CN101484942A - 用于控制参考光束的入射角的设备和具有该设备的全息信息记录/再现设备 - Google Patents

用于控制参考光束的入射角的设备和具有该设备的全息信息记录/再现设备 Download PDF

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CN101484942A CNA2007800256514A CN200780025651A CN101484942A CN 101484942 A CN101484942 A CN 101484942A CN A2007800256514 A CNA2007800256514 A CN A2007800256514A CN 200780025651 A CN200780025651 A CN 200780025651A CN 101484942 A CN101484942 A CN 101484942A
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崔钟喆
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Abstract

一种用于控制参考光束的入射角的设备，包括：第一透镜元件，允许参考光束入射到全息记录介质上；以及驱动部分，将参考光束提供给第一透镜元件，并且在与光轴垂直的方向上移动，以改变入射在第一透镜元件上的参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置，其中，入射在全息记录介质上的参考光束的入射角根据参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置被确定。

Description

用于控制参考光束的入射角的设备和具有该设备的全息信息记录/再现设备
技术领域
本发明的各方面涉及一种用于控制参考光束的入射角的设备和具有该设备的全息信息记录/再现设备，更具体地讲，涉及一种容易地控制参考光束的入射角的设备，以及一种具有该设备的用于记录/再现全息信息的设备。
背景技术
全息技术通过使用包含信号的信号光束和不具有该信号的参考光束(信号光束和参考光束按照彼此不同的角度传播)记录干涉图案，从而使得光信号能够按照其原始形式被再现，并且使3D图像中的信号能够被再现。近来，使用上述全息技术的操作原理来记录/再现数字信号的光学存储技术已经变得突出。使用上述全息信息记录/再现技术，可按照页为单位进行记录/再现。换句话说，可按照2-D图像的形式立刻记录/再现大量数据。因此，可实现高速记录/再现系统。另外，使用全息技术的存储方法，可按照空间重叠的方式来存储信息，而且可使用适当的复用方法单独地读出所述信息。因此，可实现非常大的容量的存储系统。
图1A显示了用于记录数据的全息技术的操作原理。参照图1A，激光束1被光束分离器2分为参考光束6和信号光束5。信号光束5在穿过空间光调制器(SLM)的同时被调制为2-D信号图案，并且入射在全息记录介质D上。同时，参考光束6被镜3反射，并且以相对于全息记录介质D的预定倾角入射在全息记录介质D上。当参考光束6和信号光束5汇集在一起时，参考光束6和信号光束5彼此干涉，由所述干涉所产生的干涉图案被记录在全息记录介质D上。
图1B显示了用于再现记录的数据的全息技术的操作原理。当信息将被再现时，激光束8被发射到全息记录介质D上，激光束8的波长与用于记录所述信息的参考光束6的波长相等。激光束8必须按照与用于记录操作的信号光束的角度相同的角度被发射。因此，从全息记录介质D再现包含原始信息的2-D信号图案。使用检测器9(诸如电荷耦合器件(CCD))来检测再现的信号图案。
虽然有可采用全息信息记录方法来进行高密度记录的多种复用方法，但是通常使用角度复用方法。图2是解释角度复用方法的视图。如图2所示，通过将第一入射角θ1的第一参考光束6a和第一信号光束5一起输入，来以全息的形式存储信息。然后，包含其它信息的第二信号光束5′(与第一信号光束5重合)与第二入射角θ2的第二参考光束6b一起被输入到全息记录介质D上的与第一信号-参考光束对的位置相同的位置，以存储信息。当信息将被再现时，第一再现光束以第一入射角被输入以再现第一信号光束的信息，第二再现光束以第二入射角被输入以再现第二信号光束的信息。
然而，在角度复用方法中，当参考光束的入射角改变时，仅改变入射角同时保持参考光束的入射位置很重要。为此，在图3A所示的现有技术中，两个电流镜(galvano mirror)10a和10b同时旋转，或者在图3B所示的现有技术中，一个电流镜11在沿着轴线移动的同时进行旋转。然而，在图3A和图3B所示的现有技术的方法中，由于电流镜的旋转和平移需要被同时控制，所以需要连接两个驱动部分，并且难以精确地控制所述旋转和平移。因此，难以精确地控制参考光束的入射角。另外，根据所示的现有技术的方法，由于需要的布置导致参考光束的入射角的控制结构的尺寸增大，所以难以构造紧凑的全息存储光学系统。
发明内容
技术问题
为了解决上述和/或其它问题，本发明的各方面提供一种用于控制参考光束的入射角的设备，该设备能够仅改变入射角同时保持参考光束的入射位置不变，还提供一种具有该设备的用于记录/再现全息信息的设备。
本发明的另外方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中部分是清楚的，或者通过本发明的实施可以被理解。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种用于控制参考光束的入射角的设备，所述设备包括：第一透镜元件，允许参考光束入射到全息记录介质上；以及驱动部分，将参考光束提供给第一透镜元件，并且在与第一透镜元件的光轴垂直的方向上选择性地移动，以改变入射在第一透镜元件上的参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置，其中，入射在全息记录介质上的参考光束的入射角根据参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置被确定。
驱动部分可包括：光点形成构件，通过对参考光束进行聚焦来形成光点；以及镜，将参考光束与所述光轴平行地朝向第一透镜元件反射。
第一透镜元件和光点形成构件之间的光学距离可与第一透镜元件的焦距和光点形成构件的焦距之和大约相等。
当第一透镜元件的焦距为f，由光点形成构件进行聚焦而形成的光点和所述光轴之间的距离为y，并且入射在全息记录介质上的参考光束的入射角为θ时，可满足等式θ＝arcsin(y/f)。
光点形成构件可以是具有正(+)折射力的透镜元件。光点形成构件可以是小孔。驱动部分可包括具有凹反射面的曲面镜。
可通过将除了参考光束将入射到的部分之外的部分截去来形成第一透镜元件。
根据本发明的另一方面，提供一种用于记录和再现全息信息的设备，所述设备包括：光源，产生光束；光束分离器，将由光源产生的光束分为第一光束和第二光束；信号光提供部分，将第一光束调制为具有2-D信号图案的信号光，并且将调制的信号光提供给全息记录介质；以及参考光束入射角控制部分，将第二光束提供给全息记录介质作为参考光束，其中，参考光束入射角控制部分包括：第一透镜元件，将参考光束提供给全息记录介质；以及驱动部分，将参考光束提供给第一透镜元件，并且在与光轴垂直的方向上选择性地移动，以改变入射在第一透镜元件上的参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置，其中，入射在全息记录介质上的参考光束的入射角根据参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置被确定。
根据本发明的另一方面，提供一种选择性地改变参考光束的入射角同时在全息记录/再现介质上保持参考光束的位置的设备，所述设备包括：第一透镜元件，具有光轴，所述光轴与全息记录/再现介质的表面基本垂直；以及驱动部分，提供参考光束，并且在与第一透镜元件的光轴基本垂直的方向上选择性地移动。
根据本发明的另一方面，提供一种用于提供全息记录和/或再现介质的参考光束的设备，所述设备包括：第一光学元件，相对于全息记录和/或再现介质被固定；以及第二光学元件，提供将入射在第一光学元件上的参考光束，所述第二光学元件相对于第一光学元件选择性地可移动。
除了如上所述的示例性实施例和各方面之外，通过参照附图和研究下面的描述，其它方面和实施例将是清楚的。
有益效果
根据本发明，当使用全息信息记录/再现设备的角度复用方法来记录/再现信息时，参考光束入射角控制设备通过非常简单的结构仅改变参考光束的入射角，而不改变参考光束的入射位置。因此，可解决由于控制参考光束的复杂光学结构导致的生产率下降。其结果.是，能够以较低的成本提供紧凑的全息信息记录/再现设备。
现在将详细描述本发明的当前实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述这些实施例以解释本发明。
附图说明
图1A和图1B是解释使用全息技术记录和再现数据的全息信息记录/再现设备的一般工作原理的视图；
图2是显示被称为角度复用方法的现有技术的全息信息记录方法的视图；
图3A和图3B是显示用于控制参考光束的入射角以实现角度复用方法的现有技术的结构的视图；
图4是显示根据本发明实施例的用于控制参考光束的入射角以实现角度复用方法的设备的视图；
图5A至图5C是显示图4中的设备的操作的视图；
图6至图8是显示根据本发明其它实施例的用于控制参考光束的入射角的设备的视图；
图9是显示将参考光束提供给全息记录介质的透镜元件的示例的视图，其中，透镜元件的不用部分被截去；以及
图10是显示根据本发明实施例的具有图4中的设备的用于记录/再现全息信息的设备的结构的视图。
具体实施方式
图4是显示根据本发明实施例的用于控制参考光束的入射角以实现角度复用方法的设备30的视图。参照图4，参考光束入射角控制设备30包括：第一透镜元件34，用于以预定角度将参考光束提供给全息记录介质D；以及驱动部分33，用于将参考光束提供给第一透镜元件34。在非限制性的方面，驱动部分33沿着与光轴OX垂直的方向(如箭头所示)移动(或平移)。因此，参考光束的入射位置沿着第一透镜元件34的径向发生改变。在这个方面，第一透镜元件34被固定，虽然这不是所要求的。
驱动部分33包括第二透镜元件31和镜32。第二透镜元件通过对参考光束进行聚焦而形成光点(或光束点)，镜32沿着与光轴OX平行的方向将参考光束朝向第一透镜元件34反射。在另一实施例中，如果不存在第二透镜元件31，则处于平行光束状态的参考光束被第一透镜元件34聚焦，以形成光点。
第二透镜元件31使得被第一透镜元件34折射的参考光束作为平行光束入射在全息记录介质D上。为此，第二透镜元件31可以是具有正(+)折射力的透镜元件(诸如凸透镜)。另外，根据该实施例，第一透镜元件34和第二透镜元件31之间的光学距离最好(但非必要)大约是这两个透镜元件31和34的焦距之和。因此，由第二透镜元件31形成的光点位于第一透镜元件34的焦平面上。在该实施例中，穿过第一透镜元件34并向全息记录介质D传播的参考光束变为平行光束。
在上述结构中，可根据第一透镜元件34上的参考光束的径向上的入射位置，来确定入射在全息记录介质D上的参考光束的入射角θ。即，参考光束的入射角θ根据由第二透镜元件31形成的光点z的位置与第一透镜元件34的光轴OX或中心远离的程度而变化。例如，当第一透镜元件34的焦距为“f”，并且由第二透镜元件31形成的光点与光轴OX之间的距离为“y”时，入射在全息记录介质D上的参考光束的入射角θ可由下面的等式(1)表示。
θ＝arcsin(y/f)  [等式1]
因此，可通过将全息记录介质D定位在第一透镜元件34的焦点上，并且沿着与光轴OX垂直的方向或第一透镜元件34的径向移动驱动部分33(即，通过改变“y”)，来改变入射在全息记录介质D上的参考光束的入射角θ。例如，假设“f”为10mm，“y”为1mm，则参考光束的入射角θ大约为5.71°，当“y”为0时，参考光束的入射角θ改变为0°。
图5A至图5C显示了图4中的参考光束入射角控制设备30的操作。如图5A至图5C所示，当光点z的位置从光轴OX改变为y1、y2和-y1时，参考光束的入射角θ分别改变为θ1、θ2和-θ1。即使当参考光束的各个入射角θ改变时，如图5A至图5C所示，参考光束在全息记录介质D上的位置A也可被保持在恒定位置。
图4至图5C中显示的驱动部分33的结构是示例。因此，可使用驱动部分33的各种布置。图6显示了用于控制参考光束的入射角的设备30′的驱动部分33′，其中，与图4中的驱动部分33的第二透镜31和镜32相比，驱动部分33′的第二透镜31和镜32的位置发生改变。即，在图6中，镜32首先反射参考光束，然后第二透镜元件31对参考光束进行聚焦以形成参考光束的光点。在这种情况下，第一透镜元件34的中心轴(或光轴)以及第二透镜元件31的中心轴(或光轴)彼此平行。第一透镜元件34和第二透镜元件31之间的光学距离与两个透镜元件31和34的焦距之和大约相等。
图7显示了根据本发明另一实施例的用于控制参考光束的入射角的设备30＂。如图7所示，使用小孔35来代替第二透镜元件31。小孔35用于使得被第一透镜元件34折射的参考光束作为平行光束入射在全息记录介质D上。如上所述，第二透镜元件31的作用是形成光点，从而被第一透镜元件34折射的参考光束变为平行光束。因此，可使用形成光点的其它构件(如小孔35)来代替第二透镜元件31。在图7中，小孔35被布置在镜32之前，从而穿过小孔35的参考光束被镜32反射。在另一示例性的实施例中，与图6中所示类似，镜32可被布置在小孔35之前。因此，镜32首先反射参考光束，然后小孔35可形成光点。
图8显示了根据本发明另一实施例的用于控制参考光束的入射角的设备30″′。如该图所示，使用曲面镜36来同时执行参考光束的反射和光点的形成。即，由其它示例性的实施例中显示的各个部件执行的第二透镜元件31或小孔35以及镜32的功能被曲面镜36执行。用于校正像差的具有凹面的球面镜或凹面非球面镜可用作曲面镜36的非限制性的示例。如上所述，由于第二透镜元件31、小孔35以及曲面镜36均执行形成参考光束的光点的功能，所以这三种元件可被称为光点形成构件。
图9是显示将参考光束提供给全息记录介质的透镜元件34的示例的视图，其中，透镜元件34的不用部分被截去。如图9所示，参考光束入射在第一透镜元件34的入射表面上的部分仅仅是第一透镜元件34在径向上的局部区域。即，如图9所示，参考光束仅入射在画阴影线的中央区域34b上，而没有入射在其它周围区域34a上。因此，参考光束没有入射在周围区域34a上，周围区域34a没有被使用。因此，即使当周围区域34a被截去时，第一透镜元件34的操作也完全不受影响。当第一透镜元件34的周围区域34a被截去时，节省了材料，并且减小了参考光束入射角控制设备30、30′、30″以及30″′的整个空间和重量。
图10是显示根据本发明实施例的具有图4中的设备的用于记录/再现全息信息的设备的结构的视图。参照图10，根据本发明实施例的全息信息记录/再现设备20包括：光源21，发射光束；第一光束分离器22，将来自光源21的光束分为两个光束L1和L2；信号光提供部分(23，24，25)，将两个分离的光束的一部分(L2)调制为具有2-D信号图案的信号光，并且将调制的信号光提供给全息记录介质D；光电检测器(26)，检测由全息记录介质D反射的信号光；以及参考光束入射角控制设备30，将两个分离的光束的另一部分(L1)提供给全息记录介质D作为参考光束。
虽然图10显示了图4中的参考光束入射角控制设备30作为示例，但是也可使用图6至图8中显示的参考光束入射角控制设备30′、30″以及30″′。另外，信号光提供部分(23，24，25)包括第二光束分离器23、空间光调制器24和物镜25。第二光束分离器23将穿过第一光束分离器22的光束朝向空间光调制器24反射。空间光调制器24将来自第二光束分离器23的光束调制为具有2-D信号图案的信号光，并且将调制的信号光朝向第二光束分离器23反射。物镜25将信号光聚焦在全息记录介质D上。
在全息信息记录/再现设备20的信息记录操作中，从光源21发射的光束的一部分(L2)穿过第一光束分离器22并用作信号光，而所述光束的另一部分(L1)穿过第一光束分离器22并用作参考光。穿过第一光束分离器22的光被第二光束分离器23反射，以入射在空间光调制器24上。空间光调制器24将入射光调制为具有2-D信号图案的信号光，并且将调制的信号光反射回第二光束分离器23。调制的信号光穿过第二光束分离器23，并且通过物镜25入射在全息记录介质D上。在非限制性的示例中，第二光束分离器23是偏振光束分离器，用于反射来自第一光束分离器22的光束，并透射来自空间光调制器24的光束。但是，用于形成信号光的第二光束分离器23、空间光调制器24和物镜25的结构和位置可根据需要而改变。例如，空间光调制器24可位于第二光束分离器23和物镜25之间。如果是这样的话，则空间光调制器24可以是透射型调制器，而不是反射型调制器。因此，信号光提供部分(23，24，25)的详细结构可根据需要具有各种变形。
参考光束入射角控制设备30将由第一光束分离器22反射的光束提供给全息记录介质D作为参考光束。如上所述，参考光束入射角控制设备30可通过移动(或平移)驱动部分33来将参考光束的入射角控制为期望的角度。参考光束入射角控制设备30还包括附加的镜37，用于将来自第一光束分离器22的光束朝向驱动部分33反射。
在全息信息记录/再现设备20的信息再现操作期间，参考光束按照与在记录期间的全息记录介质D的方向相反的方向入射。在再现期间，参考光束必须以与记录操作的角度相同的角度入射。因此，虽然在图10中，参考光束入射角控制设备30被显示为与信号光提供部分被布置在全息记录介质D的同一侧，但是在另一示例性的实施例中，参考光束入射角控制设备30可与信号光提供部分被布置在全息记录介质D的相对侧。穿过全息记录介质D的光束被再现为具有2-D图案信号的信号光。再现的信号光被第二光束分离器23反射，并且被光电检测器26检测，从而存储在全息记录介质D上的信号图案被读出。在非限制性的示例中，光电检测器26可以是电荷耦合器件(CCD)。
如上所述，根据本发明，当使用全息信息记录/再现设备的角度复用方法来记录/再现信息时，参考光束入射角控制设备通过非差简单的结构仅改变参考光束的入射角，而不改变参考光束的入射位置。因此，可解决由于控制参考光束的复杂光学结构导致的生产率下降。其结果是，能够以较低的成本提供紧凑的全息信息记录/再现设备。
在各种实施例中，全息记录/再现设备指的是全息记录和/或再现设备。
虽然已经示出和描述了被认为是本发明示例性实施例的内容，但是本领域技术人员应该理解，随着技术的发展，在不脱离本发明的实际范围的情况下，可作出各种变化和修改，并且本发明的部件可被等同物替换。在不脱离本发明的范围的情况下，可作出多种修改、替换、补充和子组合，以使本发明适应特定情况。例如，镜32可被布置在小孔35之前，参考光束入射角控制设备30可与信号光提供部分被布置在全息记录介质D的相对侧。
因此，本发明旨在不限于所公开的各种示例性的实施例，本发明包括落入权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (22)

1、一种利用全息记录和/或再现技术控制参考光束的入射角的设备，所述设备包括：
第一透镜元件，将参考光束投射到全息记录介质上；以及
驱动部分，将参考光束提供给第一透镜元件，并且在与第一透镜元件的光轴垂直的方向上选择性地移动，以改变入射在第一透镜元件上的参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置，
其中，入射在全息记录介质上的参考光束的入射角根据参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置被确定。
2、根据权利要求1所述的设备，其中，驱动部分包括：
光点形成构件，通过对参考光束进行聚焦来形成光点；以及
镜，将参考光束与所述光轴平行地朝向第一透镜元件反射。
3、根据权利要求2所述的设备，其中，第一透镜元件和光点形成构件之间的光学距离与第一透镜元件的焦距和光点形成构件的焦距之和大约相等。
4、根据权利要求3所述的设备，其中，当第一透镜元件的焦距为f，由光点形成构件进行聚焦而形成的光点和所述光轴之间的距离为y，并且入射在全息记录介质上的参考光束的入射角为θ时，满足等式θ＝arcsin(y/f)。
5、根据权利要求2所述的设备，其中，光点形成构件是具有正(+)折射力的透镜元件。
6、根据权利要求2所述的设备，其中，光点形成构件是小孔。
7、根据权利要求1所述的设备，其中，驱动部分包括具有凹反射面的曲面镜。
8、根据权利要求1所述的设备，其中，通过将除了参考光束将入射到的部分之外的部分截去来形成第一透镜元件。
9、一种用于记录和/或再现全息信息的设备，所述设备包括：
光源，产生光束；
光束分离器，将由光源产生的光束分为第一光束和第二光束；
信号光提供部分，将第一光束调制为具有2-D信号图案的信号光，并且将调制的信号光提供给全息记录介质；以及
参考光束入射角控制部分，将第二光束作为参考光束提供给全息记录介质，
其中，参考光束入射角控制部分包括：
第一透镜元件，将参考光束提供给全息记录介质；以及
驱动部分，将参考光束提供给第一透镜元件，并且在与光轴垂直的方向上选择性地移动，以改变入射在第一透镜元件上的参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置，
其中，入射在全息记录介质上的参考光束的入射角根据参考光束在第一透镜元件的径向上的入射位置被确定。
10、根据权利要求9所述的设备，其中，驱动部分包括：
光点形成构件，通过对参考光束进行聚焦来形成光点；以及
镜，将参考光束与所述光轴平行地朝向第一透镜元件反射。
11、根据权利要求10所述的设备，其中，第一透镜元件和光点形成构件之间的光学距离与第一透镜元件的焦距和光点形成构件的焦距之和大约相等。
12、根据权利要求11所述的设备，其中，当第一透镜元件的焦距为f，由光点形成构件进行聚焦而形成的光点和所述光轴之间的距离为y，并且入射在全息记录介质上的参考光束的入射角为θ时，满足等式θ＝arcsin(y/f)。
13、根据权利要求10所述的设备，其中，光点形成构件是具有正(+)折射力的透镜元件。
14、根据权利要求10所述的设备，其中，光点形成构件是小孔。
15、根据权利要求9所述的设备，其中，驱动部分包括具有凹反射面的曲面镜。
16、根据权利要求9所述的设备，其中，通过将除了参考光束将入射到的部分之外的部分截去来形成第一透镜元件。
17、一种选择性地改变参考光束的入射角同时在全息记录/再现介质上保持参考光束的位置的设备，包括：
第一透镜元件，具有光轴，所述光轴与全息记录/再现介质的表面基本垂直；以及
驱动部分，提供参考光束，并且在与第一透镜元件的光轴基本垂直的方向上选择性地移动。
18、根据权利要求17所述的设备，其中，驱动部分包括：
光点形成构件，通过对参考光束进行聚焦来形成光点；以及
镜，将参考光束与所述光轴平行地朝向第一透镜元件反射。
19、根据权利要求17所述的设备，其中，当第一透镜元件的焦距为f，由光点形成构件聚焦的参考光束的光点和所述光轴之间的距离为y，并且入射在全息记录介质上的参考光束的入射角为θ时，满足等式θ＝arcsin(y/f)。
20、根据权利要求17所述的设备，其中，驱动部分包括具有凹反射面的曲面镜。
21、根据权利要求17所述的设备，其中，通过将除了参考光束将入射到的部分之外的部分截去来形成第一透镜元件。
22、一种用于记录和/或再现全息信息的设备，所述设备包括：
光源，产生光束；
光束分离器，将由光源产生的光束分为第一光束和第二光束；
信号光提供部分，将第一光束调制为具有2-D信号图案的信号光，并且将调制的信号光提供给全息记录/再现介质；以及
参考光束入射角控制部分，将第二光束作为参考光束提供给全息记录/再现介质，
其中，参考光束入射角控制部分包括如权利要求17所述的设备。
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