CN101473280A - 全息记录装置以及全息记录方法 - Google Patents
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Abstract
一种全息记录装置，向该全息记录介质(B)照射记录光(S)，并在可变地控制对全息记录介质(B)的入射角的情况下向记录光(S)的照射部位(p)照射参考光(R)，通过上述记录光(S)和参考光(R)之间的干涉在照射部位(p)复用记录全息图，所述全息记录装置包括在预定的角度范围内可变地控制参考光(R)的入射角的入射角可变控制单元，全息记录介质(B)具有随着入射光量增大而记录灵敏度降低的特性，并且入射角可变控制单元使参考光(R)的入射角从较大的角度向较小的角度变化来构成。
Description
技术领域
本发明涉及通过所说的角度复用记录方式来复用记录全息图的全息记录装置以及全息记录方法。
背景技术
在专利文献1中公开了一种以往的全息记录方法。在该文献所公开的方法中，向全息记录介质垂直地照射记录光，并且在通过控制多面反射镜(多重ミラ—)的倾斜来改变相对于该记录光的照射部位的入射角的情况下照射参考光。由此，通过入射角变化的参考光和固定入射角的记录光之间的干涉而在照射部位复用记录与角度变化相应的各种全息图。另外，被复用记录的全息图以光学交错的状态存在于照射部位，如果将照射部位示意性地比喻为册子，则可视为在该照射部位中以页为单位记录有全息图。即，各个页与参考光的入射角相对应。
专利文献1：日本专利文献特开2005—234145号公报。
但是，在上述以往的全息记录方法中，由于没有特别规定以怎样的推移来改变参考光的入射角，因此存在如下所述的问题。
如图8所示，一般的全息图记录介质具有随着入射光量增大而记录灵敏度成反比降低的特性。例如，记录开始页的平均记录灵敏度是6.50左右，记录结束页的记录灵敏度由于衍射效率η等的条件为1.167左右。使向各个页进行记录时的光强度固定，在通过对该光强度在时间上进行积分而求出的入射光量达到与记录灵敏度相应的水平来完成记录的情况下，记录结束页的照射时间为记录开始页的照射时间的大致6.5倍。
但是，在向各个页记录全息图时，通过角度复用记录方式改变参考光的入射角，根据照度余弦法则，该入射角越大光强度越低。因此，例如在使参考光的入射角从较小的角度向较大的角度改变的情况下，光强度与记录灵敏度一起降低，在考虑到该光强度降低的基础上必须逐渐延长照射时间。即，在使参考光的入射角依次增大地变化时，由于随着记录页增加而照射时间明显变长，因此不能期待记录速度很高。
发明内容
本发明就是基于上述问题完成的。本发明的目的在于，提供一种能够尽量提高复用记录时的记录速度的全息记录装置以及全息记录方法。
为了解决上述问题，本发明采取了以下技术手段。
本发明的第一方面提供一种全息记录装置，其使用具有随着入射光量增大而记录灵敏度下降的特性的全息记录介质，向该全息记录介质照射记录光，并在可变地控制对所述全息记录介质的入射角的情况下向所述记录光的照射部位照射参考光，通过所述记录光和参考光之间的干涉在所述照射部位复用记录全息图，所述全息记录装置的特征在于，包括入射角可变控制单元，该入射角可变控制单元在预定的角度范围内可变地控制所述参考光的入射角，所述入射角可变控制单元被构成为将所述参考光的入射角从大角度向小角度改变。
优选的是还包括照射时间控制单元，该照射时间控制单元在每一次改变所述参考光的入射角时，控制所述记录光和参考光的照射时间，所述照射时间控制单元基于根据所述参考光的入射角而变化的光强度来控制照射时间，以使对该光强度进行时间积分而得的入射光量达到与所述记录灵敏度相应的水平。
本发明的第二方面提供了一种全息记录方法，其使用具有随着入射光量增大而记录灵敏度下降的特性的全息记录介质，向该全息记录介质照射记录光，并在可变地控制对所述全息记录介质的入射角的情况下向所述记录光的照射部位照射参考光，通过所述记录光和参考光之间的干涉在所述照射部位复用记录全息图，所述全息记录方法的特征在于，当在所述照射部位复用记录全息图时，以使得所述参考光的入射角在预定的角度范围内从大角度向小角度变化的方式进行可变控制。
附图说明
图1是示出应用了本发明的全息记录装置的一个实施方式的立体图；
图2是图1所示的全息记录装置的主要部分的截面图；
图3是用于说明图1所示的全息记录装置的光学作用的说明图；
图4是用于说明图1所示的全息记录装置的光学作用的说明图；
图5是用于说明图1所示的全息记录装置的光学作用的说明图；
图6是用于根据比较例来说明光学作用的说明图；
图7是用于说明图1所示的全息记录装置与比较例的光学作用的说明图；
图8是用于说明现有的全息记录介质的记录特性的说明图。
具体实施方式
下面，参考附图对本发明的优选实施方式进行详细的说明。
如图1所示，本实施方式的全息记录装置A对于圆盘形的全息记录介质B，以使主光线在向预定的方向倾斜的状态构成固定的入射角θs(参考图2)的方式照射记录光S，并且在与该记录光S相反的方向上在预定的角度范围内对入射角进行可变控制来向记录光S的照射部位p照射参考光R，并通过上述记录光S与参考光R之间的干涉来由角度复用记录方式复用记录全息图。
全息记录装置A包括：光学快门(照射时间控制单元)1，用于控制照射时间；分束器2，用于对记录光S和参考光R进行分离；记录光用的光学系统，用于向全息记录介质B照射记录光S；以及参考光用的光学系统，用于对全息记录介质B可变地控制入射角来照射参考光R。除图示之外，还设有用于发射激光束的光源以及用于将激光束转换为平行光的准直透镜。记录光用的光学系统包括空间光调制器3、变焦透镜4、半反射镜5、以及记录光用的物镜6。参考光用的光学系统包括固定反射镜10、11，记录用以及重放用反射镜12、13，以及使记录用以及重放用反射镜12、13一体地摆动以此对参考光R的入射角进行可变控制的入射角可变控制单元20。入射角可变控制单元20包括U字型的臂部件21以及驱动马达22。记录用反射镜12被固定在配置于全息记录介质B上侧的臂部件21的一端。重放用反射镜13被固定在配置于全息记录介质B下侧的臂部件21的另一端。上述光学快门1、分束器2、记录光用以及参考光用的光学系统被安装在可在全息记录介质B的径向往复移动的移动头(省略图示)上。
如图2所示，全息记录介质B例如具有如下结构，即：具有作为中间层的光敏聚合物记录层90，并在该记录层90的两侧层叠了透光性的覆盖层91、92。与以往相同，记录层90具有随着入射光量增大而记录灵敏度成反比降低的特性。在本实施方式中，例如记录层90的厚度为1mm左右，覆盖层91、92的厚度为0.5mm左右。在记录时，从全息记录介质B的上侧照射记录光S和参考光R。在重放时，从全息记录介质B的下侧只照射参考光R。
从图外的光源射出的激光束通过没有图示的准直透镜转换成平行光，然后经过光学快门1而入射到分束器2中。光学快门1通过控制其打开关闭来透过或遮挡光。通过该光学快门1能够控制以透过光的状态向全息记录介质B照射记录光S和参考光R的时间。入射到分束器2的激光束被分离为记录光S和参考光R。例如在记录时，记录光S被导向空间光调制器3，另一方面参考光R经由固定反射镜10、11而被导向记录用反射镜12。
空间光调制器3例如由透过型液晶器件构成，其根据要记录的信息来将入射的记录光S调制成二维像素图案的光。从空间光调制器3射出的记录光S经变焦透镜4被导向半反射镜5，并最终通过记录光用的物镜6按照每个像素转换成平行光之后照射在全息记录介质B上。如图2所示，物镜6被配置成其光轴相对于全息记录介质B构成固定的入射角θs。另外，从空间光调制器3射出的与各个像素相对应的光在经由物镜6分别构成不同的入射角的情况下照射在全息记录介质B上，这里，假设存在具有与物镜6的光轴一致的主光线的像素，并且该主光线相对于全息记录介质B构成固定的入射角θs，将与所述光轴一致的主光线称为记录光S的主光线。在本实施方式中，作为一个示例而将记录光S的入射角θs设定为35deg。如图2所示，当着眼于针对某个像素的光而从截面观察时，记录光S的照射部位p被形成为在记录层90中呈平行四边形的感光区域。图2示出了平行四边形的感光区域为最大的情形。
如图2所示，记录用以及重放用反射镜12、13与臂部件21成为一体并绕预定的轴x摆动。记录用反射镜12接近于记录光用的物镜6而配置在照射部位p的斜上方，通过固定反射镜11将向相对于全息记录介质B大致垂直的方向前进的参考光R朝着照射部位p向斜下方反射。重放用反射镜13隔着全息记录介质B被配置在成为与记录光用的物镜6的相反侧的照射部位p的斜下方，使相对于全息记录介质B大致在平行方向前进的参考光R朝着照射部位p向斜上方反射。另外，作为记录用以及重放用反射镜也可以采用电流镜。不需要通过物镜6将与各个像素相对应的光转换为平行光，也可以为汇聚光。在为汇聚光的情况下，在全息记录介质B中不为平行光，而是通过物镜6转换为汇聚角度较小的汇聚光。
在图2中用实线示出在参考光R的入射角为最大的状态下的记录用以及重放用反射镜12、13。此时的参考光R的入射角例如是75deg。特别是在记录时，记录用反射镜12在预定的角度范围内向逆时针方向每次摆动预定的角度。记录用反射镜12每次达到期望的角度时变为暂时停止的状态，随之，光学快门1每次都变为打开状态来使激光束透过。由此，能够向照射部位p同时照射记录光S以及参考光R，并以页为单位记录与参考光R的入射角相对应的全息图。这样的光学快门1以页为单位来控制成为打开状态的时间。其结果是，记录光S以及参考光R以页为单位被控制为不同的照射时间。在到下一停止位置之前记录用反射镜12旋转移动时，光学快门1为关闭状态而不照射记录光S以及参考光R。即，记录用反射镜12从由实线表示的位置向由虚线表示的位置逐步地进行旋转移动，使参考光R的入射角例如每次减小预定角度地从75deg减小至50deg。当对一个照射部位p结束复用记录后，光学快门1变为关闭状态，从而变为不照射记录光S和参考光R的状态，其间，记录用反射镜12返回到参考光R的入射角为最大的初始位置(用假想线表示的位置)。
接着，对全息记录介质A的光学作用进行说明。
如图2所示，相对于照射部位p，以35deg的主光线的入射角θs照射记录光S。另一方面，如果着眼于经过物镜6的周边附近的记录光S的一部分，则存在与主光线的入射角θs不同例如入射角为11.7deg和58.3deg的光束。当参考光R的入射角从50deg变化到80deg的情况下，相对于该记录光S的入射角11.7deg、35deg、58.3deg的衍射效率以如图3所示的倾向进行推移。例如，相对于参考光R的入射角是50deg时的衍射效率，在入射角是75deg时的衍射效率与记录光S的入射角无关而大约变大13％左右。这种衍射效率的增大被认为有助于缩短记录时间。
参考光R以其入射角从75deg向50deg依次减少的方式变化。此时，向照射部位p照射记录光S，以使傅立叶图像变模糊。另外，在参考光R的入射角为50deg时，在将对照射部位p的参考光R以及记录光S的光强度(每单位面积的光束)设为Ir、Is的情况下，分束器2和空间光调制器3执行参考光R与记录光S的分离以及强度调整，以便总有Ir:Is＝3:1成立。这样，在将光强度的比设为Ir:Is时，以对比度良好的状态在照射部位p记录全息图。
另一方面，如果着眼于照射部位p附近的参考光R的照射范围，例如根据照度余弦法则，相对于入射角为50deg的情况(用虚线表示的状态)在入射角是75deg的情况下(用细线表示的状态)照射范围扩大2.484倍左右。当照射范围扩大时则光强度降低。即，假设入射到记录用反射镜12之前的参考光R的光强度Ir总是保持固定，在使参考光R的入射角从75deg向50deg变小来进行变化时，随着照射范围的缩小参考光R的光强度Ir依次变大。
如图4所示，照射部位p中的参考光R的透过率T随着入射角变大而降低。在将入射角50deg中的透过率T设为1、将参考光R以及记录光S的光强度Ir、Is分别设为P、1—P时，由于在参考光R的入射角为50deg中的参考光R以及记录光S的光强度为Ir:Is＝3:1，因此，参考光R的光强度为0.75，记录光S的光强度为0.25。
另一方面，如果考虑以入射角为50deg时的参考光R为基准，则在入射角75deg的透过率T为0.75左右。另外，与入射角为50deg时相比，入射角为75deg时的参考光R的光强度Ir为1/2.484倍。由此，由于参考光R的入射角为75deg中的参考光R以及记录光S的光强度为Ir:Is＝T·P/2.484:1—P＝3:1，因此参考光R的光强度为0.275，记录光S的光强度为0.092。
在将全息记录介质B的记录开始时的记录灵敏度设为6.50、记录结束时的记录灵敏度设为1.167、并将上述记录光S的光强度Is、以及将入射角50deg下的衍射效率设为1时的衍射效率的比率用作参数时，使参考光R的入射角从75deg向50deg变化，此时的以页为单位的记录时间如下所述。其中，以页为单位的记录时间与光强度Is、记录灵敏度、以及衍射效率之比成反比，被定义为：以页为单位的记录时间＝1÷Is÷记录灵敏度÷衍射效率之比。可以认定将上述的记录时间与光强度相乘得到的是入射光量，通过该入射光量达到与记录灵敏度相应的水平来完成记录。
(记录开始时，在参考光R的入射角为75deg的情况下)
记录开始页的记录时间＝1.480
(记录结束时，在参考光R的入射角为50deg的情况下)
记录结束页的记录时间＝3.428
如本实施方式所述，当改变参考光R的入射角以使其从75deg向50deg减小时，页记录时间以及记录灵敏度按图5所示的推移发生变化。可通过对表示页记录时间的曲线(结构曲线)以入射角进行积分而求出在入射角从75deg变化至50deg时的所有页的总记录时间。在图5中，所有页的总记录时间相当于由表示页记录时间的曲线与横轴围成的部分的面积。
作为比较例，与上述相反，在将参考光R的入射角从50deg变化为75deg时以页为单位的记录时间如下所述。
(记录开始时，在参考光R的入射角为50deg的情况下)
记录开始页的记录时间＝0.615
(记录结束时，在参考光R的入射角为75deg的情况下)
记录结束页的记录时间＝8.243
在使参考光R的入射角从50deg向75deg变大来进行变化时，页记录时间以及记录灵敏度按图6所示的推移发生变化。在对该图5和图6进行比较时，与比较例相比，本实施方式的所有页的总记录时间明显变短。具体而言，在通过积分而求出所有页的总记录时间时，相对于比较例，根据本实施方式的时间以0.77左右的比例缩短。
因此，根据本实施方式的全息记录装置A，通过使参考光R的入射角从较大的角度向较小的角度逐渐变化，虽然记录灵敏度降低但光强度依次增大，因此不需要那样大幅度地增长以页为单位的记录时间，从而能够尽量缩短所有页的总记录时间，并尽量提高记录速度。
接着，对产生在照射部位p周围的不需要的曝光进行研究。
在照射部位p的周边产生仅由参考光R产生的不需要的曝光区域。根据照度余弦法则，参考光R的入射角越大该不需要的曝光区域越大。
这里，假定入射角为50deg时的参考光R的照射面积为1.1、记录光S的照射面积为1。即，在入射角为50deg时，假设产生10％的不需要的曝光区域。根据该假定，对于不需要的曝光区域引入如下的不需要的曝光系数的概念。
不需要的曝光系数将参考光的光强度Ir、与参考光R的照射面积相对的不需要的曝光区域的比例、以及以页为单位的记录时间作为参数，定义为不需要的曝光系数＝Ir×不需要的曝光区域的比例×以页为单位的记录时间。在入射角从75deg向50deg变化时的不需要的曝光系数如下所述。
(记录开始时，在参考光R的入射角为75deg的情况下)
参考光的光强度Ir＝0.275
以页为单位的记录时间＝1.480
不需要的曝光区域的比例＝158％
不需要的曝光系数＝0.643
(记录结束时，在参考光R的入射角为50deg的情况下)
参考光的光强度Ir＝0.75
以页为单位的记录时间＝3.428
不需要的曝光区域的比例＝10％
不需要的曝光系数＝0.257
作为比较例，在入射角从50deg向75deg变化时的不需要的曝光系数如下所述。
(记录开始时，在参考光R的入射角为50deg的情况下)
参考光的光强度Ir＝0.75
以页为单位的记录时间＝0.615
不需要的曝光区域的比例＝10％
不需要的曝光系数＝0.0461
(记录结束时，在参考光R的入射角为75deg的情况下)
参考光的光强度Ir＝0.275
以页为单位的记录时间＝8.243
不需要的曝光区域的比例＝158％
不需要的曝光系数＝3.582
在图7中示出了在入射角从75deg向50deg变小来进行变化时的不需要的曝光系数的推移、以及与其相反在入射角从50deg向75deg变大来进行变化时的不需要的曝光系数的推移。不需要的曝光系数被认为是与以页为单位的记录容量相关的量，当不需要的曝光系数变大时记录容量变小。参考该图7，在入射角从75deg向50deg变化的请况下以及入射角从50deg向75deg变化的情况下比较不需要的曝光系数时，入射角从50deg向75deg变化时的以入射角进行积分而求出的所有页的不需要的曝光系数为入射角从75deg向50deg变化时的1.92倍左右。
因此，根据本实施方式的全息记录装置A，通过使参考光R的入射角从较大角度向较小角度逐渐变化，能够对记录容量有利，并可尽量增大存储容量。
另外，本发明并不限于上述实施方式。
上述实施例中示出的数值等只不过是一个示例的值，可根据规格适当地改变设计。
Claims (3)
1.一种全息记录装置，其使用具有随着入射光量增大而记录灵敏度下降的特性的全息记录介质，向该全息记录介质照射记录光，并在可变地控制对所述全息记录介质的入射角的情况下向所述记录光的照射部位照射参考光，通过所述记录光和参考光之间的干涉在所述照射部位复用记录全息图，所述全息记录装置的特征在于，
包括入射角可变控制单元，该入射角可变控制单元在预定的角度范围内可变地控制所述参考光的入射角，
所述入射角可变控制单元被构成为将所述参考光的入射角从大角度向小角度改变。
2.如权利要求1所述的全息记录装置，其中，
还包括照射时间控制单元，该照射时间控制单元在每一次改变所述参考光的入射角时，控制所述记录光和参考光的照射时间，
所述照射时间控制单元基于根据所述参考光的入射角而变化的光强度来控制照射时间，以使对该光强度进行时间积分而得的入射光量达到与所述记录灵敏度相应的水平。
3.一种全息记录方法，其使用具有随着入射光量增大而记录灵敏度下降的特性的全息记录介质，向该全息记录介质照射记录光，并在可变地控制对所述全息记录介质的入射角的情况下向所述记录光的照射部位照射参考光，通过所述记录光和参考光之间的干涉在所述照射部位复用记录全息图，所述全息记录方法的特征在于，
当在所述照射部位复用记录全息图时，以使得所述参考光的入射角在预定的角度范围内从大角度向小角度变化的方式进行可变控制。
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