CN101252004A - 全息图再现设备、全息图再现方法和调相元件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种全息图再现设备，全息图再现方法和调相元件。其中，全息图再现设备包括第一参考光光路，引导来自激光光源的激光，以致用第一参考光照射全息图记录介质；衍射光路，把因第一参考光的照射，从全息图记录介质产生的衍射光引导到具有多个像素的受光元件；和第二参考光光路，把具有和衍射光相同的偏振方向的第二参考光从激光光源引导到受光元件。第二参考光光路配有调相元件，以致在预定范围内，调节受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。

Description

全息图再现设备、全息图再现方法和调相元件
相关申请的交叉引用
本发明包括与在2007年2月20日在日本专利局申请的日本专利申请JP 2007-039165相关的主题，其整体内容在此以引用的方式并入。
技术领域
本发明涉及全息图再现设备，全息图再现方法和调相元件。
背景技术
近年来，作为能够实现高密度记录/再现的存储装置，全息图存储器已成为关注焦点。作为在全息图上记录信息/从全息图存储器再现信息的技术之一，提出了一种通过消除零阶光(DC分量)记录信息，并通过把相干光叠加在衍射光上再现所述信息的技术(参见非专利文献1：Joby Joseph and David A.Waldman“Homogenized Fouriertransform holographic data storage using phase spatial lightmodulators and methods for recovery of data from the phaseimage”APPLIED OPTICS/Vol.45，No.25/1 Pp6374-6380 September2006；和专利文献1：日本未经审查的专利申请公开No.2006-209081)。
在非专利文献1中描述的技术中，通过使用调相器，而不是空间调制器来调制光强度，记录信息。在利用这种调相器的情况下，如果一半的像素具有为0的相位，而另一半像素具有为π的相位，那么由于反相的激光光束相互抵消，从而生成非零阶光。另一方面，在不利用调相器记录信息的情况下，在介质的相同位置重复借助零阶光的记录，在位于该位置的M/#已被用完之后，再也不能进行记录。通过利用调相器能够避免这种不方便，并且能够有利地有效使用M/#。在再现期间，如果叠加光的强度和衍射光的强度相同，并且如果其相位为0，那么在衍射光中，相位为0的像素中的光的强度较高，而由于消除的缘故，相位为π的像素中的光的强度较低，以致记录的信息可被再现成明暗图案。非专利文献1中公开的光学系统使用双光束方法。
发明内容
但是，在本专利申请的请求书中列举的发明人(下面称为本申请的发明人)进行的进一步测试已得出在再现期间，很难实现通过在全息图记录区上应用参考光(第一参考光)而产生的衍射光和反向参考光(第二参考光)之间的相位调整。另外，本申请的发明人发现这种相位调整是对使利用非专利文献1中描述的原理的全息图存储器投入实际使用的挑战。
本发明的目的在于提供一种在再现期间，实现从全息图记录介质获得的衍射光和第二参考光之间的相位调整的技术，以及优先用于这种相位调整的调相元件。
按照本发明的一个实施例的全息图再现设备包括第一参考光光路，引导来自激光光源的激光，以致用第一参考光照射全息图记录介质；衍射光路，把因第一参考光的照射，从全息图记录介质产生的衍射光引导到具有多个像素的受光元件；和第二参考光光路，把具有和衍射光相同的偏振方向的第二参考光从激光光源引导到受光元件。第二参考光光路配有调相元件，以致在预定范围内，调整受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。
在该全息图再现设备中，通过利用设置在第二参考光光路上的相位元件，在预定范围内，调整受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。因此，能够获得明暗图像作为在受光元件的受光面上产生的图像。
按照本发明的一个实施例的全息图再现方法包括下述步骤：用来自激光光源的第一参考光照射全息图记录介质；根据第一参考光，从全息图记录介质产生衍射光；从激光光源产生具有和衍射光相同偏振方向的第二参考光；通过包括多个像素的受光元件接收衍射光和第二参考光；按照所述多个像素接收的信号，在第二参考光的传播方向的平面中，改变第二参考光的相位；和在预定范围内，调整受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。
在该全息图再现方法中，通过改变第二参考光的相位，在预定范围内，调整受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。因此，能够获得明暗图像作为在受光元件的受光面上产生的图像。
按照本发明的一个实施例的调相元件包括按照施加的电压，导致通过光束的相位变化的液晶；通过把液晶夹在中间，保持液晶的透光性的第一和第二刚性板；具有导电性和透光性，并且分别设置在所述第一和第二刚性板的表面上的第一和第二透光膜；平行设置在第一透光膜的两端，并且由导电性高于第一透光膜的材料制成的第一和第二电极；和平行设置在第二透光膜的两端，同时与第一和第二电极正交，并且由导电性高于第二透光膜的材料制成的第三和第四电极。
在该调相元件中，对第一和第二电极施加电位，以致在第一和第二电极之间产生电位梯度。另外，在平面中的一维方向上能够获得与电位梯度相应的光束的相位变化。同样地，对第三和第四电极施加电位，以致在第三和第四电极之间产生电位梯度。另外，在与上面所述的平面中的一维方向正交的一维方向上，能够获得与电位梯度相应的光束的相位变化。从而，在整个二维表面内能够改变相位。
按照本发明的一个实施例的调相元件包括按照施加的电压，导致通过光束的相位变化的液晶；通过把液晶夹在中间，保持液晶的透光性的第一和第二刚性板；具有导电性和透光性，并且设置在所述第一刚性板的表面上的多个第一平行电极，和具有导电性和透光性，并且设置在所述第二刚性板的表面上，同时与第一平行电极正交的多个第二平行电极。
该调相元件包括具有导电性和透光性，并且设置在所述第一刚性板的表面上的多个第一平行电极，和具有导电性和透光性，并且设置在所述第二刚性板的表面上的多个第二平行电极。由于第一平行电极正交于第二平行电极，因此在这两个表面上能够产生相互正交的电位梯度，以致在整个二维表面内能够改变相位。
根据按照本发明的一个实施例的全息图再现技术，通过来自全息图记录介质的衍射光和第二参考光之间的相位调整，能够获得有利的全息图再现特性。另外，能够提供实现所述全息图再现技术的优选调相元件。
附图说明
图1是图解说明按照第一实施例的全息图再现设备的光学单元的示意图；
图2示意地图解说明二轴转向镜的结构；
图3示意地图解说明CMOS传感器的受光面；
图4是空间调制器(未示出)的角落部分的放大图；
图5是控制相位延迟元件的控制系统的方框图；
图6图解说明信号Sig1c和Sig2c的特性；
图7图解说明水平轴上衍射光和第二参考光之间的相差和垂直轴上的信号SigC；
图8是控制二轴转向镜的控制系统的方框图；
图9是按照第一实施例的修改的CMOS传感器的示意图；
图10是图解说明按照第二实施例的全息图再现设备的光学单元的示意图；
图11是二轴转向单轴移动镜的示意图；
图12是图解说明按照第三实施例的全息图再现设备的光学单元的示意图；
图13A-13C图解说明调相元件的结构；
图14A-14C图解说明另一调相元件的结构；
图15是图解说明按照第四实施例的全息图再现设备的光学单元的示意图；
图16是图解说明按照第五实施例的全息图再现设备的光学单元的示意图。
具体实施方式
下面，详细说明按照本发明的实施例的全息图再现设备和全息图再现方法，以及最好用于所述全息图再现设备和全息图再现方法的调相元件。
首先，说明各个实施例的概述。
按照第一到第五实施例的全息图再现设备所共有的基本结构包括：第一参考光光路，引导来自激光光源的激光，以致用第一参考光照射全息图记录介质；衍射光路，把因第一参考光的照射，从全息图记录介质产生的衍射光引导到具有多个像素的受光元件；和第二参考光光路，把具有和衍射光相同的偏振方向的第二参考光从激光光源引导到受光元件。第二参考光光路配有调相元件，以致在预定范围内，调节受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。
第一参考光光路，衍射光路和第二参考光光路都可采用不同的形式。在第一到第三实施例中，第一参考光光路和衍射光路不共用相同的物镜。但是，在第四实施例中，第一参考光光路和衍射光路共用相同的物镜。
另外，调相元件可以采取各种形式。在第一到第四实施例中，调相元件构成为相位延迟元件和二轴转向镜(biaxially-turning mirror)的组合。在第二实施例中，调相元件构成为二轴转向单轴移动镜(biaxially-turning uniaxially-moving mirror)。在第三实施例中，调相元件构成为包括液晶的调相元件。
如上所述，第二参考光光路配有调相元件，以致在第一到第四实施例中，用作受光元件的CMOS传感器的受光面上衍射光和第二参考光之间的相差在预定范围内。可以使用前馈在所述预定范围内调整相差。但是，在第一到第四实施例中，利用反馈调整调相元件产生的相位。
在按照第一到第四实施例的全息图方法所共有的基本结构中，用来自激光光源的第一参考光照射全息图记录介质；根据第一参考光，从全息图记录介质产生衍射光；从激光光源产生具有和衍射光相同偏振方向的第二参考光；通过包括多个像素的受光元件接收衍射光和第二参考光；按照所述多个像素接收的信号，在第二参考光的传播方向的平面中，改变第二参考光的相位；和在预定范围内，调节受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。
按照第三实施例的全息图再现设备采用包括液晶的调相元件。在该调相元件中，液晶由两个透光刚性板密封，在每个刚性板的表面上允许产生电位梯度，以致在平面方向上产生与电位梯度一致的相差。在全息图再现设备中，二维平面中的相差需要被控制，以致允许在一个表面和另一表面上沿对角线方向产生电位梯度。
为了说明在一个表面和另一表面上沿对角线方向产生电位梯度的特定结构，下面给出两个实施例。
按照这两个实施例中的一个实施例的结构包括：按照施加的电压改变通过的光束的相位的液晶；通过把液晶夹在中间，保持液晶的透光性的第一和第二刚性板；具有导电性和透光性，并且分别设置在所述第一和第二刚性板的表面上的第一和第二透光膜；平行设置在第一透光膜的两端，并且由导电性高于第一透光膜的材料制成的第一和第二电极；和平行设置在第二透光膜的两端，同时与第一和第二电极正交，并且由导电性高于第二透光膜的材料制成的第三和第四电极。
按照这两个实施例中的另一实施例的结构包括：按照施加的电压，导致通过光束的相位变化的液晶；通过把液晶夹在中间，保持液晶的透光性的第一和第二刚性板；具有导电性和透光性，并且设置在所述第一刚性板的表面上的多个第一平行电极，和具有导电性和透光性，并且设置在所述第二刚性板的表面上，同时与第一平行电极正交的多个第二平行电极。
<按照第一实施例的全息图再现技术>
图1是按照第一实施例的通过利用全息图记录介质再现信息的全息图再现设备的示意图，主要图解说明充当所述设备的主要部分的光学单元1。下面，参考图1说明按照第一实施例的全息图再现设备和全息图再现方法。
在包括图1中图解说明的光学单元1的全息图再现设备中，再现中使用的全息图记录介质30是圆盘形或卡片形(矩形)平板。当全息图记录介质30呈圆盘形时，在全息图记录介质30的半径的最内侧，设置定位旋转中心的小孔。与旋转电机连接的转盘被安装到所述小孔上，以致置于转盘上的全息图记录介质30被旋转。当全息图记录介质30为矩形时，全息图记录介质30沿着卡片形平板的平面，沿两个相互正交的方向移动。全息图记录介质30包括由感光聚合物或类似物构成的记录层，是所谓的透明全息图记录介质。
包括音频信息，图像信息和在计算机中使用的信息的数据预先以全息图形式记录在全息图记录介质30上。由于利用调制相位的方法记录数据，因此如背景技术中所述，相位方面的差别需要被转换成对比度方面的差别，以便恰当地再现数据。
图1中图解说明的全息图再现设备的光学单元1包括激光所通过的光路。光学单元1包括充当外部共振激光器的激光器11，半波板12，偏振光分束器13，半波板14，偏振光分束器15，相位延迟元件16，扩束器17，二轴转向镜18，偏振光分束器21，物镜22，反向镜23，旋转镜24，透镜25，透镜26和CMOS传感器27。
下面说明再现期间光学单元1的操作。从激光器11发出的激光是S波。激光通过半波板12，以致其偏振方向被改变π/4(弧度)，随后激光进入偏振光分束器13。偏振光发束器13把激光分成朝着反射镜23传播的S波和朝着半波板14传播的P波。当如上所述，偏振方向被半波板12改变π/4时，S波和P波之间的比值为1∶1。
朝着反射镜23传播的S波通过构成光路的光学器件，最后起参考光(下面称为第一参考光)的作用，所述参考光用于再现记录在全息图记录介质30上的信息，并且也用在现有技术中。另一方面，朝着半波板14传播的P波通过构成另一光路的光学器件，起在再现期间增添DC分量的参考光(下面称为第二参考光)的作用。
朝着反射镜23传播的S波通过下述光路从全息图记录介质30的表面之一进入全息图记录介质30。即，反射镜23反射的激光被旋转镜24反射，通过透镜25和26，随后进入全息图记录介质30。通过改变旋转镜24的定向，能够改变相对于全息图记录介质30的入射角。
另外，通过借助旋转镜控制系统(未示出)转动旋转镜24，能够改变相对于全息图记录介质30的入射角。此时，入射位置是恒定的。
随后，用通过透镜26的第一参考光照射全息图记录介质30，以致产生衍射光。衍射光从全息图记录介质30的另一表面发出，由于物镜22的缘故变成平行光，由偏振光分束器21在直角方向上弯曲，并被施加到CMOS传感器27的受光面上。
另一方面，朝着半波板14传播的P波通过半波板14。此时，半波板被预先相对于偏振光分束器15转动预定角度，激光的光轴成为中心。因此，可从偏振光分束器15获得的光量被调整，从偏振光分束器15获得的激光是S波。来自偏振光分束器15的S波通过相位延迟元件16。此外，激光的直径被扩束器17增大。随后，所述激光被二轴转向镜18反射，通过偏振光分束器21，并作为第二参考光被施加到CMOS传感器27的受光面上。
上面描述的衍射光和第二参考光在CMOS传感器27的受光面上被组合。因此，相位方面的调制被转换成对比度方面的调制，以致在CMOS传感器27的受光面上形成具有对比度的实像。注意第二参考光的直径被扩束器17扩展，并在CMOS传感器27上完全覆盖衍射光。
现在，说明偏振光分束器在CMOS传感器27中执行的衍射光和第二参考光的相加方面的作用。
如上所述，用于获得衍射光的第一参考光是S波。从而，为了实现第二参考光和衍射光的干涉，第二参考光需要是S波。但是，如果第二参考光是S波，那么第二参考光被偏振光分束器21反射，并不到达CMOS传感器27。从而，偏振光分束器21被设计成以致99％的S波被其反射，只有1％的S波透过偏振光分束器21。借助这种结构，1％的第二参考光通过偏振光分束器21，并被施加到CMOS传感器27上。第二参考光的量被显著减小，衍射光也被显著减少到第二参考光的量的约0.1％。从而，第二参考光和衍射光的相对量适合于通过相加恢复DC分量。
本申请的发明人进行的实验已证实如果在CMOS传感器27上，第二参考光的振幅大于衍射光的振幅，那么能够顺利地再现DC分量。这里，振幅的平方等于光量。另一方面，定义第二参考光的上限的光量是CMOS传感器27的各个像素的信号输出被饱和、从相应像素检测不到亮度信息的光量。预先通过旋转，调整半波板14，以致满足上述条件。
下面，说明在CMOS传感器27的整个受光面上组合的衍射光和第二参考光之间的相位调整的精度。
第一参考光对作为衍射光栅在全息图记录介质30上形成的全息图的照射导致衍射光的生成。全息图记录介质30产生的衍射光和第二参考光之间的相差被确定。即，在图1中存在全息图记录介质30的状态下，只有当在CMOS传感器27的每个像素中，来自全息图记录介质30的衍射光的相位和第二参考光的相位具有预定相差时，才能够再现恰当对比度的图解。
下面讨论衍射光和第二参考光之间的相差。基于第一参考光产生衍射光。存在一些未被第一参考光或衍射光和第二参考光共用的光学器件。换句话说，存在一些只有第一参考光或衍射光和第二参考光之一通过的光学器件。只有第一参考光通过的光学器件是旋转镜24和透镜25及26。产生自全息图记录介质30的衍射光所通过的光学器件是物镜22。另一方面，只有第二参考光通过的光学器件是半波板14，偏振光分束器15，相位延迟元件16，扩束器17和二轴转向镜18。
即，在通过不同的光路的时候，在CMOS传感器27的每个像素中，第一参考光或衍射光和第二参考光需要保持预定的相差。理想情况下，所述预定相差应为0，以便再现适当的DC分量。但是，按照本申请的发明人进行的实验的结果，如果相差在±π/5(弧度)的范围内，那么再现特性不会显著恶化。从而，相差最好应在该范围中。
例如，如果生成波长约为405纳米的蓝色激光的蓝色激光器被用作激光器11，那么π/5的相差对应于40.5纳米，这是波长的十分之一。该精度包括相对误差。从而，通过关于衍射光调整垂直于激光的传播方向的平面上第二参考光的相位，能够实现在±π/5范围内的所需相差。
通过使用相位延迟元件16和二轴转向镜18调整第二参考光的相位，即，光路的长度。相位延迟元件16被用于在与激光的传播方向垂直的平面上产生均匀的相位延迟，即，相同地增大光路的长度。在第一实施例中，液晶相位延迟元件被用作相位延迟元件16。液晶相位延迟元件具有三明治结构，其中液晶被夹在两个透明电极板之间。按照在两个电极施加的电压在激光的传播方向上产生均匀的相位延迟，以致在激光的横截面中相位被均匀延迟。
二轴转向镜18改变在第二参考光的横截面方向上相互垂直的两个轴向的相位，以便以像素为单位调整施加于CMOS传感器27的第二参考光的本地相位。即，二轴转向镜18沿CMOS传感器27的受光面中，相互正交的两个坐标轴(下面称为两个轴)的方向独立地调整各个相位，以便在CMOS传感器27的整个受光面上，把衍射光和第二参考光之间的相差控制在±π/5的范围内。
图2示意地图解说明二轴转向镜18的结构。如上所述，二轴转向镜18具有沿CMOS传感器27的相互正交的两个轴的方向，调整二轴转向镜18反射的第二参考光的从二轴转向镜18的反射镜(mirror)18a的表面到CMOS传感器27的光路的长度的功能，以便调整施加于CMOS传感器27的第二参考光的本地相位。为此，二轴转向镜18包括反射镜18a，反射镜固定件18b，压电元件18c，压电元件18d，支承点18e和固定侧面元件(fixed-side member)18f。
固定侧面元件18f被固定到图1中图解说明的光学单元1的参考面上。反射镜固件件18b由无挠性的高刚性材料制成，反射镜18a被粘接到反射镜固定件18b上。借助这种结构，压电元件18c按照施加的电压膨胀和收缩，以致反射镜18a沿着箭头A所示的方向转动，支承点18e为转动的中心。另外，压电元件18d按照施加的电压膨胀和收缩，以致反射镜18a沿着箭头B所示的方向转动，支承点18e为转动的中心。
现在，假定反射镜18a的表面与从支承点18e延伸到反射镜18a的表面的垂线的交点是原点。作为沿箭头A所示方向的转动的结果，从反射镜18a的表面到CMOS传感器27的受光面的光路的长度与在连接所述原点和反向镜18a的表面与从压电元件18c延伸到反射镜18a的表面的垂线的交点的线条中，到所述原点的距离成比例地变化。这里，压电元件18c和CMOS传感器27的受光面的角落部分Dc(参见图3)之间的位置关系被预先确定，以致在反射镜18a的表面上的所述原点反射的光束到达图3中示意地图解说明的CMOS传感器27的受光面的角落部分Cc，并且在反射镜18a的表面与从压电元件18c延伸到反射镜18a的表面的垂线的交点反射的光束到达CMOS传感器27的受光面的角落部分Dc。即，压电元件18c的膨胀和收缩能够实现沿受光面中相互正交的两个轴之一(第一轴)的相位变化。
另外，作为沿箭头B所示方向的转动的结果，从反射镜18a的表面到CMOS传感器27的受光面的光路的长度与在连接所述原点和反向镜18a的表面与从压电元件18d延伸到反射镜18a的表面的垂线的交点的线条中，到反射镜18a的表面上的上述原点的距离成比例地变化。这里，压电元件18d和CMOS传感器27的受光面的角落部分Ec(参见图3)之间的位置关系被预先确定，以致在反射镜18a的表面与从压电元件18d延伸到反射镜18a的表面的垂线的交点反射的光束到达图3中图解说明的CMOS传感器27的受光面的角落部分Ec。在本实施例中，连接支承点18e和压电元件18c的一个坐标轴正交于连接支承点18e和压电元件18d的另一坐标轴。另外，在CMOS传感器27中，连接角落部分Cc和角落部分Dc的坐标轴正交于连接角落部分Cc和角落部分Ec的坐标轴。压电元件18c的膨胀和收缩能够实现沿受光面中相互正交的两个轴中的另一个轴(第二轴)的相位变化。
下面，参考图3-9，说明通过控制相位延迟元件16和二轴转向镜18调整衍射光和第二参考光的相位。
图3示意地图解说明CMOS传感器27的受光面，还图解说明全息图记录设备(未示出)中的空间调制器的光调制面。和在CMOS传感器27中一样，成千上万个像素被布置在图3中图解说明的空间调制器的表面上，不过所述像素未示出。在图3中图解说明的空间调制器的光调制面上，给出附图标记Cp，Dp和Ep，以指示相应角落部分的位置，以便把它们和配备有产生在控制系统(下面说明)中使用的控制信号的像素的CMOS传感器27的角落部分区分开。
图4是空间调制器(未示出)的每个角落部分Cp，Dp和Ep的放大图。每个角落部分包括两个像素组，每个像素组具有5×5＝25个像素。在图4中，斜线阴影区中的像素具有-π/2的相位，而空白区中的像素具有+π/2的相位。假定角落部分Cp的一个边角是原点，斜线阴影区更接近所述原点。这里使用的空间调制器能够调制相应像素的相位。按照本实施例的全息图再现技术建立在通过利用具有这种结构的空间调制器，已把信息记录在全息图记录介质30上的假设的基础上。在下面的说明中，酌情引用该空间调制器的结构。
图5是控制相位延迟元件16的控制系统的方框图。这里，控制相位延迟元件16对应于CMOS传感器27的角落部分Cc中衍射光和第二参考光之间的相位调整。图5中图解说明的控制系统包括第一计算单元80和第一控制单元81。第一计算单元80接收来自于CMOS传感器27的角落部分Cc的像素的信号。和信号检测器80a检测来自角落部分Cc的信号Sig1c和Sig2c。下面详细说明图5的每个部分的操作。
图6图解说明信号Sig1c和Sig2c的特性。信号Sig1c和Sig2c都是通过相加从角落部分Cc中的像素输出的信号而产生的像素和信号。即，在通过利用具有图4中图解说明的结构的空间调制器，由图1中图解说明的光学单元1再现记录在全息图记录介质30上的全息图的情况下，在CMOS传感器27的角落部分Cc中能够获得与空间调制器的角落部分Cp的形式对应的图像。信号Sig1c和Sig2c检测自角落部分Cc。
另外，下面说明的信号Sig1d和Sig2d都是通过相加从角落部分Dc的像素输出的信号而产生的像素和信号，信号Sig1e和Sig2e都是通过相加从角落部分Ec的像素输出的信号而产生的像素和信号。即，在通过利用具有图4中图解说明的结构的空间调制器，在图1中图解说明的光学单元1中再现记录在全息图记录介质30上的全息图的情况下，在CMOS传感器27的角落部分Dc和Ec中能够获得与空间调制器的角落部分Dp和Ep的形式对应的图像。
当比较在上述空间调制器中形成的调制的形式与由按照上述方式从记录在全息图记录介质30上的全息图产生的衍射光在CMOS传感器的受光面上形成的图像的形式时，能够按照角落部分Cp的形式获得CMOS传感器27的角落部分Cc的图像的形式，能够按照角落部分Dp的形式获得CMOS传感器27的角落部分Dc的图像的形式，能够按照角落部分Ep的形式获得CMOS传感器27的角落部分Ec的图像的形式。
现在，参考图6说明在第一计算单元80中执行的操作。在图6中，水平轴表示衍射光和第二参考光之间的相差，而垂直轴表示来自与空间调制器的斜线阴影区和空白区中的像素对应的CMOS传感器27的角落部分Cc的像素的信号。角落部分Cc的像素被分成两组，和图4中图解说明的空间调制器的像素一样。分割方向与上面说明的相互正交的两个坐标轴的方向相符。实线所示的信号Sig1c得自于CMOS传感器27的角落部分Cc的第一区域中的像素，所述第一区域是与图4中图解说明的空间调制器的角落部分Cp的斜线阴影区对应的区域。更具体地说，信号Sig1c是通过相加来自中央的3×3＝9个像素的输出信号而产生的像素和信号。在实线所示的信号Sig1c中，当衍射光和第二参考光的相位都移动π/2时，它们之间的相差为0，这对应于CMOS传感器27上的“明亮”(对应于实线的顶部)。
另一方面，虚线所示的信号Sig2c得自于CMOS传感器27的角落部分Cc的第二区域中的像素，所述第二区域是与图4中图解说明的空间调制器的角落部分Cp的空白区对应的区域。更具体地说，信号Sig2c是通过相加来自中央的3×3＝9个像素的输出信号而产生的像素和信号。当衍射光和第二参考光的相位都移动-π/2时，它们之间的相差为π，这对应于CMOS传感器27上的“黑暗”(对应于垂直轴的底部)。在该图中，2π相位为一个周期。从CMOS传感器27的角落部分Cc的第一组像素的中央(3×3像素)检测到的和信号被看作信号Sig1c，从第二组像素的中央(3×3像素)检测到的和信号被看作信号Sig2c。在该条件下，按照表达式(1)产生信号SigC。这里，信号Sig1c和Sig2c是从角落部分Cc获得的和信号。
信号SigC＝(Sig1c-Sig2c)/(Sig1c+Sig2c)(1)
参见图7，水平轴表示衍射光和第二参考光之间的相差，垂直轴表示表达式(1)的计算结果。信号SigC被归一化，从而垂直轴表示的振幅为±1。当信号SigC的值为0，并且当水平轴上的右方向为垂直轴上的正方向(向上倾斜曲线)时，衍射光和第二参考光之间的相差为0。在向下倾斜曲线中，信号SigC也可以为0，不过这是在图4中图解说明的斜线阴影区和空白区的相位的差值为π的情况下发生的。这意味着在这两组像素之间，衍射光和第二参考光的相位具有为π的差值(或者波长/2的1、3、5、...倍)。这两种0彼此不同，并作为不同的事物被处理。在本实施例中，确定只有在向上倾斜曲线的情况下，相位才正确匹配。
在图5中图解说明的控制系统和图7中图解说明的控制系统中，相位延迟元件16或二轴转向镜18被控制，以致信号SigC变成0，即，当控制回路被关闭时，衍射光和第二参考光之间的相差变成0。信号SigC变成0的点是下述三个点：相差为0的点；相差为-π的点；和相差为π的点，如图7中所示。相差为-π和π的点具有相同的性质。通过确定信号SigC的值是沿着信号SigC的近0相差(phase differencenear 0)的增大方向增大还是减小，能够确定信号SigC为0的点的性质。即使当信号SigC为0，在不稳定的平衡点，状态也不能被保持。在稳定的平衡点，控制系统保持其操作。这种情况下，在相差为0的点是稳定的平衡点的情况下，控制操作被保持。
和表达式(1)中一样，信号SigD(下面说明)可从CMOS传感器27的角落部分Dc的像素获得，信号SigE可从CMOS传感器27的角落部分Ec的像素获得。这里，信号SigC按照二轴转向镜18的支承点18e的位置而变化，信号SigD按照二轴转向镜18的压电元件18c的控制位置而变化，信号SigE按照二轴转向镜18的压电元件18d的控制位置而变化。
图5是控制相位延迟元件16的控制系统的方框图。和信号检测器80a从CMOS传感器27接收信号，并输出信号Sig1c和Sig2c。归一化器80b接收信号Sig1c和Sig2c，并输出信号SigC。第一控制单元81接收信号SigC，调整将应用于相位延迟元件16的电压，控制相位延迟元件16中第二参考光的相位。随后，进行设置，以致使将应用于相位延迟元件16的电压保持这种状态。因此，在CMOS传感器27的角落部分Cc，在预定的相差范围内恰当地调整衍射光和第二参考光的相位。
图8是控制二轴转向镜18的控制系统的方框图。参考图8说明控制二轴转向镜18的控制系统的结构和控制方法。控制二轴转向镜18对应于CMOS传感器27的角落部分Dc和Ec中衍射光和第二参考光之间的相位调整。
图8中图解说明的控制二轴转向镜18的控制系统包括两个控制系统。控制系统之一根据从第二计算单元88检测的信号SigW1和SigW2进行控制，另一个控制系统根据从第三计算单元86检测的信号SigD和SigE进行控制。每个控制系统起反馈控制系统的作用。第二控制单元87接收信号SigW1，SigW2，SigD和SigE，并根据操作规则处理这些信号。另外，第二控制单元87具有输出信号SigACW1，SigACW2，SigACD和SigACE以驱动二轴转向镜18的驱动器的功能。信号SigACW1是根据信号SigW1产生的驱动信号。信号SigACW2是根据信号SigW2产生的驱动信号。信号SigACD是根据信号SigD产生的驱动信号。信号SigACE是根据信号SigE产生的驱动信号。
第二计算单元88包括像素信息存储装置82，像素信息扫描仪83，低通滤波器84和振幅确定单元85。第三计算单元86包括和信号检测器86a和归一化器86b。第三计算单元86具有和第一计算单元80相同的结构。
下面说明CMOS传感器27的角落部分Dc中衍射光和第二参考光之间的相位调整。衍射光和第二参考光之间的相位调整由两个回路执行：利用从第二计算单元88检测的信号SigW1的回路；和利用从第三计算单元86检测的信号SigW2的回路。
下面说明利用从第二计算单元88检测的信号SigW1的回路的控制。沿着连接CMOS传感器27的角落部分Cc和角落部分Dc的直线，在CMOS传感器27的预定范围W1内的像素被设置成调整像素。在沿着该轴(第一轴)向延伸的预定宽度W1内的像素中，在第一轴向出现明暗条纹。在沿着第一轴向进行了衍射光和第二参考光之间的相位调整之后，明暗条纹消失。当第一轴向的明暗条纹的数目更大时，衍射光和第二参考光的光路的长度方面的差异更大。
由于反射镜18a被粘接到高刚性反射镜固定件18b上，因此连接CMOS传感器27的角落部分Cc和角落部分Dc的镜面可被看作直线。从而，当沿着第一轴到原点的距离变得更大时，从反射镜18a到CMOS传感器27的受光面的第二参考光的光路单调增大。于是，如果来自预定宽度W1内的像素(在图3中，沿纸张的垂直方向布置的像素)的和信号的值的变化的空间重复次数在1之内，即，如果第一轴向的明暗的重复次数在1之内，那么衍射光和第二参考光之间的相差在2π之内。如果和信号的值的变化的重复次数为n，那么衍射光和第二参考光之间的相差为2πn或更大。
即，如果相差为2πn或更大，那么意味着沿着第一轴在衍射光和第二参考光之间空间重复同相和反相。从而，第一轴上的任意明暗的峰值，即，最明亮状态或最黑暗状态只被检测一次。因此，衍射光和第二参考光之间的相差可被控制在±π的范围内。相差需要在±π的范围内的原因与下面说明的微调方面的控制有关。即，在±π范围内的相差是在相差为0的情况下实现图7中图解说明的稳定平衡点的条件。当随着相差变得更接近+π或-π，由于噪声的影响在下一周期中在为0的相差下获得稳定性时，即，当由于噪声的影响相差接近+π时，以2π相差获得稳定性，当相差接近-π时，以2π相差获得稳定性。但是，这种情况下，明暗峰值再次出现，以致能够恰当地校正引导(leading)方向。
在图8中图解说明的控制系统中，通过检测明暗的变化作为时间信号，而不是测量空间分布的明暗条纹的数目，计算明暗条纹的数目。来自CMOS传感器27的各个像素的信号在像素信息存储装置82中被累积一次。例如，随机存取存储器(RAM)被用作像素信息存储装置82。像素信息扫描仪83相加累积在像素信息存储装置82中的，来自与第一轴正交的预定范围W1(参见图3)内的像素的信号，以便获得和信号，并且在第一轴的方向为时间轴，即，第一轴的原点为时间0的情况下，间隔预定的时间输出来自预定宽度W1内的像素的和信号作为时间信号。
像素信息扫描仪83相加累积在像素信息存储装置82中的，来自沿第一轴向布置的预定范围W2(参见图3)内的像素的信号，以便获得预定宽度W2内的像素的和信号，随后在第二轴的原点(也是第一轴的原点)为时间0的情况下，间隔预定的时间输出来自预定宽度W2内的像素的和信号作为时间信号。
通过允许时间信号通过低通滤波器84，频率信息被转换成振幅，并计算条纹的数目。这里，低通滤波器84可以是完全积分滤波器，并且时间上可以检测0频率(空间上对应于衍射光和第二参考光之间的0相差)。另一方面，低通滤波器84可以是在预定频率下具有一定振幅的不完全积分滤波器。这种情况下，时间信号是视接收光的数量而定的信号，并且最初包含DC分量，尽管它接近于正弦波。于是，当使用完全积分滤波器时，DC分量的影响需要预先被扣除。
下面按照具体的程序说明上述过程。首先，说明第一轴向的相位调整。通过利用第一轴作为时间轴，间隔预定的时间输出来自预定宽度W1的范围内的像素的和信号，作为信号SigW1，信号SigW1是一个时间函数。当第一轴向上的明暗条纹的数目较大时，具有正弦波振幅变化的输出信号SigW1的频率较高。当第一轴向上的明暗条纹的数目较小时，输出信号Sigw1的频率较低。
通过允许信号SigW1通过低通滤波器84，频率信息被转换成信号SigW1的振幅信息。当频率较低时，信号SigW1的振幅的值较大。当低通滤波器84是初级低通滤波器(它是一种不完全积分滤波器)时，当截止频率被设置成较低时，能够检测更小的相差。于是，在本实施例中，低通滤波器84的截止频率被设置成以致能够在±π/2的范围内检测相差。
随后，振幅确定单元85确定具有可改变振幅的信号SigW1的振幅的峰值是否大于预定阈值。如果振幅大于预定阈值，那么信号SigW1从低电平反转成高电平。所述预定阈值被设置成以致当从扫描开始到扫描结束，相差对应于±π/2时，通过低通滤波器84的信号SigW1的振幅超过所述预定阈值。
当沿CMOS传感器27的第一轴向形成图像的明暗条纹的数目，或者说明暗条纹的数目在1之内时，沿CMOS传感器27的第一轴向形成图像的相差的范围反比于通过低通滤波器84的信号SigW1的振幅。从而，通过预先把明暗条纹的数目或者通过低通滤波器84的信号SigW1的振幅校正到相差的范围，能够设置根据第一轴上的任意明暗，在±π/2的范围内检测相差的所需阈值。
收到信号SigW1和SigW1G的第二控制单元87通过按照下述控制程序，利用信号SigACW1控制二轴转向镜18的压电元件18c。信号SigACW1是根据信号SigW1产生的。
通过用第一参考光照射全息图记录介质30获得衍射光，并施加第二参考光，以便在CMOS传感器27的受光面上获得衍射光和第二参考光的干涉条纹。随后，按照上述方式从第二计算单元88获得信号SigW1G。当SigW1G处于高电平时，第二控制单元87保持此时施加于压电元件18c的电压。
当信号SigW1G处于低电平时，第二控制单元87检测此时的信号SigW1的值。随后，第二控制单元87对当前施加于压电元件18c的电压增加极性之一的一定电压。在改变电压之后，第二控制单元87再次检测信号SigW1的值，并确定所述值是否大于先前检测的信号SigW1的值。如果该值较大，那么极性的方向是适当的，从而第二控制单元87继续增加相同极性的电压。当信号SigW1变成高电平时，第二控制单元87停止增加电压的操作，并保持此时施加于压电元件18c的电压。
在对当前施加于压电元件18c的电压增加极性之一的一定电压之后，第二控制单元87再次检测信号SigW1。如果信号SigW1的值减小，那么待施加的一定电压的极性的方向相反，以致增加相反极性的电压。当信号SigW1变成高电压时，第二控制单元87停止增加电压的操作，并保持此时施加于压电元件18c的电压。
因此，完成沿第一轴方向的粗调。即，能够在±π/2的范围中控制CMOS传感器27的第一轴向的两端的相差。
可对第二轴向的粗调应用相同的操作。下面，说明第二轴向的相位调整。间隔预定时间输出来自第二轴向的预定宽度W2范围内的像素的和信号，以便获得信号SigW2(它是输出的正弦波时间信号)。随后，允许信号SigW2通过低通滤波器84。因此，能够获得其中频率信息已被转换成振幅信息的信号SigW2。当频率较低时，信号SigW2的振幅值较大。随后，振幅确定单元85确定信号SigW2的振幅的峰值是否大于预定阈值。如果振幅大于预定阈值，那么信号SigW2D从低电平反转成高电平。因此，CMOS传感器27的第二轴向的两端的相差可被确定为在±π/2的范围中。
第二控制单元87按照下述控制程序，利用信号SigACW2控制二轴转向镜18的压电元件18d。信号SigACW2是根据信号SigW2产生的。
通过用第一参考光照射全息图记录介质30获得衍射光，并施加第二参考光，以便在CMOS传感器27的受光面获得衍射光和第二参考光的干涉条纹。随后，按照上述方式从第二计算单元88获得信号SigW2G。当信号SigW2G为高电平时，第二控制单元87保持此时施加于压电元件18d的电压。
当信号SigW2G处于低电平时，第二控制单元87检测此时的信号SigW2G的值。随后，第二控制单元87对当前施加于压电元件18d的电压施加极性之一的一定电压。在改变电压之后，第二控制单元87再次检测信号SigW2G的值，并确定该值是否大于先前检测的信号SigW2G的值。如果该值较大，那么极性的方向是适当的，从而第二控制单元87继续增加相同极性的电压。当信号SigW2G变成高电平时，第二控制单元87停止增加电压的操作，并保持此时施加于压电元件18d的电压。
在对当前施加于压电元件18d的电压增加极性之一的一定电压之后，如果信号SigW2G的值降低，那么极性的方向相反，以致增加相反极性的电压。当信号SigW2G变成高电平时，第二控制单元87停止增加电压的操作，并保持此时施加于压电元件18d的电压。
因此，完成第二轴向的粗调。可首先执行第一轴向的粗调或第二轴向的粗调。另一方面，通过提供两个像素信息扫描仪83，两个低通滤波器84和两个振幅确定单元85，可同时执行第一轴向的粗调和第二轴向的粗调。
通过执行上述过程，在第一轴向和第二轴向，衍射光和第二参考光之间的相差都可被控制在±π/2的范围内。
如上所述，为了有利地再现DC分量，在CMOS传感器27的整个受光面上，衍射光和第二参考光之间的相差需要在±π/5的范围内。从而，在CMOS传感器27的整个受光面上，所述相差被微调到在±π/5的范围内。
通过利用第三计算单元86，第二控制单元87和二轴转向镜18进行微调。归一化器86b通过利用来自和信号检测器的和信号Sig1d和Sig2d，按照表达式(2)计算信号SigD，并通过利用来自和信号检测器的和信号Sig1e和Sig2e，按照表达式(3)计算信号SigE。信号Sig1d和Sig2d是从角落部分Dc获得的和信号，而信号Sig1e和Sig2e是从角落部分Ec获得的和信号。
信号SigD＝(Sig1d-Sig2d)/(Sig1d+Sig2d)(2)
信号SigE＝(Sig1e-Sig2e)/(Sig1e+Sig2e)(3)
下面，说明把衍射光和第二参考光之间的相差控制在±π/5的范围内的第一轴向的微调和第二轴向的微调。
信号SigD和SigE都具有和上面说明的信号SigC相同的性质，并且在与二轴转向镜18的驱动的极性方向的关系方面都具有稳定平衡点和不稳定平衡点。这种情况下，就与二轴转向镜18的驱动的极性方向的关系来说，信号SigD和SigE都具有位于和由图7中图解说明的信号SigC的圆圈所示的相差的相同位置的稳定平衡点。
从而，微调控制回路按照下述方式操作。即，在第一轴向上，通过把根据信号SigD产生的信号SigACD添加到根据上述信号SigW1产生的信号SigACW1而产生的信号被应用于二轴转向镜18的压电元件18c，以致信号SigD收敛到稳定平衡点。在第二轴向上，通过把根据信号SigE产生的信号SigACE添加到根据上述信号SigW2产生的信号SigACW2而产生的信号被应用于二轴转向镜18的压电元件18d，以致信号SigE收敛到稳定平衡点。从而，在CMOS传感器27的整个表面上，衍射光和第二参考光之间的相位可被控制在±π/5的范围内。
稳态误差(它是稳态下控制系统中的相差)可被降低多少取决于控制系统的低频带增益。另一方面，控制系统的响应性取决于控制频带。鉴于这两点的最佳设计是通常采用的控制系统的设计，并由第二控制单元87定义。通过恰当地选择低带增益和获得适当的控制频带，衍射光和第二参考光之间的相差可被抑制在±π/5的范围内。例如，可在明显比全息图的每一页的再现时间短的时间内，把相差抑制在±π/5的范围内。
<第一实施例的修改>
图9图解说明按照第一实施例的修改的CMOS传感器。在CMOS传感器27的角落部分Cc和Dc之间可以设置中间部分Fc，除了信号SigD之外，可从中间部分Fc检测到信号SigF，信号SigD和SigF的和信号可被用于控制。因此，能够提高控制信号的S/N(信噪)比，并且能够获得关于第一轴的更有利的控制特性。同样地，可在CMOS传感器27的角落部分Cc和Ec之间设置中间部分Gc，除了信号SigD之外，可从中间部分Gc检测到信号SigG，信号SigE和SigG的和信号可被用于控制。因此，能够提高控制信号的S/N比，并且能够获得关于第二轴的更有利的控制特性。除此之外，可在第一轴或第二轴的延长线上布置探测控制信号的部分，以便获得控制信号的更有利的S/N比。
尽管未示出，不过按照第一实施例的修改，图1中图解说明的扩束器17可被置于二轴转向镜18和偏振光分束器21之间。这种情况下，二轴转向镜18反射的光束的直径较小，从而，可使二轴转向镜18小型化。因此，能够改善二轴转向镜18的响应特性，并且能够以较低的功率高速实现所需的控制。当采用这样的结构时，由于二轴转向镜18的缘故，激光对扩束器17的入射角发生改变，出现像差。但是，由于反射镜的偏转角通常很小，因此这种像差不会造成问题。
<第二实施例>
下面，参考图10说明第二实施例。图10图解说明全息图再现设备的另一光学单元2。
按照第二实施例的采用图10中图解说明的光学单元2的全息图再现设备不包括按照图1中图解说明的第一实施例的相位延迟元件16。相位延迟元件16的功能由二轴转向单轴移动镜118实现。
图11是二轴转向单轴移动镜118的示意图。和按照第一实施例的二轴转向镜18一样，图11中图解说明的二轴转向单轴移动镜118具有关于CMOS传感器27的相互正交的两个方向，调整由二轴转向单轴移动镜118反射的第二参考光的从二轴转向单轴移动镜118的反射镜118a的表面到CMOS传感器27的光路的长度，以便调整施加于CMOS传感器27的第二参考光的本地相位的功能。为此，二轴转向单轴移动镜118包括反射镜118a，反射镜固定件118b，压电元件118c，压电元件118d，支承点118e和代替图2中的固定侧面元件18f的移动元件118g。
图11中的反射镜118a对应于图2中的反射镜18a。反射镜固定件118b对应于反射镜固定件18b。压电元件118c对应于压电元件18c。压电元件118d对应于压电元件18d。支承点118e对应于支承点18e。移动件118g对应于固定侧面元件18f。上述对应元件具有相同的结构和相同的功能。
除了包括在按照第一实施例的二轴转向镜18中的元件之外，二轴转向单轴移动镜118还包括位于移动元件118g的四角的压电元件118h，118i，118j和118k。压电元件118h-118k被夹在移动元件118g和固定侧面元件118f之间。
固定侧面元件118f被固定在光学单元2的参考面上。在具有上述结构的二轴转向单轴移动镜118中，对每个压电元件118h-118k施加电压，以使粘接到由压电元件118h-118k移动的反射镜118a的压电元件118h-118k上的移动元件118g的每个移动量相等。因此，在反射镜118a中，到固定侧面元件118f和光学单元2的参考面的距离在反射镜118a的整个表面内被改变。因此，反射镜118a的激光反射面和CMOS传感器27的受光面之间的距离，即，反射镜118a的激光反射面和CMOS传感器27的受光面之间的间隙可在整个表面内被均匀地改变。
通过把与用于按照第一实施例的压电元件18c和18d相同的方法用于压电元件118c和118d，以及通过把与用于控制按照第一实施例的相位延迟元件16相同的方法用于压电元件118h-118k，控制二轴转向单轴移动镜118。即，通过用压电元件118h-118k替换图5中图解说明的控制系统中的相位延迟元件16，可按照和第一实施例相同的方式实现控制。
<第二实施例的修改>
下面说明第二实施例的修改(未示出)。在图10中图解说明的按照第二实施例的结构中，扩束器17可被置于二轴转向单轴移动镜118和偏振光分束器21之间。这种情况下，由二轴转向单轴移动镜118反射的光束的直径较小，从而可使二轴转向单轴移动镜118小型化。因此，能够改善二轴转向单轴移动镜118的响应特性，并且能够以较低的功率高速实现所需的控制。
<第三实施例>
下面，参考图12说明第三实施例。图12图解说明全息图再现设备的另一光学单元3。
按照图12中图解说明的包括光学单元3的第三实施例的全息图再现设备不包括按照图1中图解说明的第一实施例的相位延迟元件16，而是包括位于扩束器17和二轴转向镜18或固定反射镜121之间的调相元件116或216。
图13A-13C图解说明调相元件116的结构。图13A图解说明调相元件116的表面之一(第二参考光通过的表面)的结构。图13B图解说明调相元件116的另一表面的结构。图13C图解说明调相元件16的横截面结构。如图13A中所示，在调相元件116的表面之一上，在玻璃基板116a(第一刚性板)上涂上透明电极116b(第一透光膜)，在透明电极116b的两端布置铝电极116c(第一电极)和铝电极116d(第二电极)。
透明电极116b由允许激光透过，并且具有较高电阻的材料，例如氧化铟锡(ITO)，氧化锌或者氧化锡制成，并通过溅射或者真空蒸发形成于玻璃基板116a上。
如图13B中所示，调相元件116的另一表面上的结构包括玻璃基板116h(第二刚性板)，透明电极116i(第二透光膜)，铝电极116f(第三电极)和铝电极116g(第四电极)，和图13A中图解说明的结构一样。注意铝电极116f和116g的定向与图13A中图解说明的铝电极116c和116d相差90°。
如图13C中所示，液晶116j充填在调相元件116的玻璃基板116a和116h之间，由于充填液晶，其结构与相位延迟元件16的结构相同。
通过在调相元件116的铝电极116c和116d之间施加电压，在铝电极116c和116d之间产生电压梯度，以致按照图13C的纸张的横向方向的距离在透明电极116b和116i之间产生不同的电压。另外，通过在铝电极116f和116g之间施加电压，在铝电极116f和116g之间产生电压梯度，以致按照图13C的纸张的前/后方向的距离在透明电极116b和116i之间产生不同的电压。
第二参考光的相位按照透明电极116b和116i之间的不同电压延迟。
例如，如果对铝电极116d施加5V的电压，并且如果对铝电极116c施加0V的电压，那么从铝电极116d到铝电极116c，第一轴向的电压线线地从5V变成0V。如果对铝电极11f施加-5V的电压，并且如果对铝电极116g施加0V的电压，那么从铝电极116f到铝电极116g，第二轴向的电压线性地从-5V变成0V。
如上所述，通过控制第一轴向和第二轴向的每个电压，在CMOS的第一轴向和第二轴向上都能够调整第二参考光的相位。这种情况下，固定反射镜218或二轴转向镜18可被用作反射镜。
当固定反射镜218被用作反射镜时，按照下述方式使用由图8中图解说明的结构检测的信号SigACW1，SigACW2，SigACD和SigACE。
信号SigACW1被施加给铝电极116d，信号SigACD被施加给铝电极116g，信号SigACW2被施加给铝电极116f，信号SigACE被施加给铝电极116g。
通过按照上述方式施加电压，通过控制系统的操作，衍射光和第二参考光之间的相差可被控制在±π/5的范围内。这里，调相元件116并不具有可机械移动的部分，从而与通过利用二轴转向镜18实现相位调整的情况相比，机构可被简化。
当不使用固定反射镜218，而是使用二轴转向镜18作为反射镜时，信号SigACD可被施加给铝电极116f，固定电压可被施加给铝电极116g，信号SigACE可被施加给铝电极116f，固定电压可被施加给铝电极116g，信号SigW1可被施加给二轴转向镜18的压电元件18c，信号SigW2可被施加给二轴转向镜18的压电元件18d。这种情况下，大振幅的空间低频分量由二轴转向镜18控制，小振幅的空间高频分量由调相元件116控制，以使调相元件116小型化。
当不使用固定反射镜218，而是使用二轴转向镜18作为反射镜时，也可以使用另一种控制方法。即，信号SigACD和SigACE分别被分成高频分量信号SigACDh和SigACEh及低频分量信号SigACDl和SigACEl，信号SigACDh被施加给铝电极116f，固定电压被施加给铝电极116g，信号SigACEh被施加给铝电极116f，固定电压被施加给铝电极116g，信号SigW1和SigACDl的和电压被施加给二轴转向镜18的压电元件18c，信号SigW2和SigACEl的和电压被施加给二轴转向镜18的压电元件18d。因此，可使调相元件116进一步小型化。在图13A-13C中，玻璃基板上的电极被置于液晶的对侧。另一方面，在覆盖以绝缘膜的同时，电极可被置于与液晶相同的一侧。
图14A-14C图解说明另一调相元件216。调相元件216不包括铝电极，而是包括矩形透明电极，如图14A和14B中所示。这些透明电极最好具低电阻，以致在电极中不会产生电压分布。例如，在图14A中，与信号SigW1相应的电压被施加给右端透明电极216b(置于玻璃基板216a(第一刚性板)上的多个并行电极之一)，对下一个透明电极施加高0.1V的电压，对再下一个透明电极施加高0.2V的电压，依次类推。因此，能够产生电压梯度。同样地，在图14B中，对顶部的透明电极216i(置于玻璃基板216h(第二刚性板)上的多个并行电极之一)施加与信号SigW1相应的电压，对下一个透明电极施加高0.1V的电压，对再下一个透明电极施加高0.2V的电压，依次类推。因此，能够产生电压梯度。从右到左或者从上到下，在透明电极附近，电压逐步增大，而在液晶附近，电压分布呈直线。这种情况下，每个透明电极的宽度为0.5mm，相邻透明电极之间的距离为100nm。在图14A-14C中，玻璃基板上的电极同样被置于液晶的对侧。另一方面，在覆盖以绝缘膜的同时，电极可被置于与液晶相同的一侧。
下面说明上述第一到第三实施例所共有的修改。在第一实施例中，由偏振光分束器13产生的第一参考光和第二参考光的数量的比值为1∶1，偏振光分束器21具有99％的反射率和1％的透射率。但是，在某种程度上，这些值可被任意设置。例如，假定对于S波，偏振光分束器21具有90％的反射率和10％的透射率，衍射光损失10％。但是，与反向率为99％，透射率为1％的情况相比，受光元件中第二参考光的数量大10倍。于是，为了获得和在反向率为99％，透射率为1％的情况下相同的光量，激光器11的发射功率被降低到大约一半，55/100，并且半波板12被设置成以致由偏振光分束器13产生的第一参考光和第二参考光的数量的比值为10∶1。因此，即使激光器11的发射功率较小，也能够获得相同的优点。
在上述实施例中，第一参考光和第二参考光都是S波。另一方面，由于在第一参考光和第二参考光之间，只有偏振方向需要匹配，因此第一参考光和第二参考光可以是P波。
<第四实施例>
下面参考图15说明第四实施例。在第四实施例中，使用利用所谓的同轴技术的全息图记录/再现设备的光学单元4。在本实施例中，具有反射膜的全息图记录介质130被用作全息图记录介质。
作为构成第一参考光所通过的光路的光学元件，光学单元4包括激光器41，隔离器42，快门43，傅里叶变换透镜44，傅里叶变换透镜45，半波板46，偏振光分束器47，活动反射镜51，偏振光分束器52，调相类空间调制器53，针孔59，傅里叶变换透镜55，偏振光分束器56，傅里叶变换透镜57，针孔58，傅里叶变换透镜61，偏振光分束器62，四分之一波长板63和物镜70。在图15中，第一参考光，第二参考光和衍射光都沿图15的纸张的前/后方向传播。从而，棱镜(未示出)被置于四分之一波长板63和物镜70之间，以致第一参考光和衍射光的光束传播方向被弯曲90°。
另外，作为构成第二参考光所通过的光路的光学元件，光学单元4包括激光器41，隔离器42，快门43，傅里叶变换透镜44，傅里叶变换透镜45，半波板46，偏振光分束器47，反射镜48，半波板69，偏振光分束器64，相位延迟元件65，扩束器66，二轴转向镜67，和偏振光分束器68。另外，光学单元4包括CMOS传感器74，作为用第二参考光照射的光学器件。
另外，作为构成衍射光所通过的光路的光学元件，光学单元4包括物镜70，四分之一波长板63，偏振光分束器62，傅里叶变换透镜61，针孔58，傅里叶变换透镜57，偏振光分束器56，傅里叶变换透镜72，傅里叶变换透镜73，和偏振光分束器68。另外，光学单元4包括CMOS传感器74，作为用衍射光照射的光学器件。
在这种结构中，激光器41，隔离器42，快门43，傅里叶变换透镜44，傅里叶变换透镜45，半波板46和偏振光分束器47是第一参考光和第二参考光所通过的光学元件。
偏振光分束器68是衍射光和第二参考光通过的光学元件。
偏振光分束器56，傅里叶变换透镜57，针孔58，傅里叶变换透镜61，偏振光分束器62，四分之一波长板63和物镜70是衍射光和第一参考光所通过的光学元件。
如上所述，第一参考光和衍射光至少把物镜70作为公共光学元件，从而第一参考光和衍射光沿着物镜70的光轴同轴通过物镜70。这样的全息图再现设备一般被称为同轴全息图再现设备。
下面在描述本实施例所需的范围中简单说明与图15中图解说明的光学单元4的再现有关的部分。
激光器41是蓝色激光器，其中激光的波长为405nm。隔离器42被用于防止激光返回蓝色激光器，并保持单模振荡。快门43被用于允许激光通过或者阻挡激光。傅里叶变换透镜44和45被用于增大光束的直径。通过增大光束的直径，能够用光束照射空间调制器53的所需区域，即，参考光区域和信号光区域。偏振光分束器47被用于分离第一参考光和第二参考光。活动反射镜51用于沿全息图记录介质130的全息图记录层的同相方向定位激光。
空间调制器53被用于在参考光区域中显示预定的图案，并对光束进行空间调制，以便获得第一参考光，并如上述第一到第三实施例中一样对激光进行调相。偏振光分束器52反射来自活动反射镜51的光束，以致光束朝着空间调制器53传播。已在空间调制器53中调制的参考光的偏振方向相差π/2地正交于入射光，以致参考光通过偏振光分束器52，朝着傅里叶变换透镜54传播。
傅里叶变换透镜54和55用于形成光束的焦点。针孔59被布置在光束的焦点。借助这种结构，能够阻挡高阶衍射光，在记录期间，能够获得待记录在全息图记录介质130上的全息图的有利形状。
偏振光分束器56允许参考光朝着傅里叶变换透镜57传播，并且允许衍射光(下面说明)朝着傅里叶变换透镜72传播。傅里叶变换透镜57和61用于形成光束的焦点。针孔58被布置在该焦点处，以便阻挡高阶衍射光。
光束通过偏振光分束器62，进一步通过四分之一波长板63。在通过四分之一波长板63之前，光束是P波，但是在从全息图记录介质130折转并且再次通过四分之一波长板63之后，光束变成S波。物镜70由促动器(未示出)驱动，以便沿着全息图记录介质的全息图记录层的深度方向和沿着正交于所述深度方向的面内方向定位第一参考光和第二参考光。另外，物镜70把衍射光引向衍射光的光路。
衍射光通过物镜70，四分之一波长板63，偏振光分束器62，傅里叶变换透镜61，针孔58和傅里叶变换透镜57，由偏振光分束器56反射，通过傅里叶变换透镜72，傅里叶变换透镜73和偏振光分束器68，并被引向CMOS传感器74。
第二参考光在偏振光分束器47被分离，通过反射镜48，半波板69，偏振光分束器64，相位延迟元件65和扩束器66，被二轴转向镜67反射，再被偏振光分束器68反射，并被引向CMOS传感器74。
第一参考光，第二参考光和衍射光通过上述光路，随后衍射光和第二参考光在CMOS传感器74的受光面上被相加，以致如上述第一到第三实施例中一样，再现明暗图像。这里，衍射光和第二参考光之间的相位调整由二轴转向镜67实现。二轴转向镜67具有和按照第一实施例的二轴转向镜18相同的结构和操作。
下面，说明按照第四实施例的衍射光和第二参考光之间的相位调整。该相位调整几乎与按照第一实施例的相位调整相同。在第一实施例，通过设置相位延迟元件16实现角落部分Cc中的相位调整。另一方面，在第四实施例中，不设置任何用于实现角落部分Cc中的相位调整的光学元件。在第四实施例中，通过以和按照第一实施例控制相位延迟元件16相同的方式，使用结构和相位延迟元件16相同的相位延迟元件，能够实现角落部分Cc中的相位调整。通过以按照第一实施例控制二轴转向镜18相同的方式，利用二轴转向镜67，实现角落部分Dc和Ec中的相位调整。
按照第四实施例的全息图记录/再现设备可起同轴全息图再现设备的作用，并且能够在CMOS传感器74中增加DC分量。这种情况下，全息图记录介质130未被第二参考光照射，从而不存在第二参考光损害记录信息的风险。
<第五实施例>
下面参考图16说明第五实施例。图16图解说明全息图再现设备的另一光学单元5。在按照第五实施例的光学单元5中，和按照第四实施例的光学单元4相同的部分用相同的附图标记表示，并且省略对应的描述。光学单元4和5之间的不同之处在于在光学单元5中设置了屏蔽板159。屏蔽板159被用于消除DC分量(零阶光)。空间调制器153调制对比度，这不同于调制相位的光学单元4的空间调制器53。
按照图16中图解说明的第五实施例的光学单元5也用于使用所谓的同轴技术的全息图记录/再现设备。空间调制器153调制对比度，而不是相位。在这种结构中，在针孔59的位置产生零阶光。通过设置屏蔽板159，可通过消除零阶光(DC分量)进行记录。在再现期间，通过应用第二参考光，能够恢复消除的DC分量。即，在通过设置屏蔽板159消除DC分量而记录在全息图记录介质上的信息的再现期间，通过利用第二参考光增加DC分量，能够获得有利的再现特性。
在按照本发明的各个实施例的全息图再现设备和全息图再现方法中，当再现通过调相记录在全息图记录介质上的信息时，能够获得有利的再现特性。此外，由于未用第二参考光照射全息图记录介质，因此能够避免记录在全息图记录介质上的信息被第二参考光损害。
在按照本发明的各个实施例的调相元件中，能够在不具有机械单元的情况下调整激光的相位。这种结构可优先用在按照本发明的各个实施例的全息图再现设备中，通过利用该调相元件，可使所述设备小型化。
本领域的技术人员应明白，取决于设计要求和其它因素，可以产生各种修改，组合，子组合和变更，只要它们在附加权利要求或其等同物的范围之内。

Claims (6)

1、一种全息图再现设备，包括：
第一参考光光路，引导来自激光光源的激光，从而用第一参考光照射全息图记录介质；
衍射光路，把因第一参考光的照射、从全息图记录介质产生的衍射光引导到具有多个像素的受光元件；和
第二参考光光路，把具有和衍射光相同的偏振方向的第二参考光从激光光源引导到受光元件，
其中第二参考光光路配有调相元件，从而在预定范围内调节受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。
2、按照权利要求1所述的全息图再现设备，其中调相元件包括：
相位延迟元件，用于在第二参考光的传播方向上均匀地延迟相位；和
二轴转向镜，用于在第二参考光的截面方向上，改变彼此正交的两个轴向方向上的相位。
3、按照权利要求1所述的全息图再现设备，
其中调相元件是包括液晶和密封所述液晶的两个透光性的刚性板的相位延迟元件，并借助第一电极和与第一电极正交的第二电极，导致第二参考光相位的变化，第一电极和第二电极被布置在所述刚性板上，从而在各刚性板的表面上产生电位梯度。
4、一种全息图再现方法，包括下述步骤：
用来自激光光源的第一参考光照射全息图记录介质；
根据第一参考光，从全息图记录介质产生衍射光；
从激光光源产生具有和衍射光相同的偏振方向的第二参考光；
通过包括多个像素的受光元件接收衍射光和第二参考光；
按照所述多个像素接收的信号，在第二参考光的传播方向的平面中改变第二参考光的相位；和
在预定范围内，调节受光元件的受光面中衍射光和第二参考光之间的相差。
5、一种调相元件，包括：
按照施加的电压导致通过光束的相位变化的液晶；
通过把液晶夹在中间，保持液晶的透光性的第一和第二刚性板；
具有导电性和透光性、并且分别设置在所述第一和第二刚性板的表面上的第一和第二透光膜；
平行设置在第一透光膜的两端、并且由导电性高于第一透光膜的材料制成的第一和第二电极；和
平行设置在第二透光膜的两端、同时与第一和第二电极正交、并且由导电性高于第二透光膜的材料制成的第三和第四电极。
6、一种调相元件，包括：
按照施加的电压导致通过光束的相位变化的液晶；
通过把液晶夹在中间，保持液晶的透光性的第一和第二刚性板；
具有导电性和透光性、并且设置在所述第一刚性板的表面上的多个第一平行电极，和具有导电性和透光性、并且设置在所述第二刚性板的表面上、同时与多个第一平行电极正交的多个第二平行电极。
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