CN1658090A - 全息记录装置 - Google Patents

Abstract

一种全息记录装置，其能够稳定地将所要记录的数据记录到记录介质上。本发明的全息记录装置包括：用于生成相干参考光束的光源；信号光生成单元包括空间光调制器，其用于根据信息数据空间调制该参考光束以生成信号光束；干涉单元，用于将信号光束和参考光束通过物镜导向记录介质，以在记录介质内形成由光学干涉图案构成的衍射光栅区域；透镜定位单元，用于相对于记录介质的记录表面定位该物镜；光接收单元，用于检测从该记录介质通过物镜返回的返回光束。该信号光生成单元包括校正单元，该校正单元用于检测空间光调制器中的记录数据设定区域与物镜孔径区域之间的光学位置偏移量，以及根据该光学位置偏移量调整记录数据设定区域的位置，其中将所述信息数据提供给该空间光调制器。

Description

全息记录装置

发明背景

发明领域

本发明涉及一种全息记录装置。

相关技术说明

为了实现高密度信息记录，全息引起了人们的注意，其允许以高密度记录数据信号。这种全息的特征在于将携带有所要记录的信息的光波前，作为体积上的折射率变化，记录到由光敏材料(例如光折变材料)制成的记录介质上。例如，已经开发出了一种使用盘(全息盘)状全息记录介质的记录和再现(reproduction)系统(参见日本专利公开No.11-311937)。

图1示出了全息记录和再现的原理。在这种全息记录和再现中，作为示例性的全息记录介质的全息盘1包括全息层、反射膜和保护层，它们按照这个顺序形成在盘状透明基底的整个主表面上。在该全息盘反射膜的反射表面中，每隔预定旋转角设置伺服区域2，并且在相邻的伺服区域2之间的扇形部分中设置数据区域3。

全息记录和再现需要用于使信号光和参考光入射到该全息盘上的物镜。物镜4由致动器5定位，该致动器能够在全息盘的厚度方向和轨道方向上移动。如果，由于全息盘的偏心等原因，造成该物镜发出的激光未能遵循该全息盘上的轨道，则该致动器5就根据来自伺服控制器(未示出)的信号移动物镜4，从而使该激光能够准确地入射到数据区域3上。

在全息记录和再现中，利用物镜4使参考光入射到全息盘1上，从而该参考光透过全息层并且在反射膜上会聚成一个光斑。由该反射膜反射的参考光再次透过全息层。而且，同样利用物镜4使携带有所要记录的信息的信号光通过全息层。这样，经过反射的参考光和信号光在全息层中相互干涉生成了干涉图案，从而就将体全息图记录到全息层中。此外，通过利用参考光照射该全息盘，并且检测和解码从各个全息图重建的再现光，就能够再现所记录的信息。

在用于实现前述全息记录和再现的装置中，物镜的孔径区域(即透镜的有效直径)中心可以偏离信号光的光轴。在这种情况下，可以防止部分信号光通过该物镜的孔径区域并到达全息盘的数据区域。换句话说，不可能记录由信号光携带的、所要记录的一部分信息。

而且，为了由全息记录和再现装置，将信息记录到该全息盘的全息层中，例如，必须利用信号光照射该数据区域一段预定时间，这是因为用作全息层的光敏材料的响应时间较长而造成的。因此，如果要使全息盘旋转，必须以某种方式实施物镜的定位，使该物镜得以跟随该数据区域，以便用信号光照射该数据区域一段预定时间。然而，在定位操作过程中，该物镜的孔径区域中心可能偏离信号光的光轴。

因此，本发明所要解决的典型问题是提供一种全息记录装置，其能够使携带有所要记录的数据的信号光入射到记录介质上，从而即使物镜的光轴相对于信号光的光轴发生移动，也能准确地将该数据记录到记录介质上。

发明概述

根据本发明的第一方面，一种全息记录装置包括：一个用于生成相干参考光束的光源；一个信号光生成单元，该信号光生成单元包括用于根据信息数据空间调制该参考光束以生成信号光束的空间光调制器；一个干涉单元，用于使该信号光束和该参考光束通过物镜导向记录介质，以在记录介质内由光学干涉图案形成一衍射光栅区域；一个透镜定位单元，用于相对于该记录介质的记录表面定位该物镜；一个光接收单元，用于检测从记录介质通过物镜返回的返回光束，其中该信号光生成单元包括一个校正单元，以检测用于提供所述信息数据的空间光调制器中的记录数据设定区域与物镜孔径区域之间的光学位置偏移量，以及用于根据光学位置偏移量，调整记录数据设定区域的位置。

附图简述

图1是用于说明全息记录和再现原理的部分横截面图；

图2是根据本发明的全息记录装置的示意性部分横截面图；

图3是用于说明根据本发明的全息记录装置的记录原理的示意性部分横截面图；

图4是表示根据本发明的全息记录装置结构的示意性结构图；

图5示意性地表示了根据本发明的全息记录装置的拾取器；

图6示意性地表示了根据本发明的全息记录装置的拾取器；

图7是表示根据本发明的全息记录装置拾取器中的光电检测器的平面图；

图8示意性地表示了根据本发明的全息记录装置的拾取器；

图9表示了根据本发明的全息装置的平面图，其表示在包含物镜平面的平面上的页面数据(a-1、b-1和c-1)和光接收单元上的页面数据(a-2、b-2和c-2)，其中信号光入射到该物镜平面上；

图10是表示包含参考位置标记的页面数据的平面图，该页面数据可用于本发明的全息记录装置中；

图11A和11B分别是表示了根据本发明的全息记录装置拾取器中的空间光调制器和光接收单元的局部放大平面图；

图12是根据本发明的全息记录装置的流程图；

图13表示了根据本发明的全息装置的平面图，其表示在包含物镜平面的平面上的页面数据(a-1、b-1和c-1)和光接收单元上的页面数据(a-2、b-2和c-2)，其中信号光入射到该物镜平面上；

图14表示了根据本发明的全息记录装置的一个局部放大平面图，其表示在包含物镜平面的平面上的页面数据中的参考位置标记(a1到a5)和在光接收单元上的页面数据中的参考位置标记(b1到b5)，其中信号光入射到包含物镜平面的平面上；

图15表示了根据本发明的全息记录装置的平面图和曲线图，该平面图表示在包含物镜平面的平面上的页面数据(a-1)以及光接收单元上的页面数据(b-1)，其中信号光入射到该物镜平面的平面上，该曲线图表示光强度分布；

图16表示了根据本发明的全息记录装置的平面图和曲线图，该平面图表示在包含物镜平面的平面上的页面数据(a-1和b-1)以及光接收单元上的页面数据(a-2和b-2)，其中信号光入射到该物镜平面的平面上，该曲线图表示光强度分布；

图17是表示了根据本发明的全息记录装置的拾取器结构的示意图；

图18是表示了根据本发明的全息记录装置的拾取器结构的示意图；

图19是表示了根据本发明的全息记录装置的拾取器结构的示意图；

图20是表示了根据本发明的全息记录装置的拾取器结构的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图说明根据本发明的全息记录装置的操作过程。

由全息记录装置来实施全息记录，该全息记录装置将携带有所要记录的信息的信号光，以及参考光发射到全息记录介质上。例如，如图2所示，该全息记录装置6包括光接收单元CMOS、第一半反射镜棱镜HP1、第二半反射镜棱镜HP2以及物镜OB，它们按照这种顺序设置在同一光轴(虚线)上。为了方便起见，第一半反射镜棱镜HP一侧称作上游侧，而物镜OB一侧称作下游侧。

光接收单元CMOS包括光电检测器，在该光电检测器中，将多个光接收元件(例如CMOS)设置成一个矩阵，并且能够接收来自记录介质的信号光，并能够将该信号光转换为数据，其中接收信号光的过程将在后面描述。

第一半反射镜棱镜HP1的反射表面设置成，将入射到其上的参考光，从垂直于前述光轴的方向反射到光轴上的下游侧。

第二半反射镜棱镜HP2的反射表面设置成，将入射到其上的信号光，从垂直于前述光轴的方向反射到光轴上的下游侧。第二半反射镜棱镜HP2使信号光与参考光结合，并且将它们导向物镜，使它们入射到物镜OB上。

空间光调制器SLM能够，根据提供给它的信息数据，空间调制激光，并且其包括多个光调制设备。例如，可以将液晶板用作空间光调制器，该液晶板包括以矩阵形式分开的多个像素电极。如果使用液晶板，则每个像素都具有透射和遮挡入射其上的光的功能，还具有改变入射光偏振面方向的功能。这样的一个像素形成了信息数据的一位。如果由一个像素表示一位(比特)数字数据“0”或“1”，则可以通过是否出现由该像素透射的光，或者是否出现偏振面的变化来表示一位。

物镜OB具有一物镜驱动单元(未示出)，该物镜驱动单元包括一聚焦单元，用于在光轴方向上移动物镜OB，以及一跟踪单元，用于在垂直于光轴的盘径向和跟踪方向上移动该物镜OB。该驱动单元与聚焦伺服系统和跟踪伺服系统(均未示出)相连，并且允许物镜遵循该记录介质上的轨道，从而将光聚焦到记录介质上。

信号光和参考光的光束直径大于能够将入射到该物镜上的光透射并聚焦的范围，即该物镜的孔径区域。将该孔径区域能够随着物镜的运动而移动的范围设定在信号光和参考光的光束直径之内。(在图2中，为了简化，将该物镜的孔径区域设定为与信号光和参考光的光束直径一致。)

在该物镜的下游，可以设置作为全息记录介质的盘状全息盘7。例如，该全息盘7包括形成在基底8上的反射层9、分离层10、记录层11和保护层12，并且该保护层12面对物镜。

基底8是由玻璃、塑料等材料构成的平面平行板，其包含预先形成的地址或轨道结构。反射层9由金属(例如铝)层或者介电多层膜构成，并且包含作为多个引导轨道GT的凹槽，这些凹槽彼此远离并且相互无交叉地延伸。该反射层9用作引导层。所设置的引导轨道至少用于实施对跟踪伺服系统的控制。该记录层11由光敏材料构成，例如光折变材料、烧孔材料和光致变色材料，其中光学干涉图案保持在该记录层中。将全息图记录到引导轨道GT之上的记录层中。分离层10和保护层12由透光材料构成，以便使多层结构平整并且保护该记录层等等。

参照图3，描述了记录操作过程。在图3中，实线箭头表示参考光，虚线箭头表示信号光。所示的参考光和信号光偏离了图2所示的光轴，以便说明其各自的光路。

如图3所示，从第一半反射镜棱镜HP1(未示出)的反射表面(未示出)反射的参考光R入射到第二半反射镜棱镜HP2上。参考光R由第二半反射镜棱镜HP2透射，继而被物镜会聚从而入射到全息盘7的记录层11上。

图3中虚线箭头表示的信号光S，从第二半反射镜棱镜HP2反射，并且继而被物镜OB会聚，从而入射到全息盘7的记录层11上。

在记录层11中，参考光R和信号光S相互干涉以形成干涉图案。这种干涉图案保持并记录在记录层11中。

以上述方式就可以将全息图记录到记录介质上。

图4示意性地表示了根据本发明的用于将信息记录到全息盘上的全息记录装置的示例性结构。该全息记录装置包括：用于通过转盘旋转全息盘7的主轴电动机13、用于利用光束从全息盘7中读取信号的拾取器14、用于保持该拾取器并且在盘的径向上移动拾取器的拾取器驱动单元15、第一激光光源驱动电路16、空间光调制器驱动电路17、检测信号处理电路18、伺服信号处理单元19、聚焦伺服电路20、跟踪伺服电路21、与拾取器驱动单元15相连并且检测拾取器位置信号的拾取器位置检测电路22、与该拾取器驱动单元15相连并且向其提供预定信号的滑动伺服电路23、与该主轴电动机13相连并且检测主轴电动机13旋转速度信号的旋转速度检测单元24、与该旋转速度检测单元24相连并且生成全息盘7的旋转位置信号的旋转位置检测单元25、与该主轴电动机13相连并且向其提供预定信号的主轴伺服电路26，以及与该主轴伺服电路26相连的控制电路27。该控制电路27，根据上述电路提供的信号，通过上述驱动电路，对该拾取器实施聚焦和跟踪伺服控制。该控制电路27由微型计算机构成，该微型计算机中包括各种存储器并且控制整个记录装置。控制电路27，根据用户通过操作单元(未示出)的操作输入和该记录装置的当前操作状态，生成各种控制信号，并且其与用于将操作状态显示给用户的显示器(未示出)相连。而且，该控制电路27执行对所要记录的数据的处理，例如数据的编码，该数据是从外部输入的，并且该控制电路27向空间光调制器驱动电路17提供预定信号，从而控制记录操作。此外，该控制电路27，根据来自设置在拾取器中的光接收单元(未示出)的信号，或者来自检测信号处理电路18的信号，校正设置在拾取器14中的物镜(未示出)与空间光调制器中的记录数据设定区域(未示出)之间的光学位置偏移，使得该控制电路27控制空间光调制器驱动电路17，其中该检测信号处理电路18与用于检测物镜位移量的物镜检测单元(未示出)相连。

图5示意性地表示了前述记录装置拾取器的示例性结构。图5所示的拾取器包括记录光学系统，该系统包括：用于全息记录的第一激光光源LD1；第一准直透镜CL1、第一半反射镜棱镜HP1；反射镜棱镜M；空间光调制器SLM；光接收单元CMOS，CMOS包括由CCD阵列或者互补金属氧化物半导体设备构成的图像检测传感器；第二半反射镜棱镜HP2；第三半反射镜棱镜HP3。该拾取器还包括作为伺服信号检测单元的伺服系统，该伺服系统包括：用于相对于全息盘7的位置对光束实施伺服控制(聚焦和跟踪伺服控制)的第二激光光源LD2；第二准直透镜CL2、第四半反射镜棱镜HP4；像散设备AS，例如柱面透镜；光电检测器PD，以及包括分色棱镜DP和物镜OB的公共系统。记录光学系统、伺服系统和公共系统设置在基本上相同的平面上，而物镜OB例外。第一、第二和第三半反射镜棱镜HP1、HP2和HP3以及反射镜棱镜M设置的方式，使半反射镜棱镜HP1、HP2和HP3的半反射镜表面和反射镜棱镜M的反射表面彼此平行。而且，在相对于那些半反射镜表面和反射表面的法线方向上，分色棱镜DP的分离表面和第四半反射镜棱镜HP4的半反射镜表面设置为彼此平行的。前述的光学设备的设置方式使来自第一和第二激光光源LD1和LD2的光束的光轴(如虚线所示)分别在记录光学系统和伺服系统中延伸，并且继而在公共系统中汇合起来。

此外，该拾取器14具有物镜驱动单元28，其由用于在光轴方向上移动物镜OB的聚焦单元和用于在盘的径向(以及与其垂直的方向)上移动物镜OB的跟踪单元构成。请注意该盘的径向是垂直于物镜OB的光轴的。

第一激光光源LD1与第一激光光源驱动电路16相连，该电路调整第一激光光源LD1的输出，从而在校正记录数据设定区域的位置时，降低发射光束的强度，并且在实施记录时提高该强度。

空间光调制器SLM由例如液晶板构成，该液晶板具有多个像素电极，每个电极以矩阵的形式分开，并且该空间光调制器具有电遮挡入射其上的部分光或者透射所有入射光的功能。该空间光调制器SLM与空间光调制器驱动电路17相连，并且根据来自该空间光调制器驱动电路17的信息数据调制光束使其具有一定分布，从而生成信号光。

光接收单元CMOS包括图像检测传感器，该光接收单元与检测信号处理电路18相连。检测信号处理电路18处理来自光接收单元CMOS的光接收信号，以获得对应于物镜OB与空间光调制器SLM中记录数据设定区域(未示出)之间的光学位置偏移量的位置偏移信号，并且将该信号提供给控制电路27。

光电检测器PD与伺服信号处理电路19相连。该光电检测器PD具有光接收设备的形式，该光接收设备分为典型地用于光盘的聚焦和跟踪伺服系统。按照伺服技术，可以应用像散方法或者推拉(push-pull)方法。将光电检测器PD的输出信号，例如聚焦误差信号和跟踪误差信号，提供给伺服信号处理电路19。

在伺服信号处理电路19中，根据该聚焦误差信号生成了聚焦驱动信号，然后将该聚焦驱动信号通过控制电路27提供给聚焦伺服电路20。该聚焦伺服电路20，依照聚焦驱动信号，驱动安装在拾取器14上的物镜驱动单元28的聚焦单元。该聚焦单元用于调整由入射到该全息盘上的光形成的光斑的聚焦位置。

而且，在伺服信号处理电路19中，根据跟踪误差信号生成了跟踪驱动信号，然后将该跟踪驱动信号提供给跟踪伺服电路21。跟踪伺服电路21，依照该跟踪驱动信号，驱动安装在拾取器14上的物镜驱动单元28的跟踪单元。该跟踪单元，在盘的径向上或者跟踪方向上，移动由入射到全息盘上的光形成的光斑的位置，移动的量对应于跟踪驱动信号生成的驱动电流。

控制电路27，根据来自操作单元或者拾取器位置检测电路22的位置信号，和来自伺服信号处理电路19的跟踪误差信号，生成滑动驱动信号，并且将该滑动驱动信号提供给滑动伺服电路23。该滑动伺服电路23，依照滑动驱动信号生成的驱动电流，通过拾取器驱动单元15使拾取器14在盘的径向上移动。

旋转速度检测单元24检测表示主轴电动机13当前旋转频率的频率信号，该主轴电动机通过转盘旋转该全息盘7，旋转速度检测单元24生成表示主轴电动机旋转次数的旋转速度信号，该信号对应于检测到的旋转频率，并且该单元将旋转速度信号提供给旋转位置检测电路25。旋转位置检测电路25生成旋转位置信号，并且将其提供给控制电路27。控制电路27生成主轴驱动信号并且将其提供给主轴伺服电路26，从而控制该主轴电动机13旋转该全息盘7。

接着，将描述利用前述的全息记录装置，通过使光束入射到全息盘上来记录信息的记录方法。

如图6所示，用于伺服控制的第二激光光源LD2发出相干光，其波长不同于第一激光光源LD1发出的光。将第二激光光源LD2发出的伺服光束导引到用于伺服检测的光路上，该光路包括第二准直透镜CL2和第四半反射镜棱镜HP4，然后该光束入射到分色棱镜DP上。该伺服光束被分色棱镜DP反射，然后物镜OB使其会聚，从而入射到全息盘7上(伺服光束用偏离光轴的细实线表示，以便说明其光路)。将从全息盘7反射到物镜OB的伺服光束的返回光束，引导到第四半反射镜棱镜HP4，并且该光继而通过像散设备AS，从而使其沿着相对于光电检测器PD光接收表面的法线方向入射到伺服光电检测器PD上。

利用以上伺服光束，实施相对于全息盘7的定位伺服控制。如果使用像散方法，该光电检测器PD由光接收设备1a到1d构成，这些光接收设备形成了用于接收伺服光束的光接收表面，该表面等分成四个部分，例如，如图7所示。光接收表面上的分隔线分别对应于盘的径向和轨道切向。光电检测器PD的设置方式使得，当光焦点对准时，光的光斑形成了中心位于光接收设备1a到1d上的分隔线交点处的圆形。

伺服信号处理电路19，根据来自光接收设备1a到1d的各个输出信号，生成射频信号Rf、聚焦误差信号FE和跟踪误差信号TE。假设该光接收设备1a到1d的输出信号分别是Aa到Ad，则该射频信号Rf的计算结果为Rf＝Aa+Ab+Ac+Ad，聚焦误差信号FE的计算结果为FE＝(Aa+Ac)-(Ab+Ad)，并且跟踪误差信号TE的计算结果为TE＝(Aa+Ad)-(Ab+Ac)。将这些误差信号提供给控制电路27。

在以上实施例中，分别由像散方法和推拉方法实施聚焦伺服和跟踪伺服。然而，本发明不限于此。也可以使用其它已知的方法，例如三光束方法。

在完成伺服控制之后，如图6所示，第一激光光源LD1发出相干光，其强度比引起记录介质中的记录敏感度的强度弱。该相干光被第一半反射镜棱镜HP1分成参考光束和信号光束(这两种光束都用偏离光轴的虚线表示，以便说明其光路)。

信号光束被反射镜棱镜M反射，然后沿着相对于空间光调制器SLM主表面的法线方向入射到该主表面上。该空间光调制器SLM透射入射到非调制区域上的信号光束，即非遮挡区域，从而空间调制该信号光。将经过调制的信号光导向第三半反射镜棱镜HP3。

参考光被第二半反射镜棱镜HP2反射，从而使其导向第三半反射镜棱镜HP3。

第三半反射镜棱镜HP3将参考光束和信号光束合并起来。由此合并的光束通过分色棱镜DP，然后被物镜OB会聚到全息盘7上，使得在记录层上形成了全息图。这种全息图并没有记录到记录层中，这是因为来自第一激光光源LD1的相干光强度不够大。

从全息盘7的反射层反射的信号光束(用偏离光轴的虚线表示，以便说明其光路)入射到物镜上，然后通过分色棱镜DP、第三半反射镜棱镜HP3和第二半反射镜棱镜HP2，最终入射到包括图像检测传感器的光接收单元CMOS上。该图像检测传感器将接收到的光转变为电信号，并且将该电信号提供给检测信号处理电路18。检测信号处理电路18，根据该电信号，生成对应于物镜孔径区域与记录数据设定区域之间的位置偏移量的位置偏移信号，并且将该位置偏移信号提供给控制电路27。该控制电路27处理该位置偏移信号，从而获得了以该空间光调制器像素个数表示的该记录数据设定区域与物镜孔径区域的位置之间的位置偏移量。然后，控制电路27，根据该位置偏移量，校正记录数据设定区域中设定的将信息数据提供给空间光调制器驱动电路17的位置。

空间光调制器驱动电路17接收控制电路已经进行了校正的信息数据，将接收到的信息数据提供给空间光调制器SLM。在这种情况下，在完成了对记录数据设定区域的位置校正之后，提高第一激光光源LD1的输出强度，使之足以引起全息盘的记录层敏感度，从而将全息图记录到记录层中。

具有前述结构的拾取器也能够用于从该记录介质中再现全息图。在再现过程中，如图8所示，与记录操作中一样，第一半反射镜棱镜HP1将光分成参考光束和信号光束。然而，全息的再现是仅利用参考光束实现的。通过将空间光调制器SLM置于光遮挡状态，仅有从第一半反射镜棱镜HP1导向第二半反射镜棱镜HP2，并且从第二半反射镜棱镜HP2反射的参考光通过分色棱镜DP和物镜OB，然后入射到全息盘7上。

全息盘7中生成的再现光(一串双虚线)透过物镜OB、分色棱镜DP、第三半反射镜棱镜HP3和第二半反射镜棱镜HP2，然后入射到包括图像检测传感器的光接收单元CMOS上。该图像检测传感器将对应于再现光形成的图像的输出发送到检测信号处理电路18，该检测信号处理电路随即生成再现信号，并将其提供给控制电路27，从而再现所记录的数据。在再现过程中，相对于全息盘7的定位伺服控制也是利用如记录过程中一样的伺服光束实现的。

接着，将描述根据本发明的用于检测物镜光轴偏移的单元和用于调整记录数据设定区域的单元。

为了简化说明书，提供给空间光调制器的信息数据是二维表示的。更为具体的是，用于透射入射到其上的光的区域设为“1”，用白色表示，而用于遮挡入射到其上的光的区域设为“0”，用黑色表示(同样的设定还用于以后的说明书中)。这种二维数据成为页面数据。空间光调制器中的这种页面数据用白色和黑色图案表示，如图9(a-1)所示。

提供给空间光调制器的信息数据包含将要记录到记录介质上的记录数据。将该记录数据提供给空间光调制器中的记录数据设定区域RA(为了便于说明，示为粗线围绕的区域，同样的设定还用于以后的说明书中)。例如，该信息数据可以包含参考标记(mark)数据，该标记数据是用于将记录数据设定区域的光学位置相对于物镜孔径区域的范围进行对准的数据，并且形成方括号形的参考位置标记(RM1a)，该参考位置标记与该页面数据中的记录数据设定区域相接触。在记录数据区域中心两侧的X和Y方向上，设置这种类似方括号的图案。

通过使范围宽于记录数据设定区域RA的激光入射到以上空间光调制器SLM上，就生成了信号光。

如图9(a-1)所示，例如，如果孔径区域LA(为了方便，用一串圆形表示，同样的设定还用于后面的说明书)的中心(“+”)与包含物镜平面的平面上的记录数据设定区域RA中心(“×”)相一致，而没有执行物镜的伺服控制，则记录数据设定区域RA完全包含在物镜的孔径区域LA内，其中信号光入射到该包含物镜平面的平面上。换句话说，来自该记录数据设定区域RA的信号光能够通过物镜的孔径区域LA。因此，包含在光接收单元接收并检测的光中的数据(下文中称作“接收光数据”)，包含记录数据设定区域中的图案以及在该图案各侧的X和Y方向上的部分参考位置标记(RM1b)，如图9(a-2)所示。在这种情况下，记录数据设定区域RA的中心确定为参考位置。

然而，由于物镜遵循记录介质等等上的轨道，所以当该物镜移动时(移动了Δx)，物镜的孔径区域LA中心偏离了记录数据设定区域RA的中心(图9(b-1))，并且因此光接收单元接收到的光中的接收光不包含记录数据设定区域中的图案以及部分参考位置标记(图9(b-2))。

因此，基于接收光数据中的参考位置标记的图案，可获得物镜移动之后的孔径区域中心与记录数据设定区域的参考位置之间的位置偏移量(Δx)，并且校正空间光调制器中记录数据设定区域RA的位置，使得记录数据设定区域RA的中心与物镜孔径区域LA的中心相一致(图9(c-1))。因此，使光接收单元可以接收来自记录数据设定区域的信号光(图9(c-2))。也就是说，可以使来自记录数据设定区域的信号光入射到记录介质上，并且因此可以将所要记录的数据记录到记录介质上。

该参考位置标记的图案可以是这样的图案，其中多个十字形物(RM2)设置在矩形的各边上，在该矩形中内切了物镜孔径区域LA，该十字形物的设置方式使得一侧的十字形物构成了该矩形的一条边，例如，如图10所示。

在将数据记录到记录介质上之前，必须对记录数据设定区域相对于物镜孔径区域的位置进行校正。换句话说，当记录操作开始时，首先确定物镜的位置并且完成前述的校正，然后记录数据。

例如，在开始记录操作之后，执行利用跟踪伺服系统和聚焦伺服系统确定物镜相对于记录介质的位置的步骤。在定位物镜的步骤之后，执行校正步骤。该校正步骤包括：通过使功率不会引起记录介质敏感度的激光入射到空间光调制器上而生成信号光的步骤，将信息数据提供给该空间光调制器；使信号光通过物镜入射到预定位置上的步骤；在信号光已经入射到预定位置上之后，接收透过物镜孔径区域的信号光的步骤，从而生成接收光数据；以及根据以上的接收光数据，获得该空间光调制器中的记录数据设定区域与孔径区域范围之间的光学位置偏移量，并且调整该记录数据设定区域相对于该孔径区域范围的位置的步骤。在校正步骤之后，执行记录步骤，其中将信号光和参考光的功率提高到记录介质具有敏感度的级别，并且使该信号光和参考光入射到记录介质上，从而记录全息图。

通过由多个光接收元件检测页面数据的单位数据，可以实现对光接收单元中的信号光的检测。例如，可以由n²个光接收元件检测该单位数据。如图11所示，如果由四个光接收元件(图11B)来检测空间光调制器中的单位数据(图11A)，则能够在X和Y方向上检测到对应于该单位数据占据的一半空间的位置偏移量。

如果由n²个光接收元件检测该单位数据，则根据例如图12的流程图所示的方式记录全息图。

在开始了记录操作之后，通过使X、Y和Z方向的伺服系统和主轴伺服系统工作来移动物镜，从而来将物镜的焦点设定在记录介质上的预定位置处(步骤S1)。

在确定了物镜位置之后，将包含参考标记数据的信息数据提供给空间光调制器(步骤S2)。然后，使低输出的激光束入射到该空间光调制器上，从而生成已经经过空间调制的信号光(步骤S3)。

使该信号光通过物镜入射到记录介质上，并且通过由光接收单元接收从该记录介质反射的信号光而获得接收光数据。然后，根据已经检测到的包含在接收光数据中的参考标记数据的位置，来估计物镜的光轴与信号光的光轴之间的位置偏移量，即光接收单元中位置偏移的像素量(ΔPx、ΔPy)(步骤S4)。

然后，根据光接收单元中的位置偏移量，来确定该空间光调制器中的调制区域所要移动的移动像素量(Δpx、Δpy)。利用过量采样的次数，即用于检测X和Y方向中每个方向上的页面数据的单位数据的光接收元件个数为n，根据以下表达式就获得了移动像素量(Δpx、Δpy)(步骤S5)。

ΔPx/n＝Δpx，ΔPy/n＝Δpy

根据由此获得的移动像素量(Δpx、Δpy)，移动记录数据设定区域在空间光调制器中的位置，从而校正该位置(步骤6)。

然后，在进行了上述校正之后，使激光入射到空间光调制器上，从而生成信号光。同样，使信号光通过物镜入射到记录介质上。然后，检测从记录介质反射的信号光，并且检查记录数据设定区域相对于物镜孔径区域的位置偏移的状态(步骤S7)。

这时，如果还没有完成校正，则流程返回确定光接收单元中位置偏移的像素量(ΔPx、ΔPy)的步骤S4，并且重复调整记录数据设定区域在空间光调制器中的位置的步骤。另一方面，当完成了校正时，将包含所要记录的数据的信息数据提供给空间光调制器。而且，提高激光的输出，并且使信号光和参考光入射到记录介质上，从而记录该数据(步骤S8)。

请注意，在记录数据设定区域相对于物镜孔径区域范围的位置得到校正以前，仅可以使信号光入射到记录介质上，然后在记录步骤中可以使信号光和参考光都入射。

位置偏移量的检测不限于基于光接收单元进行的参考位置标记检测，按照预定图案实施检测的情况。换句话说，通过光接收单元进行的参考位置标记检测可以检测位置偏移量。

例如，如图13(a-1)所示，如果参考位置标记(RM3a)形成了平行于一条轴的条纹，并且当把预定的线视作参考时，线的宽度随着距该轴距离的增加而增加，则使参考位置标记(RM3a)在X和Y方向上都与物镜孔径区域LA的两侧相接触。

例如，如果物镜孔径区域LA的中心(“+”)与记录数据设定区域RA的中心(“×”)相一致，同时物镜未受到伺服控制，则记录数据设定区域完全包含在物镜的孔径区域内，如图13(a-1)所示。换句话说，来自记录数据设定区域RA的信号光能够通过物镜的孔径区域LA。因此，如图13(a-2)所示，在光接收单元中检测到的接收光数据包含记录数据设定区域中的图案，但是不包含参考位置标记。在这种状态下，将记录数据设定区域RA的中心确定为参考位置。

然而，由于物镜遵循记录介质上的轨道，所以当物镜在X方向上移动了ΔPx时，物镜孔径区域的中心偏离了记录数据设定区域的中心(图13(b-1))，在该光接收单元中的接收光数据不包含记录数据设定区域中的图案，但是包含参考位置标记(RM3b)的一部分(图13(b-2))。

因此，基于所检测到的参考位置标记(RM3b)的图案，可获得前述记录数据设定区域的参考位置与物镜移动之后的孔径区域中心之间的位置偏移量ΔPx。然后，校正该记录设定区域RA的位置(图13(c-1))。因此，光接收单元能够再次接收到来自记录数据设定区域的信号光(图13(c-2))。也就是说，可以使来自记录数据设定区域的信号光入射到记录介质上，因此可以将所要记录的数据记录到记录介质上。

如果利用前述的参考位置标记，当物镜在X轴方向上每次移动一个像素时(图14(a1)-(a5))，则在光接收单元中检测到阶梯图案，该图案包括以X轴为中心在Y轴方向上延伸的条纹(图14(b1)-(b5))。换句话说，可以根据检测单元检测到的参考位置标记的图案，计算物镜孔径区域与记录数据设定区域之间的光学位置偏移量，从而调整记录数据设定区域的中心。

没有必要总是在定位物镜的步骤和校正步骤中，将所要记录的数据提供给记录数据设定区域。也就是说，可以在记录步骤中将所要记录的数据提供给记录数据设定区域。例如，在定位物镜的步骤和校正步骤中，该信息数据可能仅包含参考标记数据，而在记录步骤中，该信息数据可能包含参考标记数据和所要记录的数据，或者可能仅包含所要记录的数据。根据图12的流程，例如，在确定了物镜位置之后将信息数据提供给空间光调制器的步骤S2中的信息数据可以仅包含参考标记数据。另一方面，在校正了记录数据设定区域的位置之后，将信息数据提供给空间光调制器以及使信号光，和参考光入射到记录介质上，从而记录数据的步骤S8中的信息数据可能仅包含所要记录的数据。请注意，控制电路27可以实施在信息数据仅包含参考标记数据的状态与信息数据仅包含所要记录的数据的另一种状态之间的信息数据切换。

而且，如果物镜不沿着Y方向移动，而是通过驱动单元在X方向上移动，则可以仅在X方向上设定参考位置标记。可选择的是，如果物镜不沿着X方向移动，而是在Y方向上移动，则可以仅在Y方向上设定参考位置标记。

用于确定物镜孔径区域与记录数据设定区域之间的光学位置偏移量的方法不限于前述通过检测参考位置标记而实施的方法。例如，可以检测光接收平面上信号光光强度分布的峰值位置，光接收单元的光接收元件设置在该光接收平面上，并且可以基于光接收单元的参考位置与由此检测到的峰值位置之间的偏移量来校正记录数据设定区域在空间光调制器中的位置。请注意，光强度分布是向沿着构成光接收平面的两条轴之一的方向的透射信号光的区域面积，沿另一条轴的方向上的积分值的分布。

为了简要说明利用光强度分布峰值的校正方法，假设提供给空间光调制器的信息数据的页面数据形成了围绕记录数据设定区域的格状图案。在记录数据设定区域中，还假设所要记录的数据形成了反转图案，从而在记录数据设定区域的中心处形成了光强度分布的峰值。而且，假设物镜仅可沿X方向移动。

如图15(a-1)所示，如果物镜未受到伺服控制，并且物镜孔径区域LA的中心(“+”)与记录数据设定区域RA的中心(“×”)相一致，则基于记录数据设定区域RA的中心确定的光接收单元中的参考位置(虚线)与光强度分布(图15(a-2))中的峰值位置相一致。

然而，物镜在X方向上移动，则物镜孔径区域中心偏离记录数据设定区域的中心，如图16(a-1)所示，并且因此光接收单元中的参考位置与光强度分布中的峰值位置彼此不一致(图16(a-2))。

因此，根据光接收单元中的参考位置与光强度分布中的峰值位置之间的位置偏移量ΔPx，可以计算出空间光调制器在X方向上的移动量Δpx，并且基于算得的值可以校正空间光调制器中记录数据设定区域的中心位置(图16(b-1)和(b-2))，其中的参考位置对应于记录数据设定区域RA的中心，峰值位置对应于物镜孔径区域LA的中心。

在校正步骤中，提供给记录数据设定区域的信息数据可以不包含所要记录的数据。在这种情况下，优选的是将可以使光强度分布的峰值对应于物镜中心位置、而不必考虑物镜移动的信息数据提供给空间光调制器。换句话说，优选的是信息数据形成了页面数据，其中在该空间光调制器的二维平面上是否存在调制的分布是均匀的。例如，可以将在空间光调制器上的整个空间中形成格状图案的页面数据和将入射到空间光调制器上的光透射到空间光调制器上的整个空间中(即表现为全白)的页面数据用作前述的信息数据。

在说明记录数据设定区域位置的校正方法的过程中，以没有向物镜施加伺服控制时的记录数据设定区域中心当作参考，获得了位置偏移量。然而，该校正方法不限于此。

例如，如果连续地向物镜施加伺服控制并且也连续地实施全息图的记录，则当在新的位置记录全息图时，可以将刚好在记录全息图之前的记录数据设定区域中心设为参考位置。

而且，可以将未受到伺服控制的物镜的孔径区域中心设为参考位置。然后，根据参考位置和物镜移动之后的孔径区域中心，可以获得物镜的移动量；根据由此获得的物镜移动量可以获得记录数据设定区域与孔径区域之间的位置偏移量；并且可以校正记录数据设定区域的位置。

在前述拾取器的示例性配置中，第一激光光源LD1发出的光束在通过第一准直透镜CL1、第一半反射镜棱镜HP1和反射镜棱镜M之后入射到空间光调制器上。然而，光束的路径不限于此。

例如，如图17所示，该空间光调制器SLM可以设置在第一半反射镜棱镜HP1与反射镜棱镜M之间。除此以外，图17所示的结构可以与图5所示的结构相同。

在拾取器的变型中，可以在参考光的光路中设置能够遮挡参考光的快门。例如，如图18所示，可以在第一半反射镜棱镜HP1与第二半反射镜棱镜HP2之间设置快门SH。该快门SH是例如透射型液晶板，并且具有电透射或者遮挡入射其上的光的功能。该快门SH可以连接到控制电路27，使得该控制电路27控制以上功能。除此以外，图18所示的结构基本上与图5所示的结构相同。

前述全息记录装置，通过改变记录数据设定区域设置在空间光调制器中的位置，来校正物镜孔径区域与空间光调制器中记录数据设定区域之间的光学位置偏移。然而，校正方式不限于此。例如，可以通过测量设备(例如光学传感器)直接测量物镜从参考位置的移动量。

例如，如图19所示，可以设置物镜检测单元29并且将其连接到检测信号处理电路18。物镜检测单元29包括光学传感器，其能够将激光投射到物镜并且能够接收其返回光，从而获得物镜的移动量。将物镜检测单元29中获得的检测信号提供给检测信号处理电路18。该检测信号处理电路18处理该检测信号，以获得对应于物镜OB与空间光调制器SLM中的记录数据设定区域(未示出)之间的光学位置偏移量的位置信号，并且将该位置信号提供给控制电路27。除此以外，图19所示的结构可以与图5所示的结构相同。

在前述的拾取器结构中，用于调整物镜的孔径区域与记录数据设定区域之间的光学位置偏移的单元，可以包括用于移动空间光调制器的单元。例如，如图20所示，可以设置空间光调制器驱动单元30，该驱动单元包括能够沿着平行于空间光调制器平面的方向移动该空间光调制器的驱动器，该方向即为垂直于激光光轴的方向，并将该驱动单元连接到空间光调制器驱动电路17。空间光调制器驱动电路17从控制电路27接收调制器移动信号，该调制器移动信号包含空间光调制器所要移动的方向和移动量，该控制电路27从检测信号处理电路18接收位置信号。利用该调制器移动信号，操作该空间光调制器驱动单元30，从而移动空间光调制器SLM。因此，校正了物镜孔径区域与记录数据设定区域之间的位置偏移。除此以外，图20所示的结构可以与图5所示的结构相同。

已经描述了采用透射型空间光调制器的前述实施例。然而，空间光调制器的类型不限于此。可以使用反射型空间光调制器。而且，空间光调制器中的调制方法不限于利用是否出现透射光的方法。例如，该调制方法可以利用改变入射光偏振面的方法。

根据本发明的全息记录装置包括：用于发射相干参考光束的光源；信号光生成单元包括空间光调制器，其用于根据信息数据空间调制该参考光束以生成信号光束；干涉单元，用于将信号光束和参考光束通过物镜导向记录介质，以在记录介质内形成由光学干涉图案构成的衍射光栅区域；透镜定位单元，用于相对于记录介质的记录表面定位该物镜；光接收单元，用于检测从该记录介质通过物镜返回的返回光束，其中该信号光生成单元包括校正单元，该校正单元用于检测空间光调制器中的记录数据设定区域与物镜孔径区域之间的光学位置偏移量，以及根据该光学位置偏移量调整记录数据设定区域的位置，其中将所述信息数据提供给该空间光调制器。根据这样配置的全息记录装置，即使将由所要记录的数据调制的信号光所在的空间大小设定为近似等于或略小于物镜孔径区域的大小，来自该空间的信号光能够透射通过物镜。换句话说，可以使空间光调制器中的记录数据设定区域变宽，直到该区域的大小达到了对应于物镜孔径区域的大小位置，而不用依靠物镜可以移动的范围。因此，能够提高可以提供给记录数据设定区域的信息数据的数据量。

Claims (9)

1、一种全息记录装置，包括：

用于生成相干参考光束的光源；

信号光生成单元，包括空间光调制器，该空间光调制器用于根据信息数据空间调制该参考光束，以生成信号光束；

干涉单元，用于将信号光束和参考光束通过物镜导向记录介质，以在记录介质内形成由光学干涉图案构成的衍射光栅区域；

透镜定位单元，用于相对于记录介质的记录表面定位该物镜；

光接收单元，用于检测从该记录介质通过物镜返回的返回光束，其中

该信号光生成单元包括校正单元，该校正单元用于检测空间光调制器中的记录数据设定区域与物镜孔径区域之间的光学位置偏移量，以及根据该光学位置偏移量调整记录数据设定区域的位置，其中将所述信息数据提供给该空间光调制器。

2、根据权利要求1所述的全息记录装置，其中

所述校正单元包括用于根据所述光接收单元中检测到的接收光数据，来获得所述空间光调制器中所述记录数据设定区域与所述孔径区域范围之间的所述相对光学位置偏移量的单元。

3、根据权利要求2所述的全息记录装置，其中

用于获得所述光学位置偏移量的所述单元是用于使所述信息数据包含参考标记数据，并且用于根据包含在所述接收光数据中的该参考标记数据，获得所述位置偏移量的单元。

4、根据权利要求2所述的全息记录装置，其中

用于获得光学位置偏移量的所述单元是用于基于所述光接收单元中的所述返回光束光强度分布的峰值位置，从所述接收光数据中获得所述位置偏移量的单元。

5、根据权利要求1所述的全息记录装置，其中

所述校正单元包括用于测量物镜位移量的单元。

6、根据权利要求1所述的全息记录装置，其中

所述校正单元包括用于改变所述记录数据设定区域在所述空间光调制器中位置的单元。

7、根据权利要求1所述的全息记录装置，其中

所述校正单元包括用于移动所述空间光调制器的单元。

8、根据权利要求1所述的全息记录装置，其中

所述光接收单元由多个光接收元件接收所述信息数据的单位数据。

9.根据权利要求1所述的全息记录装置，其中

所述干涉单元包括一个在所述参考光束光路中的快门。

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