CN101263434A - 全息图记录装置 - Google Patents

Abstract

一种全息图记录装置(A2)，包括：光源(10)，发出相干光；空间光调制器(20)，具有针对被多分割的每个单位区划将来自该光源(10)的光反射到主要的射出方向以及规定的截去方向中的一个方向上的多个光反射元件(21)，并将在射出方向上行进的光作为信号光射出；信号光学系统(30、31)，用于将信号光照射到全息图记录介质B上。该全息图记录装置(A2)还包括：波前整形单元(40、41、42)，对被空间光调制器(20)的光反射元件(21)间拔到规定的截去方向上的光进行聚光，并对该光的波前进行整形；以及参考光学系统(50、51)，用于将从波前整形单元(40、41、42)射出的光作为参考光照射，以使其在全息图记录介质(B)上与信号光重叠。

Description

全息图记录装置

技术领域

本发明涉及将信号光和参考光重叠地照射在全息图记录介质上来记录全息图的全息图记录装置。

背景技术

例如，在专利文献1中公开了一种传统的全息图记录装置。该全息图记录装置通过半反镜将从光源发出的激光分向两个方向，并通过由液晶装置构成的空间光调制器来调制被分离的一个方向的光。被空间光调制器调制后的光变为用二值(亮暗)的像素图案表示记录信息的离散的光，该光作为信号光被照射到全息图记录介质上。被上述半反镜分离的另一方向的光作为参考光与信号光重叠地照射在全息图记录介质上。由此，在全息图记录介质上记录由信号光和参考光的干涉条纹构成的全息图。

专利文献1：日本专利文献特开2002-216359号公报。

但是，在上述传统的全息图记录装置中，因为在空间光调制器中将信号光离散地间拔以形成亮暗的像素图案，所以在空间光调制器中光量损失通常很大。因此，存在尽量抑制光量损失、提高光利用效率的余地。

具体而言，例如，在将光源的光量设为100％，其中将因能量监测用而取走的光量设为15％，将到达介质的信号光和参考光的光量之比设为1：2，将空间光调制器的各个像素中的实际透过率设为80％，并用空间光调制器形成亮暗的像素图案的方法中，应用在每四个像素的块中仅使一个像素为亮状态来表示二位码的2/4编码方法，假定在有效像素区域中光透过的区域的比例为25％，并考虑忽略由其他半反镜等造成的光量损失的情况。在此情况下，到达介质的参考光的光量为24.3％，入射到空间光调制器中的光量为60.7％，从空间光调制器射出并到达介质的信号光的光量为12.1％。即，由空间光调制器造成的光量损失为60.7-12.1＝48.6％，从光源发出的大约一半的光浪费了。

发明内容

本发明就是基于上述情况而作出的。本发明的目的在于，提供一种能够抑制光量损失来进一步提高光的利用效率的全息图记录装置。

为了解决上述问题，本发明采取了以下技术手段。

由本发明第一方面提供全息图记录装置，包括：光源，发出相干光；空间光调制器，具有针对被多分割的每个单位区划将来自该光源的光反射到主要的射出方向以及规定的截去方向中的一个方向上的多个光反射元件，并将在上述射出方向行进的光作为信号光射出；以及信号光学系统，用于将上述信号光照射到全息图记录介质上；上述全息图记录装置的特征在于，包括：波前整形单元，对被上述空间光调制器的光反射元件间拔到上述规定的截去方向上的光进行聚光，并对该光的波前进行整形；以及参考光学系统，用于将从上述波前整形单元射出的光作为参考光照射，以使其在上述全息图记录介质上与上述信号光重叠。

优选的是，上述波前整形单元包括对光进行聚集的聚光透镜、位于该聚光透镜的焦点上的光学滤波器、以及将来自该光学滤波器的光作为平行光射出的准直镜。

优选的是，包括用于监视上述光源的输出状态的能量监测用光检测器，在上述光学滤波器中设置有使低频分量的光透过并将其引向上述准直镜的中央透过部、以及在该中央透过部的周边反射高频分量的光并将其引向上述能量监测用光检测器的周边反射部。

优选的是，包括用于监视上述光源的输出状态的能量监测用光检测器，在上述光学滤波器中设置有反射低频分量的光并将其引向上述准直镜的中央反射部、以及在该中央反射部的周边使高频分量的光透过并将其引向上述能量监测用光检测器的周边透过部。

优选的是，在上述光学滤波器中还设置有使低频分量的光通过并将其引向上述准直镜上的针孔。

优选的是，包括用于监视上述光源的输出状态的能量监测用光检测器，在上述参考光学系统中设置有半反镜，该半反镜用于使从上述准直镜射出的光的一部分反射或者透过并将其引向上述能量监测用光检测器。

由本发明第二方面提供的全息图记录装置，包括：光源，发出相干光；光束分离器，将来自该光源的光分离到两个方向；空间光调制器，具有针对被多分割的每个单位区划将由该光束分离器分离的一个方向的光反射到主要的射出方向以及规定的截去方向中的一个方向上的多个光反射元件，并将在上述射出方向行进的光作为信号光射出；信号光学系统，用于将上述信号光照射到全息图记录介质上；参考光学系统，用于将由上述光束分离器分离的另一方向的光作为参考光照射，以使其在上述全息图记录介质上与上述信号光重叠；以及能量监测用光检测器，用于监视上述光源的输出状态；上述全息图记录装置的特征在于，包括能量监测光学系统，用于对被上述空间光调制器的光反射元件间拔到上述规定的截去方向上的光进行聚光，并将该光引向上述能量监测用光检测器。

由本发明第三方面提供的全息图记录装置，包括：光源，发出相干光；光束分离器，将来自该光源的光分离到两个方向；空间光调制器，具有针对被多分割的每个单位区划将由该光束分离器分离的一个方向的光反射到主要的射出方向以及规定的截去方向中的一个方向上的多个光反射元件，并将在上述射出方向上行进的光作为信号光射出；信号光学系统，用于将上述信号光照射到全息图记录介质上；参考光学系统，用于将由上述光束分离器分离的另一方向的光作为参考光照射，以使其在上述全息图记录介质上与上述信号光重叠；以及伺服用光检测器，用于控制相对于上述全息图记录介质的上述信号光学系统以及参考光学系统的相对位置或姿态；上述全息图记录装置的特征在于，还包括波前整形单元，对被上述空间光调制器的光反射元件间拔到上述规定的截去方向上的光进行聚光，并对该光的波前进行整形；以及伺服光学系统，用于将从上述波前整形单元射出的光作为伺服光照射到上述全息图记录介质上，并将据此从该全息图记录介质返回的光引向上述伺服用光检测器。

优选的是，上述波前整形单元包括对光进行聚集的聚光透镜、位于该聚光透镜的焦点上的光学滤波器、以及将来自该光学滤波器的光作为平行光射出的准直镜。

优选的是，在上述光学滤波器中设置有使低频分量的光通过并将其引向上述准直镜的针孔。

附图说明

图1是本发明第一实施方式的全息图记录装置的结构图；

图2是图1所示的空间光调制器的平面图；

图3是图1所示的空间光调制器的部分立体图；

图4是沿图3的IV-IV线的截面图；

图5是图1所示的光学滤波器的平面图；

图6是本发明第二实施方式的全息图记录装置的主要部分的结构图；

图7是本发明第三实施方式的全息图记录装置的结构图；

图8是本发明第四实施方式的全息图记录装置的结构图；

图9是本发明第五实施方式的全息图记录装置的结构图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的优选实施方式进行详细的说明。图1～5示出了本发明的全息图记录装置的第一实施方式。

如图1所示，全息图记录装置A1向圆盘形状的全息图记录介质B(在该图中示出了一部分)全息图记录全息图，并且还可以再现被记录的全息图。该全息图记录装置A1包括：光源10；准直镜11；空间光调制器20；信号再现光学系统的半反镜30以及物镜31；再现光学系统的聚光透镜32、再现用光检测器33；波前整形用的聚光透镜40、光学滤波器41、以及准直镜42；参考光学系统的检电镜(galvano mirror)50以及物镜51；能量检测光学系统的中继透镜60和61、以及能量检测用光检测器62。除此之外，在全息图记录装置A1中还设置了用于使全息图记录介质B旋转的旋转机构、和用于控制相对于全息图记录介质B的物镜31、51的相对位置或姿态的伺服机构(省略图示)。

作为一个例子，全息图记录介质B具有将支承基板层100、反射层101、全息图记录层102、以及透明基板层103按该顺序层叠的结构。在全息图记录层102，通过将信号光和参考光重叠地照射来记录作为干涉条纹的全息图。在反射层101上形成有凹凸坑(emboss pit)(省略图示)。凹凸坑为了根据反射光的变化来进行所说的寻轨控制、聚焦控制、以及倾斜控制的伺服控制，而设置凹凸坑。

光源10例如由半导体激光元件构成，其发出频带较窄、干涉性高的激光。准直镜11将光源10的激光转换成平行光。从准直镜11射出的平行光进入到空间光调制器20中。

如图2以及图3所示，空间光调制器20由在主表面20a上排列了很多光反射元件21的可变形镜面装置(Deformable Mirror Device)构成。空间光调制器20的主表面20a大致与全息图记录介质B平行。如图4所示，光反射元件21将对角线上的旋转轴21a作为支轴相对于主表面20a以打开/关闭的规定角度+θ/-θ进行摆动。在入射光中，由打开的角度+θ的光反射元件21反射的光成为沿着与全息图介质B垂直的主方向行进的信号光。另一方面，由关闭的角度-θ的光反射元件21反射的光沿着与主方向不同的截去方向行进，并被有效地使用为用于在全息图记录介质B上与信号光重叠地进行照射的参考光或能量监测用的光。即，入射光相对于主表面20a的法线所形成的角度为2θ，信号光在与主表面20a的法线方向一致的主方向上行进，参考光等在相对于主表面20a的法线所形成的角度为4θ的截去方向上行进。

在该空间光调制器20中，根据应记录的信息，生成构成二值(亮暗)的像素图案的离散的光。如在图2中作为一个例子所示的那样，在该实施方式中，作为形成亮暗像素图案的方法，采用2/4编码方法，即：将四个光反射元件21作为一块，并在每一块中仅使一个光反射元件21为亮状态，由此来表现二位码。另外，在图2中，用途黑的区划表示作为亮状态而发出信号光的光反射元件21，用空白的区划表示作为暗状态而发出参考光等的光反射元件21。即使将亮暗的像素调过来，编码效率也相同。根据这样的2/4编码方法，在有效像素区域T中发出信号光的区域(图2中的涂黑区划区域)的比例总是为25％，发出参考光等的区域(图2中的空白区划区域)的比例为75％。但是，表示各个光反射元件21的实际的反射率等的填充系数(Fill Factor)为80％左右。如图2所示，在将光反射元件21的纵横向尺寸设为s，将其面积设为s×s＝S的情况下，实际上其反射作用的面积为0.8S左右。

从空间光调制器20向主平面20a的法线方向(主方向)射出的信号光透过半反镜30，并通过信号再现光学系统的物镜31后照射在全息图记录介质B上。当进行再现时，在全息图记录介质B上通过参考光与全息图发生干涉来生成再现光，所述再现光通过物镜31、半反镜30、以及再现光学系统的聚光透镜32后被再现用光检测器33接收。

波前整形用的聚光透镜40对从空间光调制器20向与主表面20a的法线形成4θ的角度的截去方向射出的参考光等进行聚光。波前整形用的聚光透镜40使用焦距较长、光学性能不那么高的透镜。在聚光透镜40的焦点位置配置了光学滤波器41。光学滤波器41被设置成相对于聚光透镜40的焦平面倾斜的状态。如图5所示，在光学滤波器41中设置了使光透过并向波前整形用的准直镜42行进的中央透过部41A、以及在该中央透过部41A的周边使光反射从而使其向能量监测用光检测器62行进的周边反射部41B光检测器。中央透过部41A如针孔那样很小地形成。通过这样组合该波前整形用的聚光透镜40和光学滤波器41，即使是被空间光调制器20间拔的离散的光，也能将其提取为在光学滤波器41的中央透过部41A中经波前整形后的低频分量的光，该光具有与入射到空间光调制器20之前的光的强度分布相同程度地被均化的强度分布。由该中央透过部41A提取并向准直镜42行进的光被用作参考光。由周边反射部41B提取并向能量监测用的光检测器62行进的光被用作具有高频分量的能量监测光。

通过波前整形用的准直镜42而形成为平行光的参考光被反射到检电镜50上，并且通过参考光学系统的物镜51照射在全息图记录介质B上。检电镜50改变参考光向全息图记录介质B入射的参考光入射角。当进行记录时，与参考光的入射角相对应的不同图案的全息图被多重记录在全息图记录介质B中信号光和参考光重合的全息图介质记录层102上参考光全息图。当进行再现时，根据参考光的入射角而发出不同图案的再现光，并且每次由再现用光检测器33接收再现光。由此，读出作为全息图而被多重记录的信息。

能量监测光经由中继透镜60、61而被能量监测用光检测器62接收。该能量监测用光检测器62用于监视进行记录或再现时的光源10的输出状态。

接着，对上述全息图记录装置A1的作用进行说明。

例如，当进行记录时，假定光源10的光量为100％、在空间光调制器20中使用2/4编码方法、在有效像素区域T中发出信号光的区域的比例为25％(发出参考光以及能量监测光的区域的比例为75％)、光反射元件21的填充系数为80％，到达全息图记录介质B的信号光以及参考光的光量的比为1∶2，并考虑忽略由空间光调制器20或光学滤波器41以外的光学部件造成的光量损失的情况。

此时，由于到达全息图记录介质B的信号光的理想的光量是光源10的光量(100％)的20％，并且光量之比为1∶2，因此到达全息图记录介质B的参考光的光量是光源10的光量的40％。从空间光调制器20发出并入射到波前整形用的聚光透镜40中的光(被分离为参考光和能量监测光之前的光)的光量是光源10的光量的60％。其中，如果将能量监测光的光量设为15％，则60-40-15＝5％的光量就是被光学滤波器41损失的量。另外，由空间光调制器20损失的量是100-20-60＝20％。由此，将由空间光调制器20和光学滤波器41损失的量相加的总损失量为25％。

该实施方式中的光的总损失量(25％)与大约浪费一半(48.6％)的光的现有技术相比非常小。即使比较到达全息图记录介质B的信号光或参考光的光量，相对于现有技术中12.1％的信号光光量，在本实施方式中也达到20％，较大，参考光的光量也比现有技术中的24.3％大，达到了40％。由此，当进行记录时，信号光以及参考光以足够的光量照射在全息图记录介质B上，从而在全息图记录层102上可靠地记录全息图。

当进行记录或再现时，由光学滤波器41的中央透过部41A提取的光作为参考光照射在全息图记录介质B上。由于该照射光为强度分布被波前整形用的聚光透镜40或光学滤波器41均化了的光，因此不会对全息图记录介质B上的光的干涉性带来障碍。即，当进行记录时，通过参考光和信号光有效地发生干涉来记录全息图，当进行再现时，通过参考光与已记录的全息图有效地发生干涉而发出再现光。

因此，根据本实施方式的全息图记录装置A1，即使是为了在空间光调制器20中生成离散的信号光而被间拔到与信号光不同的截去方向的光，也被有效地利用为参考光或能量监测光，因此能抑制光量损失来进一步提高光的利用效率。进而，能够使到达全息图记录介质B的信号光或参考光的光量具有足够的水平，从而能够可靠地进行全息图的记录或再现。

另外，被空间光调制器间拔到截去方向的光也可以仅作为参考光使用。

图6～9示出了本发明全息图记录装置的其他实施方式。另外，对于与上述第一实施方式相同或类似的构成部件，标以相同的符号并省略说明。

如图6所示，在第二实施方式的全息图记录装置A2中，光学滤波器41的结构与第一实施方式的相反。即，在光学滤波器41中设置了使光反射并向波前整形用的准直镜42行进的中央反射部41A’、以及在该中央反射部41A’周边使光透过并向能量监测用光检测器62行进的周边透过部41B’。中央反射部41A’如针孔那样很小地形成。通过这样组合波前整形用的聚光透镜40和光学滤波器41，也能提取出在光学滤波器41的中央反射部41A’中被波前整形后的低频分量的光，该光具有与入射到空间光调制器20之前的光的强度分布相同程度地被均化了的强度分布。由该中央反射部41A’提取并向准直镜42行进的光被用作参考光。参考光经由反射板42A入射到检电镜50中。由周边透过部41B’提取的高频分量的能量监测光经由中继透镜60、61而被能量监测用光检测器62接收。

在该全息图记录装置A2中也能取得与第一实施方式相同的效果。

如图7所示，在第三实施方式的全息图记录装置A3中，设置了在波前整形用的聚光透镜40的焦平面上具有针孔41C的光学滤波器41。在该光学滤波器41和检电镜50之间设置有用于将通过了针孔41C的光分离成参考光和能量监测光的半反镜43。

根据光学滤波器41的针孔41C，即使是被空间光调制器20离散地间拔的光，也能被提取为波前被整形了的低频分量的光，该光具有与入射到空间光调制器30之前的光的强度分布相同程度地被均化的强度分布。经由这种针孔41C并在准直镜42中转换成平行光的光被半反镜43分离为参考光和能量监测光。参考光经由检电镜50和参考光学系统的物镜51被照射在全息图记录介质B上。能量监测光经由能量监测光学系统的聚光透镜63而被能量监测用光检测器62接收。

在该全息图记录装置A3中，由于被空间光调制器20间拔到与信号光不同的截去方向上的光也被有效利用为参考光或能量监测光，因此与第一实施方式等相同，能够抑制光量损失来进一步提高光的利用效率，并能可靠地进行全息图的记录或再现。

如图8所示，在第四实施方式的全息图记录装置A4中，在准直镜11和空间光调制器20之间配置了光束分离器12。光束分离器12将从准直镜11射出的平行光分离成两个方向，使一个方向的光成为向空间光调制器20行进的光，使另一个方向的光分离为参考光。

由光束分离器12分离的参考光经由反射板13被入射到检电镜中，并且经由参考光学系统的物镜51照射在全息图记录介质B上。

从光束分离器12发出并入射到空间光调制器20中的光与主平面20a的法线形成2θ的角度。在空间光调制器20中，由打开的+θ角度的光反射元件21上反射的光成为在与全息图记录介质B垂直的主方向上行进的信号光。由关闭的-θ角度的光反射元件反射的光被用为能量监测光。能量监测光在与主平面20a的法线形成4θ的角度的截去方向上行进，并经由能量监测光学系统的聚光透镜63被能量监测用光检测器62接收。即，在该实施方式中，将被空间光调制器20间拔到与信号光不同的截去方向上的光作为能量监测光来使用。

根据该全息图记录装置A4，由于被空间光调制器20间拔到与信号光不同的截去方向上的光被有效地利用为能量监测光，因此能够抑制光量损失来进一步提高光的利用效率。

如图9所示，第五实施方式的全息图记录装置A5被构成为将由空间光调制器20间拔到与信号光不同的截去方向上的光利用为伺服光。作为构成伺服机构的部件，设置有波前整形用的聚光透镜40、光学滤波器41、以及准直镜42；伺服光学系统的反射板70、半反镜71、物镜72、以及光束分离器73；受光用的聚光透镜74和75、二分光检测器76、以及四分光检测器77。

通过波前整形用的准直镜42被转换为平行光的伺服光经由反射板70并透过半反镜71，进而还通过伺服光学系统的物镜72照射到全息图记录介质B上。在全息图记录介质B中，伺服光在凹凸坑(省略图示)上反射，该反射的伺服光以物镜72、半反镜71、以及伺服光学系统的光束分离器73的顺序行进。光束分离器73将入射的伺服光分离为两个方向。由光束分离器73分离的一个方向的光经由聚光透镜74被二分光检测器76接收，另一个方向的光经由聚光透镜75被四分光检测器77接收。二分光检测器76的输出信号被用于寻轨控制和倾斜控制，四分光检测器77的输出信号被用于焦距控制。

根据该全息图记录装置A5，由于由空间光调制器20间拔到与信号光不同的截去方向上的光被有效地利用为伺服光，因此能抑制光量损失来进一步提高光的利用效率。

Claims (10)

1.一种全息图记录装置，包括：

光源，发出相干光；

空间光调制器，具有针对被多分割的每个单位区划将来自该光源的光反射到主要的射出方向以及规定的截去方向中的一个方向上的多个光反射元件，并将在上述射出方向行进的光作为信号光射出；以及

信号光学系统，用于将上述信号光照射到全息图记录介质上；

上述全息图记录装置的特征在于，包括：

波前整形单元，对被上述空间光调制器的光反射元件间拔到上述规定的截去方向上的光进行聚光，并对该光的波前进行整形；以及

参考光学系统，用于将从上述波前整形单元射出的光作为参考光照射，以使其在上述全息图记录介质上与上述信号光重叠。

2.如权利要求1所述的全息图记录装置，其特征在于，

上述波前整形单元包括对光进行聚集的聚光透镜、位于该聚光透镜的焦点上的光学滤波器、以及将来自该光学滤波器的光作为平行光射出的准直镜。

3.如权利要求2所述的全息图记录装置，其特征在于，

包括用于监视上述光源的输出状态的能量监测用光检测器，在上述光学滤波器中设置有使低频分量的光透过并将其引向上述准直镜的中央透过部、以及在该中央透过部的周边反射高频分量的光并将其引向上述能量监测用光检测器的周边反射部。

4.如权利要求2所述的全息图记录装置，其特征在于，

包括用于监视上述光源的输出状态的能量监测用光检测器，在上述光学滤波器中设置有反射低频分量的光并将其引向上述准直镜的中央反射部、以及在该中央反射部的周边使高频分量的光透过并将其引向上述能量监测用光检测器的周边透过部。

5.如权利要求2所述的全息图记录装置，其特征在于，

在上述光学滤波器中还设置有使低频分量的光通过并将其引向上述准直镜上的针孔。

6.如权利要求5所述的全息图记录装置，其特征在于，

包括用于监视上述光源的输出状态的能量监测用光检测器，在上述参考光学系统中设置有半反镜，该半反镜用于使从上述准直镜射出的光的一部分反射或者透过并将其引向上述能量监测用光检测器。

7.一种全息图记录装置，包括：

光源，发出相干光；

光束分离器，将来自该光源的光分离到两个方向；

空间光调制器，具有针对被多分割的每个单位区划将由该光束分离器分离的一个方向的光反射到主要的射出方向以及规定的截去方向中的一个方向上的多个光反射元件，并将在上述射出方向行进的光作为信号光射出；

信号光学系统，用于将上述信号光照射到全息图记录介质上；

参考光学系统，用于将由上述光束分离器分离的另一方向的光作为参考光照射，以使其在上述全息图记录介质上与上述信号光重叠；以及

能量监测用光检测器，用于监视上述光源的输出状态；

上述全息图记录装置的特征在于，

包括能量监测光学系统，用于对被上述空间光调制器的光反射元件间拔到上述规定的截去方向上的光进行聚光，并将该光引向上述能量监测用光检测器。

8.一种全息图记录装置，包括：

光源，发出相干光；

光束分离器，将来自该光源的光分离到两个方向；

空间光调制器，具有针对被多分割的每个单位区划将由该光束分离器分离的一个方向的光反射到主要的射出方向以及规定的截去方向中的一个方向上的多个光反射元件，并将在上述射出方向上行进的光作为信号光射出；

信号光学系统，用于将上述信号光照射到全息图记录介质上；

参考光学系统，用于将由上述光束分离器分离的另一方向的光作为参考光照射，以使其在上述全息图记录介质上与上述信号光重叠；以及

伺服用光检测器，用于控制相对于上述全息图记录介质的上述信号光学系统以及参考光学系统的相对位置或姿态；

上述全息图记录装置的特征在于，还包括：

波前整形单元，对被上述空间光调制器的光反射元件间拔到上述规定的截去方向上的光进行聚光，并对该光的波前进行整形；以及

伺服光学系统，用于将从上述波前整形单元射出的光作为伺服光照射到上述全息图记录介质上，并将据此从该全息图记录介质返回的光引向上述伺服用光检测器。

9.如权利要求8所述的全息图记录装置，其特征在于，

上述波前整形单元包括对光进行聚集的聚光透镜、位于该聚光透镜的焦点上的光学滤波器、以及将来自该光学滤波器的光作为平行光射出的准直镜。

10.如权利要求9所述的全息图记录装置，其特征在于，

在上述光学滤波器中设置有使低频分量的光通过并将其引向上述准直镜的针孔。

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