CN1319060C - 用于数字存储媒体的读取装置 - Google Patents

Abstract

为了读取包括全息存储媒体和反射存储媒体的数字存储媒体，利用具有不同波长的第一和第二光束，反射光束和所再现信号光束通过传播路径传播，其中由数字存储媒体反射第一光束以产生反射光束，由全息存储媒体中的全息干涉图使第二光束发生衍射来产生所再现信号光束。利用偏振光束分光器使反射光束与传播路径分开，而利用激光器线反射镜使再现信号光束与传播路径分开。

Description

用于数字存储媒体的读取装置

技术领域

本发明涉及一种用于数字存储媒体的读取装置；更特别地，涉及一种能够通过使用用于反射存储媒体的物镜实现数字存储媒体读取方案的读取装置，该数字存储媒体包括反射存储媒体和全息存储媒体。

背景技术

对其中存储大量数据的全息存储媒体的要求已经增长，其中需要全息存储媒体具有较高的存储容量。

在其中使用全息存储媒体的典型系统，如全息ROM系统中，参考光束和调制信号光束互相干涉以在其间产生全息干涉图，其中通过利用记录在全息存储媒体中的二进制数据全息信号调制信号光束来产生调制信号光束。全息干涉图可以存储在盘式全息存储媒体中，该全息存储媒体例如由光学折变晶体制成，该晶体对干涉图的反应取决于其振幅和相位。调制信号光束可以通过用再现光束(reconstructingbeam)照射全息干涉图而再现，再现光束具有与参考光束相同的波长，但是其波前与参考光束中的波前呈“复共轭”(反相波前和反方向)，其中通过全息干涉图折射再现光束以产生二进制数据。

同时，利用反射性能可将二进制数据记录在反射存储媒体中，如DVD或CD，并从该反射存储媒体中读出该反射信号。为了有效地利用反射性能，最好将激光束垂直照射在反射存储媒体上。可以使用一柱面透镜来实现在反射存储媒体上的聚焦伺服方案。

但是，因为全息存储媒体利用全息性能来记录和再现二进制数据的全息信号，而反射存储媒体利用反射性能来记录和读出二进制数据的反射信号，因此需要一种对包括全息和反射存储媒体的数字存储媒体的读取装置以使其具有对反射存储媒体的向下兼容性。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能够通过利用一用于反射存储媒体的物镜来对包括反射存储媒体和全息存储媒体在内的数字存储媒体实现读取方案的读取装置。

根据本发明的一个优选实施例，提供一种用于包括全息存储媒体和反射存储媒体在内的数字存储媒体的读取装置，其中全息存储媒体中利用全息性能再现存储在其中的全息信号，反射存储媒体中利用反射性能读出存储在其中的反射信号，该装置包括：

用于产生具有不同波长的第一和第二光束的装置；

用于通过传播路径传播反射光束和再现信号光束的装置，其中数字存储媒体反射第一光束以产生具有反射信号的反射光束，全息存储媒体中的全息干涉图使第二光束衍射以产生其中具有全息信号的再现信号光束；

用于使反射光束从传播路径分离以检测反射光束中的反射信号的装置；

用于使再现信号光束与传播路径分离以检测再现信号光束中的全息信号的装置。

根据本发明的另一优选实施例，提供一种用于包括全息存储媒体和反射存储媒体在内的数字存储媒体的读取装置，全息存储媒体中利用全息性能再现存储在其中的全息信号，反射存储媒体中利用反射性能读出存储在其中的反射信号，该装置包括：

用于分别产生第一和第二光束的第一和第二激光器，该第一和第二光束具有彼此不同的第一和第二波长，其中第一和第二光束分别具有P和S线偏振。

面对第二激光器，并用于将第二光束的偏振从S线偏振转变为S圆偏振的装置；

用于将具有S圆偏振的第二光束入射到全息存储媒体的装置，从而通过全息存储媒体中的全息干涉图使第二光束衍射，以产生其中具有全息信号的再现信号光束；

置于第一光束传播路径上的分离装置，用于透射具有第一波长的光束并反射具有第二波长的光束；

置于第一光束传播路径上的分束装置，用于透射具有P线偏振的光束并反射具有S线偏振的光束；

面对分束装置并置于第一光束传播路径上的转换装置，用于改变第一光束的偏振，从而将第一光束的偏振从P线偏振变为P圆偏振；以及

面对转换装置并置于第一光束传播路径上的装置，用于使第一光束会聚在数字存储媒体中的反射层上以产生其中具有反射信号的反射光束，并接收通过传播路径传播的反射和再现信号光束，

其中反射和再现信号光束穿过转换装置，使反射和再现信号光束的偏振分别从P和S圆偏振变为S和P线偏振，具有S线偏振的反射光束再一次由分束装置反射，从而检测来自该反射光束的反射信号，具有第二波长的再现信号光束由分离装置反射，从而检测再现信号光束中的再现信号。

根据本发明的另一优选实施例，提供一种全息存储媒体，包括：

用于反射第一光束以产生反射光束的反射层；以及

置于反射层上并用于存储全息干涉图的全息记录层，通过该全息干涉图使第二光束衍射以产生可从中提取全息信号的再现信号光束，

其中第一光束的波长不同于第二光束的波长。

附图说明

本发明的上述和其他目的以及特征将通过下面结合附图对给出的优选实施例的描述变得更为清楚，其中：

图1示出根据本发明用于数字存储媒体的读取装置的框图：

图2A和2B分别描绘了由反射和全息检测器检测到的反射和再现信号光束；

图3示出根据本发明的全息存储媒体的横截面视图；以及

图4提供用于说明在图1中示出的激光线反射镜(laser linemirror)的反射率与波长之间的关系。

具体实施方式

图1示出根据本发明一个优选实施例的用于数字存储媒体的读取装置。该读取装置包括数字存储媒体2，第一激光器10，准直透镜12，激光线(laser line)反射镜14，偏振光束分光器(PBS)16，第一1/4波片(QWP)18，物镜20，柱面透镜22，反射检测器(PDIC1)26，控制单元28，第二激光器30，第二1/4波片32，缩束单元(reducingunit)34，反射镜36，第一透镜38，针孔板40，第二透镜42和全息检测器(PDIC2)44。

数字存储媒体2包括全息存储媒体和反射存储媒体。全息存储媒体存储通过参考光束和调制信号光束之间的干涉产生的全息干涉图，其中通过对具有全息信号，即要记录在全息存储媒体中的信息的信号光束进行调制而产生调制信号光束，参考光束的波长和偏振与信号光束相同。如果与参考光束对应的再现光束照射到全息存储媒体上，那么根据全息原理，通过全息干涉图使再现光束衍射从而产生与调制信号光束对应的再现信号光束。同时，反射存储媒体通过利用反射性能存储反射信号并从中检测反射信号，即要记录在反射存储媒体中的信息。例如，反射存储媒体可以是只读盘(如只读压缩光盘存储器(CD-ROM)或数字化视频光盘只读存储器(DVD-ROM))，磁光盘或相变光盘。

第一和第二激光器10，30分别产生第一和第二光束，它们照射到数字存储媒体2上。第一和第二光束分别具有彼此不同的第一和第二波长。

第一光束用于检测来自反射存储媒体的反射信号，并用于实现在数字存储媒体2上的聚焦伺服。通过入射路径，即第一光路S1将第一光束入射到数字存储媒体2，然后数字存储媒体2通过反射路径将第一光束反射。第一光束的入射路径最好基本上垂直于数字存储媒体2，以便使入射路径基本上与反射路径一致，因此入射路径和反射路径起到下文描述的传播路径的作用。如果将DVD-ROM用作反射存储媒体2，那么最好将具有大约650nm的第一波长的红色激光束用作第一光束。

将第二光束用作再现光束，用于检测来自全息存储媒体的全息信号，第二光束即再现光束最好具有与参考光束相同的波长，但是其波前为全息存储媒体的参考光束的波前的“复共轭”(反相波前和反方向)。由于第二光束为参考光束的复共轭，其可沿着参考光束的反方向传播，因此全息干涉图使所再现(reconstructed)信号光束与调制信号光束的复共轭相同。换句话说，所再现信号光束看来像是从与调制信号光束“反相”(reverse)的全息干涉图中释放出来的。因此，根据本发明，在全息信号的记录过程中，最好将调制信号光束垂直入射到全息存储媒体，从而使由第二光束的衍射而产生的再现信号光束可以通过传播路径，即通过第一光束的反射路径传播。最好将具有大约532nm的第二波长的绿色激光束用作第二光束。

即使在下文将要描述的优选实施例适用于第一光束具有P线偏振，而第二光束具有S线偏振的情况，但是本发明并不限于此。也就是说，本发明可以应用于第一光束具有S线偏振而第二光束具有P线偏振的情况。

参考图1，第一激光器10发射第一光束。第一光束是具有650nm的第一波长的P线偏振红色激光束，将其通过入射路径，即第一光路S1入射，到达数字存储媒体2。尤其是由于准直透镜12面对第一激光器1，因此第一光束穿过准直透镜12变为准直光束。

第一光束的准直光束穿过置于第一光束传播路径上的激光线反射镜14。激光线反射镜14是一种仅反射在预定波长范围内的光束的反射镜。根据本发明，激光线反射镜14最好透射具有大约650nm的第一波长的第一光束，而反射具有大约532nm的第二波长的第二光束。参考图4，该图示出用于说明入射到根据本发明所用的激光线反射镜14的反射率和光束波长之间关系的曲线图。如果以45°入射角将具有P线偏振的光束入射到激光线反射镜14，那么在大约430nm到大约535nm波长范围内的反射率约为98％或更大，而在大约610nm或更大波长范围内的反射率急剧下降。因此，具有大约650nm的第一波长的第一光束穿过激光线反射镜14。

PBS16置于第一光束的传播路径上，且面对激光线反射镜14。PBS16反射具有S线偏振的光束，而透射具有P线偏振的光束。由于穿过激光线反射镜14的第一光束具有P线偏振，因此第一光束透过PBS16。

第一1/4波片18置于第一光束的传播路径上，且面对PBS16。第一光束穿过第一1/4波片18，且其偏振从P线偏振变为P圆偏振。尤其是可以利用第一1/4波片18来改变光束的偏振，从而可以分别将S线偏振，S圆偏振，P线偏振和P圆偏振转变为S圆偏振，P线偏振，P圆偏振和S线偏振。

由于将物镜20插入在第一1/4波片18和数字存储媒体2之间，并由此置于第一光束的传播路径上，因此具有P圆偏振的第一光束由物镜20会聚，然后入射到数字存储媒体2。因此可以在数字存储媒体2的反射层上形成具有P圆偏振的第一光束的光斑。

通过入射路径S1入射的第一光束由数字存储媒体2的反射层反射。由于入射路径S1，即传播路径垂直于数字存储媒体2，因此第一光束的反射光束被反射回物镜20，从而使反射光束可以在反射路径，即入射路径S1的反方向上传播。由于反射存储媒体的反射层包含反射信号，因此由反射存储媒体产生的反射光束包含反射信号。虽然常规的全息存储媒体不需要反射层，但是根据本发明的全息存储媒体包括如下文将要描述的附加反射层以及全息记录层，从而根据本发明可以在传播路径上产生反射光束。

反射光束入射到物镜20以通过传播路径传播。特别是反射光束穿过物镜20成为准直光束。然后，反射光束穿过第一1/4波片18，使反射光束的偏振从P圆偏振转变为S线偏振。结果，入射路径S1及其反射路径形成根据本发明的传播路径，用物镜20和第一1/4波片18作为传播单元使反射光束通过传播路径传播。

然后，PBS16使反射光束与传播路径分离。具体地由于反射光束具有S线偏振，因此根据如上所述PBS16的固有特性，反射光束再一次被PBS16反射，从而使该反射光束与传播路径分离，并入射到柱面透镜22。参考图2A，示出了穿过柱面透镜22的反射光束的形状。该形状取决于穿过物镜20的第一光束是否聚焦在数字存储媒体2的反射层上。具体地，柱面透镜22使圆形反射光会聚成圆100或者椭圆102或104。反射检测器26具有分别置于四个角的四个光学检测器(如光电二极管)a，b，c和d，如图2A所示。如果第一光束精确聚焦在数字存储媒体2的反射层上，那么穿过柱面透镜22的反射光束保持其如图2A所示的圆形100，以使由四个光学检测器a，b，c和d检测到的光束强度彼此相同。另一方面，如果第一光束没有精确聚焦在反射层上，那么穿过柱面透镜22的反射光束的圆形变为如图2A所示的椭圆102或104，使得由四个光学检测器a，b，c和d检测到的光束强度互不相同。因此，聚焦伺服信号F可以从两组对角设置的光学检测器{a，d}和{b，c}的两个强度和之差得到，如下所述：

F＝{I(a)+I(d)}-{I(b)+I(c)}

其中两组光学检测器{a，d}和{b，c}分别呈对角设置，并且I(a)，I(b)，I(c)和I(d)分别是由四个光学检测器a，b，c和d检测到的光束强度。将聚焦伺服信号F提供给控制单元28，以控制面对数字存储媒体2的物镜20的位置，从而使物镜20精确聚焦在数字存储媒体2的反射层上。

如果将反射存储媒体用作数字存储媒体2，那么反射信号O可以从四个光学检测器a，b，c和d检测到的四个光束强度的总和得到，跟踪伺服信号T可以从左边和右边强度和之差或上边和下边强度和之差得到，其中左边，右边，上边和下边强度和分别表示由两个左边，两个右边，两个上边和两个下边的光学检测器(a，c)，(b，d)，(a，b)和(c，d)检测到的光束强度和。反射信号O和跟踪伺服信号T如下所述计算：

O＝I(a)+I(b)+I(c)+I(c)

T＝{I(a)+I(b)}-{I(c)+{I(d)}或T＝{I(a)+I(c)}-{I(b)+{I(d)}。

结果，PBS16，柱面透镜2和反射检测器26作为反射信号检测单元，使反射光束从传播路径分离。利用反射光束来提取记录在反射存储媒体中的反射信号O。此外，利用反射光束来提取用于实现对反射存储媒体的跟踪伺服的跟踪伺服信号T，并提取用于实现对包括反射存储媒体和全息存储媒体的数字存储媒体2进行聚焦伺服的聚焦伺服信号F。

返回参考图1，第二激光器30产生第二光束，即具有532nm的第二波长的S线偏振绿色激光束。第二光束沿着第二光路S2入射。如果必要的话，可以检验数字存储媒体2是反射存储媒体还是全息存储媒体，根据检测结果激活第二激光器30。特别是只有将全息存储媒体用作数字存储媒体2时，才能激活第二激光器30产生第二光束；否则，将不激活第二激光器30也就没有第二光束。由于第二光束只与全息存储媒体中的全息干涉图发生干涉，以产生如下文将要描述的所再现信号光束，因此即使采用反射存储媒体代替全息存储媒体，也不会从反射存储媒体中提取出所再现信号光束。

由于第二1/4波片32面对第二激光器30，因此第二光束穿过第二1/4波片32，从而可以将第二光束的偏振从S线偏振变为S圆偏振。第二光束穿过缩束单元34，例如透镜，从而可以将第二光束的光束尺寸缩小到预定尺寸，例如100μm。由于光束尺寸与焦深成比例，因此如果第二光束的光束尺寸缩小到大约100μm，那么其焦深非常深，例如大约4.7mm，那么可以不需要对于第二光束的聚焦伺服。另一方面，如果第二光束的光束尺寸进一步缩小到1μm，那么其焦深非常浅，例如0.5μm，那么一定需要对第二光束在数字存储媒体上的聚焦伺服。光束尺寸约为100μm且具有S圆偏振的第二光束由反射镜36反射，使第二光束作为用于再现全息信号的再现光束，通过光路S2传播到数字存储媒体2。只有将全息存储媒体用作数字存储媒体2时，第二光束，即再现光束才与全息存储媒体干涉，以产生可沿着传播路径通过物镜20传播的所再现信号光束。如果将反射存储媒体用作数字存储媒体2，那么第二光束简单地由反射存储媒体反射，因此没有信号入射到物镜20。

在全息存储媒体的记录过程中，参考光束和调制信号光束按照惯例分别沿着第二光路S2和第一光路S1的反方向传播，以产生全息干涉图。因此，如果再现光束沿着第二光路S2入射，那么由全息存储媒体产生的所再现信号光束可以沿着第一光路S1的反方向通过物镜20传播。由于所再现信号光束的偏振与再现光束相同，因此所再现信号光束具有S圆偏振。所再现信号光束穿过物镜20以转变为准直光束。第一1/4波片18使所再现信号光束的偏振从S圆偏振变为P线偏振，从而使具有P线偏振的所再现信号光束传播到PBS16。

由于PBS16使P线偏振的光束透射而S线偏振的光束反射，因此具有P线偏振的所再现信号光束穿过PBS16传播到激光线反射镜14。如图4所示，由于激光线反射镜14使具有532nm的第二波长的第二光束反射，因此具有532nm的第二波长的所再现信号光束被激光线反射镜14反射，从而使所再现信号光束与传播路径分开。然后，通过利用第一透镜38使所再现信号光束会聚，然后利用在针孔板40上形成的三个针孔提取全息信号，该全息信号与目标轨道的三个部分相对应，或者与包括来自再现信号光束的目标轨道的三个邻近轨道相对应。参考图2B，该图示出了与三个部分或三个邻近轨道相对应的全息信号。在通过三个针孔使对应于三个部分或三个邻近轨道的全息信号进行衍射之后，全息信号再一次通过第二透镜42会聚，从而可以由全息检测器44检测到。

全息检测器44具有三个传感器e，g和f，它们分别检测与三个邻近轨道相对应的全息信号的强度，从而向控制单元28提供该强度的检测结果。控制单元28决定中间传感器f分别与两个邻近传感器e和g之间的强度差彼此是否相同。如果一个强度差等于另一个强度差，那么用于全息存储媒体的跟踪伺服是正常的，否则，产生一个跟踪伺服信号来面向全息存储媒体平行地移动物镜20，从而可以完成对物镜20的跟踪伺服。如果两个强度差彼此相等，那么可以将中间传感器的强度检测出来作为全息信号。如上所述，将激光线反射镜14，全息检测器44用作全息信号检测单元，该检测单元使所再现信号光束与传播路径分开，并从所再现信号光束中检测出存储在全息存储媒体中的全息信号。

参考图3，示出了一种全息存储媒体。该全息存储媒体具有全息记录层202，上和下透明保护层204，206，反射层208和基底层(baselayer)210。全息记录层202存储在参考光束和调制信号光束之间形成的全息干涉图，参考光束和调制信号光束是具有532nm的第二波长的绿色激光束。用于保护全息记录层202的上和下透明保护层204、206分别位于全息记录层202的上面和下面。用于反射第一光束以产生反射光束的反射层208位于下透明保护层206的下面。基板层210位于反射层208的下面。

常规DVD具有1.2mm的总厚度，反射层，即可以利用反射性能读出的反射记录层位于大约总厚度的一半处，例如大约0.55mm到0.65mm的范围内。因此，为了利用如DVD读取装置的读取装置来读取如DVD的反射存储媒体和全息存储媒体，最好使全息存储媒体的反射层也位于大约0.55mm到大约0.65mm的范围内，和诸如DVD的反射存储媒体中反射记录层的位置类似，这一范围与全息存储媒体总厚度的一半相对应。

本发明不限于如上所述用于说明的优选实施例。例如，参考图1，由于PBS16使P线偏振透射而S线偏振反射，因此第一光束以P圆偏振的形式入射到数字存储媒体2，而第二光束以S圆偏振的形式入射到数字存储媒体2。但是，如果PBS16使S线偏振透射而P线偏振反射，那么第一光束就以S圆偏振的形式入射到数字存储媒体2，而第二光束以P圆偏振的形式入射到数字存储媒体2。

如上所述，使用具有两个激光器和两个检测单元的读取装置来读取全息存储媒体和反射存储媒体。不用全息存储媒体的物镜，只用反射存储媒体的物镜来再现来自全息存储媒体的全息信号。在这种情况下，可以有优势地使用反射存储媒体的聚焦伺服单元来实现全息存储媒体的聚焦伺服方案。

尽管已经参考各个优选实施例示出和说明了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不背离如下面权利要求书限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和改进。

Claims (10)

1、一种用于数字存储媒体的读取装置，其中数字存储媒体包括全息存储媒体和反射存储媒体，全息存储媒体中利用全息性能再现存储在其中的全息信号，反射存储媒体中利用反射性能读出存储在其中的反射信号，该装置包括：

用于分别产生第一和第二光束的第一和第二激光器，该第一和第二光束具有彼此不同的第一和第二波长，其中第一和第二光束分别具有P和S线偏振。

面对第二激光器，并用于将第二光束的偏振从S线偏振转变为S圆偏振的装置；

用于将具有S圆偏振的第二光束入射到全息存储媒体的装置，从而全息存储媒体中的全息干涉图可使第二光束衍射，以产生其中具有全息信号的所再现信号光束；

置于第一光束传播路径上的分离装置，用于透射具有第一波长的光束并反射具有第二波长的光束；

置于第一光束传播路径上的分束装置，用于透射P线偏振的光束并反射S线偏振的光束；

面对分束装置并置于第一光束传播路径上的转换装置，用于改变第一光束的偏振，从而将第一光束的偏振从P线偏振变为P圆偏振；以及

面对转换装置并置于第一光束传播路径上的装置，用于使第一光束会聚在数字存储媒体中的反射层上，以产生其中具有反射信号的反射光束，并接收通过传播路径传播的反射和所再现信号光束，

其中反射和所再现信号光束穿过转换装置，使反射和所再现信号光束的偏振分别从P和S圆偏振变为S和P线偏振，具有S线偏振的反射光束再一次由分束装置反射，从而检测来自该反射光束的反射信号，具有第二波长的所再现信号光束由分离装置反射，从而检测来自所再现信号光束的全息信号。

2、如权利要求1所述的读取装置，其中传播路径垂直于数字存储媒体。

3、如权利要求1所述的读取装置，其中所述转变装置和转换装置是1/4波片，用于将光束的偏振从S线偏振转变为S圆偏振，从S圆偏振转变为P线偏振，从P线偏振转变为P圆偏振，或者从P圆偏振转变为S线偏振。

4、如权利要求1所述的读取装置，其中分束装置包括：

分束器，置于传播路径上，用于从传播路径提取反射光束；

柱面透镜，用于从反射光束中产生聚焦伺服信号；

反射检测器，用于从反射光束中检测出反射信号和聚焦伺服信号；以及

控制单元，用于根据聚焦伺服信号控制所述面对转换装置并置于第一光束传播路径上的装置，使其聚焦到数字存储媒体上。

5、如权利要求4所述的读取装置，其中分束器是根据光束的偏振性来分离光束的偏振光束分束器。

6、如权利要求5所述的读取装置，其中反射检测器具有分别置于四个角的四个光学检测器，其中通过两组对角设置的光学检测器的两个强度和之差，来得到聚焦伺服信号，并且通过四个光学检测器的强度和得到反射信号。

7、如权利要求1所述的读取装置，其中分离装置是激光线反射镜。

8、如权利要求1所述的读取装置，其中所述分离装置进一步包括：

用于从所再现信号光束中产生用于全息存储媒体的跟踪伺服信号的装置。

9、如权利要求1所述的读取装置，其中全息存储媒体包括：

用于反射第一光束以产生反射光束的反射层；以及

置于反射层上，并用于存储全息干涉图的全息记录层，通过该全息干涉图使第二光束发生衍射，以产生所再现信号光束。

10、如权利要求1所述的读取装置，其中全息干涉图由参考光束和调制信号光束之间的干涉产生，第二光束是参考光束的复共轭。

Images