CN1783234A - 全息记录介质 - Google Patents

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Abstract

全息记录介质包括全息记录层和层叠在全息记录层上的透明衬底层。记录层记录记录光束和参考光束的干涉图案。透明衬底层有面对全息记录层的内表面，并且该表面形成有用于沿规定引导方向引导记录光束和参考光束的追踪区域。追踪区域的反射率比透明衬底层的内表面中的剩余区域的反射率高。

Description

全息记录介质
技术领域
本发明涉及通过记录光束和参考光束的叠加照射记录全息图的全息记录介质。
背景技术
在JP-A-H09-305978中公开了传统的全息记录介质的示例。该参考文件中所描述的全息记录介质有这样一种配置：其中透明电介质层层叠在盘状衬底的整个一面上，而全息记录层层叠在透明电介质层上。全息记录介质整体上具有盘状外形。在用作与衬底的分界的透明电介质层的分界面上，以每1磁轨3个凸点的比率形成有用于磁道伺服的凸点。一个凸点精确地位于磁道上，而剩余的两个凸点位于相对于磁道沿相反方向(径向方向)偏移的位置上，从而将磁道夹在中间。例如，在记录期间，以用于记录的第一照射光束(参考光束)从衬底一侧照射形成有凸点的透明电介质层的分界面，从而使光束会聚在分界面上，并且从全息记录层一侧照射用于记录的第二照射光束(记录光束)，从而与用于记录的第一照射光束重叠，并同时会聚在全息记录层这一侧上的位置上。结果，由于用于记录的第一照射光束和用于记录的第二照射光束的重叠而生成的干涉图案被在全息记录层上记录为全息图。此时，在透明电介质层的分界面处反射用于记录的第一照射光束引起的反射光被光电探测器转换为再现信号，基于该再现信号移位光学系统，从而使对应于两个前述的偏移凸点的振幅变得彼此相等，从而进行磁道伺服。
然而，在上述传统的全息记录介质中，用于磁道伺服的凸点的偏移量相对较小。因此，用于记录的第一照射光束在凸点之间的间隙中产生衍射，并且由此生成的衍射光束到达全息材料层。结果，由衍射光束引起的不需要的干涉图案也被记录在全息材料层中。另一个问题是，用作参考光束的用于记录的第一照射光束的强度是被凸点调制，因此，记录和再现期间的SN比率较低。
考虑前述内容，本发明的目的是提供一种全息记录介质，该全息记录介质具有这样一种结构，其中记录光束和参考光束被引导沿规定方向，并且该全息记录介质可以实现高的SN比率。
发明内容
为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术特征。
根据本发明，提供了一种全息记录介质，包括：用于记录记录光束和参考光束的干涉图案的全息记录层；和层叠在全息记录层上的另一层或第二层。第二层有形成有多个追踪区域的层表面，所述多个追踪区域用于沿引导方向引导记录光束和参考光束。每个追踪区域的反射率比第二层的层表面中的剩余区域的反射率高。
优选地，多个追踪区域沿垂直于引导方向的方向以预定间隔排列。
优选地，本发明的全息记录介质还包括形成在多个追踪区域之间的至少一个区域面积中的用于伺服引入的反射区域。
优选地，第二层包括透明衬底层，其具有面对全息记录层的表面。追踪区域或者可以包括填充有反射材料的槽，或者可以包括反射膜。
优选地，本发明的全息记录介质还可以包括支撑衬底层，其中，全息记录层位于透明衬底层和支撑衬底层之间。
优选地，本发明的全息记录介质还可以包括位于全息记录层和支撑衬底层之间的金属层或电介质层。
优选地，本发明的全息记录介质还可以包括位于全息记录层和透明衬底层之间的电介质层。
本发明的其他特定特征和优点从下面结合附图的详细描述中将变得清楚。
附图说明
图1示出了图示根据本发明的全息记录介质的实施例的整体构造；
图2示出了图示图1所示的全息记录介质的再现期间的状态的整体构造；
图3是图1所示的全息记录介质的横截面图；
图4是图示图1所示的全息记录介质的制造过程的说明图；
图5是图示图1所示的全息记录介质的制造过程的说明图；
图6是图示图1所示的全息记录介质的制造过程的说明图；
图7是图示图1所示的全息记录介质的操作的说明图；
图8是图示图1所示的全息记录介质的操作的说明图；
图9是图示根据本发明的全息记录介质的另一个实施例的透视图；
图10是图示根据本发明的全息记录介质的另一个实施例的横截面图；以及
图11是图示根据本发明的全息记录介质的另一个实施例的透视图。
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的优选实施例。
如图1和图2所示，根据本发明的全息记录介质A被用于装备有各种光学系统的全息记录设备B。
如图3所示，在图示示例中为圆形的全息记录介质A的具有通过层叠支撑衬底层1、第一电介质层2、全息记录层3、第二电介质层和透明衬底层5而获得的结构。
全息记录设备B包括相干光源80、准直透镜81、第一和第二分束器82、83、记录光束调制多分束镜84、第一和第二分束棱镜85、86、λ/4板87、两维参考光束控制镜88以及物镜89。尽管在图中未示出，但是还使用了用于旋转全息记录介质A的驱动系统和用于检测来自全息记录介质A的反射光的检测系统。
首先，将解释全息记录设备B的构造。全息记录设备B的相干光源80例如包括半导体激光器单元。在记录或再现期间，光源80发射具有合适窄频带的相干光或激光束。准直透镜81将从相干光源80发射的激光束转换为平行光束。从准直透镜81发出的激光束被引导至第一分束器82。尽管在图中未示出，但是在透镜81和分束器82之间放置有扩束器，用于增大准直光束的直径。
第一分束器82将入射激光束分割为两束：被引导至多分束镜84的第一激光束和经由不同于第一激光束的光路径被引导至控制镜88的第二激光束。
例如在记录期间，多分束镜84将入射激光束调制为代表两维信息的记录光束(Rec)，并将该记录光束提供为反射光。用于分割来自伺服光束(Srv)的记录光束的伺服光束分束镜84a附接到多分束镜84的中心区域。从而，记录光束从多分束镜84的除了中心区域以外的区域中发射出来，而用于磁道伺服或聚焦伺服的伺服光束从伺服光束分束镜84a的中心区域中发射出来(见图2)。
记录光束不加改变地经过第一和第二分束棱镜85、86，而使得伺服光束具有合适的功率，并且记录光束和伺服光束被引导至第二分束器83。第二分束器83使得记录光束和伺服光束向λ/4板87和物镜89传播，同时也接收来自全息记录介质A经过物镜89和λ/4板87的光，以将该光引导至检测系统。λ/4板87向透射光提供π/2的相位差。
控制镜88将作为参考光束(Ref)的入射激光束反射，并使得该参考光束向λ/4板87和物镜89传播。两维参考光束控制镜88被用作可变的控制参考光束在物镜89上的入射角的装置。物镜89透射记录光束或伺服光束经过其中心部分，并将其会聚在全息记录介质A的规定区域中。另一方面，参考光束经过中心部分以外的部分，并被会聚，以便于在全息记录介质A的规定区域重叠记录光束。物镜89被设计为在其中心部分和中心部分以外的部分具有不同的光学特性。物镜89被构造为由电磁线圈操作，用于磁道伺服或聚焦伺服，还用于倾斜伺服。
检测系统具有光传感器，用于检测来自全息记录介质A经过物镜89和第二分束器83的反射光。具体地说，检测系统包括用于检测由用于磁道伺服或聚焦伺服的伺服光束引起的反射光束的“伺服光束光传感器”和用于检测由参考光束引起的反射光束的“参考光束光传感器”。如图8所示，伺服光束光传感器由四个分传感器9A到9D(也可以是单个传感器单元的四个检测区域)组成，从而磁道偏移或聚焦偏移被那些分传感器9A到9D所引起的光接收图案所检测。用于反射的参考光束的光传感器也包括四个分传感器(在图中未示出)，并且其组成使得基于那些分传感器引起的光接收图案来检测倾斜量(全息记录介质A相对于物镜89的光轴的倾斜)。
此外，检测系统还具有两维检测器，该两维检测器例如由CCD面积传感器或CMOS面积传感器组成。该检测器接收再现期间全息图所引起的“再现光束”，并将接收的再现光束转换为数字信号以提供两维信息。
下面将解释全息记录介质A的构造。如图3所示，全息记录介质A的支撑衬底层1由不透射光的树脂组成，并且在支撑衬底层1和全息记录层3之间有第一电介质层2。第一电介质层2由多层电介质膜组成，并且该第一电介质层2用来将经过全息记录层3的参考光束有效地反射为反射参考光束。第一电介质层2被形成为具有与支撑衬底层1尽可能平坦的分界面。可以用金属膜作为反射膜来替代支撑衬底层和全息记录层之间的第一电介质层。
全息记录层3例如由具有相对较高衍射效率的光敏性聚合物组成。其厚度约为200μm到1mm。全息记录层3被从透明衬底层5的一侧照射，使得记录光束和参考光束重叠。结果，作为记录光束和参考光束的干涉图案的全息图被记录在全息记录层3中。
第二电介质层4例如是作为薄膜层的电介质多层膜或单层薄金属膜。第二电介质层4用来有效地透射经过透明衬底层5的参考光束或记录光束，并将伺服光束反射到允许聚焦伺服的程度。这样的第二电介质层4也被形成为具有与全息记录层3尽可能平坦的分界面。
透明衬底层5以可透过记录光束和参考光束的树脂材料形成。透明衬底层5有经由电介质层4面对全息记录层3的“分界面”(图3中的底面)。该分界面形成有多个追踪区域50，每个沿圆形记录介质A的圆周伸长。
从平面图来看(从图3中的上部往下看)，记录介质A根据反射率可被划分为两类部分：高反射率部分和低反射率部分。高反射率部分对应于追踪区域50，而低反射率部分对应于衬底层5的“分界面”中未提供追踪区域50的“剩余区域”。换句话说，剩余区域对应于在衬底层5和全息记录层3之间只存在第二电介质层4的区域。对于每个这种追踪区域50，形成单位记录区域或“磁道”，以沿圆形介质A的圆周延伸。
当全息记录介质A在记录或再现期间旋转时，调整前述伺服光束进行的照射以聚焦在追踪区域50上，而控制物镜89使得来自追踪区域50的反射伺服光束总是被适当地检测到。结果，记录光束和参考光束被引导，以便于循着追踪区域50沿介质A的圆周方向执行相对运动，由此记录光束或参考光束的照射点不偏离磁道。
前述的追踪区域50可经由图4到6所示的制造过程来生产。首先，参考图4，圆盘状透明衬底5′被预备用作透明衬底层5的起始材料。沿透明衬底5′的一面上的径向方向以规定间隔t形成圆弧形式的槽51。然后，如图5所示，每个槽51填充有金属52(例如铝或铬)作为反射材料。这是通过利用规定的掩模图案进行溅射、气相沉积或电镀实现。此时，金属52被形成为在槽51的开口上方暴露到一定的程度，从而获得追踪区域50。每个槽51的深度和宽度根据伺服光束等的光学特性确定。例如，如果透明衬底层5的折射率表示为“n”，伺服光束波长表示为“λ”，则槽51的深度约为λ/(8×n)。
具体地说，伺服光束的波长λ例如为407nm，伺服光束的照射点尺寸在平行于槽51的方向是0.6μm，而在垂直于槽51的方向是2.3μm。这种情况下，槽51的宽度可以约为1.9μm，而追踪区域50的整个宽度(即，包括金属52的暴露部分的最大宽度)约为5-6μm。
在以上示例中，进行仿真以基于来自追踪区域50的反射伺服光束发现磁道误差信号，图7示出了结果。结果表明在槽51的宽度约为1.9μm时可以充分地进行磁道伺服。追踪区域50之间的间隔t可以是20到500μm。该尺寸例如在记录光束的照射点中只包含了两个追踪区域50，即，与记录光束的照射点直径在同一量级(见图3)。
在形成追踪区域50之后，如图6所示，从追踪区域50的顶部开始涂覆第二电介质层4，以完全覆盖透明衬底5′的上表面。同时，预备用作支撑衬底层1的起始材料的盘状支撑衬底。然后，在支撑衬底的表面上形成电介质层(第一电介质层2)(见图3)。
在获得透明衬底5′(在其上形成有第二电介质层4)和支撑衬底(在其上形成有第一电介质层2)后，将衬底5′和支撑衬底夹持在框架内，其姿势使得第一和第二电介质层2、4彼此面对且两者间存在规定间隔。在该状态中，在第一和第二电介质层2、4之间(因而在衬底5′和支撑衬底之间)注入液态光敏聚合物，然后固化以提供固态全息记录层3。因此，如图3所示，获得了全息记录介质A，其具有作为中间层的全息记录层3。
利用上述的制造过程，可以在电介质层2、4和透明衬底层5的界面处容易地形成平坦表面，由此可以容易地减少成本。根据本发明，可以提供粘附层以增大第一或第二电介质层和全息记录层3之间的附着力。
下面将解释全息记录介质A的操作。
在进入如图1所示的记录状态之前进行聚焦伺服。在聚焦伺服中，以从相干光源80发射出来的激光束作为伺服光束来照射正旋转的全息记录介质A。从图中可见，发射的光束连续地经过准直透镜81、第一分束器82、记录光束调制多分束镜84、伺服光束分束镜84a、第一和第二分束棱镜85、86、第二分束器83、λ/4板87以及物镜89。
在该过程中，通过控制多分束镜84防止记录光束的照射，并且通过控制控制镜88还防止了参考光束的照射。照射伺服光束使得照射点位于追踪区域50外部的区域(“非追踪区域”)内。利用这样的聚焦伺服，物镜89处于聚焦锁定状态，从而使得根据对应于来自非追踪区域的反射伺服光束的聚焦误差信号来调整在非追踪区域上的聚焦。
然后，在物镜89处于聚焦锁定状态的同时进行磁道伺服。如图8所示，在磁道伺服中，只用伺服光束进行照射从而使得照射点位于对应于期望磁道的追踪区域50上，而且记录光束和参考光束都不用于照射。追踪区域50所反射的反射伺服光束被分传感器9A到9D检测。例如，通过计算(对应于追踪区域50的一侧的)两个分传感器9A、9D所检测的信号(A+D)和(对应于追踪区域50的相反一侧的)两个分传感器9B、9C所检测的信号(B+C)之间的差值，然后将所计算的差值除以那些信号的和(A+B+C+D)，发现了由正值或负值或0值组成的磁道误差信号(图7)。
当该磁道误差信号的值为0时，伺服光束的照射点准确地位于所期望的追踪区域50上，并且呈现无磁道偏移的状态。另一方面，当伺服光束偏离追踪区域50时，伺服光束受到相位调制，这是因为追踪区域50有三维结构。结果，在分传感器9A到9D所检测的信号强度中发生偏离，由此获得了由正值或负值组成的磁道误差信号。这种情况下，通过控制物镜89来进行磁道伺服从而使得该磁道误差信号的值变为0。此时，几乎所有的伺服光束都被三维追踪区域50反射为反射伺服光束。因此，没有衍射光束泄漏到全息记录层3中。结果，全息记录层3在记录之前的磁道伺服过程期间没有被感光。
当以上述方式将伺服光束的照射点定位在所期望的追踪区域50上时，随后进行倾斜伺服。如图3所示，在倾斜伺服中，进行以参考光束的如此照射，使得参考光束经过伺服光束被定位的追踪区域50的附近(例如，几百微米内)，并且检测被非追踪区域所反射的反射参考光束。当在该反射参考光束的分布中存在偏离时，则判断全息记录介质A相对于物镜89的光轴处于倾斜状态。这种情况下，例如通过倾斜物镜来校正该倾斜。或者，也可以通过倾斜支撑全息记录介质A的旋转轴来校正该倾斜。
在进行了聚焦伺服、磁道伺服和倾斜伺服后，以记录光束和参考光束照射从而匹配所期望的追踪区域50上的规定位置(见图1)。结果，记录光束和参考光束重叠在全息记录层3上，并且作为记录光束和参考光束的干涉图案的全息图被记录在全息记录层3上。此时，如图8所示，也以伺服光束照射追踪区域50。然而，如上所述，伺服光束不泄漏到全息记录层3中，因此，只由记录光束和参考光束高效地记录全息图。此外，在记录光束的照射点范围内只包含一个所期望的追踪区域50，并且该追踪区域50的宽度相比于照射点的直径足够小。因此，高效地利用了记录光束。
通常，当记录全息图时，参考光束相对于全息记录层3的入射角可以在每次临时停止全息记录介质A时改变，使得进行全息图的复用记录。这种情况下，记录介质所照射的区域很容易变热。然而，根据本发明，位于该区域内的追踪区域50的反射率有利地高(基本上100％)，因此防止了由热融化所引起的追踪区域50的破裂或损坏。此外，这种方法是通过旋转全息记录介质A来改变由记录光束和参考光束形成的相对角。这种情况下，全息图被复用记录在全息记录介质A的圆周方向上。
在进入如图2所示的再现状态之前，也以与进入上述记录状态之前同样的方式进行聚焦伺服、磁道伺服和倾斜伺服。在再现期间(已经进行了聚焦伺服、磁道伺服和倾斜伺服之后)，进行用伺服光束和参考光束的照射，从而匹配所期望的追踪区域50上的规定位置(见图2)。结果，从全息记录层3中生成对应于所记录的全息图和参考光束的再现光束，并且该再现光束相继经过物镜89、λ/4板87和第二分束器83，并被两维检测器接收。结果，通过两维信息光束再现了被记录为全息图的信息。同样，在该再现期间，防止了伺服光束泄漏到全息记录层3中，由此可以高效地读取被记录为全息图的信息。
对于本实施例的全息记录介质A，虽然追踪区域50位于与记录光束重叠的位置，但是记录光束和参考光束高效地照向全息记录层3，而且实际上不发生追踪区域50对记录光束或参考光束的强度调制。因此，可以在记录和再现期间实现高的SN比率。
本发明并不限于上述实施例。图9-11中示出了其他实施例。在这些图中，与上述全息记录介质A的元件相同或类似的元件指示以相同的标号。
在图9所示的全息记录介质中，通过在规定的追踪区域50和追踪区域50之间的整个区域段上形成与用来填充槽51的相同类型的金属52作为厚度均一的膜，来形成用于聚焦伺服引入的反射区域53。在进行聚焦伺服时以伺服光束照射该反射区域53。利用该反射区域53，反射了更多的伺服光束。因此，可以提高聚焦伺服的精确性。而且，可以避免在上述初始聚焦伺服期间全息记录层3的过度感光。例如，可以在全息记录介质的最内层或最外层外围区域的附近提供用于聚焦伺服引入的一个反射区域，或者可以以规定间隔提供多个这种区域。
在图10所示的全息记录介质中，在全息记录层3的一侧上提供有透明支撑衬底层1′。利用该双面透射型的全息记录介质，从透明衬底5一侧朝向全息记录层3照射的记录光束或参考光束经过全息记录层3和支撑衬底层1′到达外部。由于这个原因，在其波长不同于记录光束或参考光束的波长的情况下，使用了除了相干光源以外的不会使全息记录层3感光的光源，并且以该其他光源的光束作为用于倾斜伺服的光束来照射全息记录介质。该用于倾斜伺服的光束照射在距离参考光束的照射点较远的位置处，并且该位置处反射的光被用于倾斜伺服的分传感器所检测。当使用这种双面透射型全息记录介质时，其构造通过放置在支撑衬底层1′一侧的两维检测器提供了对参考光束的检测。另外，用于倾斜伺服的光束可能被位于透明衬底层5和全息记录层3之间的第二电介质层4反射，如图10所示，或者可能被位于全息记录层3和支撑衬底层1′之间的第一电介质层2反射。
在图11所示的全息记录介质中，追踪区域50由厚度相对较小的反射膜54组成。反射膜54例如由电介质多层膜或非晶形材料组成，并且与上述实施例类似的，被配置使得在伺服光束偏移时引起相位调制。利用由该反射膜54组成的追踪区域50，可以使几乎全部伺服光束也被追踪区域50所反射，并且防止了由伺服光束引起的衍射光束泄漏到全息记录层3中。因此，可以高效地进行磁道伺服，而不会使全息记录层3感光。
另外，全息记录介质在其平面图中整体上可以例如具有矩形(该构造在图中未示出)。对于这种全息记录介质，形成平行于规定一侧的多个追踪区域，并且在记录或再现期间，使全息记录介质沿平行于追踪区域的方向相对于物镜线性移动。不用说，诸如物镜之类的光学系统也可以沿平行于追踪区域的方向线性移动。

Claims (7)

1.一种全息记录介质，包括：
用于记录记录光束和参考光束的干涉图案的全息记录层；和
层叠在所述全息记录层上的另一层；
其中，所述另一层有形成有多个追踪区域的层表面，所述多个追踪区域用于沿引导方向引导所述记录光束和所述参考光束，
其中，每个追踪区域的反射率比所述另一层的层表面中的剩余区域的反射率高。
2.如权利要求1所述的全息记录介质，其中，所述追踪区域沿垂直于所述引导方向的方向以预定间隔排列。
3.如权利要求2所述的全息记录介质，还包括形成在所述多个追踪区域之间的至少一个区域面积中的用于伺服引入的反射区域。
4.如权利要求1所述的全息记录介质，其中，所述另一层包括透明衬底层，其具有面对所述全息记录层的表面，所述追踪区域或者包括填充有反射材料的槽，或者包括反射膜。
5.如权利要求4所述的全息记录介质，还包括支撑衬底层，其中，所述全息记录层位于所述透明衬底层和所述支撑衬底层之间。
6.如权利要求5所述的全息记录介质，还包括位于所述全息记录层和所述支撑衬底层之间的金属层或电介质层。
7.如权利要求4所述的全息记录介质，还包括位于所述全息记录层和所述透明衬底层之间的电介质层。
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