專利名稱：：用于共孔徑全息存儲系統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：透鏡系統(tǒng)，更具體地說，涉及使具有物體光束和參考光束的共軸共孔徑布置(coaxialcommonaperturearrangement)的裝置最4尤化的透4克系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及利用這種透鏡系統(tǒng)從全息存儲介質(zhì)讀取和/或?qū)懭肴⒋鎯橘|(zhì)的裝
背景技術(shù)：
：在全息數(shù)據(jù)存儲時，通過記錄由兩束相干激光束疊加形成的干涉圖案來存儲數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，其中一束光束，所謂的"物體光束"，被空間光調(diào)制器調(diào)制并攜帶要被記錄的信息。第二光束作為參考光束。干涉圖案導(dǎo)致存儲材料的特定性能的改性，其取決于干涉圖案的局部強(qiáng)度。利用與記錄時相同的條件，通過用參考光束照明全息圖來進(jìn)行記錄全息圖的讀取。這樣導(dǎo)致所記錄的物體光束的重建。全息數(shù)據(jù)存儲的一個優(yōu)點(diǎn)是增加的數(shù)據(jù)容量。與傳統(tǒng)的存^f諸介質(zhì)相比，全息存儲介質(zhì)的容量用于存儲信息，不僅僅在單層或幾個二維層。全息數(shù)據(jù)存儲的另外一個優(yōu)點(diǎn)是可能在相同容量中存儲多倍數(shù)據(jù)，例如，通過改變兩束光束之間的角度或利用移動多路技術(shù)等。而且，不是存儲一位，數(shù)據(jù)存儲為數(shù)據(jù)頁。一般說來，數(shù)據(jù)頁由編碼多位的亮暗圖案的矩陣組成，即，由二維二進(jìn)制矩陣或灰度值矩陣組成。這樣除了增加的存儲密度之外，容許達(dá)到增加的數(shù)據(jù)率。數(shù)據(jù)頁通過空間光調(diào)制器(SLM)印記到物體光束上并且用檢測器陣列檢測。在共軸全息數(shù)據(jù)存儲時，物體光束和一束或多束參考光束沿公共光軸傳遞。例如，WO2006/003077公開了用于反射型全息記錄介質(zhì)的具有共軸光學(xué)頭的傅里葉全息存儲系統(tǒng)。光學(xué)頭使用共軸布置的球形參考光束的多路技術(shù)方法。這樣需要在物體光束的傅里葉面的高質(zhì)量球形光束。因此，相同的傅里葉物鏡必須使高質(zhì)量的球形光束實(shí)現(xiàn)和獲得優(yōu)良的傅里葉轉(zhuǎn)換兩方面最佳。這些是兩個相反的要求。傅里葉物鏡的物體由像素陣列組成。這種陣列位于離物鏡有限遠(yuǎn)距離的位置。在存儲系統(tǒng)中，相應(yīng)的光束是參考光束。在參考通道中，聚焦透鏡的物體是單點(diǎn)，其在離傅里葉物鏡無限遠(yuǎn)距離。在參考通道中，傅里葉物鏡起簡單的聚焦物鏡的作用，其中參考光束的聚焦點(diǎn)從光軸偏移。在傅里葉面中，像素陣列的傅里葉轉(zhuǎn)換的物體光束是"有效光闌"平面波的集合。參考光束是在該平面的軸向偏移球形光束。參考光束錐形的偏移軸垂直于傅里葉面。因此，參考光束和信息光束的性能在兩個平面上是不同的，即，物面和傅里葉面。在EP1324322中，提出用于全息存儲的伺服系統(tǒng)。這種伺服系統(tǒng)類似于用于CD或DVD系統(tǒng)的已知伺服系統(tǒng)。該伺服系統(tǒng)用不同于信息光束波長的波長工作。通常，伺服系統(tǒng)使用紅光，而信息光束是藍(lán)光或綠光。因此，傅里葉物鏡需要被設(shè)計(jì)成用于兩個波長。校正用于白光或不同激光波長的物鏡的單色像差的已知方法應(yīng)用具有不同阿貝數(shù)的雙膠合透鏡。另一種方法是使用不同阿貝數(shù)的一組單透鏡。然而，因?yàn)榉浅６嗟脑蠖鄶?shù)的合成顏色校正傅里葉物鏡用于兩種方法都太大。這就意味著需要機(jī)械耐用伺服。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出適于在共軸全息存儲系統(tǒng)中使用的透鏡系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，該目的通過用于共軸全息存儲系統(tǒng)的透鏡系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，該透鏡系統(tǒng)傅里葉變換物體光束，將參考光束聚焦到全息存儲介質(zhì)的全息層上，和將伺服光束聚焦到全息層的伺服區(qū)域，透鏡系統(tǒng)包括傅里葉變換物體光束的移動部分和僅預(yù)聚焦伺服光束的固定部分。透鏡系統(tǒng)是三通道傅里葉物鏡。三通道分別是信息通道、參考通道和伺服通道。為了使傅里葉物鏡最優(yōu)，使用三種結(jié)構(gòu)，即，信息通道的結(jié)構(gòu)、參考通道的結(jié)構(gòu)、和伺服通道的結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)具有不同的物距和像距、起始光束參數(shù)、和加權(quán)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。優(yōu)選地，透鏡系統(tǒng)的移動部分具有三片透鏡。利用三片透鏡，允許并行地優(yōu)化三種結(jié)構(gòu)。不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)或多或少會抵觸。優(yōu)選地，三片透鏡的至少兩片是非球面的，而第三片透鏡是球面透鏡或也可以是非球面透鏡。利用最佳形狀的非球面玻璃元件，可以獲得相抵觸要求之間的平4軒。有利地，透鏡系統(tǒng)的固定部分是單獨(dú)地對伺服光束起作用的透鏡。該透鏡優(yōu)選具有長焦距的聚焦透鏡。因?yàn)橛糜谒欧馐⒖脊馐臀矬w光束的不同波長的三片透鏡材料的稍微不同的折射率，沒有色差的校正，透鏡系統(tǒng)的焦距一般是伺服光束大于參考光束和物體光束。為了校正該像差，伺服光束在它入射到透鏡系統(tǒng)的三片透鏡之前稍微聚焦。伺服通道被分成兩部分。一部分與伺服系統(tǒng)一起移動，而另一部分是固定的。伺服通道的移動部分與信息通道和參考通道是共同的。三個通道物鏡的移動部分的大部分是同等的低。固定部分由長焦距透鏡組成。長焦距透鏡稍微聚焦伺服通道的光束。三個通道物鏡要解決的一個主要問題是傅里葉物鏡對于不同激光波長的不同焦距。不同波長造成的像差通過在入射到傅里葉之前，利用預(yù)聚焦透鏡稍微聚焦伺服光束來校正。在這種情況下，兩個激光波長通過三片或四片透鏡聚焦在相同位置，這些透鏡由正確選擇具有不同阿貝數(shù)的材料制成。由于預(yù)聚焦，聚焦伺服系統(tǒng)的移動范圍限制在土0.1mm至±0.2mm。優(yōu)選地，固定部分還具有波長選擇分束器，例如，分色棱鏡。波長選擇分束器用于將伺服光束耦合到用于全息存儲的光束的路徑中和從用于全息存儲的光束的路徑出來，即，用于結(jié)合和分離伺服通道和信息/參考通道。為了更好地理解，參照附圖，在下面的說明書中更詳細(xì)地解釋本發(fā)明。應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于該示例性實(shí)施例，具體特征也可以有利地組合和/或修改，不脫離本發(fā)明的范圍。在附圖中圖1示意性表示12f反射型全息存儲系統(tǒng)；圖2圖示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的三通道物鏡的信息通道;圖3表示圖2的信息通道的放大圖4圖示根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的三通道物鏡的參考通道;圖5表示圖4的參考通道的放大圖6圖示根據(jù)第一實(shí)施例的三通道物鏡的伺服通道；圖7圖示根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的三通道物鏡的信息通道;圖8圖示根據(jù)第二實(shí)施例的三通道物鏡的參考通道；圖9表示根據(jù)第二實(shí)施例的三通道物鏡的伺服通道。具體實(shí)施例方式圖1示意性表示已知的12f反射型全息存儲系統(tǒng)。激光二極管2發(fā)射激光束3,激光束3被準(zhǔn)直透鏡4準(zhǔn)直?？臻g光調(diào)制器5將數(shù)據(jù)圖案印記到激光束3，然后，激光束3被第一傅里葉物鏡對30成像到中間像面10，第一傅里葉物鏡對30是所謂的寫入長焦距中繼透鏡30。為了簡便起見，在該圖中沒有表示參考光束。第一傅里葉物鏡對30包括傅里葉物鏡6、反傅里葉物鏡9、和位于第一傅里葉物鏡對30的傅里葉面上的傅里葉濾光片7。高NA傅里葉物鏡11將光束3成像到全息存儲介質(zhì)12中。在結(jié)合全息存儲介質(zhì)12的反射層(未示出)時，高NA傅里葉物鏡11構(gòu)成折疊的第二傅里葉物鏡對31。為了讀取，使用第三傅里葉物鏡對32，即，所謂的讀取長焦距中繼物鏡32。第三傅里葉物鏡對32包括反傅里葉物鏡9、傅里葉物鏡14和位于第三傅里葉物鏡對32的傅里葉面上的傅里葉濾光片13。四分之一波片20結(jié)合偏振靈敏分束器8用于分離寫入光束和讀取光束。陣列檢測器15檢測在讀取光束中包含的數(shù)據(jù)。還設(shè)置CD/DVD型聚焦和追蹤伺服光學(xué)元件33，用于獲得必需的伺服信號。伺服光源16產(chǎn)生伺服光束17，其被準(zhǔn)直透鏡18準(zhǔn)直并被波長選擇分束器19耦合到光束3的光路中，在這種情況下，波長選擇分束器19是分色棱鏡。另一偏振靈敏分束器21將從全息存儲介質(zhì)12反射的伺服光束經(jīng)過聚焦透鏡22照射到檢測器23上。上述光學(xué)裝置是12f系統(tǒng)，其由三片4f傅里葉變換/再變換子系統(tǒng)30、31、32組成。在系統(tǒng)中的位置是中間物體和像面10。為了減小系統(tǒng)尺寸和簡化伺服系統(tǒng)，圖1的光學(xué)裝置是反射型系統(tǒng)。這就意味著整個光學(xué)系統(tǒng)位于全息存儲介質(zhì)12的一面。當(dāng)然，同樣可能實(shí)現(xiàn)透射型系統(tǒng)。在根據(jù)本發(fā)明的下列兩個實(shí)施例中，討論第二4f傅里葉變換子系統(tǒng)31。在兩個實(shí)施例中，物鏡ll具有三片透鏡。在第一實(shí)施例中，其在圖2-圖6中示出，物鏡11包含布置在兩個非球面透鏡101、103之間的一個球面透鏡102。圖2圖示三通道物鏡11的信息通道。圖3表示由虛線矩形指示的區(qū)域的放大圖。信息通道由兩個相同的三通道物鏡11組成，每個包括三片透鏡101、102、103。第一物4竟11進(jìn)行物體到它的后焦平面的傅里葉變換。第二物鏡11將圖像再變換成第二物鏡的焦平面。對于反射型系統(tǒng)，三通道物鏡ll被使用兩次，起第一物鏡以及第二物鏡的作用。在它起第一物鏡ll的作用時，它將物體變換到全息存儲介質(zhì)12的鏡面。反射鏡反射光，在它起第二物鏡11的作用時，三通道物鏡11反向變換圖像。信息通道的物面是12f系統(tǒng)的中間物面10。這是第一物鏡11的第一焦平面。傅里葉物鏡11的物體是像素陣列，或陣列像素的突襲那個。傅里葉面是兩個相同物鏡11的中間、共同焦平面。位于該傅里葉面附近的是全息存儲介質(zhì)12的存儲材料。在傅里葉面中，像素陣列的傅里葉變換的物體光束是平面波限制的光闌的集合。這可以從圖3圖示的信息通道的放大圖中看得更清楚。像面是12f系統(tǒng)的中間像面10。信息通道是有限共軛系統(tǒng)(finiteconjugatesystem)。信息通道在物面和像面IO處是遠(yuǎn)心的。這意味著入瞳和出瞳在無限遠(yuǎn)。例如，參見G.Etdei等"Telecentric/inverse-telecentricobjectiveforopticaldatastoragepurposes",Proc.SP正Vol.3573(1998),p.380-383.圖4圖示根據(jù)第一實(shí)施例的三通道物鏡11的參考通道。圖5表示用虛線矩形指示的區(qū)域的放大圖。參考通道是無限共軛系統(tǒng)(infiniteconjugatesystem)。它僅僅由包括三片物鏡101、102、103的一個物鏡11組成。物鏡的物體是單點(diǎn)，其在離傅里葉物鏡11無限遠(yuǎn)的距離。為了簡單起見，僅僅表示單參考光束，它的傳播方向稍稍傾斜于物鏡11的光軸，允許參考光束通道和物體光束通道的分離。傅里葉物鏡11在這個通道中起簡單聚焦物鏡的作用。因此，參考光束是在后焦平面附近的球形光束和單點(diǎn)，或更準(zhǔn)確地說是在后焦平面的艾里斑。這可以從圖5圖示的參考通道的放大圖更清楚地看到。圖6圖示根據(jù)第一實(shí)施例的三通道物鏡11的伺服通道。為了簡便起見，伺服通道在這個圖中沒有成角度。理論上說，對于CD/DVD等伺服系統(tǒng)，伺服光束17在物鏡11前面是平面波，它在聚焦物鏡11后面、在焦平面附近是球形光束。物距是無限遠(yuǎn)。在圖l的系統(tǒng)中，具有不同波長的兩束光束聚焦在相同的平面，即，參考光束和伺服光束17。因?yàn)橛糜诓煌ㄩL的材料的稍微不同的折射率，不用校正色差，物鏡11對伺服光束17的焦距通常長于對參考光束的焦距。為了校正該像差，伺服光束17在它通過附加透鏡104入射到聚焦物鏡11之前稍」欽聚焦。在這種情況下，伺服光束17和參考光束利用兩片或三片透鏡可以聚焦到相同的平面上，這些透鏡由正確選擇的具有不同阿貝數(shù)的材料制成。在附圖中僅僅示出利用三片透鏡的方案。然而，對于不同阿貝數(shù)，需要至少兩片透鏡的折射率，僅利用兩片透鏡代替三片透鏡101、102、103的方案同樣是可行的。為了減少三通道物鏡11的移動量，它被有利地分成固定部分和移動部分。移動部分對于所有三通道是共用的，而固定部分僅屬于伺服通道。固定部分由長焦距透4竟104組成，長焦距透鏡104在它入射到物鏡11之前稍凝:聚焦伺服通道的伺服光束17。如果限制聚焦伺服系統(tǒng)的移動范圍，該預(yù)聚焦不會造成任何問題。在目前情況下，信息通道的視場限制聚焦伺服系統(tǒng)的移動范圍，因?yàn)閷τ谟邢薜奈锞噙@是最優(yōu)的。信息通道的景深是大約0.05mm至0.2mm。伺服通道的預(yù)聚焦伺服光束17必須在相同范圍內(nèi)起作用。在圖6中表示的在固定部分和移動部分之間的附加分色棱鏡19，其將伺服光束17耦合到全息通道(參考通道和信息通道)中和從全息通道出來。應(yīng)該注意，為了簡化圖6，伺服通道沒有成角度，與圖l所示的情形相反。圖7-9圖示物鏡11的第二實(shí)施例，用于透射型全息存儲系統(tǒng)的情況。在這個實(shí)施例中，物鏡11包含三片非球面透鏡101、102、103。圖7表示信息通道，而圖8和9分別圖示參考通道和伺服通道。當(dāng)信息通道在物面和像面之間最優(yōu)時，參考通道和伺服通道被優(yōu)化，直到傅里葉面，在圖8和圖9中只有光學(xué)裝置，直到顯示傅里葉面。為了物鏡11的優(yōu)化，使用三種結(jié)構(gòu)，即，信息通道的結(jié)構(gòu)、參考通道的結(jié)構(gòu)、和伺服通道的結(jié)構(gòu)。所有三種結(jié)構(gòu)具有不同的物距和像距、起始光束參數(shù)，它們具有自己的加權(quán)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。三種結(jié)構(gòu)并行優(yōu)化。獲得的透鏡必須同時滿足所有三個獨(dú)立的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)。在表l中，概括了三種結(jié)構(gòu)的主要不同優(yōu)化參數(shù)。物體/圖像結(jié)構(gòu)參考結(jié)構(gòu)伺服結(jié)構(gòu)波長藍(lán)光或綠光藍(lán)光或綠光紅光遠(yuǎn)心模式物體/圖像間隔無無物距有限遠(yuǎn)無限遠(yuǎn)無限遠(yuǎn)場類型物體高度物體角度物體角度系統(tǒng)光闌類型物體間隔數(shù)值孔徑入瞳直徑入瞳直徑傅里葉面附近的平面球面球面<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表1從表中可以看出，不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)或多或少相互抵觸。利用具有最佳形狀的非球面元件，獲得相抵觸要求之間的平衡。在表2中給出三通道物鏡11的第一實(shí)施例的示例性透鏡規(guī)定。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2旋轉(zhuǎn)對稱多項(xiàng)式非球面表面通過從球形(或由二次曲線描述的非球形)表面偏移的多項(xiàng)式擴(kuò)展(polynomialexpansion)來描述。平坦的非J求形(evenasphere)表面模型僅使用徑向坐標(biāo)(radialcoordinate)的偶數(shù)冪(evenpowers)來描述非球面性。該模型使用曲率半徑R和二次函數(shù)系數(shù)k來描述。表面凹陷通過下式給出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中，c=l/R。在表3中概括表2的透鏡規(guī)定的非球面系數(shù)。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>01400.0107454290.00090172597-0.00013576956.2815215e-006150-0,000747309230.00014466811-1.3549939e-00500160-1.561566e-006-3.1207107e-0064.3138605e-008001700.0011851553.8186753e-005陽9.7252063e-0074.5853774e-008表5在上述表2和表4中，第一列(表面)表示考慮最優(yōu)化的表面數(shù)。#0(OBJ)是物面，表2和表3的#27(IMA)和#18(IMA)分別是像面。(STO)表示停止表面。第二列表會死表面的類型，即，標(biāo)準(zhǔn)(球面或平面)、非球面或坐標(biāo)中斷(CoordinateBreak)。第三列包含給定表面的曲率半徑。在第四列中表示在行n與n+1的兩個表面之間的厚度(距離)mm。第5列包含透鏡的材料名稱。第6列給出所考慮的表面的直徑mm。當(dāng)然，該直徑僅表示最小需要直徑。最后，第7列表示非球面的二次曲線常數(shù)。權(quán)利要求1.一種用于共軸共孔徑全息存儲系統(tǒng)(1)的透鏡系統(tǒng)(11)，其傅里葉變換物體光束并將參考光束聚焦到全息存儲介質(zhì)(12)的全息層，其將伺服光束(17)聚焦到全息層的伺服區(qū)域，其特征在于所述透鏡系統(tǒng)(11)包括移動部分(101，102，103)和固定部分(104)，移動部分(101，102，103)傅里葉變換物體光束，并聚焦參考光束和伺服光束(17)，固定部分(104)僅僅預(yù)聚焦伺服光束(17)。2.如權(quán)利要求1所述的透鏡系統(tǒng)(11)，其中，所述移動部分(101,102,103)包括三片透鏡(101,102，103)。3.如權(quán)利要求2所述的透鏡系統(tǒng)，其中，所述移動部分UOl,102，103)的三片透鏡(101，102，103)的中兩片是非球面透鏡(101，103),一片透鏡是球面透鏡(102)。4.如權(quán)利要求2所述的透鏡系統(tǒng)，其中，所述移動部分(101，102，103)的三片透鏡(101，102，103)都是非球面透鏡。5.如權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)，其中，僅僅預(yù)聚焦伺服光束(17)的固定部分(104)是聚焦透鏡(104)。6.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)，其中，還具有波長選擇分束器(19),用于將伺服光束(17)耦合到物體光束和/或參考光束的光束路徑。7.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)，其中，所述共軸共孔徑全息存儲系統(tǒng)(1)是4f系統(tǒng)，且全息存儲介質(zhì)(12)的全息層位于4f系統(tǒng)的4專里葉面上。8.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)，其中，同時優(yōu)化4f的信息通道、參考通道和伺服通道，以使得三個通道的波前質(zhì)量相等或好于0.02RMSX.9.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)，其中，所述信息通道是有限遠(yuǎn)共軛，且參考通道和伺服通道是無限遠(yuǎn)共軛。10.如前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)，其中，所述信息通道是用于4f系統(tǒng)的物面和像面的遠(yuǎn)心/反遠(yuǎn)心模式。11.一種共軸共孔徑全息存儲系統(tǒng)(1),其特征在于所述共軸共孔徑全息存儲系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1-10的任一項(xiàng)所述的透鏡系統(tǒng)(11)。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于全息存儲介質(zhì)(12)的讀取和/或?qū)懭氲难b置(1)的透鏡系統(tǒng)(11)，更具體地說，涉及對于具有物體光束和參考光束的共軸共孔徑布置的裝置優(yōu)化的透鏡系統(tǒng)(11)。根據(jù)本發(fā)明，透鏡系統(tǒng)(11)傅里葉變換物體光束并將參考光束聚焦到全息存儲介質(zhì)(12)的全息層，將伺服光束聚焦到全息層的伺服區(qū)域，透鏡系統(tǒng)(11)包括移動部分(101，102，103)和固定部分(104)，移動部分(101，102，103)作用于物體光束、參考光束和伺服光束(17)，固定部分(104)僅僅作用于伺服光束(17)。文檔編號G11B7/135GK101409079SQ20081017014公開日2009年4月15日申請日期2008年10月13日優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日發(fā)明者加博爾·薩瓦斯,拉茲洛·多姆簡申請人:湯姆森特許公司