CN101673558A - 再现设备和再现方法 - Google Patents

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CN101673558A CN200910170759A CN200910170759A CN101673558A CN 101673558 A CN101673558 A CN 101673558A CN 200910170759 A CN200910170759 A CN 200910170759A CN 200910170759 A CN200910170759 A CN 200910170759A CN 101673558 A CN101673558 A CN 101673558A
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Abstract

本发明提供再现设备和再现方法。在该再现设备中，进行调制控制以产生参考光和要叠加给再现图像的DC光，该参考光通过对该空间光调制器和该相位调制器的参考光区域中的各像素执行驱动控制而产生，该DC光这样来产生：在该空间光调制器的信号光区域中执行驱动控制以在所有的像素中施加相同调制量的空间光强度调制，并且当设定一部分相位调制量作为用于设定与再现图像的参考相位相同的相位的相位调制量以及当设定另一部分相位调制量作为相对于该一部分相位调制量相差π的相位调制量时，在该相位调制器的信号光区域中执行驱动控制。

Description

再现设备和再现方法
技术领域
本发明涉及再现设备及再现方法，该再现设备构造为再现通过参考光和信号光产生的干涉条纹而记录在全息图记录介质上的数据。
背景技术
例如，日本未审查专利中请公开No.2006-107663和No.2007-79438揭示了全息图记录再现系统，在该全息图记录再现系统中通过由信号光和参考光产生的干涉条纹而形成全息图来记录数据，并且通过辐照参考光来再现以作为干涉条纹的全息图的形式记录的该数据。该全息图记录再现系统包括所谓的同轴系统，其中为了记录将信号光和参考光设置在相同的轴上。
图14、15A和15B是说明性示意图，用于描述同轴系统的全息图记录再现系统。图14示出了记录系统，而图15A和15B示出了再现系统。
首先，在图14中，记录时，SLM(spatial light modulator：空间光调制器)101对来自光源的入射光施加空间光强度调制(也称为光强调制，或者简称为强度调制)，从而产生如图所示的设置在相同轴上的信号光和参考光。例如，SLM 101可以由设计为以像素为单位透射/阻止入射光的液晶面板等构成。
此时，信号光产生并且根据记录数据而被提供有光强度图案。同样，参考光产生并被提供有预定的强度图案。
在SLM 101中如此产生的信号光和参考光进入相位掩模102。此时，相位掩模102给信号光和参考光提供随机相位图案，如图所示。
这里，给信号光和参考光提供随机相位调制图案，以改善信号光和参考光的干涉效率并分散信号光和参考光的光谱，从而抑制了DC成分(DCcomponent)并实现了较高的记录密度。
例如，实现DC成分抑制的具体的随机相位图案包括根据两个值″0″和″π″来设定随机相位图案的随机相位图案。就是说，这样的随机相位调制图案设定为使得不执行相位调制的像素(即相位＝0)和相位以π(180°)调制的像素设置为各一半。
这里，取决于SLM 101的光强度调制，对于信号光，产生光强度根据记录数据而被调制成″0″或″1″的光。通过在这样的信号光上施加基于″0″或″π″的相位调制，产生光的波前振幅(wavefront amplitude)为″-1″、″0″或″1(+1)″的光。就是说，当给由光强度″1″调制的像素施加基于相位″0″的调制时，振幅为″1″，而实现基于相位″π″的调制时，振幅为″-1″。应当注意的是，对于光强度″0″的像素，对于基于相位″0″或″π″的任何调制，振幅都保持为″0″。
为了确认，图16A和16B示出了相位掩模102不存在(图16A)的情况下和相位掩模102存在(图16B)的情况下信号光和参考光的差别。应当注意的是，图16A和16B表示基于颜色密度的光振幅的大小关系。更具体地讲，图16A以黑→白表示振幅″0″→″1″，而图16B以黑→灰→白表示振幅″-1″→″0″→″1(+1)″。
相位掩模102产生的相位图案是随机图案。通过这样的构造，在从SLM101输出的信号光中，光强为″1″的像素可以随机分成振幅为″1″和″-1″的像素(各一半)。以这样的方式，因为像素随机分成了具有振幅″1″和″-1″，光谱可以均匀地分散在傅立叶平面(频面：可以认为是介质上的图像)上。因此，可以实现信号光中的DC成分的抑制。另外，通过相位掩模102，也可以实现参考光中的DC成分的抑制。结果，可以防止在傅立叶平面上产生DC成分。
这样，当可以实现DC成分的抑制时，就可以改善数据的记录密度。
这是因为，在产生DC成分的情况下，记录材料基本上会受到DC成分的影响，并且难于执行全息图的多重记录。就是说，对于记录了DC成分的部分，难于再增加记录的全息图(数据)。
当通过采用上述随机相位图案而实现DC成分的抑制时，可以执行数据多重记录，并且实现较高的记录密度。
将描述返回到先前的部分。
通过相位掩模102的信号光和参考光被物镜103聚集，并且用聚集的光辐照全息图记录介质HM。通过这样的构造，在全息图记录介质HM中，根据信号光(记录图像)形成干涉条纹(衍射光栅：全息图)。就是说，基于干涉条纹的形成来记录数据。
随后，在再现时，首先，如图15A所示，对于入射光，通过SLM 101的空间光调制(强度调制)产生参考光。然后，用这样产生的参考光经由相位掩模102→物镜103来辐照全息图记录介质HM。
当用参考光辐照全息图记录介质HM时，如图15B所示，根据记录的全息图获得衍射光，并且该衍射光作为反射光被从全息图记录介质HM输出。就是说，根据记录数据来获得再现图像(再现光)。
然后，由诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的图像传感器104接收如此获得的再现图像的光，并且根据图像传感器104的接受光信号执行记录数据的再现。
此时，在全息图记录再现系统中，如上所述，在施加基于″0″或″π″的相位修正后，通过记录具有根据记录数据的强度信息的信号光，实现了DC成分的抑制，并且可以完成全息图多重记录。
在执行了这样的相位调制记录的情况下，如图16B所示，信号光包括作为振幅信息的三个值″0″、″1″和″-1″。就是说，这三个值记录在全息图记录介质HM上。
然而，此时遇到的问题是，构造为在再现时检测再现图像的图像传感器104仅检测关于光强度的信息。
这里，通常，全息图记录再现系统的光学系统具有基于4f光学系统的构造，其中设置了SLM、物镜、介质、目镜透镜(物镜)、图像传感器，并分别在透镜的焦距上隔开，这样的构造称为傅立叶变换全息图。
根据傅立叶变换全息图的构造，上述记录和再现的一系列操作可以如下。就是说，SLM的记录图案经受了傅立叶变换以被投射在全息图记录介质(介质)上，并且介质的读取信号(再现图像)经受了相反的傅立叶变换以被投射在图像传感器上。然后，图像传感器检测光强度，其中入射光的波前振幅的绝对值被平方。
由这一点可以看出，在现有技术的全息图记录再现系统中，可以记录强度和相位，但是其中只有强度信息可以在再现侧再现。因此，现有技术中的全息图记录再现系统是非线性的。在现有技术的全息图记录再现系统中，由于该非线性的问题，在执行相位调制记录的情况下将很难适当地执行数据再现。
为了解决该非线性的问题，本发明的申请人先前已经提出了实现“线性读取”的方法，通过该方法可以适当地读出介质上记录的相位信息(具体地讲，在此情况下为振幅″-1″上的信息)。更具体地讲，这是在日本未审查专利申请公开No.2008-152827中描述的所谓“相干叠加系统”的读取方法。
根据该“相干叠加系统”，在再现时，产生如图17所示的相干光，并且用相干光与参考光一起辐照全息图记录介质。就是说，根据上面参考图15A和15B描述的常规再现方法，执行了获得再现图像的参考光辐照，但是根据相干叠加系统，还执行了相干光辐照。
相干光是指产生以使得光强度与相位分别均匀的光。在同轴系统中，相干光以同样示于图17中的方式产生，在与记录时产生信号光的区域(称为信号光区域)相同的区域中光被透射。
应当注意的是，在光具有均匀强度的意义上，相干光也称为″DC光″。
参考图18A和18B，将具体描述根据相干叠加系统的再现系统。
首先，在执行根据相干叠加系统的再现的情况下，假设能执行可变相位调制的相位调制器(图18A中的相位调制器101b)提供为相位调制元件。这里，根据基于相干叠加系统执行再现的记录再现系统，对于提供给入射光的相位图案，在记录时设定能进行上述多重记录的相位图案(对应于相位掩模102的二值(binary)随机相位图案)，并且在再现时设定用于产生稍后描述的相干光的均匀相位图案。就是说，由上所述，对于在此情况下的相位调制元件，采用能够执行可变相位调制的相位调制器101b。
在此情况下，构造为对入射光执行强度调制的强度调制器101a和相位调制器101b一体地形成，以构造为SLM 101。通过SLM 101，能够任意地调制入射光的强度和相位。
如图18A所示，在此情况下，在再现时由SLM 101产生参考光和相干光。
在再现时，首先，产生参考光以具有与记录时相同的强度图案和相位图案。就是说，产生的参考光具有与记录用作再现目标的全息图时相同的强度和相位图案。这是因为，为了适当地再现多重记录的全息图，应当执行具有与记录相关全息图时相同的图案的参考光的辐照。换言之，通过辐照具有特定图案的参考光而记录的全息图只有通过采用具有该图案的参考光才可以适当地再现。
在这样的意义上，再现时的参考光产生为具有与记录时相同的强度和相位图案。
如上所述，以入射光透射通过记录时产生信号光的区域(信号光区域)的方式产生相干光。更具体地讲，通过在强度调制器101a中调制信号光区域中的各像素具有预定的强度，相干光具有均匀的强度。
根据“相干叠加系统”，具有均匀强度的相干光(DC光)和根据辐照参考光而获得的再现图像在图像传感器104上成像。通过这样的构造，图像传感器104执行再现图像和相干光的合成光的检测。
此时，相干光叠加为与再现图像相位相同(同相)的成分。出于这样的原因，相干光的相位与再现图像的相位(在再现图像中的参考相位)对准。
应当注意的是，上述的“再现图像中的参考相位”是指包括在再现图像中以像素为单位施加有″0″(0π)相位调制并且记录在SLM 101的图像(记录信号)中的像素的相位。
此时，如上所述，再现图像中的参考相位是被施加了0π相位调制且被记录的信号的相位，其中0π相位调制通过相位调制器101b施加。因此，为了在再现图像中使相干光的相位与该参考相位匹配，可以设想相干光也可以在相位调制器101b中被施加相位″0″的相位调制。
然而，应当注意，根据全息图记录再现系统，应该考虑用参考光辐照全息图记录介质HM(介质)所获得的再现图像的相位从记录在介质上的信号的相位移动了π/2。就是说，如果在通过强度调制获得的DC光上施加相位″0″的调制，则再现图像中的参考相位和相干光的相位具有″π/2″的相差，并且相干光没有适当地叠加为与再现图像相位相同的成分。
考虑到这一点，为了使相干光的相位与再现图像中的参考相位匹配，在相位调制器101b中，如图所示施加″π/2″的调制。更具体地讲，在此情况下的相位调制器101b构造为给信号光区域中的各像素施加π/2的相位调制。
根据如上所述通过SLM 101中的空间光调制产生参考光和相干光，如图18B所示，再现图像和与再现图像相同相位的相干光经由物镜103被引导到图像传感器104。此时，图像传感器104检测相干光，其叠加为与再现图像相位相同的成分。
根据″相干叠加系统(coherent addition system)″，当假设由图像传感器104检测“再现图像+相干光”的成分时，对检测到的“再现图像+相干光”的图像信号施加下述处理，以获得线性的读取信号。
首先，对于“再现图像+相干光”的图像信号，计算各像素的平方根值。
之后，由该平方根的计算结果，执行消除相干光叠加成分的处理。更具体地讲，例如，从平方根值计算结果的值中减去相干光强度的叠加值。
这里，将描述通过相干光叠加、平方根计算和叠加消除的上述一系列操作来实现线性读取。
应当注意的是，在下面的描述中，例如，再现图像的振幅在±0.078内。就是说，再现图像的振幅具有最大值＝0.078和最小值＝-0.078。
另外，例如，给再现图像叠加的相干光的强度值为0.1。
首先，为了比较，讨论这样的情况，其与现有技术一样通过仅采用参考光辐照而不执行相干光叠加来执行读取。
在上述的傅立叶变换全息图以及再现图像振幅的最大值和最小值的前提下，根据在此情况下的再现图像振幅的最大值和最小值获得的图像传感器104的输出值具有相同的平方值″6.1E-3″。这样，当图像传感器104检测到与″+1″和″-1″对应的相同值时，通过在随后阶段执行任何的信号处理都不能精确地恢复损失了的相位信息。就是说，产生了非线性变形。
另一方面，根据“相干叠加系统”，在辐照参考光和与再现图像相位相同的相干光的情况下，根据相干光强度的值可以叠加给再现图像。应当注意的是，作为为了确认而给出的描述，上述相干光为DC成分，从而具有均匀的振幅和相位，并且因此该相干光不干扰记录的全息图。
这里，根据上述说明，例如，在此情况下相干光的叠加量为0.1。因此，再现图像被叠加了0.1的成分，并且通过图像传感器104最大值0.078被检测为0.1782＝0.032的强度，而最小值-0.078被检测为0.0222＝4.8E-4的强度。在此情况下，对于图像传感器104的输出，以上述方式计算平方根，并且其后消除叠加的成分。因此，通过0.178-0.1＝0.078，振幅的最大值0.078恢复到初始值，并且通过0.022-0.1＝-0.078，最小值-0.078也可以恢复到初始值。
这样，根据基于″相干叠加系统″的再现方法，能够实现线性读取，其中通过相位调制记录而记录的相位信息没有丢失。
应当注意的是，这里重要的是相干光相对于再现图像的叠加量(强度值)。就是说，为了实现上述线性读取，相干光的叠加量至少满足“其值大于再现图像的振幅最小值的绝对值”的条件，从而相对于图像传感器104的强度检测(平方)不产生负折叠(negative folding)。
由这一点可见，根据″相干叠加系统″，相干光可以定义为：具有被叠加到再现图像时的强度且“其值大于再现图像振幅最小值的绝对值”，并且还具有“与再现图像的参考相位相同”的相位。
发明内容
以上述的方式，根据″相干叠加系统″，为了通过相位调制记录而实现根据DC成分抑制的高记录密度，在记录三个值的振幅″-1″、″0″和″+1″的情况下，可以与振幅″0″一起适当地读出包括相位信息的″-1″和″+1″，从而能够实现线性读取。
然而，在现有技术的相干叠加系统中，对于叠加给再现图像的光，相干光产生为不仅具有均匀的强度，而且具有均匀的相位。因此，由于全息图记录介质经由物镜被相干光辐照，所以会破坏记录数据。更具体地讲，以这样的方式，强度和相位被设定为是均匀的，从而促使物镜焦点位置(傅立叶平面)上的强度集中，这导致在强度集中的部分上记的录全息图被损坏。因此，产生数据的损坏。
应当注意的是，为了防止由于强度集中引起的数据损坏，本发明的申请人先前已经提出在作为全息图记录介质的记录膜和反射膜之间提供间隙层的方法。就是说，通过利用如上所述提供有间隙层的全息图记录介质，焦点位置(即，产生强度集中的位置)可以通过间隙层的厚度而从记录膜移开。结果，抑制了强度集中在记录膜上的影响。
然而，在以这样的方式采用提供有间隙层的方法的情况下，在某些情况下将难以获得充分的记录再现特性。就是说，在这样的情况下，由于间隙层居中，降低了记录时信号光和参考光的干涉效率。结果，会促进全息图记录特性的下降和再现特性的下降。
本发明已经考虑了上述问题，并且希望在再现时全息图记录介质被设定为具有均匀强度的DC光和参考光照射并获得线性读取信号的情况下，防止不插设会导致记录再现特性下降的间隙层时因DC光引起的数据损坏，其中线性读取信号通过检测DC光经由全息图记录介质而被施加给再现图像的成分来获得，该再现图像根据参考光的辐照获得。
为了实现如上所述，根据本发明实施例的再现设备具有下面的构造。
就是说，根据本发明的实施例，所提供的再现设备包括：
光源，构造为对全息图记录介质执行光辐照，在该全息图记录介质上数据通过信号光和参考光产生的干涉条纹而被记录；
强度调制单元，其提供有空间光调制器，该空间光调制器设置为当设定了用作该信号光产生区域的信号光区域和用作该参考光产生区域的参考光区域时以像素为单位对入射光施加空间光调制，并且该强度调制单元构造为对该入射光执行空间光强度调制；
相位调制器，构造为当设定了该信号光区域和该参考光区域时以像素为单位对入射光施加空间光相位调制；
光学系统，构造为将从该光源出射的光经由该强度调制单元、该相位调制器和物镜引导到该全息图记录介质；以及
调制控制单元，构造为产生该参考光和要叠加给再现图像的DC光，该参考光通过对该空间光调制器和该相位调制器的参考光区域中的各像素执行驱动控制而产生，该DC光这样来产生：在该空间光调制器的信号光区域中执行驱动控制以在所有的像素中施加相同调制量的空间光强度调制，并且当设定一部分相位调制量作为用于设定与再现图像的参考相位相同的相位的相位调制量以及当设定另一部分相位调制量作为相对于该一部分相位调制量相差π的相位调制量时，在该相位调制器的信号光区域中执行驱动控制，该再现图像根据辐照该参考光而从该全息图记录介质获得。
以上述方式，根据本发明的实施例，对于再现时与参考光一起执行辐照的具有均匀强度的DC光，代替在整个区域上施加均匀相位调制而在一部分上施加相位调制，用以设定与再现图像的参考相位相同的相位，并在另一部分上施加与该部分在相位调制量上相差π的相位调制。
以这样的方式，通过相对于DC光以分割的方式施加不同相位调制量的相位调制，能够非均匀的DC光波前振幅分布，结果，能够防止DC光在用作物镜焦点位置的傅里叶平面上的强度集中。
根据本发明的实施例，代替采用均匀的相位，通过施加分割相位调制且部分地变化DC光的相位，能够防止DC光在傅里叶平面上的强度集中。结果，能够防止在如现有技术的辐照具有均匀相位的DC光(相干光)的情况下产生的数据损坏。
另外，以上述方式，根据本发明的实施例，由于防止了DC光在傅里叶平面上的强度集中，所以不会像本发明的申请人先前提出的在全息图记录介质的记录膜和反射膜之间提供间隙层的情况那样引起记录再现特性的下降。
附图说明
图1是根据本发明实施例的记录再现设备的内部构造的框图；
图2A和2B是说明性示意图，用于描述基于偏振方向控制型空间光调制器和偏振分束器的组合的强度调制方法；
图3是说明性示意图，用于描述设定在空间光调制器中的各区域，包括参考光区域、信号光区域和间隙区域；
图4A和4B说明性示意图，用于描述能够以像素为单位执行空间光相位调制的相位调制器的构造；
图5是用于描述调制控制单元的内部构造的说明性示意图；
图6是用于描述根据本发明实施例的DC光相位调制的示例的说明性示意图；
图7A至7C是用于验证在给再现图像叠加同相成分和逆相成分(reversed-phase component)的情况下的效果的示意图；
图8是用于描述数据再现单元的内部构造的说明性示意图；
图9A和9B示出了现有技术中给DC光提供均匀相位的方法的模拟结果；
图10A和10B示出了根据本发明实施例的在执行分割相位调制(divisionphase modulation)(片段(segment)尺寸64×64)的情况下的模拟结果；
图11A和11B示出了根据本发明实施例的在执行分割相位调制(片段尺寸48×48)的情况下的模拟结果；
图12是用于描述部分尺寸的修改示例的说明性示意图；
图13是用于描述信号光区域的形状设定为矩形的修改示例的说明性示意图；
图14是用于描述基于同轴系统的全息图记录再现系统(记录时)的说明性示意图；
图15A和15B是用于描述基于同轴系统的全息图记录再现系统(再现时)的说明性示意图；
图16A和16B是在存在相位掩模和不存在相位掩模之间比较信号光和参考光的振幅的示意图；
图17是用于描述相干光的说明性示意图；和
图18A和18B是用于描述相干叠加系统的说明性示意图。
具体实施方式
在下文，将描述实施本发明的最佳方式(在下文，称为实施例)。
应当注意的是，描述按着下面的顺序进行。
1、记录再现设备的构造
总体构造
相位调制记录
2、基于根据实施例的DC光叠加系统的再现方法
操作概述
实现根据实施例的再现方法的构造
模拟结果
实施例的效果
3、修改示例
1、记录再现设备的构造
总体构造
图1是根据本发明实施例的记录再现设备的内部构造的框图。
这里，示出了根据本发明实施例的再现设备构造为还具有记录功能的记录再现设备的情况。
如图1所示的记录再现设备构造为执行同轴系统的全息图记录再现。根据该同轴系统，信号光和参考光设置在相同的光轴上，并且设置在预定位置上的全息图记录介质被信号光和参考光辐照，以通过全息图的形成来执行数据记录。然后，在再现时，全息图记录介质被参考光辐照，从而以全息图的形式执行记录数据的再现。
在记录时，根据本实施例的记录再现设备为了改善记录密度而执行相位调制记录。在再现时，为了实现线性读取，该记录再现设备像现有技术的″相干叠加系统″那样，采用执行参考光和DC光(均匀强度)辐照的再现方法。
此外，根据本实施例的记录再现设备采用这样的构造，其中图中的全息图记录介质HM对应于提供有反射膜的反射型全息图记录介质。
在图1中，激光二极管(LD)1提供为光源，用于获得记录再现所用的激光。对于激光二极管1，例如，采用提供有外部谐振器的激光二极管，并且激光的波长设定为例如约410nm。
来自激光二极管1的出射光经由隔板(isolator)2而被引导到扩束器3。这里，隔板2构造为来自下面将描述的光学系统的反射光(具体地讲，来自偏振分束器7的反射光)不返回到用作光源的激光二极管1。
扩束器3提供为将入射光的束直径扩展到最优的直径，并且构造为至少包括两种类型的透镜和驱动单元，其中驱动单元构造为在光轴方向(图中未示出)上驱动透镜。
如图所示，针孔(空间滤光器)4插设在扩束器3的透镜焦点位置上，并且通过针孔4使得光束的强度分布平滑。
来自扩束器3的出射光被反射，从而光轴被反射镜5弯曲45°，其后经由1/2波长板6进入偏振分束器7。对于入射到偏振分束器7上的激光，根据偏振分束器7的特性，s偏振光和p偏振光透射通过偏振分束器7或者被其反射。
在此情况下，偏振分束器7构造为s偏振光被反射而p偏振被光透射。
这里，如图所示，根据在此情况下的光学系统，在偏振分束器7的反射光被引导到反射型SLM(空间光调制器)8后，SLM 8的反射光再一次进入偏振分束器7。然后，重新进入的光透射通过偏振分束器7，并且最后被引导到物镜17。
根据偏振分束器7的特性，从偏振分束器7到SLM 8的入射光是s偏振光。
此时，来自用作光源的激光二极管1的光经由1/2波长板6进入偏振分束器7。然而，取决于面内的旋转角(即由入射的线性偏振光的偏振方向轴和1/2波长板6的光学参考轴确定的角度)，改变偏振分束器7上的入射光的s偏振光和p偏振光的振幅。因此，改变了SLM 8上的入射光量。就是说，根据该图所示的光学系统，通过调整上述1/2波长板6的面内旋转角，能够调整经由物镜17而最终辐照全息图记录介质HM的光量。
SLM 8包括用作FLC(Ferroelectric Liquid Crystal，铁电液晶)的反射型液晶元件，并且构造为对入射光以像素为单位控制偏振方向。
根据图中来自调制控制单元20的驱动信号，SLM 8执行空间光调制，以对各像素将入射光的偏振方向改变90°或者保持入射光的偏振方向不变。更具体地讲，根据驱动信号以像素为单位执行偏振方向控制，使得驱动信号为开(ON)的像素经受偏振方向的角度改变＝90°，并且驱动信号为关(OFF)的像素经受偏振方向的角度改变＝0°。
这里，通过用作SLM 8的偏振方向控制型空间光调制器与偏振分束器7的组合，在图1所示的记录再现设备中形成强度调制单元，其构造为以像素为单位执行空间光强度调制(也称为光强度调制，或者简称为强度调制)。
图2A和2B示出了由SLM 8和偏振分束器7的组合实现的强度调制操作的图像。图2A示意性地示出了ON像素的光的光束状态，而图2B示意性地示出了OFF像素的光的光束状态。
如上所述，在此情况下的偏振分束器7反射s偏振光而透射p偏振光，并且s偏振光进入SLM 8。
由此可见，对于通过SLM 8将偏振方向改变90°的像素光(驱动信号为ON的像素的光)，p偏振光进入偏振分束器7。结果，SLM 8中ON像素的光透射通过偏振分束器7，并且被引导到全息图记录介质HM(图2A)。
另一方面，对于驱动信号为OFF且没有改变偏振方向的像素的光，s偏振光进入偏振分束器7。就是说，SLM 8中OFF像素的光由偏振分束器7反射，并且没有被引导到全息图记录介质HM(图2B)。应当注意的是，作为为了确认而给出的描述，以这样的方式而由偏振分束器7反射的光终止于图1所示的隔板2。
因此，通过用作偏振方向控制型空间光调制器的SLM 8和偏振分束器7的组合，能够以像素为单位执行光强度调制。
这里，根据本实施例，全息图记录再现系统采用同轴系统。在采用同轴系统的情况下，在SLM 8中，为了将信号光和参考光设置在相同的光轴上，设定了图3所示的各区域。
如图3所示，在SLM 8中，在包括中心(光轴中心)的预定范围内的圆形区域被设定为信号光区域A2。然后，环形参考光区域A1设定在信号光区域A2的外侧，其间具有间隙区域A3。
通过设定信号光区域A2和参考光区域A1，可以执行信号光和参考光的辐照，从而信号光和参考光设置在相同的光轴上。
应当注意的是，间隙区域A3确定为这样的区域，其避免了产生在参考光区域A1中的参考光泄漏到信号光区域A2而变为相对于信号光的噪声的情形。
同样，作为为了确认而给出的描述，更确切地讲，在空间光调制器中各像素的形状变为矩形。因此，信号光区域A2的形状大体上为圆形，并且参考光区域A1的形状大体上为环形。
将描述返回到图1。调制控制单元20对SLM 8执行驱动控制，并且还相位调制器11执行驱动控制，将在后面描述。在记录时，例如，产生被提供有用于相位调制记录的二值随机相位图案(相位″0″和相位″π″的数量约各一半)的信号光和参考光。同样，在再现时，产生与记录时的强度和相位图案相同的参考光和DC光(后面描述)。
应当注意的是，下面将描述调制控制单元20的具体操作内容。
如图所示，经由SLM 8进一步透射通过偏振分束器7的光被引导到基于中继透镜9→中继透镜10的中继透镜系统。中继透镜系统中的焦点位置(中继透镜9的焦点位置)变为频面(frequency plane)(傅立叶平面)。
经由中继透镜系统的激光被引导到相位调制器11。相位调制器11构造为以像素为单位入射光施加空间光相位调制(也简称为相位调制)，并且参考光区域A1、信号光区域A2和间隙区域A3设定为类似于SLM 8。
为了实现与SLM 8的像素匹配(SLM 8的各像素和相位调制器11的各像素一对一对应的状态)，相位调制器11的插入位置为用作由中继透镜系统形成的SLM 8的实像平面(real image plane)的位置，并且还调整相位调制器11在平行于入射平面的平面上的位置以获得这样的状态：经由SLM 8的参考光区域A1、信号光区域A2和间隙区域A3的光分别进入相位调制器11的参考光区域A1、信号光区域A2和间隙区域A3。
这里，在根据本实施例的情况下，相位调制器11采用能够以像素为单位执行可变相位调制的透射型液晶面板。
这样，根据下面图4A和4B所示的概念，通过构造内部液晶元件，可以实现能够以像素为单位执行可变的相位调制的液晶面板。
图4A示出了液晶面板中的液晶元件没有施加驱动电压的液晶分子状态(即驱动电压OFF的状态)，而图4B示出了液晶元件施加有预定水平的驱动电压的液晶分子状态(驱动电压ON的状态)。
如图所示，在图4A所示的驱动电压OFF的状态下，液晶分子具有水平取向，而在图4B所示的驱动电压ON的状态下，液晶分子改变为具有垂直取向。
此时，对于液晶元件的折射系数n，当由于驱动电压OFF而导致水平取向时折射系数设定为nh，而当由于预定的驱动电压ON而导致垂直取向时折射系数设定为nv时，在液晶元件的厚度设定为d的情况下，驱动电压OFF时提供的相位改变量为″d×nh″，而驱动电压ON时提供的相位改变量为″d×nv″。因此，由此可见，由于驱动电压ON/OFF而提供的相位差Δnd表示如下：
Δnd＝d×nh-d×nv
由该关系式可见，为了以像素为单位提供预定的相位差，可以调整液晶元件的厚度d。
对于根据本实施例的相位调制器11，通过调整液晶元件的厚度d，例如可以进行设定以建立相差Δnd＝2π。就是说，因此，对于各像素，通过执行驱动电压ON/OFF间的切换，能够施加基于两个值″0″和″2π″的光相位调制。
同样，如上所述，由于基于相位″0″和″2π″的调制可以在驱动电压以预定水平ON时和驱动电压OFF时执行，通过控制驱动电压水平逐步到达预定水平，相位可以从″0″到″2π″逐步改变。例如，当驱动电压水平设定为预定水平的1/2时，可以执行基于相位″π″的调制，同样，当驱动电压水平设定为预定水平的1/4时，可以执行基于相位″π/2″的调制。
将描述返回到图1。
经由相位调制器11的光被引导到偏振分束器12。偏振分束器12构造为透射p偏振光并且反射s偏振光。因此，经由相位调制器11引导的激光(p偏振光)透射通过偏振分束器12。
透射通过偏振分束器12的激光被引导到中继透镜13→中继透镜15的中继透镜系统。如图所示，根据中继透镜系统，开口14设置在中继透镜13的焦点位置(傅立叶平面)上。开口14构造为仅透射在关于光轴的预定范围内的光而阻挡其它光。通过开口14，限制了记录在全息图记录介质HM上的全息图页的尺寸，并且改善了全息图的记录密度(即数据记录密度)。
经由中继透镜13→开口14→中继透镜15的光进入偏振衍射元件16。偏振衍射元件16由部分衍射元件和1/4波长板的组合组成，其中部分衍射元件具有形成在参考光进入的区域中的液晶衍射元件。部分衍射元件中的液晶衍射元件构造为透射p偏振光而衍射s偏振光。因此，来自中继透镜系统的入射光(p偏振光)透射通过部分衍射元件。然后，以这样的方式透射通过部分衍射元件的p偏振光通过透射通过1/4波长板而转变成圆形偏振光。
以经由偏振衍射元件16而转变成圆形偏振光的光来经由物镜17辐照全息图记录介质HM。
这里，如稍后所描述的，在记录时，执行通过基于SLM 8和偏振分束器7的组合的强度调制单元以及相位调制器11的空间光调制，产生信号光和参考光。因此，在记录时，全息图记录介质HM被经由上述光程的信号光和参考光辐照，因此，在全息图记录介质HM上形成由信号光和参考光产生的干涉条纹(衍射光栅：全息图)。就是说，用这样的构造执行数据记录。
同样，在再现时，执行通过基于SLM 8和偏振分束器7的组合的强度调制单元以及相位调制器11的空间光调制，产生参考光DC光。由于全息图记录介质HM被经由上述光程的参考光辐照，所以获得根据形成在全息图记录介质HM上的全息图的衍射光，以作为再现光(再现图像)。该再现光返回到记录再现设备侧，以作为来自全息图记录介质HM的反射光。
同样，DC光由全息图记录介质HM反射，以返回到记录再现设备侧。
同样，出射到全息图记录介质HM的参考光也返回到设备侧，以作为来自全息图记录介质HM的反射光。
这里，在全息图记录再现系统中，通过以上述方式辐照的参考光，再现图像通过利用根据记录的全息图的衍射现象来获得。此时的衍射效率通常为百分之几到低于1％。因此，如此返回到设备侧的作为反射光的参考光相对于再现图像具有极大的强度。出于这样的原因，用作反射光的参考光在检测再现图像时变为了不可忽视的噪声成分。
在图1所示的记录再现设备中，用作反射光的参考光由偏振衍射元件16抑制。
以上述方式，作为来自全息图记录介质HM的反射光而获得的再现光、DC光和参考光在通过物镜17后分别进入偏振衍射元件16。
在偏振衍射元件16中，各光通过1/4波长板而转变成圆形偏振光→s偏振光。然后，转变成s偏振光的各光进入偏振衍射元件16中的上述部分衍射元件。在该部分衍射元件中，由于液晶衍射元件(衍射s偏振光)选择性地形成在参考光的入射区域中，所以在信号光的光束区域中获得的再现光和DC光透射通过部分衍射元件，并且只有参考光被部分衍射元件衍射，即被部分衍射元件抑制。
由偏振衍射元件16转变成偏振光的再现光和DC光通过中继透镜15→开口14→中继透镜13，并且被偏振分束器12反射，以如图所示经由扩束器18而被引导到图像传感器19。
扩束器18提供为扩展再现光和DC光的光束直径。
例如，图像传感器19提供有诸如CCD(电荷耦合器件)传感器或者CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的图像采集元件，并且构造为接收用作以上述方式引导的来自全息图记录介质HM的反射光的再现光(再现图像)和DC光，以转换成电信号。因此，在再现时，获得表示光强度检测结果的接收光信号(图像信号)，其中DC光被叠加到再现图像。
从图像传感器19获得的图像信号(再现图像+DC光)被提供给数据再现单元21。
数据再现单元21在图像信号上执行预定的再现信号处理和编码处理，以执行记录数据的再现。应当注意的是，下面将描述数据再现单元21的内部构造和操作。
相位调制记录
这里，图1所示的记录再现设备提供有开口14，并且随着全息图页在介质上的占据面积的减少，实现了更高的记录密度。
应当注意的是，作为为了确认而给出的描述，全息图页与由信号光和参考光的一次辐照形成的干涉条纹具有相同的意义。换言之，该全息图页也可以定义为可以记录在全息图记录介质HM上的数据的最小单元。
在根据本实施例的记录再现设备中，与通过孔径使全息图页占据面积减少而实现更高的记录密度一起，此外，通过辐照上面参考图14、16A和16B描述的提供有基于″0″和″π″的相位调制(例如，二值随机相位图案)的信号光和参考光来执行记录，通过DC成分抑制也实现记录密度的改善。这就是所谓的通过相位调制记录改善记录密度。
在图1中，在调制控制单元20对SLM 8和相位调制器11执行驱动控制时，实现上述的调制记录。
图5取出了图1所示的SLM 8、相位调制器11和调制控制单元20，并且进一步示出了调制控制单元20的内部构造。应当注意的是，图5还示出了SLM 8的入射/出射光和相位调制器11的入射/出射光。
在图5的调制控制单元20中，提供有编码单元25、映射单元(mappingunit)26、偏振控制驱动器27、相位调制图案产生单元28和相位调制驱动器29。
首先，在记录时，也示于图1中的记录数据被输入到编码单元25。编码单元25对这样输入的记录数据施加预定的记录调制编码处理并跟随着记录格式。
映射单元26将编码单元25编码的数据设置到信号光区域A2并跟随着记录时的记录格式。就是说，通过对进入上述信号光区域A2的数据进行映射处理，产生一个全息图页的数据图案。
同样，与数据映射到上述信号光区域A2一起，映射单元26产生数据图案，并设定参考光区域A1中的预定像素为″1″，其它像素为″0″，并且还设定间隙区域A3和参考光区域A1的外圆周部分都为″0″。然后，映射单元26将该数据图案和信号光区域A2中的数据图案组合起来，以产生SLM 8的所有有效像素的数据图案。
如此为SLM 8的所有有效像素产生的数据图案被提供给偏振控制驱动器27，并且偏振控制驱动器27基于数据图案而对SLM 8的各像素执行驱动控制。
通过这样的构造，对于从图1所示的偏振分束器7到达物镜17侧的出射光，在记录时，以根据记录数据的图案而被施加了强度调制的光变为初始信号光，以预定的图案而被施加了强度调制的光变为初始参考光。
同样，在记录时，在调制控制单元20中，不仅执行对上述SLM 8的驱动控制操作(即强度调制操作)，而且执行对相位调制器11的驱动控制操作。
首先，相位调制图案产生单元28基于预定的数据图案产生应当设定在相位调制器11的信号光区域A2中的相位调制图案。还是在根据本实施例的情况下，对于相位调制记录时提供的相位调制图案，设定二值随机相位图案。
同样，与此同时，相位调制图案产生单元28为应当设置在相位调制器11的参考光区域A1中的相位调制图案产生预定的相位调制图案。对于设置在参考光区域A1中的相位调制图案，也采用二值随机相位图案。
然后，相位调制图案产生单元28为信号光区域A2和参考光区域A1组合如此产生的各相位调制图案(控制对应于各像素的图案)，以为相位调制器11的所有有效像素产生相位调制图案。此时，对于信号光区域A2和参考光区域A1之外的像素，例如设定对应于相位″0″的值。
然后，这样产生的相位调制图案被提供给相位调制驱动器29。
基于从相位调制图案产生单元28提供的相位调制图案，相位调制驱动器29对相位调制器11的各像素执行驱动控制。因此，从相位调制器11输出施加了基于二值随机相位图案的相位调制的信号光和参考光。
2、根据实施例的基于DC光叠加系统的再现方法
这里，也如上所述，在检测再现图像的图像信号的图像传感器不附加检测相位信息的意义上，在再现时仅执行参考光辐照的全息图记录再现系统具有非线性。
然后，由这样的非线性问题可见，根据在再现时仅执行参考光辐照的系统，将极难适当地执行数据再现。
考虑到这一点，根据本实施例的记录再现设备在再现时执行参考光以及DC光的辐照，以执行线性读取。
然而，应当注意的是，与基于现有技术中描述的所谓的″相干叠加系统″的线性读取方法相类似，在为了与参考光一起出射的DC光而产生在整个区域上不仅具有均匀的强度而且具有均匀的相位的光(相干光)的情况下，产生在傅立叶平面(记录平面)上的DC光的强度集中，这会导致数据损坏。
考虑到上面的问题，根据本实施例，在再现时，对与参考光一起出射的DC光施加分割相位调制(divisive phase modulation)，即以不同的相位调制量部分地施加相位调制，因此防止了傅立叶平面上的强度集中。
操作概述
图6是用于描述根据该实施例的DC光相位调制示例的说明性示意图，其中从相位调制器11出射的DC光的振幅分布由颜色密度表示。黑色表示振幅″-1″，白色表示振幅″1″，而处于白色和黑色之间的灰色表示振幅″0″。应当注意的是，这里的振幅为任意单位。
应当注意的是，在该图中，垂直轴和水平轴表示相位调制器11的像素数，并且还示出了DC光(信号光区域A2)与相位调制器11的像素数之间的关系。
如图6所示，根据本实施例，用于产生DC光的信号光区域A2分割成格子图案的区域，并且各区域设定为相位调制的最小调制单元，以进行相位调制。这里，通过该方式的区域分割而形成的各区域称为相位调制片段(phasemodulation segment)。
应当注意的是，作为为了确认而给出的描述，通过分割成格子图案来设定各相位调制片段，并且形状为正方形，尺寸彼此相等。
然而，应当注意的是，由于信号光区域A2的形状在此情况下设定为圆形，信号光区域A2的外圆周部分中的片段形状不是正方形，并且自然地该部分的片段尺寸比较小。
在根据本实施例的情况下，执行格子图案分割，使得各区域(各格子)具有64×64个像素的尺寸。
然后，根据本实施例，相位调制片段设定为最小的调制单元，并且以分割的方式施加基于不同相位调制量的相位调制。
更具体地讲，分割方式的片段单元中的相位调制量为两种类型，包括用于设定与再现图像中的参考相位同相的相位调制量，和相对于该相位调制量相差π的不同相位调制量，从而可以适当地执行基于DC光叠加的线性读取。
这里，由上述图18A和18B的描述可以知道，为了使DC光叠加为与再现图像同相的成分，相位调制器11可以对DC光执行基于π/2的相位调制。就是说，与本示例的情况一样，在假设记录时对信号光和参考光施加基于″0″或″π″的相位调制以执行相位调制记录的情况下，记录图像中的参考相位(通过接收″0″相位调制的光所记录的图像的相位)可以设定为″0″。然后，在全息图记录再现系统中，在再现时通过参考光的辐照获得的再现图像的相位从记录图像的相位移动π/2(这一点Kogelnik.H在″Coupled wave theory for thickhologramgrating″Bell System Technical Journal，48，2909-47中也进行了描述)。因此，再现图像的相位相对于记录图像的相位而被提供了π/2的相差。出于这样的原因，再现图像中的参考相位相当于″π/2″。
当DC光叠加为再现图像的同相成分时，叠加给再现图像的DC光的相位可以与再现图像中的参考相位同相。由这一点可见，应当提供给DC光的相位调制量可以设定为″π/2″，以平衡如上所述提供给再现图像的π/2的相差。就是说，为了叠加与再现图像中的参考相位同相的光，相位调制器11应当提供给DC光的相位调制量为″π/2″。
由这一点可见，更具体地讲，在相位调制片段单元中，为了设定与再现图像中的上述参考相位同相，由相位调制器11提供相位调制量为″π/2″。
然后，提供在相位调制片段单元中的其它相位调制量为″3π/2″，这与″π/2″相差π。
这样，由于相位调制器11在相位调制片段单元中施加了基于″π/2″或″3π/2″的相位调制量的分割相位调制，所以相对于在此情况下的再现图像，在一部分上叠加与再现图像同相的光，而在另一部分上叠加逆相(reversed-phase)的光。
这里，相对于图7A至7C，接下来将验证以上述方式给再现图像叠加同相成分和逆相成分的效果。
图7A示出了具有振幅″1″、″0″和″-1″的再现图像中的振幅、同相DC光和逆相DC光的关系，以作为再现图像和DC光之间的振幅关系。同样，图7B示出了给再现图像叠加同相DC光的成分的振幅(再现图像+同相DC光)和给再现图像叠加逆相DC光的成分的振幅(再现图像+逆相DC光)，以作为图像传感器成像时的振幅。图7C示出了图像传感器19对“再现图像+同相DC光”的强度检测结果和图像传感器19对“再现图像+逆相DC光”的强度检测结果，以作为图像传感器检测强度。
应当注意的是，在各图中，示例了加给再现图像的光强度被设定为″3″的情况。
首先，如图7A所示，根据在此情况下的DC光的强度设定，同相DC光的振幅为″3″，而逆相DC光的振幅为″-3″。
当给再现图像叠加振幅为″3″的同相DC光时，如图7B所示，在再现图像中振幅为″1″的像素中的振幅变为″4″，振幅为″0″的像素中的振幅变为″3″，并且振幅为″-1″的像素中的振幅变为″2″。
另一方面，当给再现图像叠加振幅为″-3″的逆相DC光时，在再现图像中振幅为″1″的像素中的振幅变为″-2″，振幅为″0″的像素中的振幅变为″-3″，并且振幅为″-1″的像素中的振幅变为″-4″。
这样，叠加了DC光的再现图像由图像传感器19检测。与如上所述的傅里叶变换全息图一样，在图像传感器19中，光强被检测，其中入射光的波前振幅被平方并变为绝对值。
因此，对于图像传感器19对“再现图像+同相DC光”的强度检测结果，如图7C的上段所示，对于振幅为″1″的像素可以获得光强″42″，对于振幅为″0″的像素可以获得光强″32″，对于振幅为″-1″的像素可以获得光强″22″。
同样，对于图像传感器19对“再现图像+逆相DC光”的强度检测结果，如图7C的下段所示，对于振幅为″1″的像素可以获得光强″22″，对于振幅为″0″的像素可以获得光强″32″，并且对于振幅为″-1″的像素可以获得光强″42″。
这里，根据上述现有技术的″相干叠加系统″，计算通过图像传感器检测到的值的平方根，并且消除叠加的DC光的成分，从而恢复了记录振幅(″1″、″0″或″-1″)的信息。
根据本实施例，也类似地计算通过图像传感器19检测到的值的平方根，并且执行消除叠加的DC光成分的处理。
作为这样处理(称为线性处理)的结果，对于“再现图像+同相DC光”的成分，获得处理的结果值，其中振幅″1″的像素为″4″，振幅″0″的像素为″3″，并且振幅″-1″的像素为″2″。
同样，对于“再现图像+逆相DC光”的成分，获得处理的结果值，其中振幅″1″的像素为″2″，振幅″0″的像素为″3″，并且振幅″-1″的像素为″4″。
由该结果还可理解的是，对于叠加同相DC光的区域，获得与现有技术示例中所述的″相干叠加系统″类似的处理结果值。
与此相反，对于叠加逆相DC光的区域，与现有技术中的″相干叠加系统″的情况相比，获得这样的处理结果值，其中振幅″1″的像素的值和振幅″-1″的像素的值被反转。
然而，应当理解的是，根据相位调制记录，记录了三个振幅值″1″、″0″和″-1″，而其自身的记录数据为包括″0″和″1″的两个值中的一个。就是说，当再现记录数据时，只要可以由记录数据至少识别振幅″0″的像素或者其它振幅的像素就足够了。
这样的二值数据识别法类似于现有技术中采用″相干叠加系统″的情况。更具体地讲，对于迄今的二值数据识别，执行这样的识别处理，获得作为线性处理的处理结果值的值″0″的像素为数据″0″，并且获得其它处理结果值的像素为数据″1″。
就是说，由此还可理解的是，取决于根据本实施例的基于DC光叠加系统的再现方法，对于通过图像传感器检测到的值，通过执行与包括平方根计算、消除叠加的DC光成分和二值数据识别的现有技术相类似的再现处理，可以适当再现记录的二值数据″0″和″1″。
应当注意的是，作为为了确认而给出的描述，对于“线性读取”，如图7C所示，关键点是可以获得记录振幅″1″的像素(即相位0的像素)的强度检测值和记录振幅″-1″的像素(相位π的像素)的强度检测值，为彼此不同的值。就是说，在图像传感器中的强度检测时，关键点是相位信息没有丢失。
由上述的说明可见，对相位调制记录的信号光和参考光施加基于″0″或″π″的相位调制的情况下，为了适当地再现记录的″0″和″1″的二值数据，可以理解为，以分割方式而在相位调制器11中提供给DC光的相位调制量是包括″π/2″和″3π/2″的两种类型。
这里，对于DC光的相位调制，如果对施加有基于″π/2″的相位调制的片段和施加有基于″3π/2″的相位调制的片段给出分布的周期性，则难于有效地抑制DC光在傅里叶平面上的强度集中。这是因为，如果给出分布的周期性(例如，在相位周期性地分配给各片段的情况下，如″π/2″→″3π/2″→″π/2″→″3π/2″…)，则在由傅里叶平面上的周期确定的位置处，产生光强度的集中。
考虑到上述问题，分别提供有不同相位调制量的片段的分布设定为具有随机性。更具体地讲，在此情况下，施加了基于″π/2″的相位调制的片段的数目和施加了基于″3π/2″的相位调制的片段的数目相等地分配，并且对于每个段，随机分配″π/2″或″3π/2″的相位调制量。
通过这样的构造，能够有效抑制DC光在傅里叶平面上的强度集中。
同样，由上述的相位调制量还可以理解的是，在本实施例中，相对于DC光提供了基于两个相位的相位图案，该两个相位中的相位差为π(即，逆相关系)。由于以这样的方式提供了基于逆相关系的两个值的相位图案，所以通过与相位调制记录的情况相类似的原理，能够有效地抑制傅里叶平面上的强度集中。
实现根据实施例的再现方法的构造
为了再现根据上述实施例的DC光叠加系统，在再现时，图5所示的调制控制单元20执行下面的操作。
首先，在再现时，对于产生参考光和DC光的映射处理，尽管参考光区域A1与记录时类似设定为图案″0″或″1″，但是调制控制单元20中的映射单元26还产生整个信号光区域A2设定为″1″而其它区域都设为″0″的数据图案。然而，该数据图案被提供给偏振控制驱动器27。
根据从映射单元26提供的SLM 8的所有像素的数据图案，偏振控制驱动器27对SLM 8的各像素执行驱动控制。通过该构造，对于从图1所示的偏振分束器7到物镜17侧的出射光，提供有与记录时的强度图案相同的强度图案的光是初始参考光，在信号光的光束区域的整个区域上具有均匀的光强″1″的光是初始相干光。
应当注意的是，与现有技术中的″相干叠加系统″的情况一样，条件是DC光在被叠加给再现图像时的强度大于再现图像的振幅最小值的绝对值。
根据上述全息图的衍射效率(百分之几到低于1％)，通过以上述方式执行基于光强″1″的强度调制，DC光的该强度条件被充分地满足。
同样，在图5中，而且在再现时，相位调制图案产生单元28和相位调制驱动器29执行下面的操作。
就是说，相位调制图案产生单元28产生作为相位调制图案的数据图案，该相位调制图案与记录时相位调制器11的参考光区域A1的相位调制图案相类似。
此外，对于信号光区域A2，作为前述相位调制片段被设定为最小调制单元的相位图案，产生这样的数据图案，其中预定相位调制片段中的所有像素设定为与相位调制量″π/2″相当的值，并且其它相位调制片段中的所有像素设定为与相位调制量″3π/2″相当的值。
然后，通过组合这些数据图案的所有数据而产生相位调制器11的有效像素的数据，并且将该数据提供给相位调制驱动器29。
这里，与前面图4A和4B中描述的一样，相位调制器11构造为能够根据驱动电压的水平而变化地调制各像素的相位。更具体地讲，根据驱动电压的水平，对于各像素，相位可以在″0″到″2π″之间可变地调制。
与此相对应，相位调制驱动器29构造为，以根据来自相位调制图案产生单元28的值″0″至″1″(例如，在256阶调(tone)情况下的0到255)的驱动电压水平来驱动相位调制器11的各像素。
基于这一前提，在执行基于相位调制量″π/2″的相位调制时，由相位调制图案产生单元28设定的值在上述″0″至″1″间的范围内变为″1/4″(256阶调的情况下的63)。与此类似，为了执行基于相位调制量″3π/2″的相位调制应当设定的值变为″3/4″(191)。
这里，也与上述一样，提供给DC光的相位图案希望具有随机性。出于这样的原因，相位调制图案产生单元28将施加了基于″π/2″的相位调制的片段的数目和施加了基于″3π/2″的相位调制的片段的数目设定为各一半，并且为每个片段随机分配″π/2″和″3π/2″，从而设定了分配给各片段中的各像素的值(即″1/4″或″3/4″)。
通过在再现时相位调制图案产生单元28和相位调制驱动器29的上述操作，从相位调制器11输出参考光和DC光，其中参考光被提供有与记录时的相位图案相同的相位图案，DC光在相位调制片段被设定为最小调制单元时被提供有基于″π/2″和″3π/2″的随机相位图案的。
由前面的描述可以理解的是，全息图记录介质HM经由物镜17而被如此产生的参考光和DC光辐照，并且因此在图1所示的图像传感器19中，对再现图像和叠加的DC光成分进行了强度检测。
在图1所示的记录再现设备中，基于由图像传感器19获得的强度检测结果(图像信号)，数据再现单元21执行记录数据的再现。
图8示出了数据再现单元21的内部构造。应当注意的是，图8也示出了图像传感器19。
如图所示，数据再现单元21提供有线性处理单元30和再现处理单元31。
线性处理单元30输入图像信号并且执行线性读取的处理，其中输入的图像信号是图像传感器19获得的再现图像+DC光的检测结果。
此时的线性处理单元30提供有平方根计算单元30a和偏移消除单元30b，如图所示。
平方根计算单元30a计算构成由图像传感器19获得的图像信号的各值的平方根，并且给偏移消除单元30b提供该结果。
应当注意的是，作为为了确认而给出的描述，根据图像传感器19，光的检测强度例如由基于诸如256阶调的预定灰度的振幅值表示。平方根计算单元30a为上述图像传感器19的各像素的振幅值执行平方根计算。
同样，偏移消除单元30b执行从平方根计算单元30a获得的平方根值中消除DC光成分(即，相对于检测目标的再现图像的偏移成分)的处理。更具体地讲，在此情况下的偏移消除单元30b执行处理，以分别将根据DC光叠加量的值从平方根计算单元30a获得的各像素的振幅值的平方根值中减去。
这里，作为为了确认而给出的描述，DC光的叠加量是指叠加给再现图像的DC光的强度。就是说，在图7A至7C的前述示例中，DC光的叠加量为|3|。
应当注意的是，这里为了消除作为DC光的偏移成分，示例了从平方根计算结果值中减去DC光叠加量的值的方法。然而，代替以上述的方式直接执行减法处理，例如，可以通过其它方法执行DC光叠加的消除。例如，在作为由平方根计算单元30a获得的平方根计算结果的图像信号上施加消除DC成分的过滤处理。
这里，由前面的描述可以理解的是，对DC光+再现图像的检测结果执行线性处理(平方根计算/偏移消除)，并且因此能够获得线性读取信号，该线性读取信号适当地表示了通过相位调制记录而记录在全息图记录介质HM上的相位信息。
由线性处理单元30的线性处理获得的线性读取信号被提供给再现处理单元31。
基于用作线性读取信号的图像信号，再现处理单元31再现该记录数据。即，获得再现数据。
更具体地讲，再现处理单元31对用作线性读取信号的图像信号执行均衡处理(equalizing processing)，以抑制符号间的(inter-symbol)干扰(像素间的干扰)。同样，通过将该均衡处理后的图像信号设定为目标，执行了再采样处理，以获得以像素为单位的SLM 8的值(数据像素值)，其中以像素为单位被包括在图像信号中。此外，为了再现记录数据，执行基于通过再采样处理获得的各数据像素值而在″0″和″1″间进行的数据识别处理、通过编码单元25而进行的记录调制信号的前述编码处理等。
这里，如前所述，在执行相位调制记录时，记录在全息图记录介质HM上的振幅信息为三个值″1″、″0″和″-1″。在它们中间，″1″和″-1″二者都记录为数据″1″，并且因此在再现时，″1″和″-1″的振幅信息都被识别为数据″1″。就是说，对于再现处理单元31的数据识别处理，对于线性处理后的图像信号(在此情况下，再采样处理后的图像信号)，振幅值″0″的数据像素(在图7A至7C的示例中，″32″的像素)被识别为数据″0″，而其它振幅值的数据像素(在图7A至7C的示例中，″22″或″42″)被识别为数据″1″。
模拟结果
图9A和9B、10A和10B以及11A和11B示出了用于证实上述根据该实施例的DC光叠加系统的有效性的模拟结果。
图10A和10B示出了在先前示例的相位调制片段的尺寸被设定为64×64的情况下的模拟结果，而图11A和11B示出了在相位调制片段的尺寸被设定为48×48的情况下的模拟结果。图10A和11A示出了DC光的相位调制示例，其中与图6类似以颜色密度表示振幅值。图10B和11B示出了通过模拟图10A和11A所示的在傅里叶平面上的DC光强度分布而得到的计算结果。
同样，为了比较，图9A和9B示出了在现有技术示例中被施加了均匀调制的DC光的辐照模拟结果。图9A示出了DC光的振幅图案(相位调制示例)，而图9B示出了傅里叶平面上强度分布的计算结果。
图9A、10A和11A中的强度分布通过颜色密度来表示光强度的强和弱，并且光强度从黑色→白色变得更强。
应当理解的是，获得图9A和9B、10A和10B以及11A和11B所示的计算结果的前提是，目标图案设置在二维矩阵1024×1024的中心上，并且这被设定为计算目标，且考虑在具有412个像素的直径的圆形图案上执行二维FFT(快速傅里叶变换)的计算。由该图案的FFT计算结果可见，获得了功率谱，以设定为傅里叶平面上的强度分布的计算结果。
首先，通过比较图10A、10B、11A和11B的结果与图9A和9B的结果可以理解的是，由于采用了根据该实施例的DC光叠加系统，所以有效地抑制了DC光在傅里叶平面上的强度集中。
同样，通过比较图10A和10B与图11A和11B，由于减少了相位调制片段的尺寸而增加区域分割的数目，所以可以理解的是，可以更加有效地抑制DC光在傅里叶平面上的强度集中。
同样，对于图9A和9B、10A和10B以及11A和11B的各DC光，计算了在傅立叶平面上的最大峰值。结果如下。
在傅立叶平面上的最大峰值：
图9A和9B的DC光图案＝1.78×1010(任意单位)
图10A和10B的DC光图案(64×64)＝5.74×108(任意单位)
图11A和11B的DC光图案(48×48)＝3.93×108(任意单位)
同样，在比较图10A、10B、11A和11B与图9A和9B的现有技术示例的情况下，进行DC峰值抑制率的计算。
与图9A和9B的现有技术示例比较的DC峰值抑制率
图10A和10B的DC光图案(64×64)＝14.9[dB](抑制到约1/31)
图11A和11B的DC光图案(48×48)＝16.6[dB](抑制到约1/45)
由这些计算结果能够理解的是，通过根据该实施例的分割相位调制可以有效地抑制DC光在傅立叶平面上的强度集中，并且随着相位调制片段的尺寸的减小，可以更加有效地抑制DC光的强度集中。
该实施例的效果
以上述方式，根据本实施例，基于不同相位调制量的相位调制以分割的方式施加在DC光上，从而当全息图记录介质HM被DC光辐照时，防止了傅立叶平面上的强度集中。然后，由于防止了DC光在傅立叶平面上的强度集中，所以防止了记录在全息图记录介质HM上的数据的损坏。
此时，尽管与基于两个值″0″和″π″的相位调制对应(与记录图像的参考相位变为″0″对应)，但是以分割方式提供的相位调制量设定为两个值″π/2″和″3π/2″，并且执行类似于现有技术的″相干叠加系统″情况下的再现信号处理，从而可以适当地再现记录的二值数据″0″和″1″。
同样，以上述方式，如果防止了DC光在傅立叶平面上的强度集中，则与本发明的申请人先前提出的方法不同，在全息图记录介质的记录膜和反射膜之间不插设间隙层。结果，可以防止插设间隙层带来的记录再现特性的下降。
3、修改示例
上面已经描述了本发明的实施例，但是本发明应当不限于上述的具体示例。
例如，在迄今提供的描述中，已经示例的情况是，以格子图案执行相位调制片段区域的分割，并且均匀地设置各片段的尺寸。但是，例如，代替格子图案的区域分割，如图12所示，也可以不均匀地设定相位调制片段的尺寸(即，设定具有不同尺寸的多种类型的片段)。
通过以这样的方式不均匀地设定相位调制片段的尺寸，与设定均匀尺寸的情况相比，可以增强抑制DC光在傅立叶平面上的强度集中的作用。
同样，如图12所示，相位调制片段的形状不限于正方形，而是也可以采用其它形状。
同样，在迄今提供的描述中，已经示例了这样的情况，其中在以分割的方式对DC光施加相位调制时，施加相位调制并将用作相位调制片段的由预定数量的像素形成的区域设定为最小的调制单元。然而，代替提供这样的相位调制片段，也可以施加分割相位调制而将一个像素设定为最小的调制单元。
如前所述，当最小调制单元的尺寸较小时，抑制傅立叶平面上的强度集中的作用就相应地较大。因此，通过以这样的方式以像素为单位执行分割相位调制的构造，可以最大化抑制强度集中的作用。
同样，相对于通过根据本发明实施例的DC光叠加获得的读取信号(由图像传感器检测的图像)，再现信号处理的内容不限于先前所示的。
例如，在前面的描述中假设了这样的情况，其中执行″0″和″1″的二值数据记录，并且采用了这样的数据识别方法，其中线性处理的处理结果值为″0″的像素识别为数据″0″，并且处理结果值为″0″之外的像素识别为数据″1″。然而，对于该数据，也能够记录三个值″1″、″0″和″-1″。在此情况下，改变数据识别方法。
在执行这样的三值记录的情况下，当然也执行″1″和″-1″的识别。然而，这里应当注意的是，在执行DC光的分割相位调制的情况下，在被施加了彼此不同的相位调制的相位调制片段中，振幅″1″和″-1″的检测结果被反转(见图7C)。就是说，在此情况下，为了适当地识别数据″1″和″-1″，对于被施加了基于″π/2″的相位调制的相位调制片段和被施加了基于″3π/2″的相位调制的相位调制片段，要执行相互不同的数据识别。
更具体地讲，在相位调制量为″π/2″的相位调制片段(执行相位调制以设定为与再现图像的参考相位同相的相位调制部分)中，数据″1″的线性处理的结果值变为″1″，并且数据″-1″的处理结果值变为″-1″。因此，对于数据识别，处理结果值为″0″的像素识别为数据″0″，处理结果值为″1″的像素识别为数据″1″，并且处理结果值为″-1″的像素识别为数据″-1″。另一方面，在根据相位调制量″3π/2″的相位调制部分(执行基于相差π的相位调制量的相位调制的相位调制部分)中，数据″1″的线性处理的结果值变为″-1″，并且数据″-1″的处理结果值相反地变为″1″。因此，尽管假设数据″0″的识别与上述类似，但是处理结果值为″-1″的像素识别为数据″1″，并且处理结果值为″1″的像素识别为数据″-1″。
这样，当适当地执行数据再现且对应于三个值记录的情况时，数据″1″和″-1″的识别设定为根据相位调制量而对于每个片段有所不同。
这里，在相位调制片段单元中执行相互不同的信号处理的情况下，例如，在相位调制片段单元中执行不同的数据识别处理的情况下，提供相位调制片段之间的边界线。就是说，光强度＝″0″的边界像素被提供在各相位调制片段之间(例如，约两个像素宽度)。
当提供边界线时，比较容易从图像传感器检测的图像中得到各相位调制片段，这是优选的。
更具体地讲，在提供上述边界线的情况下，调制控制单元20中的映射单元26可以在记录时将″0″分配给信号光区域A2中与边界线有关的各像素。
同样，在如上所述要执行片段单元中的信号处理的情况下，认为各片段的信号处理是平行执行的。这样，在执行片段单元中的平行处理的情况下，希望相位调制部分被分隔并形成格子图案，如根据该实施例所示例的。就是说，当各片段的尺寸通过格子图案分隔而均匀时，每个片段的处理速度就可以设定为均匀的。
同样，在迄今提供的描述中，已经示例了这样的情况，其中通过DC光的分割相位调制实现了防止数据损坏、抑制强度集中，但是，例如，如果单独提供构造为在再现时抑制信号光区域中的光强度的单元，则能够更稳定地实现防止数据损坏。
更具体地讲，示例了这样的构造，其中由衰减材料(dimmer material)(例如，金属膜等)形成的部分衰减元件仅在再现时在与信号光区域对应的区域中被插入光程。作为选择，可与采用这样的构造，代替图1中的1/2波长板6，插入部分偏振方向控制元件，在该部分偏振方向控制元件中1/2波长板仅形成在对应于信号光区域的区域中，并且仅在再现时通过1/2波长板和偏振分束器7的作用而在该部分偏振方向控制元件上执行旋转驱动，从而入射进SLM 8上的信号光区域A2的光的量被削弱。
同样，在迄今提供的描述中，已经示例了这样的情况，其中由偏振方向控制型空间光调制器(SLM 8)和偏振分束器的组合表示强度调制单元，该强度调制单元执行强度调制以产生信号光和参考光。除此之外，也可以采用能够本身执行强度调制的强度调制器来作为空间光调制器，而不与诸如DMD(Digital Micro mirror Device：注册商标)的偏振分束器组合。
同样，对于空间光调制器，代替反射型，也可以采用透射型(例如，透射型液晶面板等)。
同样，在迄今提供的描述中，已经示例了对应于反射型全息图记录介质HM情况下的记录再现设备的构造，但是也可以采用对应于透射型全息图记录介质的记录再现设备的构造，而不带反射膜。
在透射型全息图记录介质的情况下，根据再现时辐照的参考光，再现图像输出到相对侧以通过全息图记录介质。
由此可见，对于在此情况下的记录再现设备，当从光源侧观察时，另一个物镜被单独提供在全息图记录介质的相反侧的位置上，并且再现图像和DC光进入该物镜，然后，光学系统构造为使得经由该物镜获得的再现图像和DC光被引导到图像传感器19。
同样，在迄今提供的描述中，已经示例了这样的情况，其中在基本上圆形的信号光区域A2的外侧提供了基本上环形的参考光区域A1，但是信号光区域和参考光区域不限于这样的基本上圆形和基本上环形的形状。而且，参考光区域可以设置在内侧，并且信号光区域可以设置在外侧。
这里，在信号光区域的形状设置为矩形的情况下，例如，如图13所示，在整个信号光区域中，相位调制片段的尺寸可以设定为彼此相等。
然而，应当注意的是，当该形状还是设定为基本上圆形时，例如，在相位调制片段的尺寸被设定为诸如4×4像素的相对小的尺寸的情况下，在整个信号光区域中片段的尺寸可以设定为彼此相等。
同样，在迄今提供的描述中，已经示例了这样的情况，其中根据本发明实施例的再现设备应用于能够执行记录和再现的记录再现设备，但是根据本发明实施例的再现设备当然也可以构造为仅为再现设备而没有记录功能。
本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同特征的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、组合、部分组合和替换。
本申请包含2008年9月9日提交至日本专利局的日本优先权专利申请JP 2008-231361揭示的相关主题，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (12)

1、一种再现设备，包括：
光源，构造为对全息图记录介质执行光辐照，在该全息图记录介质上数据通过信号光和参考光产生的干涉条纹而被记录；
强度调制单元，其提供有空间光调制器，该空间光调制器设置为当设定了用作该信号光产生区域的信号光区域和用作该参考光产生区域的参考光区域时以像素为单位对入射光施加空间光调制，并且该强度调制单元构造为对该入射光执行空间光强度调制；
相位调制器，构造为当设定了该信号光区域和该参考光区域时以像素为单位对入射光施加空间光相位调制；
光学系统，构造为将从该光源出射的光经由该强度调制单元、该相位调制器和物镜引导到该全息图记录介质；以及
调制控制单元，构造为产生该参考光和要叠加给再现图像的DC光，该参考光通过对该空间光调制器和该相位调制器的参考光区域中的各像素执行驱动控制而产生，该DC光这样来产生：在该空间光调制器的信号光区域中执行驱动控制以在所有的像素中施加相同调制量的空间光强度调制，并且当设定一部分相位调制量作为用于设定与再现图像的参考相位相同的相位的相位调制量以及当设定另一部分相位调制量作为相对于该一部分相位调制量相差π的相位调制量时，在该相位调制器的信号光区域中执行驱动控制，该再现图像根据辐照该参考光而从该全息图记录介质获得。
2、根据权利要求1所述的再现设备，
其中以当将预定的片段单元设定为最小的调制单元时执行该相位调制器的信号光区域中的相位调制的方式，该调制控制单元执行驱动控制。
3、根据权利要求2所述的再现设备，
其中通过将该信号光区域分割成格子图案来设定该片段。
4、根据权利要求2所述的再现设备，
其中设定具有不同尺寸的多个类型的片段以作为该片段。
5、根据权利要求2所述的再现设备，
其中以当将该片段确定为最小的调制单元时执行基于π/2或3π/2的相位调制的方式，该调制控制单元对该相位调制器执行驱动控制。
6、根据权利要求5所述的再现设备，
其中该再现设备还具有用于该全息图记录介质的记录功能，并且
其中在记录时，作为对该空间光调制器的驱动控制，以给该信号光区域中的入射光提供根据记录数据的光强度图案″0″和″1″且给该参考光区域中的入射光提供预定的光强度图案″0″和″1″的方式，该调制控制单元对各像素执行驱动控制，而作为对该相位调制器的驱动控制，以以像素为单位对该信号光区域和该参考光区域中的入射光施加基于0或π的相位调制的方式，该调制控制单元对各像素执行驱动控制，并且
在再现时，作为对该空间光调制器的驱动控制，以给该信号光区域中的全部入射光施加预定强度量的空间光强度调制并且给该参考光区域中的入射光提供与记录时的光强度图案相同的光强度图案的方式，该调制控制单元对各像素执行驱动控制，而作为对该相位调制器的驱动控制，以给该参考光区域中的入射光施加基于与记录时的相位调制图案相同的相位调制图案的空间光相位调制并且当将该片段设定为最小的调制单元时给该信号光区域中的入射光施加基于π/2或3π/2的相位调制的方式，该调制控制单元对各像素执行驱动控制。
7、根据权利要求5所述的再现设备，还包括：
图像传感器，构造为通过以像素为单位接收入射图像的光来获得图像信号，
其中该光学系统构造为将根据辐照参考光而从该全息图记录介质获得的再现图像和经由该全息图记录介质的DC光引导到该图像传感器，并且
其中该光学系统还包括：
平方根计算单元，构造为输入作为该图像传感器的光接收结果而获得的图像信号，以计算构成图像信号的各值的平方根，
偏移消除单元，构造为从作为该平方根计算单元的平方根计算结果的图像信号中消除DC光的成分，以及
再现处理单元，构造为基于该偏移消除单元的消除处理后的图像信号来执行用于再现被记录的数据的再现处理。
8、根据权利要求7所述的再现设备，
其中通过对图像信号中的该空间光调制器的以像素为单位的振幅值执行数据识别，该再现处理单元再现数据，其中具有″0″振幅值的像素被识别为数据″0″，具有″0″振幅值之外的振幅值的像素被识别为数据″1″。
9、根据权利要求2所述的再现设备，
其中该再现设备还具有用于该全息图记录介质的记录功能，并且
其中作为对该空间光调制器的驱动控制，以用作该信号光区域中的该片段的边界区域的各像素的光强度变为″0″的方式，该调制控制单元执行驱动控制。
10、根据权利要求1所述的再现设备，
其中该强度调制单元包括：
空间光调制器，通过包括铁电液晶元件来构造，该铁电液晶元件设置为以像素为单位改变入射光的偏振方向，以及
偏振分束器，插设在光经由该空间光调制器进入的位置处。
11、根据权利要求1所述的再现设备，
其中该强度调制单元由用作强度调制器的空间光调制器构成，该空间光调制器设置为能够以像素为单位对入射光执行空间光调制。
12、一种再现设备的再现方法，该再现设备包括：
光源，构造为对全息图记录介质执行光辐照，在该全息图记录介质上数据通过信号光和参考光产生的干涉条纹而被记录；
强度调制单元，其提供有空间光调制器，该空间光调制器设置为当设定了用作该信号光产生区域的信号光区域和用作该参考光产生区域的参考光区域时以像素为单位对入射光施加空间光调制，并且该强度调制单元构造为对该入射光执行空间光强度调制；
相位调制器，构造为当设定了该信号光区域和该参考光区域时以像素为单位对入射光施加空间光相位调制；
光学系统，构造为将从该光源出射的光经由该强度调制单元、该相位调制器和物镜引导到该全息图记录介质，
该方法包括下面的步骤：
通过对该空间光调制器和该相位调制器的参考光区域中的各像素执行驱动控制而产生该参考光，并且
作为对该空间光调制器和该相位调制器的信号光区域的各像素中的驱动控制，在该空间光调制器的信号光区域中执行驱动控制以在所有的像素中施加相同调制量的空间光强度调制，并且当设定一部分相位调制量作为用于设定与再现图像的参考相位相同的相位的相位调制量以及当设定另一部分相位调制量作为相对于该一部分相位调制量相差π的相位调制量时，在该相位调制器的信号光区域中执行驱动控制，从而产生要叠加给再现图像的DC光，该再现图像根据辐照该参考光而从该全息图记录介质获得。
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