CN101794588B - 光学拍摄装置、再生装置和再生方法 - Google Patents
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Abstract
提供了光学拍摄装置、再生装置和再生方法,该光学拍摄装置包括:光源,将光照射到全息记录介质上,其中,通过信号光和参照光的干扰带,将信息记录到全息记录介质上;空间光调制部分,通过对来自光源的光进行空间光调制,来产生所述参照光;光学系统,其被构造为将由空间光调制部分产生的参照光经由中继透镜系统和物镜而照射到全息记录介质上,并将依据参照光的照射而从全息记录介质获得的再生光经由物镜和中继透镜系统引导至图像拍摄器件,该光学系统在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中被提供有角度选择性透射器件,该角度选择性透射器件选择性地透射入射角为预定角度以下的光。
Description
技术领域
本发明涉及用于将参照光照射到全息记录介质上的光学拍摄(opticalpick-up)装置和再生(reproduction)装置,其中通过信号光和参照光的干扰带而将信息记录到该全息记录介质上,并且,还涉及从全息记录介质再生信息的再生方法。
背景技术
正如在日本专利申请公开2007-79438中所公开的那样,例如,存在已知的通过形成全息图来记录数据的全息记录和再生系统。在该全息记录和再生系统中,通过在记录期间产生经过与记录数据相对应的空间光强度调制(强度调制)的信号光、以及被施加了预定光强度模式(pattern)的参照光、并将所产生的信号光和参照光照射到全息记录介质上,在记录介质上形成全息图,以便记录数据。
在再生期间,参照光被照射到该记录介质。通过将与记录中相同的参照光(具有与在记录中所使用的参照光相同的强度模式)照射到在记录期间依据信号光和参照光的照射而形成的全息图上,得到了与所记录的信号光成分相对应的衍射光。换句话说,获得了与记录数据对应的再生图像(再生光)。通过利用图像传感器,例如CCD(电荷耦合器件)传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器,对这样获得的再生光进行检测,可再生所记录的数据。
此外,作为这样的全息记录和再生系统,存在已知的所谓的同轴系统,其中,参照光和信号光被布置在同一光轴上,并通过公共物镜被照射到全息记录介质上。
图14和15是说明同轴系统中的全息记录/再生的图。图14示意性地说明了一种记录技术,图15示意性地说明了一种再生技术。
应当注意,在图14和图15中,举例说明了利用包括反射膜的反射型全息记录介质100的情形。
首先,在该全息记录和再生系统中,提供了SLM(空间光调制器)101,用来在记录期间产生信号光和参照光,并在再生期间产生参照光,如图14和15所示。SLM 101包括以像素为单位对入射光进行光强度调制的强度调制器。强度调制器可由例如液晶面板构成。
在图14所示的记录期间,通过SLM 101的强度调制,产生了被施加与记录数据相对应的强度模式的信号光、以及被施加预定强度模式的参照光。在该同轴系统中,对入射光进行空间光调制,以使得信号光和参照光被布置在如图所示的同一光轴上。此时,一般来说,如图14所示,信号光被布置在内侧,而参照光被布置在外侧。
由SLM 101产生的信号光和参照光通过物镜102被照射到全息记录介质100上。因此,通过信号光和参照光的干扰带,其上反映了记录数据的全息图被形成在全息记录介质100上。换句话说,通过形成全息图来进行数据记录。
另一方面,在再生的期间,SLM 101产生参照光(此时的参照光的强度模式与在记录中所使用的相同),如图15A所示。然后,该参照光通过物镜102被照射到全息记录介质100上。
通过这样将参照光照射到全息记录介质100上,如图15B所示,得到了与形成在全息记录介质100上的全息图相对应的衍射光,结果,可获得所记录的数据的再生图像(再生光)。在该情形中,如图所示,再生图像被引导到图像传感器103,作为经由物镜102的来自全息记录介质100的反射光。
图像传感器103以像素为单位接收如以上述那样引导的再生图像,并得到与每个像素的所接收的光量相对应的电信号,由此获得关于再生图像的检测图像。图像传感器103由此检测到的图像信号成为所记录的数据的读出信号。
应当注意,如从图14和15中可以看出,在该全息记录和再生系统中,以信号光为单位记录/再生记录数据。换句话说,在该全息记录和再生系统中,由信号光和参照光的单次干涉形成的一个全息图(被称作全息图页(hologrampage))是记录/再生的最小单位。
发明内容
如上所述,在该全息记录和再生系统中,在再生期间,参照光被照射到全息记录介质上,以由此获得与记录到全息记录介质上的信息(信号光)相对应的再生光。
这里,通过在再生期间照射参照光,尽管通过衍射(diffract)从全息记录介质输出了再生光,但也产生了散射光。而且,在再生期间,粘附到在光路中提供的透镜或者光学器件上的灰尘也会产生散射光。
如上所述的在再生期间产生的散射光连同再生光一起被引导到图像传感器(图像拍摄器件),因而导致信噪比的显著恶化。因此,期望在再生期间抑制如上所述的散射光。
根据本发明的实施例,提供了一种光学拍摄装置,包括:
光源,将光照射到全息记录介质上,其中,通过信号光和参照光的干扰带,将信息记录到该全息记录介质上;
空间光调制部分,通过对来自光源的光进行空间光调制,来产生所述参照光;
光学系统,其被构造为将由空间光调制部分产生的参照光经由中继透镜系统和物镜而照射到全息记录介质上,并将依据参照光的照射而从全息记录介质获得的再生光经由物镜和中继透镜系统引导至图像拍摄器件,该光学系统在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中被提供有角度选择性透射器件,该角度选择性透射器件选择性地透射入射角为预定角度以下的光。
根据本发明的实施例,提供了一种再生装置,包括:光学拍摄装置,其包括:
光源,将光照射到全息记录介质上,其中,通过信号光和参照光的干扰带,将信息记录到该全息记录介质上;
空间光调制部分,通过对来自光源的光进行空间光调制,来产生所述参照光;以及
光学系统,其被构造为将由空间光调制部分产生的参照光经由中继透镜系统和物镜而照射到全息记录介质上,并将依据参照光的照射而从全息记录介质获得的再生光经由物镜和中继透镜系统引导至图像拍摄器件,该光学系统在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中被提供有角度选择性透射器件,该角度选择性透射器件选择性地透射入射角为预定角度以下的光;以及
再生部分,根据图像拍摄器件的光接收的结果,再生被记录到所述全息记录介质上的信息。
在此,尽管下文将进行详细说明,但在其中由空间光调制器产生的信号光和参照光通过中继透镜(relay lens)系统和物镜被照射到全息记录介质上的全息记录和再生系统中,由空间光调制器的每个像素发出的光束以某一角度(θ)散射,例如,如图6所示。因此,与之关联地,再生期间的经由中继透镜系统被引导到图像拍摄器件上的每个像素的再生光的光束变为以角度(θ)会聚的光。显然,数据再生所需要的只是如上所述的会聚并进入图像拍摄器件的再生光的光束。因此,如果能够抑制入射角大于再生光的光束的入射角的光,那么,进入图像拍摄器件的大部分散射光能够被抑制。
考虑到这一点,如上所述,在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中,提供了角度选择性透射器件,其选择性地透射入射角为预定角度以下的光。结果,可有效地抑制要由图像拍摄器件接收到的散射光。
根据本发明的实施例,在对全息记录介质进行再生时,可有效地抑制由图像拍摄器件连同再生光一起接收的散射光,因而提高了信噪比。
根据以下的如所附的图形中阐明的最佳的实施例的描述,本发明的这些和其它的目的、特性以及优势将会变得更明显。
附图说明
图1是说明根据本发明的实施例的再生装置的内部结构的图;
图2是用于本实施例中的全息记录介质的结构示例的截面图;
图3A和3B是解释通过偏振方向控制型空间光调制器和偏振分束器的组合而实现的强度调制的图;
图4是解释在该空间光调制器中设置的参照光区域、信号光区域和间隙区域的图;
图5是解释在图1所示的整个光学系统中的光的状况的图;
图6是说明在光圈(aperture)的后级产生的散射光的图;
图7显示了从空间光调制器的某一像素发出的光束;
图8是说明被引导到图像传感器(图像拍摄器件)的再生光的最大入射角的图;
图9是显示了根据本实施例的记录/再生装置的图像传感器的截面结构的图;
图10是说明角度选择性透射膜的特定结构示例的图;
图11是说明图10中所示的角度选择性透射膜的透射性/不透射性的图。
图12是示出关于角度选择性透射膜的插入位置的修改例的图;
图13是示出关于角度选择性透射膜的插入位置的另一修改例的图;
图14是说明同轴系统中的全息记录技术的图;以及
图15A和15B是说明同轴系统中的全息再生技术的图。
具体实施方式
在下文中,将参照附图描述本发明的实施例。
注意,将按照以下顺序进行说明。
<1.本实施例的全息记录和再生系统>
<2.光在光路中的工作状况>
<3.散射光的产生和抑制>
(3-1.抑制散射光的方法)
(3-2.抑制散射光的详细的示例性结构)
<4.修改例>
<1.本实施例的全息记录和再生系统>
图1是说明根据本发明的实施例的记录/再生装置的内部结构的图。
在该实施例中,将举例说明根据本发明的再生装置被应用于包括全息记录功能的记录/再生装置的情形。图1主要示出了本实施例的记录/再生装置的光学系统的结构。
图1中所示的全息记录介质HM是这样的记录介质,通过信号光和参照光的干扰带而在该记录介质上记录信息。
在此,参照图2,简要说明全息记录介质HM的结构。应当注意,图2示出了全息记录介质HM的截面结构。
如图2所示,在全息记录介质HM中,以从上层侧到下层侧的所述顺序,形成覆盖层L1、记录层L2、反射膜L3和基板L4。
应当注意,对于在此使用的“上层”和“下层”,当记录/再生光进入的表面被视为上表面、且该上表面的另一侧的表面被视为下表面时,上表面侧为上层,且下表面侧为下层。
覆盖层L1由例如塑料或者玻璃形成,并且是为了保护在覆盖层L1的下方形成的记录层L2而提供的保护基板。
作为记录层L2的材料,选择被用来通过与照射光的强度分布相对应的折射率改变而进行信息记录的材料,如光敏聚合物,并执行之后描述的利用来自激光二极管(LD)1的激光作为光源的全息记录/再生。
而且,提供了反射膜L3,用于当在再生期间根据参照光的照射获得与记录在记录层L2上的全息图相对应的再生图像(再生光)时,使再生图像作为反射光返回到该装置一侧。
在反射膜L3的下方形成的基板L4是保护基板,其由例如塑料或者玻璃形成。
回到图1。
在该记录/再生装置中,全息记录介质HM由主轴电机(未示出)可旋转地支撑。在该记录/再生装置中,处于这样的被支撑状态的全息记录介质HM被激光照射,以便记录/再生全息图。
光学拍摄器对应于该图中的由虚线包围的部分,该光学拍摄器包括用于照射激光、以向/从全息记录介质HM记录/再生全息图的光学系统。具体而言,在该光学拍摄器中,提供了激光二极管1、准直透镜2、偏振分束器3、SLM 4、偏振分束器5、中继透镜6、光圈12、中继透镜7、镜(mirror)8、局部衍射器件(partial diffractive device)9、1/4波长板10、物镜11和图像传感器13。
激光二极管1输出波长λ例如为405nm的蓝紫激光,作为用于记录/再生全息图的激光。从激光二极管1发出的激光经过准直透镜2进入偏振分束器3。
在偏振分束器3中,在入射激光的相互垂直的线性偏振分量之中,使线性偏振分量之一透射穿过,而线性偏振分量中的另一个被反射。在该情况下,例如,p偏振分量被透射,而s偏振分量被反射。
因此,只有已进入到偏振分束器3的激光的s偏振分量才被反射,并被引导到SLM 4。
SLM 4包括例如FLC(铁电液晶)的反射型的液晶器件,并以像素为单位控制入射光的偏振方向。
SLM 4响应于来自于图1中所示的调制控制器14的驱动信号,执行对于每个像素将入射光的偏振方向改变90°或者不改变的空间光调制。具体而言,SLM 4被构造为响应于驱动信号来以像素为单位控制偏振方向,使得对于驱动信号为通(ON)的像素,偏振方向的角度变化变为90°,在对于驱动信号为断(OFF)的像素,偏振方向的角度变化变为0°。
如图1所示,从SLM 4发出的光(由SLM 4反射的光)再次进入偏振分束器3。
这里,在如图1所示的记录/再生装置中,利用SLM 4以像素为单位进行的偏振方向控制、以及与入射光的偏振方向相对应的偏振分束器3的选择性的透射/反射的属性,执行以像素为单位的空间光强度调制(下文中称为光强度调制,或者简称为强度调制)。
图3是将通过如上所述的SLM 4和偏振分束器3的组合而实现的强度调制的图像。图3A和3B分别示意性地示出了“通”像素的光和“断”像素的光的光束状态。
如上所述,由于偏振分束器3透射p偏振光而反射s偏振光,所以,s偏振光进入SLM 4。
在这种前提下,偏振方向已被SLM 4改变90°的像素的光(具有驱动信号“通”的像素的光)带着p偏振分量进入偏振分束器3。因此,在SLM 4中的“通”像素的光透射通过偏振分束器3,并被引导到全息记录介质HM一侧(图3A)。
另一方面,驱动信号为“断”且偏振方向未被改变的像素的光带着s偏振分量进入偏振分束器3。换句话说,SLM 4中的“断”像素的光被偏振分束器3反射,并且因此不会被引导至全息记录介质HM一侧(图3B)。
因此,通过组合作为偏振方向控制型空间光调制器的SLM 4和偏振分束器3,形成了以像素为单位执行光强度调制的强度调制部分。
这里,本实施例的记录/再生装置采用同轴系统作为全息记录和再生系统。具体来说,信号光和参照光被布置在同一光轴上,并通过公共物镜被照射到在预定位置上设置的全息记录介质上,以由此通过形成全息图来记录数据。此外,通过在再生期间将参照光经由物镜照射到全息记录介质上,得到全息图的再生图像,以再生所记录的数据。
当采用同轴系统时,为了将信号光和参照光布置在同一光轴上,在SLM 4中设置了如图4所示的区域。
如图4所示,在SLM 4中,在包括中心(与光轴的中心一致)的预定圆形范围内的区域被设置为信号光区域A2。另外,在信号光区域A2的外侧,通过将间隙区域A3插入在信号光区域A2和参照光区域A1之间,设置环形的参照光区域A1。
通过设置信号光区域A2和参照光区域A1,能够在将信号光和参照光布置在同一光轴上的同时照射光。
应当注意,间隙区域A3被设置为这样的区域,其用来防止在参照光区域A1中产生的参照光进入信号光区域A2而由此成为相对于信号光的噪声。
应当注意,SLM 4的像素外形为矩形,信号光区域A2不是精确的圆形。类似地,参照光区域A1和间隙区域A3不是精确的环形。从这个意义上说,信号光区域A2为近似圆周区域,参照光区域A1和间隙区域A3为近似环形区域。
在图1中,通过对SLM 4的驱动进行控制,在记录期间,调制控制器14产生信号光和参照光,且在再生期间只产生参照光。
具体地,在记录期间,调制控制器14产生驱动信号,用来为SLM 4的信号光区域A2中的像素设置与所提供的记录数据相对应的通/断模式(pattern),为SLM 4的参照光区域A1中的像素设置预定的通/断模式,并且关断所有的其它像素,并将该信号提供给SLM 4。通过SLM 4根据该驱动信号进行空间光调制(偏振方向控制),得到同轴(同一光轴)布置的信号光和参照光,作为从偏振分束器3发出的光。
另外,在再生期间,调制控制器14通过为参照光区域A1中的像素设置预定的通/断模式、并关断所有其它像素的驱动信号,来控制SLM 4的驱动,以由此仅产生参照光。
应当注意,在记录期间,调制控制器4进行操作,以为输入记录数据串的每个预定单位产生信号光区域A2中的通/断模式,以连续地产生存储该记录数据串的每个预定单位的数据的信号光。因此,可针对于全息记录介质HM,连续地进行在全息图页单位(可通过信号光和参照光的单次干涉而记录的数据单位)中的数据记录。
在由偏振分束器3和SLM 4形成的强度调制部分中经受了强度调制的激光进入偏振分束器5。偏振分束器5也被构造为透射p偏振光且反射s偏振光。因此,从强度调制部分发出的激光(透射通过偏振分束器3的光)透射通过偏振分束器5。
透射通过偏振分束器5的激光进入由中继透镜6和中继透镜7组成的中继透镜系统。在该情况下,光圈12被插入到中继透镜系统中的中继透镜6和中继透镜7之间。
如图所示,透射通过偏振分束器5的激光的光通量被中继透镜6在预定的焦点位置处会聚,并且,会聚之后的作为散射光的激光通量被中继透镜7转换为平行光。光圈12被提供在中继透镜6的焦点位置(傅立叶面(Fourierplane):频率面(frequency plane)),并被构造为:透射在以光轴为中心的预定范围内的光、并阻断其它的光。
通过光圈12,记录到全息记录介质HM上的全息图页的大小被限制,结果,提高了全息图的记录密度(也就是,数据记录密度)。另外,如之后将会描述的,尽管在再生期间,来自全息记录介质HM的再生图像通过中继透镜系统被引导到图像传感器13,但是此时,连同再生图像而从全息记录介质HM发出的散射光的大部分被阻断,因而,被引导到图像传感器13的散射光量显著减少。换句话说,光圈12具有提高记录期间的全息记录密度的功能、和在再生期间通过抑制散射光而提高信噪比(S/N)的功能。
穿过中继透镜7的激光的光轴被弯曲90°,以使激光通过局部衍射器件9和1/4波长板10而被引导至物镜11。
局部衍射器件9和1/4波长板10被提供用来防止在再生期间由全息记录介质HM反射的参照光(被反射的参照光)被引导至图像传感器13而成为关于再生光的噪声。
注意,通过局部衍射器件9和1/4波长板10抑制被反射的参照光的操作将在之后说明。
已进入物镜11的激光被照射,以在全息记录介质HM上会聚。
应当注意,尽管没有示出,但是在焦点方向(focus direction)以及跟踪方向(tracking direction)上的物镜11的位置是由例如所谓的二轴机构致动器所控制的。因此,对激光的光点位置或者焦点位置的控制成为可能。
这里,如上所述,在记录期间,信号光和参照光是由强度调制部分(SLM4和偏振分束器3)中的强度调制所产生,并通过上述路径被照射到全息记录介质HM上。利用这样的结构,借助信号光和参照光的干扰带,在全息记录介质HM的记录层L2上形成了其上反映记录数据的全息图,由此实现了数据记录。
另外,在再生期间,强度调制部分只产生参照光,并且,参照光通过上述路径被照射到全息记录介质HM上。通过由此照射参照光,能够获得与在记录层L2上形成的与全息图相对应的再生图像(再生光),作为来自反射膜L3的反射光。再生图像经由物镜11返回到装置一侧。
在此,在再生期间被照射到全息记录介质HM上的参照光(被称作向外的参照光)根据强度调制部分的操作,具有p偏振而进入局部衍射器件9。如之后将要说明的,由于局部衍射器件9被构造为透射所有的向外的光,所以,p偏振的向外的参照光穿过1/4波长板10。如上所述的已经穿过1/4波长板10的p偏振的向外的参照光被转换为在预定旋转方向上的圆偏振光,并被照射到全息记录介质HM。
照射到全息记录介质HM的参照光被反射膜L3所反射,并作为被反射的参照光(向内的参照光)被引导至物镜11。此时,由于向内的参照光的圆偏振光的旋转方向被反射膜L3上的反射改变为与预定的旋转方向相反的旋转方向,所以,向内的参照光通过穿过1/4波长板10而被转换为s偏振光。
在此,基于这样的偏振状态的转移,将说明利用局部衍射器件9和1/4波长板10来抑制被反射的参照光的过程。
局部衍射器件9被构造为在参照光进入的区域(除中心部分之外的区域)中形成具有对应于线偏振的偏振状态的选择性衍射特性(线性偏振分量中的一个被衍射,线性偏振分量中的另一个被透射)的偏振选择衍射器件,例如液晶衍射器件。在此情况下,具体而言,包括在局部衍射器件9中的偏振选择衍射器件被构造为透射p偏振光且衍射s偏振光。因此,向外的参照光通过局部衍射器件9被透射,而只有向内的参照光由局部衍射器件9衍射(抑制)。
结果,有可能防止:作为向内的参照光的被反射的参照光被检测为关于再生图像的噪声成分,而由此降低信噪比。
应注意,局部衍射器件9的信号光进入的区域(再生图像进入的区域)由例如透明材料形成,或者被形成为孔部分,以透射向外的光和向内的光两者。这样,记录时的信号光和再生时的再生图像透射通过局部衍射器件9。
在此,从以上说明中可以看出的,在该全息记录和再生系统中,利用衍射现象,参照光被照射到记录的全息图上,以获得再生图像。然而,本情况中的衍射效率通常低于1%。因而,如上所述的返回到装置一侧的参照光作为被反射的光具有关于再生图像的极其高的强度。换句话说,作为被反射的光的参照光成为在检测再生图像中不可忽略的噪声成分。
因此,通过如上所述的利用局部衍射器件9和1/4波长板10抑制被反射的参照光,可显著提高信噪比。
如上所述的在再生期间得到的再生光透射通过局部衍射器件9。透射通过局部衍射器件9的再生光被镜8反射,并经由上述中继透镜7、光圈12和中继透镜6进入偏振分束器5。从上述描述中可以看出,由于来自全息记录介质HM的反射光经由1/4波长板10被转换为s偏振光,所以,已经由此进入偏振分束器5的再生光被偏振分束器5反射,以被引导到图像传感器13。
图像传感器13由例如CCD(电荷耦合器件)传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器的图像拍摄器件组成,并接收来自全息记录介质HM的由此引导的再生光,以通过将该再生光转换为电信号而得到图像信号。关于由此获得的图像信号,反映了在记录期间施加到信号光的通/断模式(也就是,“0”和“1”的数据模式)。换句话说,由图像传感器13由此检测到的图像信号成为记录到全息记录介质HM上的数据的读出信号。
注意,此实施例中的图像传感器13的内部结构将在后文说明。
由图像传感器13获取的作为读出信号的图像信号被提供给数据再生部分15。
数据再生部分15执行针对包括在来自图像传感器13的图像信号中的SLM4的像素单位的每个值而识别数据“0”和“1”的处理、在必要时所记录的调制码的解调处理等等,并再生记录数据。
利用上述结构,实现了利用来自作为光源的激光二极管1的记录/再生光的照射的全息记录和再生操作。
<2.光在光路中的工作状况>
图5示出了针对SLM 4的像素单位中的每个光束的、在图1所示的记录/再生装置的整个光学系统中的光的工作状况。
在图5中,在光学系统的整个结构之中,只图示了SLM 4、中继透镜6、中继透镜7、物镜11和图像传感器13。图中的平面Spbs表示偏振分束器5的反射平面,并且,面Sm表示镜8的反射面。而且,在该图中,也示出了全息记录介质HM。
在图5中,对于像素单位中的光束,作为代表性的,对于每个信号光和再生光只图示了3个光束,并且,仅显示了2个光束作为参照光。具体而言,对于信号光和再生光,作为代表,图示了位于信号光区域A2的中心的像素的光束(包括整个激光通量的光轴的光束)和位于信号光区域A2的最外面的圆周部分处的像素的光束。另外,对于参照光,作为代表,图示了位于参照光区域A1的最外面的圆周部分处的像素的光束。
首先,如图中所示,从SLM 4的像素发出的光束经由平面Spbs(偏振分束器5)进入中继透镜6。此时,从这些像素发出的光束的光轴是平行的。
将进入到中继透镜6的像素的光束由扩散光转换为平行光,如图5所示,并且,除了位于激光光轴(整个激光通量的光轴)上的光束之外,这些光束的光轴都朝向激光光轴弯曲。因此,在平面SF上,这些光束在包括激光光轴的中心部分处作为平行光会聚。这里,类似于物镜11的焦平面,平面SF是作为平行光的像素的激光光束被会聚到激光光轴上的平面,并被称为傅立叶面(频率面)。
这里,如以上关于图1所述的,光圈12被提供在中继透镜6的焦平面处。换句话说,光圈12是位于与该光学系统中的傅立叶面SF相对应的位置处。
在傅立叶面SF中作为平行光由此会聚的光束进入中继透镜7。此时,从中继透镜6发出的光束(排除位于包括激光光轴的中心部分处的像素的光束)与傅立叶面SF上的激光光轴相交。因此,中继透镜6中的光束和中继透镜7中的光束的进入/离开位置之间的关系成为以激光光轴作为中心的轴对称关系。
如图所示,光束通过中继透镜7而被转换为会聚光,并且光束的光轴变为平行。已通过中继透镜7的光束被平面Sm(镜8)反射、并会聚于实像平面SR的位置上。实像平面SR是用于物镜11的物面。
此时,如上所述,由于已通过中继透镜7的光束的光轴变为平行,所以,这些光束的会聚位置不会在实像平面SR上重叠,而是处于不同的位置。
在实像平面SR上会聚的光束作为扩散光进入物镜11,如图5所示。通过物镜11之后,作为扩散光的光束变为平行光,并且,光束(排除位于激光光轴上的光束)的光轴朝向激光光轴弯曲。因此,光束会聚于在全息记录介质HM上形成的物镜11的焦平面上的包括激光光轴的中心部分处。
这里,在物镜11的焦平面上,光束被转换为平行光并会聚于一个位置。从上述说明中可以看出,物镜11的焦平面和傅立叶面SF为共轭关系。
注意,图5示出了由平面Spbs反射、并被引导到图像传感器13的再生光的光束。如上所述的只有再生光被引导到图像传感器13的原因在于:被反射的参照光被上述局部衍射器件9(和1/4波长板10)所抑制。
注意,局部衍射器件9被提供在与实像平面SR相对应的位置。这是因为,由于局部衍射器件9需要选择性地透射/衍射信号光区域和参照光区域中的光,所以,除非位于能够获得与SLM 4(像生成面)的像等同的像的位置处,否则变得难以得到适当的选择性透射/衍射操作。
另外,在再生期间,在与记录期间照射的信号光的光束相同的光束区域中,能够得到再生光。换句话说,再生光的光束顺着与图中的信号光的光束相同的路径到达平面Spbs,之后被平面Spbs反射,以被引导至图像传感器13。此时,如图中所示,从中继透镜6向平面Spbs发出的再生光的光束为会聚光,并且,其光轴是平行的。此外,这些光束会聚于图像传感器13的检测面上的不同的位置。因此,在图像传感器13的检测面上,可得到与在实像平面SR上的再生图像相同的图像。
<3.散射光的产生和抑制>
如上所述,在该全息记录和再生系统中,在再生期间从全息记录介质HM产生的散射光、以及由于粘附在光学系统中的透镜等上的灰尘而导致的散射光导致了信噪比的降低。
在此,通过光圈12可抑制从全息记录介质HM产生的散射光。具体而言,从关于图5的描述中可以看出,由于有可能选择性地透射从全息记录介质HM得到的再生光的光束经过在傅立叶面SF上提供的光圈12的区域的光,所以,可通过光圈12阻断在其它区域中得到的散射光的大部分成分。
另外,不仅来自全息记录介质HM的散射光的成分可被抑制,而且,在设置在光圈12的前侧(图像拍摄器件设置作为基准)的光学器件,例如物镜11和中继透镜7中产生的散射光的成分也可被抑制。
从以上说明中可以看出,当在记录时为了减小全息图尺寸而插入光圈12时,在光圈12的前侧部分处产生的散射光,例如来自全息记录介质HM的散射光,在再生期间可被抑制。
然而,在光圈12的后侧部分处产生的散射光,也就是,在图像拍摄器件侧产生的散射光不能被抑制。
图6是说明在光圈12的后侧部分处产生的散射光的图。注意,与上述的图5类似,图6示出了该光学系统之中的SLM 4、中继透镜6、中继透镜7、物镜11、图像传感器13、平面Spbs、SF和Sm、全息记录介质HM以及信号光、参照光和再生光的光束。
例如,如图6中的实箭头所示,粘附到中继透镜6上的灰尘产生了散射光。如该图所示,由此产生的散射光连同再生光一起被引导至图像传感器13,由此,除非采取了某种措施,否则会导致信噪比的降低。
(3-1.抑制散射光的方法)
在这点上,本实施例旨在抑制在光圈12的后侧部分处产生的、特别是在再生期间产生的散射光之中的散射光。
这里,如图6中由实箭头所指示的,大部分散射光以不同于再生光的角度的角度被引导到图像传感器13。此时,再生所需的当然只是再生光的光束。因此,如果图像传感器13只能接收到作为如图中所示的会聚光的进入图像传感器13的光束部分的光,则可最大程度地抑制散射光。
考虑到这一点,在该实施例中,可以预定角度以下的入射角选择性地透射光的角度选择性透射器件被提供在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中。
此时,如图5和6所示,被引导到图像传感器13的再生光的光束变为关于光轴以某一角度(θ)会聚的光。具体地,入射角的范围为从0°到θ。因此,如果提供了如上所述的以预定角度以下的入射角选择性地透射光(也就是,阻断入射角超过预定角度的光)的角度选择性透射器件,那么,具有比再生光的最大入射角θ的入射角大的入射角的散射光的大部分成分都可有效地被抑制。
在此,在被构造为利用空间光调制器来产生信号光和参照光、并将它们经由中继透镜系统和物镜照射到全息记录介质上的光学系统(如图1所示的光学系统那样)中,再生光的光束的最大入射角θ可被定义如下。
图7显示了由SLM 4的某一像素发出的光束。
如图中所示,由SLM 4的每个像素发出的光束的扩散角θ被表达为“θ=λ/P”,其中P表示空间光调制器(在此情况下为SLM 4)的像素大小,而λ表示关于该空间光调制器的入射光的波长。
在此,在采用同轴系统的全息记录和再生系统中,如以上参照图5所说明的那样,可以在与记录期间的被照射的信号光的光束相同的光束区域中获得再生光的光束。换句话说,该光学系统被设计为具有这样的结构。因此,进入图像传感器13的作为会聚光的再生光的光束的最大入射角等于从SLM 4的像素发出的光束的扩散角θ。
图8是解释以上说明的图。
注意,图8仅仅示出了通过平面Spbs进入图像传感器13的再生光的光束之中的中间光束。
在被构造为利用空间光调制器来产生信号光和参照光、并将它们经由中继透镜系统和物镜照射到全息记录介质上的光学系统中,再生光的光束以最大入射角θ=λ/P进入图像传感器13。
如上所述,由于再生需要至少入射角为θ以下的光,所以,当散射光被最大程度地抑制时,透射通过角度选择性透射器件的光的最大入射角θ可被定义为λ/P。
(3-2.用于抑制散射光的特定结构性示例)
参照图9,将说明用于抑制散射光的特定结构性示例。
图9示出了图像传感器13的截面结构。
首先,如该图中所示,作为基本结构,图像传感器13包括框架13B、设置在框架13B的内部的图像拍摄器件13A、以及用来保护图像拍摄器件13A的防护玻璃罩13C。
在该实施例中,膜状角度选择性透射器件(角度选择性透射膜20)被设置在具有这样的结构的图像传感器13的防护玻璃罩13C上。
具体地,角度选择性透射膜20被设置在防护玻璃罩13C的靠近图像拍摄器件13A的一侧的表面(与图像拍摄器件13A相对的表面)上。
通过将在角度选择性透射膜20由此提供在与图像拍摄器件13A相对的防护玻璃罩13C的表面上,也就是,在离图像拍摄器件13A最接近的位置处提供角度选择性透射膜20,可额外地改进抑制散射光的效果。
换句话说,由于防护玻璃罩13C也是可能会导致产生散射光的部分,所以,当角度选择性透射器件被提供在防护玻璃罩13C的前侧时,不能抑制由防护玻璃罩13C引起的散射光。从这个意义上讲,期望将角度选择性透射器件提供在尽可能多地接收再生光的靠近图像拍摄器件13A的位置处。
图10是表示角度选择性透射膜20的特定结构性示例的图。
如图10所示,角度选择性透射膜20可通过多层结构被实现。具体地,该情况中的角度选择性透射膜20具有其中TiO2层(图中的白颜色的层)和MgF2层被交替层压而形成的多层结构。
在图10所示的例子中,在角度选择性透射膜20的多层结构中的上层部分11处,以所述次序,TiO2层和MgF2层各自被层压4次,也就是说,一共形成了8层。在上层部分11之下的中间层部分12处,形成了单个TiO2层。而且,在中间层部分12之下的下层部分13处,以所述次序,MgF2层和TiO2层各自被层压4次,也就是,一共形成了8层。
在该情况下,上层部分11和下层部分13中的每层的厚度都被设置为记录/再生光的波长λ的1/4。另外,在中间层部分12中形成的TiO2层的厚度被设置为上层部分11和下层部分13中的每层的厚度的6倍,也就是,记录/再生光波长λ的3/2。
而且,MgF2层的折射率为1.38,而TiO2层的折射率为2.3。
图11显示了图10中的具有多层结构的角度选择性透射膜20的透射性/不透射性。注意,在该图中,实线的特性是关于s偏振光的特性,而虚线的特性是关于p偏振光的特性。图11采用横坐标轴表示入射角、纵坐标轴表示透射的方式表示透射性/不透射性。
从图11所示的特性可以看出,根据具有以上参照图10描述的结构的角度选择性透射膜20,对于p偏振光和s偏振光两者,在入射角为2°到3°处,透射率都开始急剧下降,并且,在入射角为20°以上处,透射率几乎变为0。在此,对于图1所示的光学系统的结构,再生光带着s偏振进入图像传感器13。然而,如图中所示,尤其是对于s偏振光,即使当入射角为50°以上时,透射率仍保持为接近0。
如上所述,进入图像传感器13的再生光的光束的入射角θ被表达为θ=λ/P,其中P表示SLM 4的像素大小,λ表示记录/再生波长。如上所述,在图1所示的记录/再生装置中,记录/再生波长λ被设置为405nm(0.405μm)。此时,假定像素大小P为6μm,根据0.405/6=0.0675rad,入射角θ变为θ=3.867°。
根据具有以上参照图10所描述的结构的角度选择性透射膜20,依照图11中所示的特性,即使例如在记录/再生装置一侧设置了如上述那样的条件的情况下,再生光也能够适当地被选择性地透射。
这里,当利用具有如图10所示的多层结构的角度选择性透射膜20时,例如,可通过构成角度选择性透射膜20的材料(折射率)和层的厚度的设置,来调整成为可透射和不可透射之间的边界的角度。另外,透射率的后缘角(trailing edge angle)(在图11中的透射率急剧下降的部分,透射率关于入射角的下降速率)可由被层压的层的数量来调整。
作为角度选择性透射膜20,只需要采用被构造为根据取决于空间光调制器的记录/再生波长λ和像素大小P的再生光的最大入射角θ、选择性地透射至少入射角为θ以下的光(理想地,仅透射入射角为θ以下的光)的膜。
注意,图10中所示的角度选择性透射器件的结构仅仅是一个示例,角度选择性透射器件当然可以通过其它结构来实现。
<4.修改例>
到目前为止,已经说明了本发明的实施例。然而,本发明并不局限于到目前为止所描述的特定实施例。
例如,在以上说明中,举例说明了角度选择性透射器件被置于接收再生光的图像拍摄器件的防护玻璃罩上的情形。但是,当考虑到抑制在光圈12的后侧的路径上产生的散射光时,角度选择性透射器件可被提供于至少中继透镜系统和物镜之间的光路上。
具体来说,如图12所示,角度选择性透射器件(角度选择性透射器件21)可被提供在偏振分束器5和图像传感器103之间,或者,如图13所示,被插入在中继透镜6和偏振分束器5之间。
注意,图12和13中的图像传感器103是通过从图像传感器13上移除角度选择性透射膜20而获得的。另外,作为角度选择性透射器件21的具体结构,例如,可采用角度选择性透射膜20被放置于玻璃基板上的结构。
而且,在以上的描述中,举例说明了提供光圈12以减小记录期间的全息图尺寸、并且可抑制再生期间产生的来自全息记录介质HM的散射光的情形。然而,例如,当假设仅再生装置时,不需要插入为了提高记录密度而设置的光圈,这样就可以采用将光圈从其移除的结构。
在这样的情况下,根据本发明,由角度选择性透射器件抑制来自全息记录介质的散射光。换句话说,根据该情况下的角度选择性透射器件,能获得抑制由于光学系统中的灰尘粘附而导致的散射光的效果和抑制来自全息记录介质的散射光的效果。
另外,在以上说明中,描述了本发明被应用于关于反射型全息记录介质HM进行再生的情形。然而,本发明还可被理想地应用到关于不包括反射膜的透射式全息记录介质HM进行再生的情形。
在应用到透射式全息记录介质的情形中,再生光透射通过整个全息记录介质,以从与被照射参照光的一侧相对的一侧离开全息记录介质。因此,在这种情况下的光学系统中,额外地提供作为透射光的再生光所进入、并被提供在全息记录介质的后侧的物镜、以及经由物镜将再生光引导至图像拍摄器件的中继透镜系统。
此外,在该情况下,如果角度选择性透射器件被提供在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中,那么,就能有效地抑制该光学系统中的由于灰尘粘附而导致的散射光,从而提高信噪比。
另外,在以上描述中,举例说明了通过偏振方向控制型的空间光调制器和偏振分束器的组合来实现用于产生参照光(和信号光)的强度调制的情形。然而,实现强度调制的结构并不局限于此。例如,利用能够单独地执行强度调制的空间光调制器,例如参照图14和15描述的透射式液晶面板的SLM 101和(数字微镜器件),也可实现强度调制。
本申请包括关于在2009年1月6日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2009-000740所公开的相关主题,因此,通过引用并入其中的全部内容。
本领域技术人员应当理解,取决于设计要求和其它因素,在所附的权利要求的范围或等同物的范围内,可以作出各种修正、组合、子组合和替代。
Claims (8)
1.一种光学拍摄装置,包括:
光源,将光照射到全息记录介质上,其中,通过信号光和参照光的干扰带,将信息记录到该全息记录介质上;
空间光调制部分,通过对来自光源的光进行空间光调制,来产生所述参照光;
光学系统,其被构造为将由空间光调制部分产生的参照光经由中继透镜系统和物镜而照射到全息记录介质上,并将依据参照光的照射而从全息记录介质获得的再生光经由物镜和中继透镜系统引导至图像拍摄器件,该光学系统在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中被提供有角度选择性透射器件,该角度选择性透射器件选择性地透射入射角为预定角度以下的光。
2.如权利要求1所述的光学拍摄装置,其中,角度选择性透射器件被形成为膜,并且被沉积在该图像拍摄器件的防护玻璃罩的表面。
3.如权利要求2所述的光学拍摄装置,其中,膜状角度选择性透射器件被沉积在靠近图像拍摄器件的防护玻璃罩一侧的表面。
4.如权利要求1所述的光学拍摄装置,其中,所述空间光调制部分在记录期间产生信号光和参照光,而在再生期间产生参照光;并且
其中,所述光学系统在与由中继透镜系统形成的傅立叶面相对应的位置处被提供有光圈,该光圈被构造为阻断除了在包括光轴的中心部分处的光之外的光。
5.如权利要求1所述的光学拍摄装置,其中,当将光源的光波长表示为λ、并将在所述空间光调制部分中包括的空间光调制器的像素大小表示为P时,所述角度选择性透射器件选择性地透射入射角为λ/P以下的光,其中λ/P的单位是弧度。
6.如权利要求1所述的光学拍摄装置,其中,所述角度选择性透射器件具有多层结构。
7.一种再生装置,包括:
光学拍摄装置,其包括:
光源,将光照射到全息记录介质上,其中,通过信号光和参照光的干扰带,将信息记录到该全息记录介质上;
空间光调制部分,通过对来自光源的光进行空间光调制,来产生所述参照光;以及
光学系统,其被构造为将由空间光调制部分产生的参照光经由中继透镜系统和物镜而照射到全息记录介质上,并将依据参照光的照射而从全息记录介质获得的再生光经由物镜和中继透镜系统引导至图像拍摄器件,该光学系统在中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中被提供有角度选择性透射器件,该角度选择性透射器件选择性地透射入射角为预定角度以下的光;以及
再生部分,根据图像拍摄器件的光接收的结果,再生被记录到所述全息记录介质上的信息。
8.一种用于再生装置的再生方法,该再生装置包括光学拍摄装置,该光学拍摄装置包括:光源,将光照射到全息记录介质上,其中,通过信号光和参照光的干扰带,将信息记录到该全息记录介质上;空间光调制部分,通过对来自光源的光进行空间光调制,来产生所述参照光;以及光学系统,其被构造为将由空间光调制部分产生的参照光经由中继透镜系统和物镜而照射到全息记录介质上,并将依据参照光的照射而从全息记录介质获得的再生光经由物镜和中继透镜系统引导至图像拍摄器件,
所述方法包括:
在该光学系统中的中继透镜系统和图像拍摄器件之间的光路中,选择性地透射入射角为预定角度以下的光;和
根据图像拍摄器件的光接收的结果,再生被记录到所述全息记录介质上的信息。
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