diào)制器19 中的參考光束區(qū)i或19a和信號光束區(qū)域19b (參見圖3)。
空間調(diào)制器19在參考光束區(qū)i或19a和信號光束區(qū)i或19b中顯 示預定的圖樣。從而，空間調(diào)制器19空間調(diào)制光束以獲得參考光 束和信號光束。例如，將反射性4失電液晶顯示器用作空間調(diào)制器19。 反射性鐵電液晶顯示器形成為非常小的像素的二維陣列，每個像素 為例如邊長為10 jam的正方形?？臻g調(diào)制器19包含1000 x 1000的 像素矩陣，即配置在空間調(diào)制器19中的像素總數(shù)為1000000。這些 像素構(gòu)成參考光束區(qū)域19a、信號光束區(qū)域19b，并且還構(gòu)成再生 光束區(qū)域。上述各個預定圖樣均是像素的組合，用于確定是否反射 施加到每個像素上的光線。這些預定圖像的模式由控制器IOO控制。
圖2示出了參考光束區(qū)域19a和信號光束區(qū)域19b中顯示的圖 樣。在圖2中，具有與圖的背景相同的顏色的部分(下文中稱為白
色部分)反射光束，而黑色所示部分(下文中稱為黑色部分)不反
射光束?？刂破鱅OO將待記錄的數(shù)據(jù)編碼為二進制分組碼，給每個 白色部分賦值"1"，給每個黑色部分賦值"0"。內(nèi)部多邊形部分對 應于用于產(chǎn)生信號光束的信號光束區(qū)域19b，而亮的圓環(huán)形部分對 應于用于產(chǎn)生參考光束的參考光束區(qū)域19a。例如，多邊形部分和 圓環(huán)形部分可以通過如圖2所示隨才幾排列白色和黑色部分而形成， 或者可以通過<又<又排列白色部分而形成。信號光束和參考光束通過 多邊形部分和圓環(huán)形部分之間的黑色區(qū)i成分隔。
圖3用具體尺寸示出了圖2的參考光束區(qū)域19a和信號光束區(qū) 域19b。
將參照圖1來描述其中所示的各個部分。由空間調(diào)制器19調(diào) 制的參考光束和信號光束的偏振方向與具有兀/2的相位差的入射光 束正交。因此，參考光束和信號光束透射通過偏振光束分離器20， 并且向傅立葉變換透鏡21傳播。這些已通過傅立葉變換透鏡21和 傅立葉變換透鏡24的光束入射到偏振光束分離器27。
偏振光束分離器27被配置為將參考光束和信號光束導向傅立 葉變換透鏡41，并將衍射光束(以下描述)導向傅立葉變換透鏡 29。
已通過傅立葉變換透鏡41和傅立葉變換透鏡42的光束透射通 過四分之一波長板26，故物鏡單元36中的反射4竟改變方向，并由 物鏡28聚集。然后，與參考光束和信號光束形成的干涉圖樣對應 的全息圖被記錄在全息記錄介質(zhì)48的記錄材料層48b中。
(再生操作概述)
下面將與光學部的各個部分的操作一起來簡要說明如何再生 全息圖。
在現(xiàn)有技術(shù)中，典型地，在再生全息圖時，將參考光束區(qū)域19a 用作再生光束區(qū)域，并且顯示與記錄時所顯示的圖才羊相同的圖才羊。 本實施例的特征在于再生時的再生光束區(qū)域與記錄時的參考光束 區(qū)域19a不同。將在下文中詳細說明本實施例的這種特征。信號光 束區(qū)域19b中的〗象素全部由黑色部分形成，因而信號光束區(qū)域19b 不反射光束?？臻g調(diào)制器19才艮據(jù)從控制器100供給空間調(diào)制器19 的信號顯示來上述圖樣。
在空間調(diào)制器19中顯示圖樣后，與記錄時一樣，將光束施加 到空間調(diào)制器19。與記錄時一樣，由空間調(diào)制器19調(diào)制的光束通 過光學組件，并且通過物鏡28聚集，最終聚集在全息記錄介質(zhì)48 的記錄材沖牛層48b上。才艮據(jù)記錄材料層48b中形成的全息圖而產(chǎn)生 的衍射光束被全息記錄介質(zhì)48的反射膜(未示出)所反射，并再 次通過物鏡28、四分之一波長板26以及其他光學組件，從而到達 偏振光束分離器27。
在向外的路徑中，四分之一波長板26使藍色光束的偏振從線 偏振轉(zhuǎn)化為圓偏振。在返回路徑中，如果在四分之一波長板26上 入射的藍色光束的偏振是圓偏振，那么四分之一波長板26使藍色 光束的偏振從圓偏振轉(zhuǎn)化為線偏振。由于返回的藍色光束的偏振平 面與具有兀/2的相位差的向外的藍色光束的偏振平面正交，所以到 達偏振光束分離器27的衍射光束被導向傅立葉變換透鏡29。
反射鏡30反射來自傅立葉變換透鏡29的衍射光束，將其導入 傅立葉變換透鏡31。反射鏡30用于使光束的光路轉(zhuǎn)向，從而減小 全息記錄/再生裝置1的光學部的尺寸。傅立葉變換透鏡29和傅立 葉變換透鏡31被配置為使按比例縮放后獲得的實像在圖像傳感器
32上形成。圖像傳感器32是光學的光4全測器，例如互補金屬氧化 物半導體(CMOS )傳感器或電荷耦合器件(CCD )，其中二維地配 置了多個小型光接收元件(像素)。圖像傳感器32檢測對應于施加 到各個光接收元件的衍射光束的強度的電信號?？刂破?00被配置 為輸入電信號，從而進行用于再生所記錄數(shù)據(jù)的信號處理。與現(xiàn)有 技術(shù)的CD和DVD相比，全息記錄介質(zhì)48的特征在于可以在其上 同時記錄或者乂人其上同時再生1x103 ~ 1x106位的教:據(jù)(即一頁的 數(shù)據(jù))。
(全息記錄介質(zhì)的熱膨脹的影響)
圖4是示出了全息記錄介質(zhì)48的溫度與最佳激光波長(光束 波長)之間關(guān)系的圖，所述最佳激光波長是從激光源10發(fā)射的激 光光束(光束)的最佳波長。圖5是示出了全息記錄介質(zhì)48的溫 度與入射角度范圍之間的關(guān)系的示圖，所述入射角度范圍是參考光 束和再生光束的最佳入射角度的范圍(參見以下所述的圖6),以及 示出了全息記錄介質(zhì)48的溫度與參考光束區(qū)域19al (參見以下所 述的圖6)和再生光束區(qū)域19a2 (參見以下所述的圖7)之間的關(guān) 系的示圖。盡管圖4和圖5的示圖示出的是通過計算所獲得的結(jié)果， 但是這些計算結(jié)果與實驗結(jié)果的 一致程度非常高。這些計算結(jié)果是 通過分析在背景技術(shù)的說明中參照圖17討論的全息記錄介質(zhì)48的 基板48a、基板48c和記錄材料層48b之間的熱膨脹程度的差異引 起的現(xiàn)象而獲得的。
圖4和圖5的示圖示出了可以獲得最優(yōu)選再生特性的條件。例 如，在全息記錄介質(zhì)48的溫度為25。C，參考光束的入射角度為 31.3。 ~ 36.9。(參考光束區(qū)i或19al從2.6 mm的半^圣才廣展至3.0 mm 的半徑)，并JU敫光波長為405nm的條件下進4于記錄時，如果再生 時全息記錄介質(zhì)48的溫度也是25°C，則最理想的是在再生光束的 入射角度為31.3° ~ 36.9° (再生光束區(qū)域19a2/人2.6 mm的半徑擴
展至3.0 mm的半徑)并且激光波長為405 nm的條件下進行再生。 在另一個實例中，當記錄在上述的相同條件下進行時，如果再生時 全息記錄介質(zhì)48的溫度為35。C，則最理想的是在再生光束的入射 角度為31.1。 ~ 36.6。(再生光束區(qū)i或19a2 乂人2.58 mm的半4圣擴展至 2.98 mm的半徑)并且激光波長為402.3 nm的條件下進行再生。在 又一實例中，當記錄在上述相同的條件下進4亍時，如果再生時全息 記錄介質(zhì)48的溫度為15。C，則最理想的是在再生光束的入射角度 為31.6° ~ 37.1。(再生光束區(qū)i或19a2從2.62 mm的半4圣擴展至3.02 mm的半徑)并且激光波長為407.7 nm的條件下進行再生。
也可如下使用圖4和圖5的示圖。例如，當記錄時全息記錄介 質(zhì)48的溫度為35°C時，最理想的是在參考光束的入射角度為 31.1。 ~ 36.6。(參考光束區(qū)i或19al 乂人2.58 mm的半^圣才廣展至2.98 mm 的半徑)并且激光波長為402.3 nm的條件下進4于記錄。如果在這些 條件下進行記錄，則在再生時全息記錄介質(zhì)48的任何溫度下，最 佳激光波長和再生光束的最佳入射角度(再生光束區(qū)域19a2的最 佳范圍)都可以參照圖4和圖5的示圖來確定。
將圖4和圖5的示圖所表示的凄t據(jù)存4諸在例如控制器100的 RAM中?？刂破?00才企測來自溫度4企測器70的溫度，參考RAM,
光束的入射角度(參考光束區(qū)域19al或再生光束區(qū)域19a2的范 圍)，控制空間調(diào)制器19,由此可以限定最佳記錄和/或再生條件。
(第一實施例)
將參照圖6~圖8詳細描述本發(fā)明的第一實施例。圖6是示出 了在記錄時空間調(diào)制器19(參見圖1)中顯示的參考光束區(qū)域19al 和信號光束區(qū)域19b、物鏡28(參見圖1 )以及全息記錄介質(zhì)48 (參 見圖1)沿光束傳播方向的相互關(guān)系的示意性截面圖。
圖7和圖8均為示出了在再生時空間調(diào)制器19中顯示的再生 光束區(qū)i或19a2和信號光束區(qū)i或19b、物4竟28以及全息記錄介質(zhì)48 沿光束傳播方向的相互關(guān)系的示意性截面圖。
更準確地，在圖6 ~圖8中，光在全息i己錄介質(zhì)48的表面上發(fā) 生折射。然而，由于這不影響本發(fā)明的本質(zhì)，故圖6-圖8中省略 了對光的折射的i兌明。
圖6中所示的入射角度A1表示從特定像素反射的參考光束的 入射角度。在這里，盡管此^象素的空間位置可以變化，{旦是對此傳_ 素指示"1"或"0"值的信號是確定的。即，此像素是預定的電限 定的^f象素。在下文中，這樣的^f象素位置^皮稱為電位置。圖7中所示 的入射角度A2以及圖8中所示的入射角度A3均表示從此特定像 素反射的再生光束的入射角度。本實施例的特征是具有入射角度 Al的光束、具有入射角度A2的光束以及具有入射角度A3的光束 通過全息圖上的同一點。在圖6 圖8中，示出的從空間調(diào)制器19 反射的光束就像是從各個像素中心發(fā)射的點光源。然而，實際上， 光束是乂人參考光束區(qū)域19al的整個區(qū)域、再生光束區(qū)域19a2的整 個區(qū)域以及信號光束區(qū)域19b的整個區(qū)域反射的，并且連續(xù)地分布。
如圖6中所示(如同圖3的情況)，參考光束區(qū)i或19al配置在 空間調(diào)制器19的徑向外部部分，而信號光束區(qū)域19b配置在空間 調(diào)制器19的徑向內(nèi)部部分。下面將4艮i殳記錄時全息記錄介質(zhì)48的 溫度為25°C而進行描述。從各個參考光束區(qū)域19al和信號光束區(qū) 域19b反射的光束發(fā)散，從而到達物鏡28，通過物鏡28,并且形 成平行光束以照射全息記錄介質(zhì)48。
限定本實施例中的參數(shù)，4吏得當物4竟28的焦距為5 mm、物鎮(zhèn): 28的數(shù)值孔徑(N.A.)為0.6、形成參考光束區(qū)域19al和信號光束 區(qū)域19b的各個像素是邊長為10 pm的正方形并且全息記錄介質(zhì)48
的折射率為1.5時，來自各個像素的平行光束之間的距離為405 ^m。 在此計算中，考慮到了全息記錄介質(zhì)48中的折射。如圖3中所示， 將信號光束區(qū)域19b設(shè)置在空間調(diào)制器19的2.3 mm半徑內(nèi)(不管 溫度)，并且當全息記錄介質(zhì)48的溫度為25°C時，將參考光束區(qū) 域i殳置為乂人空間調(diào)制器19的2.6 mm半徑擴展為3.0 mm半徑。信 號光束區(qū)域和參考光束區(qū)域的范圍可以根據(jù)從控制器輸出的電信 號而設(shè)置為任何值。
在上述條件下進行記錄時，如果再生時(其中信號光束區(qū)域19b 將再生為黑色部分)全息記錄介質(zhì)48的溫度與記錄時的溫度相差 約10。C,由于全息記錄介質(zhì)48的熱膨脹，如果參考光束區(qū)域19al 和再生光束區(qū)域19a2 4皮此重合、參考光束的入射角度和再生光束 的入射角度都等于入射角度Al、并且參考光束的波長和再生光束 的波長相同，那么很難再生所記錄的數(shù)據(jù)?？紤]到這一點，本實施 例-故配置為獨立地限定參考光束區(qū)域19al和再生光束區(qū)域19a2。 這包括參考光束區(qū)域19al和再生光束區(qū)域19a2 4皮此重合的情況。
圖7示出了在上述條件下在全息記錄介質(zhì)48上進行記錄后， 當全息記錄介質(zhì)48的溫度為15°C (比記錄時的溫度低10。C)時進 行再生的最佳再生光束區(qū)域19a2。再生光束區(qū)域19a2通過數(shù)據(jù)(本 實施例的記錄/再生的原理基于該數(shù)據(jù))進行限定(參照圖4和圖5 來說明)。在這里，再生光束區(qū)域19a2限定為從空間調(diào)制器19的 2.62 mm半徑擴展至3.02 mm半徑。這是才艮據(jù)/人控制器100輸出至 空間調(diào)制器19的指令來進行限定的。具體地，當各個像素是邊長 為10 jam的正方形時，再生光束區(qū)i或19a2在再生光束區(qū)i或19a2的 內(nèi)半徑和外半徑上均向外移動兩個<象素。激光波長#4居從控制器 100至激光源10的指令設(shè)置為407.7 nm。入射角度A2設(shè)置為大于 入射角度Al。
圖8示出了在上述條件下在全息記錄介質(zhì)48上進行記錄后， 當全息記錄介質(zhì)48的溫度為35°C (比記錄時的溫度高10°C)時進 4亍再生的最佳再生光束區(qū)域19a2。再生光束區(qū)域19a2通過凄t據(jù)(本 實施例的記錄/再生的原理基于該數(shù)據(jù))進行限定(參照圖4和圖5 說明)。在這里，再生光束區(qū)域19a2限定為從空間調(diào)制器19的2.58 mm半徑擴展至2.98 mm半徑，同時激光波長限定為402.3 nm。再 生光束區(qū)域19a2的此范圍(對應于31.3。 ~ 36.6。的再生光束的入射 角度)根據(jù)從控制器100輸出至空間調(diào)制器19的指令來進行限定。
具體地，當各個像素都是邊長為10 |im的正方形時，再生光束 區(qū)域19a2在再生光束區(qū)i或19a2的內(nèi)半徑和外半徑上均向內(nèi)移動兩 個像素。然而，當各個像素都是邊長為10 |im的正方形時，通常很 難在所需半徑的津青確位置照射全息記錄介質(zhì)48。在此實例中，當再 生光束區(qū)域19a2移動兩個像素，所得的內(nèi)半徑為2.58mm。因此， 在此情況下，這沖羊來限定再生光束區(qū)域19a2，偵:得其內(nèi)半徑略孩吏超 過預期值。這樣，由于覆蓋了再生所必需的入射角度的范圍，所以 所記錄的數(shù)據(jù)可沒有任何問題地進行再生。具有略4鼓過度的入射角 度的光束不滿足布拉格條件，因此不會對再生產(chǎn)生負面影響。激光 波長才艮據(jù)/人控制器100至激光源10的指令而i殳置為402.3 nm。入 射角度A3設(shè)置為小于入射角度A1。
圖9和圖10均示出了空間調(diào)制器19的反射面上形成的參考光 束區(qū)域19al和再生光束區(qū)域19a2。圖9對應于圖7的截面圖，而 圖10 7于應于圖8的截面圖。
在圖7中，參考光束區(qū)域19al位于再生光束區(qū)域19a2的徑向 內(nèi)側(cè)。在此情況下，在圖9中，當屬于參考光束區(qū)域19al和再生 光束區(qū)域19a2的〗象素的空間位置在圓柱坐標中表示時，參考光束 區(qū)域19al中的點可以表示為點Ri (實際上是邊長為10 pm的正方 形)。根據(jù)此點的電位置，控制器100用"0"或"1"的信號控制
此點是白色部分還是黑色部分。當在15。C的溫度(比記錄時的溫 度低10°C)下進行再生時，參考光束區(qū)域19al中的點R!空間映射 到再生光束區(qū)域19a2中的點R2,點R2具有與點Ri相同的電位置。 換言之，空間位置(015 r。映射到空間位置(A, r2)。當點&和 點R2在圓柱坐標中表示時，9i是點Rd目對于基線B的角度，n是 中心O至點Ri的半徑，r2是中心0至點R2的半徑。在這里，具有 相同電位置的點Ri和R2具有相同的角度才艮據(jù)全息記錄介質(zhì)48 在記錄時以及在再生時的溫度，具有半徑n的點Ri映射至具有不 同于半徑n的半徑i"2的點R2。對于一次近似，在點Ri的半徑n和 點R2的半^f圣r2之間建立以下方禾呈式1的變才灸方禾呈。
方程式1
r 2= r1＋k (T r —Tw)
其中，k為常數(shù)， Tw為記錄時的溫度，而Tr為再生時的溫度。在 這里，溫度Tw為25。C,而溫度Tr為15。C。同時，點I^的角度和 點R2的角度均為A。
在圖8中，參考光束區(qū)i或19al位于再生光束區(qū)i或19a2的徑向 外側(cè)。在此情況下，當在35°C的溫度(比記錄時的溫度高10°C) 下進4亍再生時，參考光束區(qū)域19al中的點Ri空間映射至再生光束 區(qū)域19a2中的點R3，點R3具有與點Rd目同的電位置。換言之， 空間位置r。映射至空間位置(015 r3)。在這里，。是從中心 O至圓柱坐標中表示的點R3的半徑。在方程式1中，通過用&替 代r2,將25°C代入Tw，并將35°C代入Tr,可以獲得點R3 (點 映射至該點R3 )的半徑r3。 在上述第一實施例中，各個參考光束區(qū)i或19al和再生光束區(qū) 域19a2中顯示的圖樣(即，與形成參考光束區(qū)i或19al和再生光束 區(qū)域19a2的〗象素對應的白色和黑色部分的分布才莫式)并不限于特 定一種，而可以是任何圖樣(例如預定圖樣、隨機圖樣、或者僅僅 由白色部分形成的圖樣)，只要方程式1所表示的關(guān)系適用于具有 相同電4立置的〗象素。
此外，在上述第一實施例中，當根據(jù)記錄時以及再生時的全息 記錄介質(zhì)48的溫度來改變參考光束區(qū)i或19al和再生光束區(qū)i或19a2 之間的空間位置關(guān)系時，同時改變激光波長。然而，如果i己錄時與 再生時的全息記錄介質(zhì)48的溫度差異4艮小，那么只需要通過改變 參考光束區(qū)i或19al和信號光束區(qū)域19b之間的空間位置關(guān)系，而 不必改變激光波長，就能夠從本質(zhì)上改善記錄/再生特性。
(第二實施例)
圖11示出了空間調(diào)制器19的反射面上形成的參考光束區(qū)域 19al和再生光束區(qū)域19a2。下面將參照圖ll來描述本發(fā)明的第二 實施例。
將全息記錄/再生裝置1設(shè)計為在5°C~45°C的操作溫度范圍 內(nèi)操作。因此，根據(jù)全息記錄/再生裝置1的操作溫度范圍，當全息 記錄介質(zhì)48的溫度在5。C 45。C的范圍內(nèi)時，進行記錄和再生。 參照圖5，再生光束區(qū)i或19a2 ,人空間調(diào)制器19的2.56 mm半徑擴 展至3.04 mm半徑。在第二實施例中，與全息記錄介質(zhì)48的溫度 無關(guān)，再生光束區(qū)i或19a2 乂人空間調(diào)制器19的2.56 mm半^圣才廣展至 3.04mm半徑，于是，這整個區(qū)域上的再生光束施加至全息記錄介 質(zhì)48。另一方面，參考光束區(qū)域的范圍19al才艮據(jù)全息記錄介質(zhì)48 的溫度而變化。因而，在全息記錄/再生裝置1的操作溫度范圍內(nèi)的 任何溫度下，具有所需入射方向的再生光束元件施加到全息記錄介
質(zhì)48的記錄材料層48b，并且可以獲得良好的再生。即使多余的再 生光束施加到記錄材并+層48b,也不影響再生。這是因為多余的具 有不同于原先預期的入射角度的再生光束不滿足布拉格條件。在這 里，理想的是再生光束區(qū)i或19a2完全由白色部分構(gòu)成。
如果記錄時與再生時的全息記錄介質(zhì)48的溫度差異相對4交小， 那么即使激光波長保持恒定，也能夠獲得良好的記錄/再生特性。然 而，如果記錄時與再生時的全息記錄介質(zhì)48的溫度差異相對4交大， 則需要根據(jù)圖4的示圖改變激光波長，從而可以獲得更為優(yōu)選的記 錄/再生特性。
或者，可以不管全息記錄介質(zhì)48的溫度，固定參考光束區(qū)域 19al和再生光束區(qū)域19a2。只要在全息再生裝置的操作溫度范圍 內(nèi)，形成的再生光束區(qū)域19a2覆蓋施加至全息的參考光束來自的 整個區(qū)域，就不會引起任何有關(guān)再生特性的問題。
(第三實施例)
圖12示出了根據(jù)本發(fā)明第三實施例的全息記錄/再生裝置2。 通過在來自空間調(diào)制器19的實像形成的位置配置相位掩沖莫40 (參 見圖12)或者通過配置相位掩模40與空間調(diào)制器19相接觸，可以 防止在記錄材料層48b (參見圖17)產(chǎn)生零級光。零級光以下述方 式影響記錄和再生。即，記錄時，局部浪費M數(shù)(M/弁)，并且減 少多重記錄的次數(shù)，而再生時，由于光束集中在記錄材料層48b的 特定點上，促使記錄材料層48b劣化。在第三實施例中，相位掩模 40用于逐像素地移動相位，使得在記錄材并牛層48b內(nèi)施加零級光的 位置上來自各個像素的光束的振幅之和基本為0 (即振幅彼此抵 消)。
在第一實施例中，改變參考光束區(qū)i或19al和再生光束區(qū)i或 19a2的范圍。在第二個實施例中，改變參考光束區(qū)域的范圍19al， 使得參考光束和再生光束的入射角度在徑向上發(fā)生改變，或者使得 參考光束的入射角度在徑向上發(fā)生改變。當在上述的第一和第二實 施例中的任何一個加入相位掩模(例如相位掩模40 )后，為了獲得 良好的再生特性，必需確保再生時的相位與記錄時的相位相同。因 此，即使當改變參考光束區(qū)域19al和再生光束區(qū)域19a2的范圍時， 再生時由相位掩模產(chǎn)生的相位也需要與記錄時的相位相同。這樣的 相位掩模的實例包括徑向的相位掩模。
圖13是作為徑向的相位掩模實例的相位掩模40的平面圖。圖 13示出了相位掩沖莫40的截面，所述截面沿垂直于光束傳4番方向的 線得到。從相位掩模40的內(nèi)半徑擴展至外半徑的區(qū)域覆蓋上述第 一和第二實施例中的參考光束區(qū)域和再生光束區(qū)域的整個范圍。例 如，相位掩才莫40的內(nèi)半徑為2.5 mm，而相4立掩才莫40的外半徑為 3.1 mm。如圖13中所示，凸部40a和凹部40b (參見圖14A )以圓 環(huán)形交替配置。圖14A 圖14C是不同類型的相位掩模的斷面。相 位掩才莫40的形狀可以是圖14A~圖14C中所示的任何一種。圖14A 中所示的相位掩才莫具有矩形斷面。凸部40a和凹部40b之間的高度 差為mX/(2n)，其中m為奇數(shù)，X為光束的波長，n為折射率。圖 14B中所示的相位掩模具有正弦斷面。圖14C中所示的相位掩模具 有梯形斷面。
方程式2用于通過計算證實零級光能夠被上述任何相位掩模消除。
方程式2
<formula>formula see original document page 33</formula>
其中，2兀是圖14A~圖14C中所示的任何相位掩才莫的斷面的頂部和 底部之間的相位差，p是整數(shù)，其表示相位掩模的每個圓周的凸部 和凹吾卩的循5不凄史。
零級光的強度I。通過以下方程式3來表示 方程式3<formula>formula see original document page 33</formula>
其中E*為E的共軛函數(shù)。
如果相位掩沖莫的斷面的頂部和底部之間的相位差為2 x 2兀，并 且相位掩模的每個圓周有p個循環(huán)，方程式2中的p可以用2p替 代，從而獲得同樣的結(jié)果。
圖15示出了具有不同重復數(shù)量的凸部和凹部的相位掩模。在 圖15中，白色部分對應于凸部，而黑色部分對應于凹部。圖15(Pl ) 示出了具有16個分區(qū)或者每個圓周有8個循環(huán)的凸部和凹部的相 位掩模。圖15 (P2)示出了具有32個分區(qū)或者每個圓周有16個循 環(huán)的凸部和凹部的相位掩模。圖15 (P3)示出了具有64個分區(qū)或 者每個圓周有32個循環(huán)的凸部和凹部的相位掩才莫。圖15 (P4)示 出了具有128個分區(qū)或者每個圓周有64個循環(huán)的凸部和凹部的相 位掩模。
圖16是示出了全息記錄介質(zhì)48中光束的峰強度和相位掩模中 分區(qū)數(shù)量之間的關(guān)系的示圖，分區(qū)數(shù)量是每個圓周中凸部和凹部的
重復凄t的兩倍。示圖的水平軸表示分區(qū)凄史量，而圖的垂直軸表示光 束的峰強度，所述峰強度是在一個點或多個其他點出現(xiàn)的較高強度
中的最高強度。點P1代表具有16個分區(qū)的相位掩模對應的峰強度， 點P2代表具有32個分區(qū)的相位掩模對應的峰強度，點P3代表具 有64個分區(qū)的相位掩模對應的峰強度，而點P4代表具有128個分 區(qū)的相位掩模對應的峰強度。點Pm代表沒有相位掩模時出現(xiàn)的峰 強度。點Pr代表使用具有兩級隨機圖樣的相位掩模時出現(xiàn)的峰強 度。圖16示出了相位掩^f莫的使用具有減小峰強度的效果。圖16還 示出了減d、峰強度的效果隨相位掩模中分區(qū)數(shù)量的增加而增加。
涉及圖14A~圖14C以及方程式2的說明是基于相位掩才莫具有 規(guī)則圖樣的假設(shè)。然而，原則上，相位掩模的圖樣并不必須是點對 稱，而可以是任何圖樣，只要當參考光束區(qū)域和再生光束區(qū)域的范 圍變化時，相位掩模對照射全息圖(其根據(jù)全息記錄介質(zhì)48的溫 度改變其形狀)上同一點的光束賦予相同的相位特性。更具體地， 當參考光束區(qū)域的范圍和再生光束區(qū)域的范圍為圓環(huán)形時，相位掩 模可以是能夠消除零級光并且為徑向的任何圖樣。相位掩模與參考 光束區(qū)域和再生光束區(qū)域——對應。即4吏相位掩才莫具有非點對稱圖 樣，控制器IOO也如同在上述具有點對稱圖樣的相位掩模的情況下 一樣，控制相位掩模的模式。
在上述空間調(diào)制器19中，屬于信號光束區(qū)域19b、參考光束區(qū) 域19al以及再生光束區(qū)域19a2的^f象素是邊長為10 pm的正方形。 然而，相位掩模的像素和空間調(diào)制器19的像素并不必須是同樣的 形狀。例如，在相位掩模中，在對應于信號光束區(qū)域19b的區(qū)域中 的像素可以是邊長為10 jmi的正方形，而在對應于參考光束區(qū)域 19al和再生光束區(qū)域19a2的區(qū)域中的像素可以是圓環(huán)形的，而不 是正方形。形成的圓環(huán)形4象素均為約10nm寬(即形成圓環(huán)形的外 圓和內(nèi)圓的半徑之差)。然后，通過組合多個圓環(huán)形^像素(每個均
具有10 pm的寬度)形成的參考光束區(qū)i或19al和再生光束區(qū)i或19a2 的模式可以通過控制器100逐像素地來進行控制。
與上述第 一 實施例和第二實施例 一 樣，第三實施例通過適當?shù)?限定光束的入射角度范圍，也具有獲得良好記錄/再生特性的效果。 此外，采用第三實施例，可以防止光束集中在特定點上，從而防止 峰強度的增加。因此，在記錄時，可以防止局部浪費M數(shù)(M/#), 乂人而增加多重記錄的次數(shù)。另外，在再生時，可以防止光束集中在 記錄材料層的特定點上，從而防止記錄材料層的劣化。
上述實施例的i兌明中4吏用的凄K直是本申i青中所列的發(fā)明人以 及其他相關(guān)人員在實驗中使用的代表性的值。例如，如果使用具有 不同于記錄材料層48b的記錄材料層的全息記錄介質(zhì)，則所得示圖 將與圖4和圖5的不同。此外，空間調(diào)制器中信號光束區(qū)域和參考 光束區(qū)域的半徑不限于上述i兌明中4吏用的半徑。
本領(lǐng)域4支術(shù)人員應當理解，4艮據(jù)^:計要求和其他因素，可以在 所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)或其等同范圍內(nèi)進行各種修改、組合、子組
合以及變4b。
權(quán)利要求
1.一種全息記錄/再生裝置，用信號光束和參考光束照射全息記錄介質(zhì)，從而在該介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全息圖，用再生光束照射記錄在所述全息記錄介質(zhì)上的所述全息圖，從而獲得衍射光束，并且由所述衍射光束再生所記錄的數(shù)據(jù)，所述全息記錄/再生裝置包括空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生所述參考光束的參考光束區(qū)域和用于產(chǎn)生所述再生光束的再生光束區(qū)域；以及控制器，被配置為控制所述參考光束區(qū)域的范圍和所述再生光束區(qū)域的范圍，其中，根據(jù)所述全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫度，所述參考光束區(qū)域的范圍被設(shè)置為第一預定范圍，從而所述參考光束在所述全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍被設(shè)置為第一預定角度范圍；并且根據(jù)所述全息記錄介質(zhì)在再生所記錄的數(shù)據(jù)時的溫度，所述再生光束區(qū)域的范圍被設(shè)置為第二預定范圍，從而所述再生光束在所述全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍被設(shè)置為第二預定角度范圍。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息記錄/再生裝置，其中，根據(jù)所述 全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫度，所述參考光束的波長被設(shè)置為 第一預定波長；并且根據(jù)所述全息記錄介質(zhì)在再生所記錄的數(shù)據(jù)時的溫度， 所述再生光束的波長纟皮:沒置為第二預定波長。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息記錄/再生裝置，還包括相位掩模，所述參考光束和所述再生光束從該相位掩模 通過，其中，當所述參考光束區(qū)域的范圍和所述再生光束區(qū)域 的范圍變化時，所述相位掩模使照射所述全息圖上同 一點的光 束具有相同的相^f立特性。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全息記錄/再生裝置，其中，所述參考 光束區(qū)域和所述再生光束區(qū)域是具有同 一 中心的圓環(huán)形區(qū)域； 并且所述相位掩才莫-故形成為沿通過其中心的徑向線具有相同 的相位特性，所述中心對應于所述圓環(huán)形區(qū)域的同 一 中心。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全息記錄/再生裝置，其中，所述控制 器包括存儲電路，其被配置為存儲與所述全息記錄介質(zhì)的的溫 度相對應的、關(guān)于所述第 一 預定區(qū)域和所述第二預定區(qū)域的信 息。
6. —種全息記錄/再生裝置，用信號光束和參考光束照射全息記 錄介質(zhì)，從而在該介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全息圖，用再生光束照 射記錄在所述全息記錄介質(zhì)上的所述全息圖，從而獲得衍射光 束，并且由所述書f射光束再生所記錄的凄t據(jù)，所述全息記錄/ 再生裝置包括-.空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生所述參考光束的參考光 束區(qū)域和用于產(chǎn)生所述再生光束的再生光束區(qū)域；以及控制器，被配置為控制所述參考光束區(qū)域的范圍以及所 述再生光束區(qū)域的范圍， 所述參考光束區(qū)域的范圍被設(shè)置為預定范圍，從而所述 參考光束在所述全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍被設(shè)置為預定角度范圍；并且所述再生光束區(qū)域的范圍被設(shè)置為使得所述再生光束的 入射角度范圍包括在所述全息記錄介質(zhì)上進4亍記錄時所述參 考光束的所述預定角度范圍。
7. —種全息記錄裝置，用信號光束和參考光束照射全息記錄介 質(zhì)，從而在該介質(zhì)上將數(shù)據(jù)記錄為全息圖，所述全息記錄裝置 包括空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生所述參考光束的參考光 束區(qū)i或；以及控制器，被配置為控制所述參考光束區(qū)域的范圍，其中，才艮據(jù)所述全息記錄介質(zhì)在i己錄時的溫度，所述參 考光束區(qū)域的范圍祐:i殳置為預定范圍，乂人而所述參考光束在所 述全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍被設(shè)置為預定角度范圍。
8. —種全息再生裝置，用再生光束照射全息記錄介質(zhì)，獲得衍射 光束，并且由所述衍射光束再生所記錄的數(shù)據(jù)，其中在所述全 息記錄介質(zhì)上，通過利用信號光束以及具有對應于所述全息記 錄介質(zhì)在記錄時的溫度的第 一預定角度范圍的參考光束照射 所述全息記錄介質(zhì)而將ft據(jù)記錄為全息圖，所述全息再生裝置 包括空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生所述再生光束的再生光 束區(qū)i或；以及控制器，-故配置為控制所述再生光束區(qū)域的范圍，其中，才艮據(jù)所述全息記錄介質(zhì)在再生所記錄的凄t據(jù)時的 溫度，所述再生光束區(qū)域的范圍被設(shè)置為預定范圍，從而所述 再生光束在所述全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍被設(shè)置為第 二預定角度范圍。
9. 一種全息再生裝置，用再生光束照射全息記錄介質(zhì)，獲得衍射 光束，并且由所述衍射光束再生所記錄的數(shù)據(jù)，其中在所述全 息記錄介質(zhì)上，通過利用信號光束和參考光束照射所述全息記 錄介質(zhì)而將數(shù)據(jù)記錄為全息圖，所述全息再生裝置包括空間調(diào)制器，其中形成用于產(chǎn)生所述再生光束的再生光 束區(qū)i或；以及控制器，4皮配置為控制所述再生光束區(qū)域的范圍，其中，所述再生光束區(qū)域的范圍被設(shè)置為使得所述再生 光束的入射角度范圍包括在所述全息記錄介質(zhì)上記錄所述全 息圖時所述參考光束的入射角度范圍。
全文摘要
一種全息記錄/再生裝置，包括空間調(diào)制器，其中形成參考光束區(qū)域和再生光束區(qū)域；以及控制器，被配置為控制參考光束區(qū)域的范圍以及再生光束區(qū)域的范圍。根據(jù)全息記錄介質(zhì)在記錄時的溫度，控制器將參考光束區(qū)域的范圍設(shè)置為第一預定范圍，從而將參考光束在全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為第一預定角度范圍。根據(jù)全息記錄介質(zhì)再生所記錄的數(shù)據(jù)時的溫度，控制器將再生光束區(qū)域的范圍設(shè)置為第二預定范圍，從而將再生光束在全息記錄介質(zhì)上的入射角度范圍設(shè)置為第二預定角度范圍。
文檔編號G11B7/0065GK101359484SQ20081013490
公開日2009年2月4日 申請日期2008年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
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