CN101539753A - 光学再现装置、光学记录/再现装置以及光学再现方法 - Google Patents

光学再现装置、光学记录/再现装置以及光学再现方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101539753A
CN101539753A CN200810181660A CN200810181660A CN101539753A CN 101539753 A CN101539753 A CN 101539753A CN 200810181660 A CN200810181660 A CN 200810181660A CN 200810181660 A CN200810181660 A CN 200810181660A CN 101539753 A CN101539753 A CN 101539753A
Authority
CN
China
Prior art keywords
light
flashlight
reference light
zone
optical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN200810181660A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101539753B (zh
Inventor
三锅治郎
小笠原康裕
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujifilm Business Innovation Corp
Original Assignee
Fuji Xerox Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Xerox Co Ltd filed Critical Fuji Xerox Co Ltd
Publication of CN101539753A publication Critical patent/CN101539753A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101539753B publication Critical patent/CN101539753B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/004—Recording, reproducing or erasing methods; Read, write or erase circuits therefor
    • G11B7/0065—Recording, reproducing or erasing by using optical interference patterns, e.g. holograms
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1353—Diffractive elements, e.g. holograms or gratings
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/135—Means for guiding the beam from the source to the record carrier or from the record carrier to the detector
    • G11B7/1395—Beam splitters or combiners

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Abstract

本发明提供了一种光学再现装置、光学记录/再现装置、以及光学再现方法。该光学再现装置对通过信号光以及和该信号光共轴的参考光之间的干涉而记录在光学记录介质上的全息图进行再现。该光学再现装置包括：相干光源；光分配单元，其将来自该光源的光分配到信号光光路和参考光光路；空间光调制器，其包括信号光区域和参考光区域；第一照射光学系统，其对分配到该参考光光路的光和分配到该信号光光路的光进行空间分离，使得这两束光的光轴重合，并且将这两束光都照射到该空间光调制器上；以及第二照射光学系统，其将参考光作为读取光照射到该光学记录介质上，并且对所述全息图进行再现。

Description

光学再现装置、光学记录/再现装置以及光学再现方法
技术领域
本发明涉及光学再现装置、光学记录/再现装置、以及光学再现方法。
背景技术
近些年来，已经提出了共轴记录系统(同线系统)作为全息存储记录/再现系统。与传统的双光束干涉系统相比较，同线系统的优点在于：能够明显简化光学系统，同线系统在抵御诸如震动的外部干扰方面很强，并且易于引入伺服机制。在这种同线系统中，由空间光调制器调制并产生的信号光和参考光由同一透镜进行会聚，且使它们的光轴重合，从而把通过信号光与参考光之间的干涉而形成的干涉条纹(衍射光栅)记录在光学记录介质上成为全息图。
通过在空间光调制器上显示对数字数据进行二维编码的信号光图案，来将数字数据叠加在信号光上。通过将参考光作为读取光照射到记录了全息图的光学记录介质上，来根据所记录的全息图再现信号光。能够根据再现的信号光来对所叠加的数字数据进行解码。
在日本特开(JP-A)No.2006-301465中公开的全息图记录/再现装置中，光学控制元件设置在空间光调制器的光出射侧。当进行记录时，入射光透过光学控制元件，而当进行再现时，光学控制元件在与信号光相对应的区域处阻挡入射光。当进行再现时，虽然将光照射到空间光调制器的所有像素上，但是由于这个光学控制元件，消除了与信号光相对应的区域处存在的漏光，由此改善了再现特性。局部偏振滤光器等可用作所述光学控制元件。
另一方面，提出了一种再现方法(下文中称作“负/正再现方法”)，在这种再现方法中，通过在对全息图进行再现时对再现光增加DC分量，来根据一个全息图产生作为负图像和正图像的两个再现图像，并且通过确定这两个图像之间的差别，来改善信噪比(SNR)(参考JP-ANo.2007-179595和No.2007-179597)。另外，提出了一种技术(下文中称作“相干合成方法”)，在这种技术中，通过利用两个用于提供相位差的空间光调制器为工作像素提供0和π的相位差来执行记录，并且当进行再现时，通过加入π/2相位差的DC分量且引发干涉，使得再现的数据页的像素之间的干涉具有线性特征，从而改善了SNR(参考KenjiroWatanabe et al，“Linear Reproduction of a Holographic Storage Channelusing Coherent Addition”，ISOM’07，lecture number Mo-D-02)。
所有这些技术都可用于改善SNR，并且所有这些技术都产生再现的衍射光的高阶分量与在进行再现时加入的DC分量之间的干涉，并且获得新的再现图像。加入的DC分量是在作为液晶显示器(LCD)等的空间光调制器的信号光区域中产生的。然而，很难仅通过空间光调制器同时控制“加入的DC分量”的相位和振幅(光强)。通常，由空间光调制器执行对“加入的DC分量”的相位控制。因此，需要与空间光调制器分立的用于独立于相位来控制“加入的DC分量”的振幅的结构。
另外，在使得来自光源的光按照原样入射到形成有信号光区域和参考光区域的空间光调制器上的形式下，如果在进行再现时照射参考光作为读取光，则光也会从空间光调制器的信号光区域泄漏。例如，当被设置为透射型空间光调制器的液晶元件的精度较低时，会出现如下情况，即透过信号光图案的显示位置处的空闲像素的光变成不必要的漏光，并且被光探测器检测到，从而产生了相对于再现的信号光的噪声。
发明内容
本发明提供了一种光学再现装置、光学记录/再现装置、以及光学再现方法，其中，在通过同线系统再现信号光的再现过程中，与将从光源发射的光照原样照射到空间光调制器的所有像素上的情况相比，本发明能够减少照射到全息图上的读取光的不必要的漏光(不必要的分量)，并且能够改善再现特性。
本发明的一个方面提供了一种光学再现装置，该光学再现装置对通过信号光以及和该信号光共轴的参考光之间的干涉而记录在光学记录介质上的全息图进行再现，所述光学再现装置包括：光源，其发射相干光；光分配单元，其将从所述光源发射的相干光分配到信号光光路和参考光光路；空间光调制器，其包括按照二维形式排列的多个像素、当产生信号光时显示信号光图案的信号光区域、以及当产生与所述信号光共轴的参考光时显示参考光图案的参考光区域，所述空间光调制器根据显示的图案针对每个像素对入射光进行调制和输出；第一照射光学系统，其对分配到所述参考光光路的光和分配到所述信号光光路的光进行空间分离，使得这两束光的光轴重合，并且将这两束光都照射到所述空间光调制器上；以及第二照射光学系统，其将在所述空间光调制器的参考光区域处产生的参考光作为读取光照射到所述光学记录介质上，并且对记录在全息图中的信号光进行再现。
根据上述方面，存在如下效果：在通过同线系统再现信号光的再现过程中，与将从光源发射的光照原样照射到空间光调制器的所有像素上的情况相比，减少了照射到全息图上的读取光在信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而能够改善再现特性。
在上述方面中，该第一照射光学系统可以包括：光束成形单元，其设置在所述参考光光路上，对入射光束进行成形，使得分配到所述信号光光路的光所通过的区域和分配到所述参考光光路的光所通过的区域在与被设置得重合的光轴正交的平面内空间分离；光轴对齐单元，其对分配到所述信号光光路的光的光轴与分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光的光轴进行对齐，使得它们重合；以及光照射单元，其将分配到所述信号光光路的光照射到所述信号光区域上，并且将分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光照射到所述参考光区域上。
由于这种结构，存在如下效果：与没有使用这种结构的情况相比，更多地减少了照射到全息图上的读取光在所述信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而能够改善再现特性。
在上述方面中，所述光学再现装置还可以包括至少一个光量调节单元，该光量调节单元设置在所述光分配单元的光入射侧或光出射侧，并且调节所分配的这两束光束之间的光量平衡。
由于这种结构，存在如下效果：提高了再现过程中的光利用效率。
在上述方面中，所述参考光区域可以包围所述信号光区域，并且所述光束成形单元可以包括一对锥透镜(axicon lens)，所述一对锥透镜以其锥形面彼此相对的方式而设置在所述参考光光路上。
由于这种结构，存在如下效果：提高了参考光的利用效率。
在上述方面中，所述一对锥透镜可以对入射光束成形，使得它仅照射到所述参考光区域上。
由于这种结构，存在如下效果：进一步提高了参考光的利用效率。
本发明的第二方面提供了一种光学记录/再现装置，该光学记录/再现装置针对光学记录介质对全息图进行记录和再现，所述光学记录/再现装置包括：光源，其发射相干光；光分配单元，其将从所述光源发射的相干光分配到信号光光路和参考光光路；空间光调制器，其包括按照二维形式排列的多个像素、当产生信号光时显示信号光图案的信号光区域、以及当产生与所述信号光共轴的参考光时显示参考光图案的参考光区域，所述空间光调制器根据显示的图案针对每个像素对入射光进行调制和输出；第一照射光学系统，其对分配到所述参考光光路的光和分配到所述信号光光路的光进行空间分离，使得这两束光的光轴重合，并且将这两束光都照射到所述空间光调制器上；以及第二照射光学系统，当进行记录时，该第二照射光学系统将在所述空间光调制器处产生的信号光以及与所述信号光共轴的参考光照射到光学记录介质上，并且通过所述信号光与所述参考光之间的干涉而在所述光学记录介质上记录全息图，而当进行再现时，该第二照射光学系统将在所述空间光调制器的参考光区域处产生的参考光作为读取光照射到记录有所述全息图的所述光学记录介质上，并且对记录在所述全息图中的信号光进行再现。
根据上述方面，存在如下效果：能够通过同线系统执行记录和再现，并且在再现信号光的再现过程中，与将从光源发射的光照原样照射到空间光调制器的所有像素上的情况相比，减少了照射到全息图上的读取光在信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而改善了再现特性。
在第二方面中，所述第一照射光学系统可以包括：光束成形单元，其设置在所述参考光光路上，对入射光束进行成形，使得分配到所述信号光光路的光所通过的区域和分配到所述参考光光路的光所通过的区域在与被设置得重合的光轴正交的平面内空间分离；光轴对齐单元，其对分配到所述信号光光路的光的光轴与分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光的光轴进行对齐，使得它们重合；以及光照射单元，其将分配到所述信号光光路的光照射到所述信号光区域上，并且将分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光照射到所述参考光区域上。
由于这种结构，存在如下效果：与没有利用这种结构的情况相比，更多地减少了照射到全息图上的读取光在所述信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而能够改善再现特性。
在第二方面中，所述光学记录/再现装置还可以包括至少一个光量调节单元，该光量调节单元设置在所述光分配单元的光入射侧或光出射侧，并且调节所分配的两束光束之间的光量平衡。
由于这种结构，存在如下效果：提高了再现过程中的光利用效率。
在第二方面中，所述参考光区域可以包围所述信号光区域，并且所述光束成形单元包括一对锥透镜，所述一对锥透镜以锥形面彼此相对的方式而设置在所述参考光光路上。
由于这种结构，存在如下效果：提高了参考光的利用效率。
在第二方面中，所述一对锥透镜可以对入射光束成形，从而使得它仅照射在所述参考光区域上。
由于这种结构，存在如下效果：更进一步提高了参考光的利用效率。
本发明的第三方面提供了一种光学再现方法，该光学再现方法包括以下步骤：设置空间光调制器，该空间光调制器包括按照二维形式排列的多个像素、当产生信号光时显示信号光图案的信号光区域、以及当产生与所述信号光共轴的参考光时显示参考光图案的参考光区域，该空间光调制器根据显示的图案针对每个像素对入射光进行调制和输出；将从光源发射的相干光分配到信号光光路和参考光光路；将分配到所述参考光光路的光和分配到所述信号光光路的光进行空间分离，对齐这两束光的光轴以使它们重合，并且将这两束光都照射到所述空间光调制器上；以及将在所述空间光调制器的参考光区域处产生的参考光作为读取光照射到通过信号光以及和该信号光共轴的参考光之间的干涉而记录有全息图的光学记录介质上，并且再现所述全息图中记录的信号光。
根据第三方面，存在如下效果：在再现过程中，当通过同线系统再现信号光时，与将光源发射的光照原样照射到空间光调制器的所有像素上的情况相比，减少了照射到全息图上的读取光在信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而能够改善再现特性。
附图说明
现在基于下面的附图详细描述本发明的示例性实施方式，其中：
图1是示出关于本发明的一个示例性实施方式的光学记录/再现装置的结构的示意图；
图2是示出锥棱镜光学系统(axicon optical system)的结构的示意图；
图3是示出一对锥透镜如何将圆形光束转换成环形光束的图；
图4是示出椭圆环形反射镜用作光轴对齐单元的图；
图5A是示出当进行记录时显示在空间光调制器上的记录用图案的示例图，图5B是示出设置在空间光调制器的显示表面处的显示区域的示例的平面图；
图6A是示出在进行记录时将激光照射到空间光调制器的显示表面上的情形的立体图，图6B是示出在进行再现时将激光照射到空间光调制器的显示表面上的情形的立体图；
图7A到图7D是示出包括锥棱镜光学系统时的效果的图；
图8是示出关于第二示例性实施方式的锥棱镜光学系统的结构的示意图；
图9是示出椭圆反射镜用作光轴对齐单元的图；
图10是示出包括有锥棱镜光学系统的共轴反射型光学记录/再现装置的结构的示意图；以及
图11A和图11B是示出光学系统的其它结构示例的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细描述本发明的示例性实施方式的示例。
<第一示例性实施方式>
图1是示出根据本发明的一个示例性实施方式的光学记录/再现装置的结构的示意图。这个光学记录/再现装置是“共轴记录系统(同线系统)”光学记录/再现装置，它将具有公共光轴的信号光和参考光作为一束记录光从同一方向照射到光学记录介质上。在本示例性实施方式中，对利用反射型空间光调制器(SLM)和透射型光学记录介质的“共轴透射型”光学记录/再现装置进行解释。
在该光学记录/再现装置中设置有振荡(发射)激光的光源10，该激光是相干光。例如发射532nm振荡波长的绿色激光的激光源能够用作光源10。在光源10的光发射侧，沿着光路从光源10起设置有：可插入到光路中或者从光路撤回(打开或关闭)的光闸12；为两个正交的线偏振光分量提供1/2波长的相位差的半波片14；透射预定偏振方向的光的偏振片16；对光学系统进行扩展/准直的扩束器18；包括光分配单元、光束成形单元以及光轴对齐单元的锥棱镜光学系统20；以及反射镜22。
光源10经由驱动装置(未示出)连接到控制器(未示出)，并且由该驱动装置(未示出)根据控制信号进行驱动。另外，光闸12经由驱动装置(未示出)连接到控制器(未示出)，并且由该驱动装置(未示出)根据控制信号进行驱动从而打开或关闭。
反射预定偏振方向的光并且透射与该预定偏振方向正交的偏振方向的光的偏振光分束器24设置在反射镜22的光反射侧。从反射镜22看过去，反射型空间光调制器26设置在偏振光分束器24的光反射侧，所述反射型空间光调制器26具有多个像素部分并且针对每个像素对入射光进行偏振和调制。可以进行相位调制和偏振调制的硅上液晶(LCOS)等能够用作所述反射型空间光调制器26。空间光调制器26经由图案发生器(未示出)连接到控制器(未示出)。
该图案发生器按照明/暗图像(由强度分布表示的图像)的形式表示从控制器提供的数字数据，并且产生要在空间光调制器26上显示的信号光图案。该信号光图案是一种其中例如由“暗(黑像素)、亮(白像素)”表示二进制数字数据“0、1”的数字图案。除了该信号光图案以外，在空间光调制器26上还显示了参考光图案。参考光图案例如是随机图案。空间光调制器26根据显示的信号光图案和参考光图案对入射激光进行调制，并且产生信号光和参考光。另外，在通过加入DC分量执行再现的情况下，空间光调制器26产生要加入的DC分量。空间光调制器26将诸如信号光和参考光的生成光反射到偏振光分束器24。
图5A示出了在记录过程中显示在空间光调制器26上的记录用图案(记录图案)的示例。如图5A所示，记录用图案64被构造成包括：产生信号光的信号光图案66和产生参考光的环形参考光图案68。信号光图案66显示在空间光调制器26的中央部分处。参考光图案68显示在空间光调制器26的边缘部分处以包围信号光图案。显示信号光图案的区域是信号光区域，显示参考光图案的区域是参考光区域。信号光区域的形状和参考光区域的形状能够根据记录用图案64而适当改变。
图5B是示出在空间光调制器26的显示表面26A上设置的显示区域的一个示例的平面图。例如，预先根据显示表面26A的尺寸设置记录图案的尺寸。在本示例性实施方式中，如图5B所示，在空间光调制器26的显示表面26A上分别设有圆形信号光区域26S和包围信号光区域26S的环形参考光区域26R。
当进行再现时，在空间光调制器26的显示表面26A上显示再现用图案(再现图案)。当照射参考光作为读取光以再现记录在全息图中的信号光时，仅在空间光调制器26的参考光区域26R上显示了参考光图案。根据显示的参考光图案，对入射激光进行调制，并且在理想情况下，仅产生参考光。然而，如上所述，在诸如空间光调制器的精度较低的情况下，会出现在信号光区域处产生不必要的漏光的情况。
另外，在诸如上述“负/正再现方法”或“相干合成方法”的将DC分量添加到衍射光的再现方法中，在参考光区域26R处显示参考光图案以产生参考光，并且在信号光区域26S处显示预定亮度的透射图案以产生要加入的DC分量。如上所述，很难同时控制要加入的DC分量的振幅和相位。因此，存在要加入的DC分量的振幅变大的情况，并且存在产生了与应该加入的DC分量相比过多的分量(即，产生了不必要的漏光)的情况。
锥棱镜光学系统20根据信号光区域26S和参考光区域26R的形状分别产生要照射到信号光区域26S上的平行光和要照射到参考光区域26R上的平行光。另外，能够针对这些区域中的每个区域来调节光量。在本示例性实施方式中，为了将激光照射到圆形信号光区域26S上，锥棱镜光学系统20产生与光轴垂直的方向上的截面形状为圆形的平行光(下文中，称作“圆形平行光”)。此外，为了将激光照射到包围信号光区域26S的环形参考光区域26R上，锥棱镜光学系统20产生与光轴垂直的方向上的截面形状为环形的平行光(下文中，称作“环形平行光”)。
尽管下文中将详细描述锥棱镜光学系统20，但是在本示例性实施方式中，通过利用锥棱镜光学系统20减少了在再现过程中在信号光区域中产生的不必要的漏光。这里，在再现过程中在信号光区域中产生的不必要的漏光是指原本不应该从空间光调制器的信号光区域照射到光学记录介质上的光。例如，当如常利用参考光作为读取光执行再现时，从空间光调制器的信号光区域产生的光对应于不必要的漏光。另外，在诸如上述的“负/正再现方法”和“相干合成方法”的再现方法中，与应该加入的DC分量相比多余的分量对应于不必要的漏光。
在空间光调制器26上产生的诸如信号光和参考光的光束入射在偏振光分束器24上。从空间光调制器26看过去，一对透镜28和32以及傅里叶变换透镜34沿着光路按顺序设置在偏振光分束器24的光透射侧。傅里叶变换透镜34对记录光进行傅里叶变换，并且将它照射到光学记录介质36上。傅里叶变换透镜34的焦点位置是使记录光会聚的聚光位置。另外，具有开口(孔)30A的遮光板30设置在透镜28与透镜32之间的束腰的附近。注意遮光板30不是必需的，并且能够适当省略。
保持光学记录介质36的保持台架(未示出)设置在傅里叶变换透镜34的光出射侧。该保持台架由连接到控制器(未示出)的驱动装置(未示出)来驱动，并且在光轴的方向上或者在与光轴垂直的平面的方向上移动。保持台架将光学记录介质36保持在如下参考位置，所述参考位置例如使得光学记录介质36的膜厚方向上的中心位置是傅里叶变换透镜34的焦点位置。
光学记录介质36是能够通过因光的照射而导致的折射率变化来记录全息图的光学记录介质。利用举例来说诸如光敏聚合物材料、光折变材料或银盐感光材料的记录材料的光学记录介质是光学记录介质36的示例。
在光学记录介质36的光透射侧设置有傅里叶变换透镜38、一对透镜42和44以及传感器阵列46。传感器阵列46由诸如CCD或CMOS阵列的成像元件构成，并且将接收到的再现光(衍射光)转换成电信号，并且输出该电信号。具有大直径开口(孔)40A的遮光板40设置在透镜38与透镜42之间。注意，遮光板40不是必需的，而能够适当省略。传感器阵列46连接到控制器(未示出)。在再现过程中，传感器阵列46捕获在受光表面处成像的再现图像，并且将所捕获的图像数据输出到所述控制器(未示出)。
锥棱镜光学系统的结构
接下来将描述关于第一示例性实施方式的锥棱镜光学系统20的结构。图2是示出锥棱镜光学系统的结构的示例的示意图。锥棱镜光学系统20被构造成包括：半波片50、偏振光分束器52、半波片54、反射镜56、将圆形光束转换成环形光束的一对锥透镜58、反射镜60以及被成形为椭圆环形的反射镜62。激光从扩束器18入射在锥棱镜光学系统20上。半波片50和偏振光分束器52沿着光路从激光入射侧起按顺序设置。半波片50用作调节所分配的两个光束之间的光量平衡的光量调节单元。此后将描述其详情。
偏振光分束器52将入射激光分配到信号光光路和参考光光路。半波片54设置在偏振光分束器52的光透射侧(即，位于信号光光路中)。另一方面，反射镜56设置在偏振光分束器52的光反射侧(即，位于参考光光路中)。所述一对锥透镜58和反射镜60沿着光路按顺序设置在反射镜56的光反射侧。成形为椭圆环形并且设置有开口62A的反射镜62设置在反射镜60的光反射侧。注意，如稍后所描述的那样，椭圆环形反射镜62用作反射在参考光光路中产生的环形平行光102并将它的光轴与在信号光光路中产生的圆形平行光100的光轴对齐的光轴对齐单元。
图3示出了所述一对锥透镜58如何将圆形光束转换成环形光束。也就是说，所述一对锥透镜58用作对入射光束进行成形的光束成形单元。所述一对锥透镜58由形状相同的锥透镜58A和锥透镜58B构成。锥棱镜是这样一种光学元件，其具有轴对称表面并且将来自点光源的光转换成光轴上的直线图像。通常，使用形式为具有圆锥表面的圆锥透镜的锥棱镜。一个表面是平坦表面而另一个表面是圆锥表面的圆锥透镜通常称作锥透镜。同样，在本示例性实施方式中，图3所示的圆锥透镜被称作锥透镜。
锥透镜58A和锥透镜58B的圆锥轴与光轴(图3中的光轴Lr)重合(即，各圆锥的顶点位于同一光轴上)。锥透镜58A和锥透镜58B被设置成彼此间隔开预定距离，而使它们的圆锥表面彼此相对。当预定直径(图3中的直径d)的平行光从锥透镜58A的平坦表面入射时，当入射光从圆锥表面的倾斜表面和顶点射出时，光会聚为环形形状，由此形成环形光束。该环形光束从锥透镜58B的圆锥表面入射，并且形成环形平行光102，然后从锥透镜58B的平坦表面射出。
注意，在本示例性实施方式中，相同形状的两个透镜用作锥透镜58A和锥透镜58B。然而，当组合使用圆锥表面的倾斜角度和折射率相同的两个锥透镜时，类似地也能够获得环形平行光102。
根据入射平行光的直径d、锥透镜的直径A、锥透镜的圆锥部分的顶角角度φ以及所述一对锥透镜之间的间隔距离B来确定所产生的环形平行光102的外径(外周的直径)D和内径(内周的直径)Din。间隔距离B是从锥透镜58A的平坦表面到锥透镜58B的平坦表面的距离。
在本示例性实施方式中，根据空间光调制器26的参考光区域26R的形状设计环形平行光102的外径D和内径Din。也就是说，将它们设计成使得外径D等于参考光区域26R的外径，内径Din等于参考光区域26R的内径。基于这种结构，环形平行光102能够准确地照射到图5B所示的参考光区域26R上。另外，在本示例性实施方式中，将说明参考光区域26R的内径等于信号光区域26S的直径，并且环形平行光102的内径Din等于圆形平行光100的直径d时的情况。
注意，从减少在再现过程中在信号光区域中产生的不必要的漏光的角度出发，可以使参考光区域26R的内径大于信号光区域26S的直径。也就是说，可以使环形平行光102的内径Din稍微大于参考光区域26R的内径。
图4是示出了椭圆环形反射镜62如何用作光轴对齐单元的图。椭圆环形反射镜62设置在信号光光路的外侧，使得在信号光光路中产生的圆形平行光100能够通过椭圆环形反射镜62的开口62A。另外，椭圆环形反射镜62被设置成相对于光轴Ls以预定角度(这里是45°)倾斜，使得在参考光光路中产生的环形平行光102的光轴Lr与在信号光光路中产生的圆形平行光100的光轴Ls(＝L)重合。基于这种结构，在参考光光路中产生的环形平行光102在椭圆环形反射镜62处被反射，然后它的光路发生弯转(这里为90°)，并且使得光轴与在信号光光路中产生的圆形平行光100的光轴重合。也就是说，圆形平行光100与环形平行光102变成共轴的单个光束。
锥棱镜光学系统的操作
接下来，将描述图2所示的锥棱镜光学系统20的操作。直径为d的圆形平行光从扩束器18入射到锥透镜系统20上。在半波片50处，这个直径为d的圆形平行光变成具有期望偏振平面的偏振光，并且入射在偏振光分束器52上。偏振光分束器52反射预定偏振方向的光，并且透射与该预定偏振方向正交的偏振方向的光。透过偏振光分束器52的偏振分量作为直径为d的圆形平行光而被分配到信号光光路上。在偏振光分束器52处反射的偏振分量作为直径为d的圆形平行光而被分配到参考光光路上。
能够通过调节半波片50来调节分配到信号光光路和参考光光路的光的光强比(光量平衡)。例如，本示例性实施方式可以被构造为使得偏振光分束器52透射P偏振光而反射S偏振光。通过由半波片50控制激光的偏振方向，能够改变入射在偏振光分束器52上的P偏振分量和S偏振分量之比。由此能够调节分配到信号光光路的P偏振光与分配到参考光光路的S偏振光的光强比。
这种结构还使得能够将来自光源的光中的大部分引导至参考光光路。从分配到参考光光路的光产生参考光。当把用作参考光的光的光量设为较大时，即使图5B所示的参考光区域26R被设为较窄，也容易确保充足的参考光强度。于是，与传统的结构相比，能够加宽信号光区域26S，由此能够增加数据页的记录容量。
另外，在本示例性实施方式中，对半波片50进行调节，使得在记录过程中，将光分配到信号光光路和参考光光路，而在再现过程中将光仅分配到参考光光路。因此，在再现过程中，仅在参考光光路上产生环形平行光102，并且产生的环形平行光102仅照射到图5B所示的空间光调制器26的反射光区域26R上。也就是说，光没有照射到图5B所示的信号光区域26S上，并且在照射到全息图上的读取光中，极大地减少了在信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，并且改善了再现特性。另外，在再现过程中，来自光源10的激光功率仅用于产生参考光，因此改善了再现过程中的光的利用效率。据此，再现光的强度变大，并且还能够期待再现速度的提高。
注意，在通过在再现过程中加入信号光的DC分量来执行再现的情况下，诸如在上述的“相干合成方法”或“负/正再现方法”中，能够对半波片50进行调节，从而按应该加入的DC分量的量将适当光量分配到信号光光路。这里，根据信号光的DC分量比(DC分量与高阶分量之比)和衍射效率来确定应该加入的DC分量的量(DC分量的幅值)。这些再现方法通过控制衍射光与用于与衍射光进行干涉的DC分量之间的相位差来改善SNR。因此，确定DC分量的幅值，使得能通过有效利用光检测器的动态范围准确检测干涉后的高阶分量的幅值(强度)，就足够了。
如上所述，在如LCD等的空间光调制器的信号光区域处产生要加入的DC分量。然而，很难仅通过空间光调制器同时控制“要加入的DC分量”的相位和振幅(光强)。通常，在空间光调制器处执行相位调制，但是当对相位进行调制时，透过偏振光分束器的光的强度也会改变。与之相比，在关于本示例性实施方式的装置结构中，独立于空间光调制器26(这里，为LCOS)设置的相位，能够通过设置在偏振光分束器52的光入射侧的半波片50来调节DC分量的光强。因此，当通过加入DC分量来执行再现时，能够同时控制“要加入的DC分量”的相位和振幅(光强)。
如上所述，把透过偏振光分束器52的偏振分量(P偏振分量)分配到信号光光路。对于分配到信号光光路的直径为d的圆形平行光，通过半波片54再次将1/2波长的相位差施加给正交的线偏振分量(即，与半波片54的光轴正交的线偏振分量)，从而将偏振方向调节为与参考光的偏振方向相同(即，将P偏振光转换成S偏振光)。这样，在信号光光路中产生圆形平行光100(S偏振光)。圆形平行光100以一致直径d通过信号光光路。在本示例性实施方式中，圆形平行光100的直径d被设计为等于信号光区域26S的直径，从而准确地照射到图5B所示的信号光区域26S上。在信号光光路中产生的圆形平行光100通过反射镜62的开口62A。
另一方面，如上所述，把在偏振光分束器52处反射的偏振分量(S偏振分量)分配到参考光光路。分配到参考光光路的直径为d的圆形平行光在反射镜56处被反射，并且入射在锥透镜58A上。如上所述，从锥透镜58A的平坦表面侧入射的直径为d的圆形平行光通过锥透镜58A会聚成环形，并且通过锥透镜58B形成平行光。然后，外径为D且内径为d的环形平行光102(S偏振光)从锥透镜58B的平坦表面射出。
从锥透镜58B射出的环形平行光102在反射镜60处被反射，使得它的光路弯转到信号光光路的方向上并且照射到椭圆环形反射镜62。环形平行光102在反射镜62处被反射，使得它的光路再次发生弯转，并且使得它的光轴与在信号光光路中产生的圆形平行光100的光轴重合。
如上所述，锥棱镜光学系统20将入射的圆形平行光分配到信号光光路和参考光光路，并且在信号光光路中产生圆形平行光100，且在参考光光路中产生环形平行光102。然后，将在信号光光路中产生的圆形平行光100和在参考光光路中产生的环形平行光102对齐，使得它们的光轴重合。光轴重合的圆形平行光100和环形平行光102从锥棱镜光学系统20射出。
如后所述，从锥棱镜光学系统20射出的平行光在反射镜22和偏振光分束器24处被反射，并且照射到空间光调制器26上。此时，在信号光光路中产生的圆形平行光100照射到信号光区域26S上，而在参考光光路中产生的环形平行光102照射到参考光区域26R上(参照图6A)。
光学记录/再现装置的记录/再现操作
接下来，将描述图1所示的光学记录/再现装置的记录/再现操作。
当记录全息图时，光闸12打开，并且从光源10发射激光。同时，在空间光调制器26上显示记录图案。从光源10发射的激光通过光闸12，并且通过半波片14和偏振片16调节所述激光的光强和偏振方向。透过偏振片16的光由扩束器18转换成大直径的平行光，并且入射在锥棱镜光学系统20上。
在锥棱镜光学系统20处，从入射的圆形平行光产生照射到信号光区域26S上的圆形平行光100以及照射到参考光区域26R上的环形平行光102。通过锥棱镜光学系统20对产生的圆形平行光100和环形平行光102的光轴进行对齐。具有公共光轴的圆形平行光100和环形平行光102从锥棱镜光学系统20射出。
如图6A所示，从锥棱镜光学系统20射出的平行光100和平行光102照射到反射镜22上。由反射镜22反射的平行光100和平行光102入射在偏振光分束器24上。在本示例性实施方式中，偏振光分束器24反射S偏振光且透射P偏振光。入射的平行光100和平行光102(S偏振光)由偏振光分束器24反射到朝向空间光调制器26的方向上。此时，在空间光调制器26上显示记录图案。在空间光调制器26处，根据显示的图案对激光进行偏振和调制(将S偏振光转换成P偏振光)，并且产生信号光和参考光。
在本示例性实施方式中，如图6A所示，在锥棱镜光学系统20处产生的圆形平行光100照射到空间光调制器26的信号光区域26S上，并且在锥棱镜光学系统20处产生的环形平行光102照射到空间光调制器26的参考光区域26R上。根据显示的信号光图案对入射在信号光区域26S上的激光进行偏振和调制，从而产生信号光。另外，根据显示的参考光图案对入射在参考光区域26R上的激光进行偏振和调制，从而产生参考光。
在空间光调制器26处被偏振和调制的记录光照射到偏振光分束器24上，透过偏振光分束器24，并且被转换成线偏振光(P偏振光)的振幅分布。然后，光在透镜28处会聚，并且照射到具有孔30A的遮光板30上。在透镜28处会聚的记录光的不必要的频率分量在遮光板30处被去除，而其余部分通过孔30A。通过孔30A的记录光由透镜32转换成平行光。
通过透镜32转换成平行光的记录光，即信号光和参考光，由傅里叶变换透镜34进行傅里十变换和会聚，并且同时且共轴地照射到光学记录介质36上。在信号光和参考光会聚的位置处，由信号光和参考光干涉形成的干涉条纹被作为全息图记录在光学记录介质36上。
在读取记录在光学记录介质36上的数据的情况下(即，再现过程)，光闸12打开，并且从光源10发射出激光。同时，在空间光调制器26上显示再现图案。按照与记录过程相同的方法，从光源10发射出的激光通过光闸12，并且通过半波片14和偏振片16对所述激光的光强和偏振方向进行调节。然后，所述光由扩束器18转换成大直径的平行光，并且入射在锥棱镜光学系统20上。
如上所述，在锥棱镜光学系统20处，通过调节锥棱镜光学系统20内的半波片50，理想的情况下，能够从入射的圆形平行光仅产生要照射到参考光区域26R上的环形平行光102。这里，将描述通过照射参考光作为读取光来再现记录在全息图中的信号光的情况。在这种情况下，在空间光调制器26的参考光区域26R上显示参考光图案，并且在锥棱镜光学系统20处仅产生环形平行光102，并且环形平行光102仅照射到参考光区域26R上。
如图6B所示，从锥棱镜光学系统20射出的环形平行光102照射到反射镜22上。由反射镜22反射的环形平行光102入射在偏振光分束器24上。入射的环形平行光102(S偏振光)由偏振光分束器24反射到朝向空间光调制器26的方向上。此时，在空间光调制器26上显示再现图案。在空间光调制器26处，根据显示的图案对激光进行偏振和调制(将S偏振光转换成P偏振光)，从而产生参考光。
在本示例性实施方式中，如图6B所示，在锥棱镜光学系统20处产生的环形平行光102照射到空间光调制器26的参考光区域26R上。根据显示的参考光图案对入射在参考光区域26R上的激光进行偏振和调制，从而产生参考光。按照与记录过程相同的方法，产生的参考光照射到光学记录介质36的记录有全息图的区域上。也就是说，仅参考光作为读取光照射到光学记录介质36上。
根据参考光区域26R的形状产生环形平行光102，并且激光仅照射到参考光区域26R上而没有照射到信号光区域26S上。因此，在理论上不会发生如下情况，即在信号光区域26S处反射的光(位于与信号光相对应的区域中的漏光)与用于读取的参考光一起照射到光学记录介质36上的情况。因此，极大地减少了照射到全息图上的读取光在信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而改善了再现特性。
当照射的参考光透过光学记录介质36时，它被全息图衍射，并且透射的衍射光(再现光)朝向光学记录介质36的傅里叶变换透镜38侧射出。一些参考光透过光学记录介质36而没有发生衍射。再现光(包括透射的参考光)由傅里叶变换透镜38进行傅里叶逆变换，并且照射到具有孔40A的遮光板40上。在透镜38处经过傅里叶逆变换的再现光中的所述透射的参考光在遮光板40处被去除，而其余部分通过孔40A。通过孔40A的光由一对透镜42和44传播，并且入射在传感器阵列46上。
传感器阵列46将接收到的再现光转换成电信号，并且输出该电信号。也就是说，传感器阵列46捕获在它的受光表面上成像的再现图像，并且将获得的图像数据(再现信号光保持的数据)输出到控制器(未示出)。在传感器阵列46处，可以执行过采样，其中由多个受光元件接收一个像素的信号光数据。在这种情况下，例如，可以由四(2×2)个受光元件接收一个比特的数据。
在如上所述通过在再现过程中加入信号光的DC分量来执行再现的情况下，在空间光调制器26的参考光区域26R上显示参考光图案，并且在信号光区域26S上显示透射图案。然后，通过调节锥棱镜光学系统20内的半波片50，按应该加入的DC分量的量对信号光光路分配适当光量，并且从入射的圆形平行光产生要照射到信号光区域26S上的圆形平行光100和要照射到参考光区域26R上的环形平行光102。通过将环形平行光102照射到参考光区域26R上，来从参考光区域26R产生参考光。另一方面，通过将圆形平行光100照射到信号光区域26S上，来从信号光区域26S产生调节了其相位和振幅的DC分量。
实验结果
图7A到图7D是示出了使用锥棱镜光学系统的结果的图。图7A是当通过利用结构与图1所示的结构相同的光学记录/再现装置(下文中，称作“包括锥棱镜光学系统的装置”)将用于进行读取的参考光照射到空间光调制器上时捕获空间光调制器的显示表面的图。另一方面，图7B是当通过利用结构与传统技术的结构相同且从图1所示结构中去除了锥棱镜光学系统的光学记录/再现装置(下文中，称作“传统装置”)将用于进行读取的参考光照射到空间光调制器上时捕获空间光调制器的显示表面的图。
在包括锥棱镜光学系统的装置中，获得了是传统装置的参考光强度10倍的参考光强度。这是因为，在再现过程中光量调节单元(半波片50)将光仅分配到空间光调制器的参考光区域。因此，与图7B所示的显示表面相比，图7A所示的显示表面被输入了10倍的参考光能量(10μJ(微焦))。能够理解，无论如何，与图7B所示的显示表面相比，信号光区域的漏光在图7A所示的显示表面处显著减少。这得益于其中在再现过程中未将光照射到空间光调制器的信号光区域上的结构。
图7C是示出评估在包括锥棱镜光学系统的装置处的再现过程的“最低衍射效率”的结果的曲线图。另一方面，图7D是示出评估在传统装置处的再现过程的“最低衍射效率”的结果的曲线图。通过改变记录能量来改变全息图的衍射效率，并且评估再现特性。在横轴上显示衍射效率(单位：％)，在右侧的纵轴上显示信噪比(SNR)，并且在左侧的纵轴上显示误比特率(BER)。注意，误比特率以指数形式表示。例如，“1.E-02”是指1×10-2。SNR值越大并且BER值越小，再现特性就越好。
在这种情况下，当BER是5×10-3时的衍射效率是能够进行再现的最低衍射效率。最低衍射效率的值越小，就越能够以良好SNR再现低衍射效率全息图，并且再现特性就越好。也就是说，因为能够降低要记录的全息图的记录能量，所以能够多重记录更多全息图，这有助于提高记录密度。如图7C和7D所示，在通过包括锥棱镜光学系统的装置进行的再现过程中的最低衍射效率是0.15％，而在通过传统装置进行的再现过程中的最低衍射效率是1.2％。能够理解，通过利用锥棱镜光学系统，最低衍射效率从1.2％降到0.15％，并且再现特性显著提高。因为能够进行多重记录的全息图的数目与衍射效率的平方根成反比，所以这对应于大约2.8倍的记录密度的改善。
<第二示例性实施方式>
第二示例性实施方式是其中对锥棱镜光学系统20的结构进行改变以便以弯转信号光光路来替代弯转参考光光路的示例。除了锥棱镜光学系统20的结构以外，其它结构与关于图1的第一示例性实施方式的光学记录/再现装置的结构相同。因此，利用相同的参考标记来指示相同的结构部分，并且省略了其描述。在下文中，将仅描述关于第二示例性实施方式的锥棱镜光学系统20的结构和操作。
图8是示出关于第二示例性实施方式的锥棱镜光学系统20的结构的示意图。锥棱镜光学系统20被构成为包括半波片70、偏振光分束器72、半波片74、将圆形光束转换成环形光束的一对锥透镜76、反射镜78、反射镜80、以及椭圆反射镜82。半波片70和偏振光分束器72按顺序沿着光路布置在激光入射方向上。
偏振光分束器72将入射的激光分配到信号光光路和参考光光路。半波片74和所述一对锥透镜76按顺序沿着光路布置在偏振光分束器72的光透射侧(即，在参考光光路上)。另一方面，反射镜78设置在偏振光分束器72的光反射侧(即，在信号光光路上)。另一个反射镜80设置在反射镜78的光反射侧。椭圆反射镜82设置在反射镜80的光反射侧。如后所述，椭圆反射镜82用作反射在信号光光路上产生的圆形平行光100且将它的光轴与在参考光光路上产生的环形平行光102的光轴对齐的光轴对齐单元。
接下来，将描述图8所示的锥棱镜光学系统20的操作。直径为d且其光轴是L的圆形平行光从扩束器18入射在锥棱镜光学系统20上。在半波片70处，直径为d的圆形平行光变成具有期望偏振平面的偏振光，并且入射在偏振光分束器72上。透过偏振光分束器72的偏振分量作为直径为d的圆形平行光而被分配到参考光光路。在偏振光分束器72处反射的偏振分量作为直径为d的圆形平行光而被分配到信号光光路。
能够通过调节半波片70来调节分配到信号光光路的光与分配到参考光光路的光的光强比(光量平衡)。在本示例性实施方式中，通过调节半波片70，在记录过程中将光分配到信号光光路和参考光光路，而在再现过程中仅将光分配到参考光光路。因此，在再现过程中，仅在参考光光路上产生环形平行光102，并且产生的环形平行光102仅照射到图5B所示的空间光调制器26的参考光区域26R上。也就是说，光没有照射到图5B所示的信号光区域26S。
这样，按照与第一示例性实施方式相同的方式，在照射到全息图上的读取光中，显著减少了在信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而改善了再现特性。另外，在再现过程中，来自光源的激光功率仅用于产生参考光，因此，提高了再现过程中的光利用效率。
另外，按照与第一示例性实施方式相同的方式，当通过加入信号光的DC分量来执行再现时，如在上述的“相干合成方法”或“负/正再现方法”中，能够调节半波片70，以使得按应该加入的DC分量的量向信号光光路分配适当光量。
如上所述，透过偏振光分束器72的偏振分量被分配到参考光光路。对于分配到参考光光路的直径为d的圆形平行光，通过半波片74再次将1/2波长的相位差提供给正交的线偏振分量，以将该正交的线偏振分量的偏振方向调节为与信号光的偏振方向相同。从半波片74射出的平行光入射在锥透镜76A上。从锥透镜76A的平坦表面入射的直径为d的圆形平行光由锥透镜76A会聚成环形，并且由锥透镜76B改变成平行光。外径为D且内径为d的环形平行光102从锥透镜76B的平坦表面射出。
另一方面，如上所述，在偏振光分束器72处反射的偏振分量被分配到信号光光路。分配到信号光光路的直径为d的圆形平行光以一致直径d通过信号光光路。分配到信号光光路的圆形平行光100在反射镜78处被反射，使得其光路发生弯转并且照射到反射镜80上。照射到反射镜80上的圆形平行光100在反射镜80处被反射，使得其光路弯转到参考光光路的方向上并且照射在椭圆反射镜82上。
如图9所示，椭圆反射镜82设置在参考光光路的内部。另外，椭圆反射镜82被设置成相对于在参考光光路上产生的环形平行光102的光轴Lr以预定角度(这里为45°)倾斜，从而使得光轴Lr与在信号光光路上产生的圆形平行光100的光轴Ls重合。由于这种结构，在信号光光路上产生的圆形平行光100在椭圆反射镜82处被反射，并且它的光路再次发生弯转(这里为90°)，从而使得光轴与在参考光光路上产生的环形平行光102的光轴重合。
如图9所示，椭圆反射镜82例如可以是如下结构，即，在该结构中，对具有直径为d的圆形底面的圆管形杆进行切割以形成相对于底面倾斜45°的截面，并且可将铝等汽相淀积在暴露的截面上以形成反射膜。或者，椭圆反射镜82可以是将反射膜形成在由板形玻璃等形成的椭圆基底上的结构，或者可以是将平板形反射板加工成椭圆形状的结构。
如上所述，按照与第一示例性实施方式相同的方式，关于第二示例性实施方式的锥棱镜光学系统20将入射的圆形平行光分配到信号光光路和参考光光路，在信号光光路上产生圆形平行光100，而在参考光光路上产生环形平行光102。另外，对在信号光光路上产生的圆形平行光100和在参考光光路上产生的环形平行光102进行对齐，使得它们的光轴重合。光轴重合的圆形平行光100和环形平行光102从锥棱镜光学系统20射出。
如上所述，从锥棱镜光学系统20射出的平行光在反射镜22和偏振光分束器24处被反射，并且照射到空间光调制器26上。此时，在信号光光路上产生的圆形平行光100照射到信号光区域26S上，并且在参考光光路上产生的环形平行光102照射到参考光区域26R上(参照图6A)。
<修改例1>
以上示例性实施方式描述了利用反射型空间光调制器和透射型光学记录介质的“共轴透射型”光学记录/再现装置的示例。然而，当在利用反射型空间光调制器和反射型光学记录介质的“共轴反射型”光学记录/再现装置中包括锥棱镜光学系统时，同样能够获得与上述示例性实施方式的效果相似的效果。图10是示出包括锥棱镜光学系统的共轴反射型光学记录/再现装置的结构的示意图。利用相同的参考标记来表示与图1所示的关于第一示例性实施方式的光学记录/再现装置相同的结构部分，并且简化了其描述。
发射激光的光源10设置在该光学记录/再现装置中。光闸12、半波片14、偏振片16、扩束器18、锥棱镜光学系统20以及反射镜22沿着光路按顺序从光源10起布置在光源10的光出射侧。偏振光分束器24设置在反射镜22的光反射侧。从反射镜22观察，反射型空间光调制器26设置在偏振光分束器24的光反射侧。空间光调制器26根据显示的信号光图案和参考光图案来调制入射的激光，并且产生信号光和参考光。在通过加入DC分量执行再现的情况下，空间光调制器26产生要加入的DC分量。空间光调制器26将产生的信号光、参考光等反射到偏振光分束器24。
如上所述，锥棱镜光学系统20根据信号光区域26S和参考光区域26R的形状分别产生要照射到信号光区域26S上的平行光和要照射到参考光区域26R上的平行光。另外，能够对每个区域的光量进行调节。锥棱镜光学系统20可以具有与第一示例性实施方式相同的结构，或者可以具有与第二示例性实施方式相同的结构。
在空间光调制器26处产生的信号光和参考光等入射在偏振光分束器24上。从空间光调制器26的角度观察，一对透镜84和88、将线偏振光转换成圆偏振光且将圆偏振光转换成线偏振光的四分之一波片90、以及傅里叶变换透镜92沿着光路按顺序布置在偏振光分束器24的光透射侧。傅里叶变换透镜92将记录光照射到反射型光学记录介质94上。傅里叶变换透镜92的焦点位置是记录光会聚的聚光位置。另外，具有开口(孔)86A的遮光板86设置在透镜84与透镜88之间的束腰附近。注意，遮光板86不是必需的，并且能够适当省略。
保持光学记录介质94的保持台架(未示出)设置在傅里叶变换透镜92的光出射侧。光学记录介质94是能够利用因光的照射而导致的折射率变化来记录全息图的光学记录介质。光学记录介质94具有记录层94A和反射层94B，其中，该记录层94A由诸如光敏聚合物材料的能够记录全息图的记录材料构成，该反射层94B由对透过记录层94A的光进行反射的金属膜等构成。
从透镜84的角度观察，传感器阵列96设置在偏振光分束器24的光反射侧。传感器阵列96由诸如CCD或CMOS阵列的图像捕获元件构成，并且将接收到的再现光(衍射光)转换成电信号并且输出该电信号。
在记录全息图的情况下，光闸12打开，并且从光源10发射出激光。同时，在空间光调制器26上显示记录图案。从光源10发射出的激光通过光闸12，并且通过半波片14和偏振片16调节其光强和偏振方向。透过偏振片16的光由扩束器18转换成大直径的平行光，并且入射在锥棱镜光学系统20上。
在锥棱镜光学系统20处，把入射的圆形平行光分配到信号光光路和参考光光路，并且在信号光光路上产生要照射到信号光区域26S上的圆形平行光100，而在参考光光路上产生要照射到参考光区域26R上的环形平行光102。对在信号光光路上产生的圆形平行光100和在参考光光路上产生的环形平行光102进行对齐，使得它们的光轴重合。然后，具有公共光轴的圆形平行光100和环形平行光102从锥棱镜光学系统20射出。
从锥棱镜光学系统20射出的平行光照射到反射镜22上。在反射镜22处反射的平行光入射在偏振光分束器24上。入射的平行光由偏振光分束器24反射到朝向空间光调制器26的方向上。在空间光调制器26处，根据显示的记录图案对激光进行偏振和调制，从而产生信号光和参考光。
在空间光调制器26处经过偏振和调制的记录光照射到偏振光分束器24上，并且透过偏振光分束器24且被转换成线偏振光的振幅分布。然后，该光在透镜84处会聚，并且照射到具有孔86A的遮光板86上。在透镜84处会聚的记录光中的不必要的频率分量在遮光板86处被去除，而其余部分通过孔86A。通过孔86A的记录光由透镜88转换成平行光。
由透镜88转换成平行光的记录光(信号光和参考光)随后由四分之一波片90转换成圆偏振光，由傅里叶变换透镜92进行傅里叶变换和会聚，并且同时且共轴地照射到光学记录介质94上。在信号光和参考光会聚的位置处，通过信号光和参考光干涉而形成的干涉条纹作为全息图记录在光学记录介质94上。
在读取记录在光学记录介质94上的数据的情况下，打开光闸12，并且从光源10发射出激光。同时，在空间光调制器26上显示再现图案。按照与在记录过程相同的方式，从光源10发射出的激光通过光闸12，并且通过半波片14和偏振片16来调节该激光的光强和偏振方向。然后，该光由扩束器18转换成大直径的平行光，并且入射在锥棱镜光学系统20上。
如上所述，在第一示例性实施方式中，在锥棱镜光学系统20处，通过调节锥棱镜光学系统20内的半波片50，能够从入射的圆形平行光仅产生要照射到参考光区域26R上的环形平行光102。另外，在通过加入DC分量来执行再现的情况下，能够对半波片50进行调节，使得仅将适当光量照射到空间光调制器26的信号光区域26S上。在下文中将描述从锥棱镜光学系统20仅射出环形平行光102的情况的一个示例。
从锥棱镜光学系统20射出的环形平行光102照射到反射镜22上。在反射镜22处反射的环形平行光102入射在偏振光分束器24上。入射的环形平行光102由偏振光分束器24反射到朝向空间光调制器26的方向上。在空间光调制器26处，根据显示的再现图案对激光进行偏振和调制，从而产生参考光。按照与记录过程相同的方式，产生的参考光照射到光学记录介质94的记录有全息图的区域上。也就是说，仅参考光作为读取光照射到光学记录介质94上。
根据参考光区域26R的形状产生环形平行光102，并且激光仅照射到参考光区域26R上，而不照射到信号光区域26S上。因此，从设计的角度看，不会发生在信号光区域26S处反射的光(在与信号光相对应的区域中存在的漏光)与用于进行读取的参考光一起照射到光学记录介质94上的情况。由于这种结构，显著减少了照射到全息图上的读取光在信号光区域处产生的不必要的漏光(不必要的分量)，从而改善了再现特性。
当照射的参考光透过光学记录介质94的记录层94A时，该光被全息图衍射，在反射层94B处反射，并且反射的衍射光(再现光)射向傅里叶变换透镜92。参考光的一部分在光学记录介质94的反射层94B处反射而未发生衍射。再现光(包括反射的参考光)由傅里叶变换透镜92进行傅里叶逆变换，并且由四分之一波片90再次转换成线偏振光。通过四分之一波片90转换成线偏振光的再现光由所述一对透镜88和84传播并被转换成平行光，而后入射在偏振光分束器24上，在偏振光分束器24处被反射，而后入射在传感器阵列96上。传感器阵列96捕获在受光表面上成像的再现图像，并且将获取的图像数据输出到控制器(未示出)。
<修改例2>
注意，上述示例性实施方式描述了使用锥棱镜光学系统作为包括光分配单元、光束成形单元、以及光轴对齐单元的光学系统的示例。然而，光学系统在再现过程中根据空间光调制器的信号光区域和参考光区域分别产生要照射到信号光区域的激光和要照射到参考光区域的激光，就足够了。通过包括这种光学系统，例如，当进行照射参考光作为读取光的常规再现时，能够使得激光仅照射到空间光调制器的参考光区域上而激光不会照射到空间光调制器的信号光区域上。另外，例如，在再现过程中加入信号光的DC分量的情况下，能够将期望光量的激光照射到空间光调制器的信号光区域上。
图11A和11B是示出了上述光学系统的其它结构示例的图。除了去除了一对锥透镜76外，图11A所示的结构与图8所示的光学系统的结构相同。因此，与图8中相同的结构部分由相同的参考标记来指示，并且省去了其描述。在图11A所示的结构中，直径为D且光轴为L的圆形平行光从扩束器18入射。这个直径为D的圆形平行光因半波片70而变成具有期望偏振平面的偏振光，并且入射在偏振光分束器72上。
透过偏振光分束器72的偏振分量作为直径为D的圆形平行光被分配到参考光光路。在偏振光分束器72处反射的偏振分量作为直径为D的圆形平行光被分配到信号光光路。对于分配到参考光光路的圆形平行光，通过半波片74对正交的线偏振分量提供1/2波长的相位差，从而将其偏振方向调节为与信号光的偏振方向相同，并且从半波片74射出合成光。来自半波片74的光照射到椭圆反射镜82上，并且它的一部分在椭圆反射镜82处受到阻挡，而其余部分通过椭圆反射镜82的边缘。由于这种结构，在参考光光路上产生外径为D和内径为d的环形平行光102。
另一方面，如上所述，在偏振光分束器72处反射的偏振分量被分配到信号光光路。被分配到信号光光路的直径为D的圆形平行光以一致直径D通过信号光光路。被分配到信号光光路的圆形平行光在反射镜78处反射，使得它的光路发生弯转，并且照射到反射镜80上。照射到反射镜80上的圆形平行光在反射镜80处反射，使得它的光路弯转到参考光光路的方向上，并且照射到椭圆反射镜82上。被分配到信号光光路的圆形平行光的一部分在椭圆反射镜82处反射，以使它的光路再次弯转，从而使得它的光轴与在参考光光路上产生的环形平行光102的光轴重合，并且产生直径为d的圆形平行光100。其余部分通过椭圆反射镜82的边缘。
除了去除了一对锥透镜58以外，图11B所示的结构与图2所示的光学系统的结构相同。因此，与图2中相同的结构部分由相同的参考标记来指示，并且省去了对它们的描述。在图11B所示的结构中，直径为D的圆形平行光从扩束器18入射。这个直径为D的圆形平行光由于半波片50而变成具有期望偏振平面的偏振光，并且入射在偏振光分束器52上。偏振光分束器52反射预定偏振方向的光，并且透射与该预定偏振方向正交的偏振方向的光。
透过偏振光分束器52的偏振分量作为直径为D的圆形平行光被分配到信号光光路。在偏振光分束器52处反射的偏振分量作为直径为D的圆形平行光被分配到参考光光路。对于被分配到信号光光路的直径为D的圆形平行光，通过半波片54对正交的线偏振分量提供1/2波长的相位差，并且将其偏振方向调节为与信号光的偏振方向相同。偏振方向经调节的圆形平行光以一致直径D通过信号光光路。被分配到信号光光路的直径为D的圆形平行光的一部分通过反射镜62的开口62A，并且变成直径为d的圆形平行光100。被分配到信号光光路的平行光的其余部分在椭圆环形反射镜62处受到阻挡。
另一方面，如上所述，在偏振光分束器52处反射的偏振分量被分配到参考光光路。被分配到参考光光路的直径为D的圆形平行光在反射镜56和反射镜60处反射，从而使得它的光路弯转到朝向信号光光路的方向上，并且照射到椭圆环形反射镜62上。照射到椭圆环形反射镜62的圆形平行光的一部分在椭圆环形反射镜62处反射，以使它的光路再次弯转，从而使得它的光轴与在信号光光路上产生的圆形平行光100的光轴重合，并且产生外径为D和内径为d的环形平行光102。被分配到参考光光路的平行光的其余部分通过反射镜62的开口62A。
图11A和11B所示的光学系统没有使用锥透镜。与使用锥透镜的情况相比，光利用效率下降，但是各个光学元件的精细对齐不是必要的，并且能够通过更简单的结构来产生圆形平行光100和环形平行光102。注意，图11A中的椭圆反射镜82和图11B中的椭圆环形反射镜62用作“光轴对齐单元”，同时还用作“光束成形单元”。
<修改例3>
另外，在上述示例性实施方式中，通过在锥棱镜光学系统中将半波片放置在偏振光分束器的上游侧，使得该半波片用作调节所分配的两束光束的光量平衡的“光量调节单元”。然而，能够利用液晶元件等来替代该半波片。在利用液晶元件的情况下，与利用半波片的情况相比，从高速控制、紧凑结构以及成本的角度来看存在多个优点。另外，各种已知装置中的任一种都能够用作“光量调节单元”。其示例包括中性(ND)滤光片。
为例示和描述的目的提供了对示例性实施方式的上述描述。并非意在穷尽本发明或者将本发明限于在此公开的精确形式。很明显，大量修改和变型对于本领域技术人员来讲是显见的。选择并描述这些示例性实施方式，是为了最佳地解释本发明的原理及其实践应用，由此使得本领域其它技术人员能够根据各种实施方式以及适于预想的具体应用的各种修改来理解本发明。本发明的范围由所附权利要求及其等同物来限定。

Claims (11)

1、一种光学再现装置，该光学再现装置对通过信号光以及和该信号光共轴的参考光之间的干涉而记录在光学记录介质上的全息图进行再现，所述光学再现装置包括：
光源，其发射相干光；
光分配单元，其将从所述光源发射的相干光分配到信号光光路和参考光光路；
空间光调制器，其包括按照二维形式排列的多个像素、当产生信号光时显示信号光图案的信号光区域、以及当产生与所述信号光共轴的参考光时显示参考光图案的参考光区域，所述空间光调制器根据显示的图案针对每个像素对入射光进行调制和输出；
第一照射光学系统，其对分配到所述参考光光路的光和分配到所述信号光光路的光进行空间分离，使得这两束光的光轴重合，并且将这两束光都照射到所述空间光调制器上；以及
第二照射光学系统，其将在所述空间光调制器的参考光区域处产生的参考光作为读取光照射到所述光学记录介质上，并且对记录在所述全息图中的信号光进行再现。
2、如权利要求1所述的光学再现装置，其中，所述第一照射光学系统包括：
光束成形单元，其设置在所述参考光光路上，对入射光束进行成形，使得分配到所述信号光光路的光所通过的区域和分配到所述参考光光路的光所通过的区域在与被设置得重合的光轴正交的平面内空间分离；
光轴对齐单元，其对分配到所述信号光光路的光的光轴与分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光的光轴进行对齐，使得它们重合；以及
光照射单元，其将分配到所述信号光光路的光照射到所述信号光区域上，并且将分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光照射到所述参考光区域上。
3、如权利要求1所述的光学再现装置，该光学再现装置还包括至少一个光量调节单元，所述光量调节单元设置在所述光分配单元的光入射侧或光出射侧，并且调节所分配的两束光束之间的光量平衡。
4、如权利要求2所述的光学再现装置，其中，所述参考光区域包围所述信号光区域，并且
所述光束成形单元包括一对锥透镜，所述一对锥透镜以它们的圆锥表面彼此相对的方式而设置在所述参考光光路上。
5、如权利要求4所述的光学再现装置，其中，所述一对锥透镜对入射光束进行成形，使得所述入射光束仅照射到所述参考光区域上。
6、一种光学记录/再现装置，该光学记录/再现装置针对光学记录介质对全息图进行记录和再现，所述光学记录/再现装置包括：
光源，其发射相干光；
光分配单元，其将从所述光源发射的相干光分配到信号光光路和参考光光路；
空间光调制器，其包括按照二维形式排列的多个像素、当产生信号光时显示信号光图案的信号光区域、以及当产生与所述信号光共轴的参考光时显示参考光图案的参考光区域，所述空间光调制器根据显示的图案针对每个像素对入射光进行调制和输出；
第一照射光学系统，其对分配到所述参考光光路的光和分配到所述信号光光路的光进行空间分离，使得这两束光的光轴重合，并且将这两束光都照射到所述空间光调制器上；以及
第二照射光学系统，当进行记录时，该第二照射光学系统将在所述空间光调制器处产生的信号光以及与所述信号光共轴的参考光照射到光学记录介质上，并且通过所述信号光与所述参考光之间的干涉在所述光学记录介质上记录全息图，而当进行再现时，该第二照射光学系统将在所述空间光调制器的参考光区域处产生的参考光作为读取光照射到记录有所述全息图的所述光学记录介质上，并且对记录在所述全息图中的信号光进行再现。
7、如权利要求6所述的光学记录/再现装置，其中，所述第一照射光学系统包括：
光束成形单元，其设置在所述参考光光路上，对入射光束进行成形，使得分配到所述信号光光路的光所通过的区域和分配到所述参考光光路的光所通过的区域在与被设置得重合的光轴正交的平面内空间分离；
光轴对齐单元，其对分配到所述信号光光路的光的光轴与分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光的光轴进行对齐，使得它们重合；以及
光照射单元，其将分配到所述信号光光路的光照射到所述信号光区域上，并且将分配到所述参考光光路且由所述光束成形单元进行成形的光照射到所述参考光区域上。
8、如权利要求6所述的光学记录/再现装置，该光学记录/再现装置还包括至少一个光量调节单元，所述光量调节单元设置在所述光分配单元的光入射侧或光出射侧，并且调节所分配的两束光束之间的光量平衡。
9、如权利要求7所述的光学记录/再现装置，其中，所述参考光区域被设置成包围所述信号光区域，并且
所述光束成形单元包括一对锥透镜，所述一对锥透镜以它们的圆锥表面彼此相对的方式而设置在所述参考光光路上。
10、如权利要求9所述的光学记录/再现装置，其中，所述一对锥透镜对入射光束进行成形，使得所述入射光束仅照射到所述参考光区域上。
11、一种光学再现方法，该光学再现方法包括以下步骤：
设置空间光调制器，该空间光调制器包括按照二维形式排列的多个像素、当产生信号光时显示信号光图案的信号光区域、以及当产生与所述信号光共轴的参考光时显示参考光图案的参考光区域，该空间光调制器根据显示的图案针对每个像素对入射光进行调制和输出；
将从光源发射的相干光分配到信号光光路和参考光光路；
将分配到所述参考光光路的光和分配到所述信号光光路的光进行空间分离，对齐这两束光的光轴以使它们重合，并且将这两束光都照射到所述空间光调制器上；以及
将在所述空间光调制器的参考光区域处产生的参考光作为读取光照射到通过信号光以及和该信号光共轴的参考光之间的干涉而记录有全息图的光学记录介质上，并且再现所述全息图中记录的信号光。
CN2008101816609A 2008-03-17 2008-12-02 光学再现装置、光学记录/再现装置以及光学再现方法 Expired - Fee Related CN101539753B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008068318A JP2009223967A (ja) 2008-03-17 2008-03-17 光再生装置、光記録再生装置、及び光再生方法
JP2008068318 2008-03-17
JP2008-068318 2008-03-17

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101539753A true CN101539753A (zh) 2009-09-23
CN101539753B CN101539753B (zh) 2011-05-18

Family

ID=41062721

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101816609A Expired - Fee Related CN101539753B (zh) 2008-03-17 2008-12-02 光学再现装置、光学记录/再现装置以及光学再现方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US7952975B2 (zh)
JP (1) JP2009223967A (zh)
CN (1) CN101539753B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102980873A (zh) * 2012-12-11 2013-03-20 长春理工大学 同轴检测光正入射获得干涉图像的装置
CN104503099A (zh) * 2015-01-09 2015-04-08 中国人民解放军国防科学技术大学 基于光束整形技术和空间合束系统的光偏振补偿装置
CN108957716A (zh) * 2018-05-17 2018-12-07 哈尔滨工业大学 空间光调制器中心位置干涉对准装置及方法
CN111816220A (zh) * 2020-07-15 2020-10-23 谭小地 相位调制式全息存储再现方法和存储再现装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8208186B2 (en) * 2008-04-07 2012-06-26 Fuji Xerox Co., Ltd. Polarization-based holographic optical reproducing apparatus including dc modulating element
WO2011109828A2 (en) * 2010-03-05 2011-09-09 The General Hospital Corporation Systems, methods and computer-accessible medium which provide microscopic images of at least one anatomical structure at a particular resolution
US9201008B2 (en) * 2012-06-26 2015-12-01 Universite Laval Method and system for obtaining an extended-depth-of-field volumetric image using laser scanning imaging
JP2018036560A (ja) * 2016-09-01 2018-03-08 富士ゼロックス株式会社 ホログラム再生装置及びプログラム

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE602004031213D1 (de) * 2003-05-13 2011-03-10 Optware Corp Vorrichtung und verfahren zum aufzeichnen/wiedergeben optischer informationen
JP2006301465A (ja) 2005-04-25 2006-11-02 Sony Corp ホログラム記録再生装置
JP4815944B2 (ja) * 2005-08-19 2011-11-16 富士ゼロックス株式会社 ホログラム記録方法及び装置
JP2007101608A (ja) * 2005-09-30 2007-04-19 Sony Corp ホログラム記録再生装置およびホログラム再生装置
JP4548333B2 (ja) * 2005-12-26 2010-09-22 富士ゼロックス株式会社 データ再生方法及び装置
JP4605007B2 (ja) 2005-12-26 2011-01-05 富士ゼロックス株式会社 ホログラム記録再生方法及び装置
JP4135113B2 (ja) * 2006-05-17 2008-08-20 ソニー株式会社 ホログラム再生装置、ホログラム記録再生装置およびホログラム再生方法
JP4225346B2 (ja) * 2006-12-14 2009-02-18 ソニー株式会社 再生装置、再生方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102980873A (zh) * 2012-12-11 2013-03-20 长春理工大学 同轴检测光正入射获得干涉图像的装置
CN104503099A (zh) * 2015-01-09 2015-04-08 中国人民解放军国防科学技术大学 基于光束整形技术和空间合束系统的光偏振补偿装置
CN108957716A (zh) * 2018-05-17 2018-12-07 哈尔滨工业大学 空间光调制器中心位置干涉对准装置及方法
CN108957716B (zh) * 2018-05-17 2020-11-03 哈尔滨工业大学 空间光调制器中心位置干涉对准装置及方法
CN111816220A (zh) * 2020-07-15 2020-10-23 谭小地 相位调制式全息存储再现方法和存储再现装置
CN111816220B (zh) * 2020-07-15 2021-08-20 谭小地 相位调制式全息存储再现方法和存储再现装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN101539753B (zh) 2011-05-18
US7952975B2 (en) 2011-05-31
US20090231650A1 (en) 2009-09-17
JP2009223967A (ja) 2009-10-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101539753B (zh) 光学再现装置、光学记录/再现装置以及光学再现方法
CN100403410C (zh) 记录和再现全息数据的方法及其装置
CN100568353C (zh) 全息光信息记录再生装置以及全息光信息记录再生方法
CN1932695B (zh) 全息记录/再现装置和记录/再现光学设备
KR20060045492A (ko) 인라인 방식 스펙클 다중 홀로그램 기록 장치 및 인라인방식 스펙클 다중 홀로그램 기록 방법
CN101310226A (zh) 全息记录装置
CN101520636B (zh) 光学记录装置、以及光学记录和再现装置
US20080180767A1 (en) Hologram recording apparatus and method
JP2006189597A (ja) ホログラム記録再生装置およびホログラム記録再生方法
JP2004294756A (ja) 空間光変調器及びホログラム記録再生装置
US20080279061A1 (en) Method for Recording and Reproducing a Hologram and Apparatus Therefor
JP4748043B2 (ja) 光記録装置、光記録方法、記録媒体及び再生方法
CN1307622C (zh) 全息记录和再现装置以及其中所使用的掩模
US6980337B2 (en) Apparatus and method for recording digital data on a holographic storage system
US7180844B2 (en) Holographic disc recording system
US6766958B1 (en) Holographic ROM system
US6972982B2 (en) Ring-shaped prism of a holographic ROM system
US20070120042A1 (en) Optical information recording-reproduction apparatus
CN101529509A (zh) 用于将数据存储到全息存储装置中以及从全息存储装置中读出数据的设备和方法
US7428206B2 (en) Holographic information recording apparatus
CN100472615C (zh) 用于记录和再生光信息的装置和方法
US20050270605A1 (en) Holographic data recording apparatus and method
KR20080112570A (ko) 홀로그래픽 기록/재생 장치
JP2006154603A (ja) ホログラム記録装置
KR100571840B1 (ko) 홀로그래픽 정보의 기록/재생 장치

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20110518

Termination date: 20171202

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee