CN1230695C - 全息记录媒体 - Google Patents
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Abstract
全息记录媒体包括由第一可透光的衬底、第二可透光的衬底和位于上述两衬底之间的全息记录层组成的全息记录载体、形成于第一可透光的衬底表面的第一抗反射膜和形成于第二可透光的衬底表面的第二抗反射膜,第一抗反射膜和第二抗反射膜的光学特性相互不同。由此构成的全息记录媒体通过使用物光束和参考光束来实现数据记录和数据再现特性的改进,同时能够对物光束和参考光束或仅参考光束进行所需的定位,并通过使用位置控制光束检测数据记录和数据再现的区域地址。
Description
技术领域
本发明涉及一种全息记录媒体,特别是一种能将数据作为全息图三维地记录下来的全息记录媒体。
背景技术
一次性写入的光学记录媒体诸如CD-R DVD-R和数据可重复写入的光学记录媒体例如CD-RW DVD-RW已经作为记录数字数据的记录媒体被广泛使用。当数据要被记录在这些常用的光学记录媒体之上时,一强度经调制后的激光束投影到这种光学记录媒体的记录层上,由此化学和/或物理变化改变了局部的记录层而形成了记录标记。数据是由记录标记的前缘和后缘之间的长度(记录标记长度)以及记录标记的后缘和下一个记录标记的前缘之间的长度(空白长度)组成的。因此,在这些光学记录媒体中,数据的表达形式是一维的而记录形式是二维的。
然而,现今朝着高度的信息化社会的显著进步已经产生出了一种需求,即要求光学记录媒体的容量的进一步增长和数据记录、数据再现的进一步加速。为了满足这些需求,人们已经提出了下一代的各种各样的光学记录媒体,在这些记录媒体中,注意力集中在通过在光学记录媒体上记录类似图像的数据来实现大容量的光学记录媒体、高速的数据记录、数据再现这一技术,由此取代二维的数据记录方式。该技术的一个例子即全息记录。在全息记录中,类似图像的数据被三维地记录在光学记录媒体上。通过全息记录方式记录数据的记录媒体被称作是全息记录媒体(“全息数据存储”,光学科学第76期Springer系列)
在全息记录中,被称作为物光束和参考光束的两束相干激光束以不同的角度投射到全息记录媒体的记录层(全息记录层)上,因此产生了干涉条纹,而由此产生的干涉条纹作为全息图被立体地记录在记录层上。当数据被再现时,参考光束就投射到记录层上,该记录层中记录于干涉条纹,作为全息图记录下来的数据被再现。
正如日本公开的专利申请第200263733号中所述,全息记录媒体的衬底是由凹凸图案形成的,用以确定物光束和参考光束、或者是参考光束的位置,并且检测数据被记录下来或数据被再现的区域地址。在这种情况下,当数据被记录或被再现时,通过将被称作是位置控制光束的第三激光束光点聚焦在凹凸图案上,就有可能确定物光束和参考光束或仅仅是参考光束的位置、并检测数据被记录下来或数据被再现的区域地址。
如上所述,由于数据被三维地记录在全息记录媒体上,因此可以认为数据记录和数据再现受到了激光束在衬底表面产生的反射的极大影响,这在数据以二维方式记录的常用光学记录媒体中不会产生问题。由于这一原因,有必要在全息记录媒体上通过在衬底表面提供一种抗反射膜来抑制衬底面的反射,因为这一反射影响了数据记录和数据再现。
然而,如果在衬底表面上提供一种能极大地抑制激光束经过衬底表面产生的反射的抗反射膜,当位置控制光束投射到衬底表面形成的凹凸图案上时,衬底表面反射的光束就不会用所希望的方式进行调制,因此,定位物光束和参考光束或是定位参考光束,或者检测数据被记录下来或数据被再现的区域地址就会因此变得困难起来。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种全息记录媒体,它通过使用物光束和参考光束来实现数据记录和数据再现特性的改进,并且同时使得物光束和参考光束或者仅仅是参考光束完成预定的定位,和使用位置控制光束来检测数据被记录下来或数据被再现的区域地址成为可能。
本发明的上述目的和其他目的可以通过一全息记录媒体来实现,该全息记录媒体包括全息记录数据的全息记录载体,在全息记录载体一表面上形成的第一抗反射膜以及在全息记录载体另一表面上形成的第二抗反射膜,该第一抗反射膜和第二抗反射膜的光学特性相互是不同的。
本发明中,这里所称的全息记录载体至少包括一个全息记录层,它也有可能由一对可透光的衬底以及一夹在衬底之间的全息记录层组成,或者是由一层可透光的衬底以及在该可透光衬底的一表面上形成的全息记录层构成,更进一步地,它也有可能仅由全息记录层构成。
根据本发明,由于第一抗反射膜和第二抗反射膜相互有着不同的光学特性,这就可能抑制物光束和参考光束在全息记录载体表面产生的反射,并可以通过适当地设定第一抗反射膜和第二抗反射膜的光学特性参数来确保位置控制光束在全息记录载体表面产生的反射,因此,就有可能使用物光束和参考光束来改进数据记录、数据再现特性,同时也能够完成物光束和参考光束或者仅仅是参考光束的预定定位,以及使用位置控制光束来检测数据被记录下来或数据被再现的区域地址。
在本发明一个优选方案中,全息记录载体的构成要便于数据记录在其中并且通过投射第一激光束数据由此被再现,和在全息记录载体的一个表面上形成凹凸图案以便能够确定第一激光束的位置,及通过在凹凸图案表面上投射第二激光束来检测数据被记录下来或数据被再现的区域地址。
在本发明的又一个优选方案中,第二抗反射膜的形成要便于其相对于第二激光束的反射系数大于其相对于第一激光束的反射系数。
根据本发明的该优选方案,抑制第一激光束在全息记录载体的另一表面上产生的反射是可能的,而且能因此确保第二激光束的反射。
更进一步地,在本发明的优选方案中,第一抗反射膜和第二抗反射膜的形成更便于第二抗反射膜相对于第二激光束的反射系数要大于第一抗反射膜相对于第二激光束的反射系数。
根据本发明的该优选方案,可以抑制第二激光束在全息记录载体的一个表面上产生的反射并能确保第二激光束在全息记录载体的另一个表面上产生反射。
在本发明中,第一抗反射膜相对于第一激光束的反射系数和第二抗反射膜相对于第一激光束的反射系数二者都最好等于或低于1.0%,更佳的数值取0.5%或低于0.5%。
当第一抗反射膜相对于第一激光束的反射系数和第二抗反射膜相对于第一激光束的反射系数都等于或低于1.0%时,就有可能有效地防止第一激光束在全息记录载体的两个表面上的反射对数据记录和数据再现所产生的影响。
进一步地,在本发明中,第二抗反射膜相对于第二激光束的反射系数最好等于或高于2.0%,更佳的数值取3.0%或高于3.0%,最好等于或高于4.0%。
当第二抗反射膜相对于第二激光束的反射系数最好等于或高于2.0%时,由凹凸图案反射的第二激光束就能进行很好的调制。
此外,在本发明中,第一激光束的波长最好小于第二激光束的波长。
当第一激光束的波长小于第二激光束的波长时,就能更可靠地防止全息记录载体曝光以及防止数据出错或丢失;
而且,第一抗反射膜和第二抗反射膜的厚度最好都等于或小于第一激光束波长的1.5倍;
当第一抗反射膜和第二抗反射膜的厚度最好都等于或小于第一激光束波长的1.5倍时,材料的成本得到降低,由于形成第一和第二抗反射膜所需的时间能被缩短,因此就降低了其制造成本。而且,能够防止第一和第二抗反射膜由于其中所产生的应力而脱落。
在本发明的优选方案中,第一抗反射膜形成于全息记录载体表面,而第一激光束投射到该表面上。
在本发明的另一优选方案中,全息记录载体包括了第一可透光的衬底、第二光可透过衬底和位于这两衬底之间的全息记录层。
本发明的上述和其他特征将通过下面参考附图的描述将会变得更加清楚。
附图说明
图1是该发明的局部剖视图,显示了本发明一个较佳实施例的全息记录媒体的外观图;
图2是图1中用A表示部分的放大剖视图;
图3是抗反射膜的剖视图;
图4是全息图记录和再现装置图,该装置用来将数据记录在全息记录媒体上或从该媒体上再现数据;
图5是另一个将数据记录在全息记录媒体上或从该媒体上再现数据的全息数据记录装置实施例图;
图6是实施例1中测得的样品#1、#2和#3的反射系数和激光束波长之间关系的曲线图;
图7是实施例3中测得的样品#1的反射系数和激光束入射角之间关系的曲线图;
图8是实施例3中测得的样品#2的反射系数和激光束入射角之间关系的曲线图;
图9是实施例3中测得的样品#3的反射系数和激光束入射角之间关系的曲线图;
具体实施方式
图1是该发明的局部剖视图,显示了本发明一个较佳实施例的全息记录媒体的外观图;图2是图1中用A表示部分的放大剖视图。
如图1所示,根据本实施例的全息记录媒体10具有一个类似于盘的外形,其中心部分由一孔形成。
全息记录媒体10的外径和厚度没有特别的限制,但是最好选择等于或类似于现有光学记录媒体如CD DVD,即120mm和1.2mm,使其在驱动器(全息记录和再现装置)中易于处理。
如图2所示,全息记录媒体10包括可透光衬底11、12、位于衬底11与12之间的全息记录层20、在可透光衬底11的表面11a形成的抗反射膜21以及在可透光衬底12的表面12a形成的抗反射膜22。物光束a、参考光束b和位置控制光束c投射到抗反射膜21上,由此将数据记录在其上或从中再现数据。
后面会详细谈到,物光束a和参考光束b由同一激光源发射出来并且在本说明书中它们的波长都被定义为λ0;
位置控制光束c由不同于发射物光束a和b的另一激光源发出,其波长在本说明书中被定义为λ1,这里λ1≠λ0;
波长λ0和波长λ1优选的关系为λ0<λ1,更进一步的优选关系为1.2λ0<λ1<2.0λ0;
如果波长λ0和波长λ1设置为满足以上关系,就可以防止全息记录层20曝光于位置控制光束c,还能防止数据出错或丢失。
进一步地,为了实现全息记录媒体的高容量和高速的数据记录和数据再现,波长λ0的值最好置于350nm和550nm之间。并且,如果波长λ1的值太大,分辨能力就变低,有必要加大或加深后面要描述的凹凸图案。因此,波长λ1最好小于波长λ0的2倍。
可透光衬底11、12是盘状衬底,由一种至少在波长为λ0和λ1时有着足够高的透光率的材料制成。可透光衬底11用于传送物光束a、参考光束b和定位光束c,可透光衬底12用于传送参考光束b。进一步地,可透光衬底11、12用于在物理和化学方面保护全息记录层20,并作为确保全息记录媒体10所需要的机械强度的衬底。因此,构成可透光衬底11、12的材料和其厚度由这些功能来决定。
可透光衬底11、12可由多种材料中的任意一种构成,如玻璃、陶瓷、树脂可用于形成可透光衬底11、12,优选采用树脂或玻璃形成可透光衬底11、12。用于形成可透光衬底11、12的树脂的说明实例包括有聚碳酸酯树脂、丙烯酸树脂、环氧树脂、聚苯乙烯树脂、聚乙烯树脂、聚丙烯树脂、有机硅树脂、氟聚合物、丙烯晴丁二烯苯乙烯树脂,聚氨酯树脂,聚烯烃树脂或类似物,这其中,考虑到低双折射,优选聚烯烃树脂,特别是优选非晶态聚烯烃树脂。用于形成可透光衬底11、12的玻璃材料的说明实例包括碱石灰玻璃、硅铝酸盐玻璃、合成的石英玻璃或类似物。
为了防止光束被全息记录层20和可透光衬底11、12之间的界面反射,对于构成可透光衬底11、12的材料来说,最好有着与记录层20大致相同的折射率。
凹凸图案13从邻近中心的部分开始朝着外圆周的方向螺旋地形成于可透光衬底12的表面12a上,便于定位物光束a和参考光束b并识别数据被记录下来或数据被再现的区域地址。
后面将要详细谈到,位置控制光束c投射在凹凸图案13上以在其上形成光束点,有可能通过检测从凹凸图案13反射的光束来确定物光束a和参考光束b的位置并检测数据被记录下来或数据被再现的地址。
因此,凹凸图案13的配置不需要专门地限制在使得物光束a和参考光束b能定位、地址能被检测到的范围内,凹凸图案13的形成可以类似于形成于CD-ROM衬底上的柱坑图案,也可以类似于形成于CD-R衬底上的预槽图案。
在凹凸图案13的形成类似于柱坑图案这种情况下,柱坑长度和相邻的柱坑之间的长度有可能包含地址信息,而在凹凸图案13的形成类似于预槽图案的情况中,预槽图案的摇动可能包含地址信息。
凹凸图案13可以是同心的,而在可透光衬底11、12有着卡式或类似的形状的情况下,它可以是线性的。凹凸图案13并不绝对需要是连续形成的,它的形成可以是间断的。
全息记录层20是一种相干的物光束a和参考光束b投射到其上面的层,在该层上,由物光束a和参考光束b辐射产生的干涉条纹以全息图的形式被记录下来。
构成全息记录层20的材料没有特别地限制,可以使用感光材料如光敏聚合物构成全息记录层20。
尽管全息记录层20的形成更与可透光衬底11、12形成直接接触,但是一层保护膜可介于记录层20和可透光衬底11、12之间,用以防止全息记录层20退化。在保护膜设置在记录层20和可透光衬底11、12之间的情况下,保护膜最好有着与可透光衬底11、12及记录层20大致相同的折射率。
由可透光衬底11、12及全息记录层20组成的叠层在下文中被称为“全息记录载体”。
抗反射膜21、22分别用来减少光束在可透光衬底11的表面11a和在可透光衬底12的表面12a上的反射。抗反射膜21、22的配置没有特别的限制,但是每一个最好由包含多个无机膜(一种无机的多层膜)的叠层材料构成。
在本实施例中,抗反射膜21、22各自直接地形成于可透光衬底11的表面11a和可透光衬底12的表面12a,但是,也可以在抗反射膜21与可透光衬底11之间或抗反射膜22与可透光衬底12之间插入另外一层。而且其它层也可插入抗反射膜21与可透光衬底11之间和抗射膜22与可透光衬底12之间。在另一层设置在可透光衬底11、12和抗反射膜21、22之间的情况下,其它层则最好与可透光衬底11、12以及全息记录层20有着大体相同的折射率。
抗反射膜21与22的光学特性相互是不同的,更具体地说,在本发明中,对于波长为λ0的激光束来说抗反射膜21的反射系数R21(λ0)、对于波长为λ1的激光束来说抗反射膜21的反射系数R21(λ1)、对于波长为λ0的激光束来说抗反射膜22的反射系数R22(λ0)和对于波长为λ1的激光束来说抗反射膜22的反射系数R22(λ1)至少应满足下列公式(1)和(2)其中之一,最好能同时满足公式(1)和(2):
R22(λ0)<R22(λ1) (1)
R21(λ1)<R22(λ1) (2)
在本实施例中,全息记录媒体10的抗反射膜21、22同时满足公式(1)和(2)。
当满足公式(1)时,由于位置控制光束c在可透光衬底12的表面12a上的反射能够在某种程度上得到保证,而物光束a和参考光束b在可透光衬底12的表面12a上的反射会被抑制,因此就有可能抑制物光束a和参考光束b的反射对数据记录和数据再现产生的不利影响,还有可能充分调制经凹凸图案13反射后的定位光束c。
进一步地,当满足公式(2)时,由于位置控制光束c在可透光衬底12的表面12a上的反射能够在某种程度上得到保证,而位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a上的反射会被抑制,因此就有可能抑制位置控制光束c的反射对数据记录和数据再现产生的不利影响,还有可能充分调制经凹凸图案13反射后的定位光束c。
具体来说,相对于波长λ0的激光束来说,抗反射膜21的反射系数R21(λ0)优选为等于或小于1.0%,等于或小于0.5%更好。如果反射系数R21(λ0)被设定等于或小于1.0%就能有效地防止物光束a和参考光束b在可透光衬底11的表面11a的反射对数据记录和再现产生的影响,而如果反射系数R21(λ0)值设定为等于或小于0.5%时,就能更加有效地防止物光束a和参考光束b在可透光衬底11的表面11a的反射对数据记录和再现产生的影响。
后面会具体谈到,由于物光束a和参考光束b以预订的角度投射到抗反射膜21上,因此希望反射系数R21(λ0)的值设定在上述优选范围内时有着尽可能大范围的入射角,入射角度优选超过0至45度范围,0至55度更好。
进一步地,抗反射膜22的反射系数R22(λ0)相对于波长λ0的激光束来说优选为等于或小于1.0%,等于或小于0.5%更好。如果R22(λ0)等于或小于1.0%就能有效地防止物光束a和参考光束b在可透光衬底12的表面12a的反射对数据记录和再现产生的影响,而如果反射系数R22(λ0)的值被设定为等于或小于0.5%时,就能更加有效地防止物光束a和参考光束b在可透光衬底12的表面12a的反射对数据记录和再现产生的影响。类似于反射系数R21(λ0),希望R22(λ0)的值在上述优选范围内时有着尽可能大范围的入射角,入射角度优选超过0至45度的范围,0至55度更好。
此外,抗反射膜21的反射系数R21(λ1)相对于波长λ1的激光束来说优选为等于或小于1.5%,等于或小于1.0%更好。如果反射系数R21(λ1)被设定为等于或小于1.5%就能有效地防止位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a的反射对数据记录和再现产生的影响,而如果反射系数R21(λ1)的值被设定为等于或小于1.0%时,就能更加有效地防止位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a的反射对数据记录和再现产生的影响。反射系数R21(λ1)优选值的上限定为比反射系数R21(λ0)的上限高,因为物光束a和参考光束b在可透光衬底11的表面11a的反射对数据记录和再现产生的不良影响要大于位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a的反射对对数据记录和再现产生的不良影响;
进一步地,抗反射膜22的反射系数R22(λ1)相对于波长λ1的激光束来说优选为等于或大于2.0%,等于或大于3.0%更好,最好等于或大于4.0%。如果反射系数R22(λ1)被设定等于或大于2.0%,就能极大地调制经凹凸图案13反射的位置控制光束c,如果反射系数R22(λ1)被设定等于或大于3.0%,就能更大地调制经凹凸图案13反射的位置控制光束c,更进一步地,如果反射系数R22(λ1)被设定等于或大于4.0%,则会显著地调制经凹凸图案13反射的位置控制光束c。
如上面所提到的,每个抗反射膜21、22优选由包含多个无机膜(一种无机的多层膜)的叠层构成。用于形成无机膜的材料的说明实例包括如TiO2、Y2O3、SiO2、Al2O3、ZrO2、CeO2、ZnO等氧化物,如MgF2、AlF3等氟化物,如ZnS等硫化物,以及它们的混合物,每个抗反射膜21、22也可以由两种或两种以上无机膜经叠压后形成。每个抗反射膜21、22的光学特性可通过选择用于形成单个无机膜的材料、单个无机膜的厚度和层的配置来进行调节。因此,有着上述光学特性的抗反射膜21、22可通过选择用于形成单个无机膜的材料、单个无机膜的厚度和层的配置来进行调节。
图3是抗反射膜21(22)的大致剖视图。
图3中所示的抗反射膜21、22包含了依次叠压而成的七层无机膜31,32,33,34,35,36,37。在这七层无机膜31,32,33,34,35,36,37中,无机膜层31、35、37由一种低折射率的材料(下文中称之为“低折射材料”)形成,其折射率比可透光衬底11、12的折射率低,而无机膜层32、34、36由另一种材料(下文中称之为“中等折射材料”)形成,其折射率比可透光衬底11、12的折射率稍高一些。进一步地,无机膜层33由一种高折射率的材料(下文中称之为“高折射材料”)形成,其折射率比中等折射材料的折射率高。
这里所说的折射率意指针对波长为λ0的折射率。
在可透光衬底11、12的折射率为1.47至1.60的情况下,可以将氟化物例如MgF2、AlF3等,SiO2或者它们的混合物或是以这些材料为主的组合物作为低折射材料来使用,将Y2O3、Al2O3、ZrO2或者SiO2和ZnO的混合物,或是以这些材料为主的组合物作为中等折射材料来使用。并且,将TiO2、CeO2或者硫化物例如ZnS等,或是以这些材料为主的组合物作为高折射材料来使用。
这些无机膜层31至37使用喷溅处理、蒸汽沉积处理、溶胶-凝胶处理或类似处理过程形成。考虑到控制膜的厚度,特别优选的是使用喷溅处理或蒸汽沉积处理形成这些无机膜层。
这样,以特定的波长在较宽范围的入射角内有着极低反射系数的抗反射膜21、22可以通过叠压用低折射材料制成的无机膜31、35、37、用中等折射材料制成的无机膜32、34、36、用高折射材料制成的无机膜33来形成,以便用高折射材料制成的无机膜33置于用中等折射材料制成的无机膜32与34之间。
因此,在每个抗反射膜21、22有着如图3所示结构的情况下,通过适当地选择形成无机膜层31至37的材料及它们的厚度就可能使得抗反射膜21、22有着上述光学特性。
每个抗反射膜21、22的厚度优选设为等于或小于1.5λ0,如果抗反射膜21、22的厚度被设定大于1.5λ0,材料成本就会上涨,而且由于要花费很长一段时间形成每个抗反射膜21、22,因而制造成本也会提高。进一步地,由于抗反射膜21、22中的应力增加,它们会有被剥离的危险。
现在根据本实施例,将对一种在全息记录媒体10上记录数据或从其中再现数据的方法做出解释。
图4是将数据记录在全息记录媒体10上或从该媒体上再现数据的全息记录和再现装置图;
如图4所示,全息记录和再现装置100包括第一激光源101、第二激光源102、光束分离器103、快门104、空间光调制器105、半反射镜106、107,反射镜108、透镜109、110、111,位置检测器112和图像传感器113。
第一激光源101用于发射出波长为λ0的激光束,从第一激光源101发射出的激光束经光束分离器103分离为物光束a和参考光束b。
另一方面,第二激光源102用于发射出波长为λ1的激光束,从第二激光源102发射出的激光束用作定位光束c。
快门104、空间光调制器105、半反射镜106和透镜109设置在物光束a的光径上。当数据要被记录在全息记录媒体10上时,物光束a就投射到该全息记录媒体10上以至于垂直作用于抗反射膜21的表面上,即入射角Ψ为零。
当数据要被再现时,物光束a被快门104挡住。因此只有当数据要被记录时物光束a才投射到全息记录媒体10上。设置在物光束a的光径中的空间光调制器105适用于根据将被记录的数据来对物光束a进行二维图案调制。
另一方面,参考光束b经反射镜108反射后通过透镜110以预订的入射角θ投射到全息记录媒体10的抗反射膜21的表面上。因为在参考光束b的光径上没有设置快门,所以数据要被记录或再现时,全息记录媒体10都会被参考光束b照射到。
因此,当数据要被记录时,全息记录媒体10用物光束a和参考光束b进行照射,由此,干涉条纹通过物光束a和参考光束b产生在全息记录层20上,并以全息图的方式记录在其中。
另一方面,当数据要被再现时,全息记录媒体10仅用参考光束b进行照射,由此,在全息记录层20上形成的全息图以光的形式被再现,而包括了全息图像的再现光则经透镜111被图像传感器113所接收。包含在再现光中的全息图像由图像传感器113转换成数据。
位置控制光束c穿过半反射镜107,经半反射镜106反射后沿着与物光束a的光径相同的光径前行。位置控制光束c会聚于在可透光衬底12上形成的凹凸图案13上,并被凹凸图案13反射为位置控制光束e,然后该位置控制光束e朝着位置检测器112的方向前行,位置检测器112用光束e来检测物光束a和参考光束b或仅是参考光束b的位置,以及数据被记录和再现的区域地址。
更具体地说,位置检测器112首先根据从可透光衬底12的表面12a上位置控制光束c的反射产生一个聚焦信号,和根据凹凸图案13产生一个定位信号,该聚焦信号和定位信号馈送给驱动器(未图示),该驱动器根据聚焦信号准确地在厚度方向上移动全息记录媒体10,并由此基于定位信号而准确地在平面方向上移动全息记录媒体10。结果,物光束a和参考光束b或仅参考光束b能被准确定位。物光束a和参考光束b或仅参考光束b也可以不使用驱动器来移动全息记录媒体10,而是通过移动包括反射镜、透镜等在内的光学系统来进行定位。
当通过使用如此组成的数据记录和再现装置将数据记录在全息记录媒体10或从中进行再现时,由于抗反射膜22相对于波长为λ0的位置控制光束c的反射系数R22(λ1)的值设定相当大,经在可透光衬底12的表面12a上形成的抗反射膜22反射的位置控制光束e的强度也相当大,因此有可能通过使用位置检测器112检测由抗反射膜22反射的位置控制光束e来可靠地确定物光束a和参考光束b的位置,并检测数据被记录或再现的区域地址。
进一步地,由于抗反射膜22相对于物光束a和参考光束b的反射系数R22(λ0)被设定小于其相对于位置控制光束c的反射系数R22(λ1),物光束a和参考光束b在可透光衬底12的表面12a上的反射被抑制了,因此就有可能有效地防止物光束a和参考光束b在可透光衬底12的表面12a上的反射对数据记录和数据再现产生的影响。
更进一步地,在该实施例中,由于抗反射膜21相对于位置控制光束c的反射系数R21(λ1)被设定小于抗反射膜22相对于位置控制光束c的反射系数R22(λ1),位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a上的反射被抑制了,因此就有可能有效地防止位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a上的反射对数据记录或数据再现产生的影响。
图5是另一个将数据记录在全息记录媒体10上或从该媒体上再现数据的全息数据记录装置实施例图;
如图5所示,全系数据记录装置200包括第一激光源201、第二激光源202、光束分离器203、快门204、空间光调制器205、反射镜206、208、半反射镜207,透镜209、210、211、212,位置检测器213和图像传感器214。
第一激光源201用于发射出波长为λ0的激光束,从第一激光源发射出的激光束经光束分离器203分离为物光束a和参考光束b。
另一方面,第二激光源202用于发射出波长为λ1的激光束,由第二激光源202产生的激光束用作是定位光束c。
快门204、反射镜206、空间光调制器205和透镜209设置在物光束a的光径上。当数据要被记录在全息记录媒体10上时,物光束a就以预订的入射角投射到该全息记录媒体10的抗反射膜21的表面上。
当数据要被再现时,物光束a被快门204挡住。因此只有当数据要被记录时物光束a才投射到全息记录媒体10上。设置在物光束a的光径上的空间光调制器205适用于根据将被记录的数据对物光束a进行二维图案调制。
另一方面,参考光束b经反射镜208反射后通过透镜210以预订的入射角θ投射到全息记录媒体10的抗反射膜21的表面上。因为在参考光束b的光径上没有提供快门,所以数据被记录或进行再现时,全息记录媒体10会被参考光束b进行照射。
因此,当数据被记录时,全息记录媒体10被用物光束a和参考光束b进行照射,由此,干涉条纹由物光束a和参考光束b产生在全息记录层20上,并以全息图的方式记录在其中。
另一方面,当数据被再现时,全息记录媒体10仅被用参考光束b进行照射,由此,在全息记录层20上形成的全息图以光的形式被再现,而包括了全息图图像的再现光则经透镜212被图像传感器214所接收。包含在被再现的光中的全息图图像由图像传感器214转换成数据。
位置控制光束c穿过半反射镜207,经由透镜211投射到全息记录媒体10上以致垂直地作用到抗反射膜21的表面上。
定位光束c会聚于形成于可透光衬底12上的凹凸图案13上,并被凹凸图案13反射为位置控制光束e,然后该光束e朝着位置检测器213的方向前行,位置检测器213用光束e来检测物光束a和参考光束b或仅参考光束b的位置,以及数据被记录和再现的区域地址。
当通过使用如此组成的数据记录和再现装置将数据记录在全息记录媒体10上或从全息记录媒体10上进行再现时,由于抗反射膜22相对于波长为λ1的位置控制光束c的反射系数R22(λ1)的值设定相当大,经在可透光衬底12的表面12a上形成的抗反射膜22反射的位置控制光束e的强度也相当大,因此有可能通过使用位置检测器213检测由抗反射膜22反射的位置控制光束e来可靠地确定物光束a和参考光束b的位置,并检测数据被记录或再现的区域地址。
进一步地,由于抗反射膜22相对于物光束a和参考光束b的反射系数R22(λ0)被设定小于其相对于位置控制光束c的反射系数R22(λ1),物光束a和参考光束b在可透光衬底12的表面12a上的反射被抑制了,因此就有可能有效地防止物光束a和参考光束b在可透光衬底12的表面12a上的反射对数据记录或数据再现产生的影响。
更进一步地,由于抗反射膜21相对于位置控制光束c的反射系数R21(λ1)被设定小于抗反射膜22相对于位置控制光束c的反射系数R22(λ1),位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a上的反射被抑制了,因此就有可能有效地防止位置控制光束c在可透光衬底11的表面11a上的反射对数据记录或数据再现产生的影响。
通常来说,由于物光束a投射到全息记录媒体10的入射角θ与参考光束b投射到其上的入射角之和(+θ)近似于90度,即物光束a与参考光束b之间的夹角近似于90度,全息图的多重性就会变大,而数据也将以高密度被记录下来。
进一步地,为了提高衍射效率,或者是物光束a投射到全息记录媒体10上的入射角,或者是参考光束b投射到全息记录媒体10上的入射角θ优选近似于90度。
考虑到该光学系统的布局、物光束a与参考光束b的重叠量和其他因素,为实现复合全息图的记录和高密度的数据记录,物光束a投射到全息记录媒体10的入射角θ与参考光束b投射到全息记录媒体10上的入射角中的一个或另一个优选的值在45度以上浮动,55度以上则更好。
当球面波被用于物光束a与参考光束b时,为实现高密度的数据记录,优选采用投射到全息记录媒体10的入射角能在45度以上浮动,55度以上浮动则更好的物光束和参考光束。因此,反射系数R21(λ0)和R22(λ0)的值取小些,优选等于或小于1%,等于或小于0.5%则更好,使得入射角有着尽可能宽的范围。
进一步地,在凹凸图案13位于物光束a、参考光束b或者再现光束d的光径的情况下,在物光束a、参考光束b或者再现光束d中凹凸图案13会引起波像差,由此在被记录或被再现的信号中会产生噪声的危险,所以,优选将物光束a和参考光束b投射到全息记录媒体10上,以致于凹凸图案13不位于物光束a、参考光束b或者再现光束d的光径上。在该实施例中,由于凹凸图案13形成于可透光衬底12上,可透光衬底12位于与物光束a、参考光束b的入射方向相对的位置上,因此只有凹凸图案13与再现光束d的光径之间的位置关系才需要调整。
因此,如上所述,根据本实施例的全息记录媒体10包括形成于可透光的衬底11的表面11a上的抗反射膜21和形成在可透光的衬底12的表面12a上的抗反射膜22,抗反射膜21和22的反射系数应满足上面提到的公式(1)和(2),通过使用物光束和参考光束有可能改进数据记录特性和数据再现特性,同时也能对物光束a和参考光束b或仅参考光束b进行所需的定位,并通过使用位置控制光束c能检测到数据被记录或被再现的区域地址。
工作实例
现在为了进一步澄清本发明的优点将提出一些工作实例。
工作实例1
先准备一种厚度为0.6mm、折射率为1.52的非晶态聚烯烃衬底,一厚度为87nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜,一厚度为91nm、折射率为1.75、由Y2O3制成的无机膜,一厚度为66nm、折射率为2.40、由TiO2制成的无机膜,一厚度为76nm、折射率为1.75、由Y2O3制成的无机膜,一厚度为129nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜,一厚度为94nm、折射率为1.75、由Y2O3制成的无机膜和一厚度为110nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜通过喷溅处理依次形成于该非晶态聚烯烃衬底上,由此能够制造一个提供了包括多个无机膜层的抗反射膜的样品#1。
进一步地,准备另一种厚度为0.6mm、折射率为1.52的非晶态聚烯烃衬底,一厚度为118nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜,一厚度为101nm、折射率为1.75、由Y2O3制成的无机膜,一厚度为46nm、折射率为2.40、由TiO2制成的无机膜,一厚度为108nm、折射率为1.75、由Y2O3制成的无机膜,一厚度为86nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜,一厚度为112nm、折射率为1.75、由Y2O3制成的无机膜和一厚度为107nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜通过喷溅处理依次形成于该非晶态聚烯烃衬底上,由此能够制造一个提供了包括多个无机膜层的抗反射膜的样品#2。
更进一步地,准备一种厚度为0.6mm、折射率为1.52的非晶态聚烯烃衬底,一厚度为117nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜,一厚度为102nm、折射率为1.62、由Al2O3制成的无机膜,一厚度为63nm、折射率为2.30、由ZnS制成的无机膜,一厚度为72nm、折射率为1.85、由ZrO2和SiO2的混合物制成的无机膜,一厚度为140nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜,一厚度为96nm、折射率为1.75、由Y2O3制成的无机膜和一厚度为106nm、折射率为1.39、由MgF2和SiO2的混合物制成的无机膜通过喷溅处理依次形成于该非晶态聚烯烃衬底上,由此能够制造一个提供了包括多个无机膜层的抗反射膜的样品#3。
上述折射率是相对于波长λ为532nm的双YAG激光器来进行测量的。样品#1、#2和#3中的抗反射膜分别是双YAG激光器的波长λ的1.23、1.27、131倍,并且小于双YAG激光器的波长λ的1.5倍。
波长λ的激光束投射到每个样品#1、#2和#3上,并且测量了样品#1、#2和#3的反射系数。波长λ的值在500nm到800nm间变动。
测量结果如图6所示。
如图6所示,邻近530nm的波长λ反射系数在样品#1、#2和#3中都等于或小于0.5%;
另一方面,样品#1、#2和#3邻近780nm的波长λ反射系数分别大约是3.1%、0.9%、5.0%。
因此可以发现,在折射率为1.52的非晶态聚烯烃用于形成可透光的衬底材料情况下,样品#2中的抗反射膜形成于可透光的衬底的表面上,物光束、参考光束和位置控制光束投射到该表面上,样品#1或#3中的抗反射膜形成于另一个可透光衬底的表面上,物光束和参考光束的波长λ0约为530nm,位置控制光束的波长λ1约为780nm,那么通过使用物光束和参考光束有可能实现数据记录和数据再现特性的改进,同时能够对物光束a和参考光束b或仅参考光束b进行所需的定位,并通过使用位置控制光束c能检测到数据被记录或被再现的区域地址。
例如,可以用发出波长λ为532nm的激光束的双YAG激光器作为激光源来发射出波长λ0的激光束,和使用发出波长λ为780nm的激光束的CD红外线半导体激光器作为激光源来发射出波长λ1的激光束。
工作实例2
除了用厚度为0.6mm、折射率为1.52的碱石灰玻璃衬底来代替非晶态聚烯烃衬底使用之外,样品#4以与样品#1同样的方式进行制造,除了用厚度为0.6mm、折射率为1.52的碱石灰玻璃衬底来代替非晶态聚烯烃衬底使用之外,样品#5以与样品#2同样的方式进行制造。
当测量样品#4和#5反射系数之间的关系和激光束的波长λ时,可获得与样品#1和#2相同的结果。
工作实例3
样品#1、#2和#3中的反射系数是通过以不同的入射角度将波长为532nm的双YAG激光束投射到其上面进行测量的。
样品#1、#2和#3的测量结果分别如图7、8、9所示。
如图7至9所示,可以发现即使当激光束的入射角在一个较宽的范围0至60内变化时,样品#1、#2和#3中的反射系数仍然大体上保持等于或低于0.5%而且不超过1.0%。
工作实例4
当在工作实例2中制造出来的样品#4和#5的反射系数以与工作实例3相同的方式进行测量时,会得到与样品#1和#2相似的结果。
本发明已经参考具体的实施例和工作实例作出显示和描述。然而,应当注意的是,本发明决不局限于上述结构的细节,不脱离本发明权利要求所限定的保护范围内的情况下可对其作出变化和修改。
例如,尽管在上述实施例中全息记录媒体10的全息记录载体包括了可透光衬底11、12和位于二者之间的全息记录层20,但是对于全息记录载体来说,并不绝对需要包括可透光衬底11、12和位于二者之间的全息记录层20,全息记录载体可以具有不同的层结构。例如,可以由单个可透光的衬底和全息记录层来组成全息记录载体,可以在可透光的衬底和全息记录层的表面上形成抗反射膜。而且,如果全息记录层有足够的机械强度,则可以仅由全息记录层来组成全息记录载体,并在全息记录层的两个表面上形成抗反射膜。
进一步地,尽管在上述具体实施例中凹凸图案13在可透光衬底12上形成,该可透光衬底12位于与物光束a和参考光束b的入射方向相对的位置上,但是凹凸图案13并不是绝对在可透光衬底12上形成,该可透光衬底12位于与物光束a和参考光束b的入射方向相对的位置上,它可以布置抗反射膜22和形成有凹凸图案13的可透光衬底12以便将抗反射膜22置于物光束a和参考光束b的入射侧上,尽管需要形成凹凸图案13以便它不能挡住物光束a和参考光束b的光径,但设计凹凸图案13是一件很麻烦的事。
更进一步地,虽然在图4和5所示的全息记录和再现装置中,位置控制光束c从可透光衬底11侧投射到凹凸图案13上,但是位置控制光束c并不绝对需要从可透光衬底11侧投射到凹凸图案13上,也可以将位置控制光束c从衬底12侧投射到凹凸图案13上,并可以检测从凹凸图案13反射的位置控制光束c来确定物光束a和参考光束b的位置,检测数据被记录和再现的区域地址。
而且,尽管在上述具体实施例中,全息记录媒体10有着类似盘的外形,但是全息记录媒体10并不是绝对必须有类似盘这样的外形,它可以有着卡式、片状、块状等类似的外形。进一步地,全息记录媒体10可以制成在盒式机中。
根据本发明,它可提供一种通过使用物光束和参考光束来实现数据记录和数据再现特性改进的全息记录媒体,同时能够对物光束和参考光束或仅参考光束进行所需的定位,并通过使用位置控制光束能检测到数据记录和数据再现的区域地址。
Claims (8)
1、一种全息记录媒体,包括:
全息记录载体,数据被全息记录在该全息记录载体上;
第一抗反射膜,该第一抗反射膜形成于全息记录载体一个表面上;和
第二抗反射膜,该第二抗反射膜形成于全息记录载体另一个表面上,
其中第一抗反射膜和第二抗反射膜的反射特性相互不同,
所述全息记录载体被构成为使得通过投射第一激光束将数据记录在全息记录载体上和从该载体上再现数据,
一凹凸图案形成于全息记录载体的另一面上使得能够定位第一激光束,并且通过将第二激光束投射到凹凸图案上来检测数据被记录和再现的区域地址,
第二抗反射膜被形成为其相对于第二激光束的反射系数高于其相对于第一激光束的反射系数。
2、如权利要求1所述的全息记录媒体,其特征在于:第一抗反射膜和第二抗反射膜被形成为使得第二抗反射膜相对于第二激光束的反射系数高于第一抗反射膜相对于第二激光束的反射系数。
3、如权利要求1或2所述的全息记录媒体,其特征在于:第一抗反射膜相对于第一激光束的反射系数和第二抗反射膜相对于第一激光束的反射系数都等于或低于1.0%。
4、如权利要求3所述的全息记录媒体,其特征在于:第二抗反射膜相对于第二激光束的反射系数等于或高于2.0%。
5、如权利要求1或2所述的全息记录媒体,其特征在于:第一激光束的波长小于第二激光束的波长。
6、如权利要求1或2所述的全息记录媒体,其特征在于;第一抗反射膜和第二抗反射膜的厚度都等于或小于第一激光束波长的1.5倍。
7、如权利要求1或2所述的全息记录媒体,其特征在于:第一抗反射膜形成于全息记录载体的表面上,第一激光束投射到该表面上。
8、如权利要求1或2所述的全息记录媒体,其特征在于:全息记录载体包括第一可透光的衬底、第二可透光的衬底和夹在上述两衬底之间的全息记录层。
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