CN1739147A - 全息记录方法、全息记录再现方法、全息记录设备、全息记录和再现设备以及全息再现设备 - Google Patents

Abstract

在使用一维光调制器的全息记录和全息记录再现中，其中布置了多个光调制像素的一维光调制器调制激光束，以在全息记录介质上记录数字数据信号，部分光调制像素在保持预定间隔的两个或者多个位置在所述全息记录介质上记录同步信号，从而减少全息记录介质的变形等对记录在全息记录介质上的信息的再现或者读出的妨碍以及信噪比的降低。

Description

全息记录方法、全息记录再现方法、全息记录设备、 全息记录和再现设备以及全息再现设备

技术领域

本发明涉及全息记录方法、全息记录再现方法、全息记录设备、全息记录和再现设备以及全息再现设备。

背景技术

全息记录的基本结构如下：将来自激光束源的激光束分为两个光束，根据记录信息，由光调制器将分解的激光束中的一个调制为信号光，分解的激光束中的另一个作为参考光，将两个光束叠加到全息记录介质上，在全息记录介质上形成由两个激光束的干涉而形成的折射率的变化而产生的干涉条纹，从而记录信息。

从全息记录再现信息的过程如下：将信号光截除，只将参考光作用于全息记录介质，并且位置与入射角与记录全息图时相同，在记录介质上形成干涉条纹，从而能够获得对应于原始信号光的基于衍射光的再现光，于是，用传感器比如CCD(电荷耦合器件)检测再现光(例如参见Holographic Data Storage(作者H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox)p.350，Springer Series Verlag，July 2000，Optical Science，以及Optical Data Storage 2001，Proceedings of SPIE Vol.4342(2002)p.567)。

上述全息记录的过程如下：使用一维光调制器(其中，多个，例如1088个光调制像素在一维方向上排列)，也就是，例如使用GLV(Grating Light Valve，光栅光阀)(例如参见Grating ValveTechnology：Update and Novel applications)，从每一个光调制像素，基于根据信息“1”和“0”从激光束进行光调制得到的亮和暗(黑白)图像，获得信号光。将信号光与参考光一起作用于全息记录介质，以执行全息记录。在这种情况下，当再现所述记录时，用具有多个光检测部分的一维光检测器检测来自全息记录介质的再现光，在所述光检测部分，在对应于光调制器中的光调制像素的适当位置布置适当尺寸的光检测元件。

但是，在这种情况下，如果在再现时，全息记录介质在记录时的位置和角度发生了偏移，则再现图像的位置也会偏移，从而可能会出现难以实现所要的再现的情况。

图1示意性地图示了具有多个光调制像素P1，P2，P3…Pn的一维光调制器101和一维光检测器102之间的布置关系，其中，一维光检测器102中的检测元件D1，D2，D3，…Dn的数量n被选择为与一维光调制器101中的光调制像素的数量相同，例如1088个。

但是，根据上述结构，当由光调制器1调制的信号“1”、“0”是作为光的有无提供的数字数据时(例如在下述情况下：一维光调制器101以下述方式执行调制，例如，在光调制像素P1，P2，P3…Pn中，信号“1”被给予每个一个的像素，信号“0”被给予另一半每个一个的像素)，如果在一维光调制器101的光调制像素P(P1，P2，P3，…Pn)和一维光检测器102中的检测元件D(D1，D2，D3…Dn)之间发生偏移，例如偏移一半，则“1”和“0”会半个半个地进入检测元件，结果，不能获得亮暗(黑白)图像，而只是获得，例如，均匀的灰图像，则意味着信息的检测变得不可能。

这样的偏移经常发生。具体地，由于全息记录介质常常采用盘形或者卡式，并且频繁地重复记录和再现，当将全息记录介质安装到全息记录设备或者再现设备中时，很容易发生位置的偏移和角度的偏移。

另外，全息记录介质常常使用有机材料制成的，因此常常需要在记录过程中或者在记录之后用紫外线照射或者进行热处理。在这种情况下，常常产生百分之几的收缩。因此，不仅会在再现位置发生上述简单偏移，而且，一维光调制器101中的光调制像素P和一维光检测器102中的检测元件D之间的一一对应关系也会被破坏。这样的现象也会使再现变得困难，或者降低信噪比S/N。

发明内容

本发明的目的是要提供一种全息记录方法、全息记录再现方法、全息记录设备、全息记录和再现设备以及全息再现设备，它们能够有效地避免对全息记录的再现的上述障碍，并避免S/N的下降等。

具体地，根据本发明的全息记录方法包括下述步骤：用其中布置了多个光调制像素的一维光调制器调制激光束，并在全息记录介质上记录数字数据信号，借助于所述一维光调制器中的部分光调制像素在两个或者多个位置在所述全息记录介质上记录同步信号，所述位置之间保持预定的间隔。

根据本发明的一种全息再现方法包括下述步骤：对具有以预定间隔形成在两个或者多个位置的同步信号记录部分和数字数据记录部分的全息记录介质施加参考光，读出所述数字数据和所述同步信号，利用所述同步信号检测所述数字数据信号的位置的偏移。

另外，本发明的全息记录设备包括：激光束源，将来自激光束源的激光束分解为第一激光束和第二激光束的分束装置，其中排列多个光调制像素的一维光调制器，以及全息记录介质放置部分；其中，一维光调制器中的部分光调制像素用数字数据信号对部分第一激光束进行光调制，其它光调制像素中的在两个或者多个位置的至少部分光调制像素用同步信号对第一激光束的其余部分的至少一部分进行光调制，获得激光束的信号光，所述信号光和所述第二激光束的参考光被作用于全息记录介质，形成数字数据信号的记录部分和在保持预定间隔的两个或者多个位置的同步信号记录部分。

本发明的记录和再现设备包括：激光束源，将来自激光束源的激光束分解为第一激光束和第二激光束的分束装置，其中排列多个光调制像素的一维光调制器，全息记录介质放置部分，以及至少一维的、具有数量比所述一维光调制器的光调制像素更多的光检测元件的光检测器；其中，在记录时，部分光调制像素用数字数据信号对部分第一激光束进行光调制，一维光调制器中的其它光调制像素中的在两个或者多个位置的至少部分光调制像素用同步信号对第一激光束的其余部分的至少一部分进行光调制，获得激光束的信号光，所述信号光和所述第二激光束的参考光被作用于全息记录介质，形成数字数据信号的记录部分和在保持预定间隔的两个或者多个位置的同步信号记录部分；以及，在再现时，第二激光束的参考光被作用于全息记录介质，以将从全息记录介质获得的再现光提供给光检测器中的光检测元件，用以检测所述数字数据信号和同步信号，以用所述同步信号检测数字数据信号的位置偏移。

另外，在上述记录设备中，又例如在本发明的上述记录和再现设备中，所述一维光调制器具有多个反射条带的阵列，每一个反射条带可以具有衍射光栅结构，其中，到达激光束的相位对应于其位移而被调制和反射，产生衍射光。

另外，本发明的全息再现设备包括：激光束源，其中排列多个光检测元件的光检测器，以及用以设置全息记录介质的设置部分，所述全息记录介质具有用于数字数据信号的记录部分和在两个或者多个位置的同步信号记录部分，其中，用来自激光束源的激光束的参考光照射设置在所述设置部分中的全息记录介质，获得再现光，再现光中包括记录在全息记录介质上的数字数据信号和同步信号，所述光检测器检测所述再现光，以用所述同步信号检测所述数字数据信号的位置偏移。

如上所述，在本发明中，在全息记录介质上不仅记录数字数据信号也就是原始记录信息信号，而且记录同步信号；在再现时，同时检测原始信息信号和同步信号，以检测原始信息信号的位置偏移。

由于可以以这样的方式检测位置，就可以校正全息记录设备、全息再现设备等中由于全息记录介质的重复使用而导致的位置偏移和角度偏移，并还可以校正全息记录介质的由于收缩等原因造成的记录信号的位置偏移。

附图说明

图1是本发明的全息记录和再现设备的一个例子的结构示意图；

图2是本发明的设备中的一维光调制器的例子的示意平面图；

图3是本发明的设备中的一维光调制器的一个例子中的一个像素的透视图；

图4是本发明的一维光调制器的一个例子中的一个像素的剖面图；

图5A和5B的剖视图分别图示了一维光调制器的一个例子的工作状态；

图6的示意图图示了在本发明的设备的一个例子中，一维光调制器中的像素和一维光检测器中的检测元件之间的关系；

图7是根据本发明的全息再现设备的一个例子的结构示意图；

图8的示意图图示了在根据本发明的全息记录和再现方法的一个例子中，一维光调制器的调制和一维光监测器的光接收强度之间的对应关系；

图9图示来在作为一维光监测器的CCD中，光检测元件(像素)的光接收强度；

图10图示来图9中的作为一维光检测器的CCD中的光检测元件(像素)的光接收强度及其数字化值“1”和“0”之间的关系；

图11图示来在传统的全息记录和再现设备中，一维光调制器和一维光检测器之间的关系。

具体实施方式

下面描述本发明的实施例。首先，结合图1的记录和再现设备的结构示意图描述本发明的全息记录设备的一个实施例。但是，本发明不限于本实施例。

(全息记录设备)

在图1所示的实施例中，用光透射式全息记录介质作为全息记录介质1。

在全息记录介质1上的记录以如下方式进行：来自激光束源10的激光束L的直径被扩束器11在垂直于纸面的Y方向扩大，然后被导入半反射镜12，后者将激光束分解为第一激光束L1和第二激光束L2，它们的光路分别在Z方向和X方向，这两个方向垂直于Y方向并相互垂直。

第一激光束L1在Z方向被柱面透镜13会聚，并被导入一维光调制器14。

在这里，第一激光束L1被光调制为信号光，信号光被第一透镜21会聚，并通过针孔15H。

第二透镜系统22将激光束L1也就是信号光会聚到全息记录介质1上。

另一方面，由半反射镜12分解而来的第二激光束L2在X方向被第三透镜系统23作为参考光会聚到全息记录介质1上。这样，通过第一激光束(信号光)和第二激光束(参考光)之间的干涉，在全息记录介质1上执行全息记录。

下面结合图1描述全息记录和再现设备的一个实施例。

(全息记录和再现设备)

该实施例包括全息记录设备部分2和全息再现设备部分3。

在全息记录部分2中，用与上面所述同样的结构和操作在全息记录介质1上进行记录。

全息再现设备部分3包括第四透镜系统24和一维光检测器16。该全息再现设备部分3的形成例如可以与全息记录设备部分2共用部分结构。但是，在这种情况下，在再现操作时，第一激光束L1会被截除。

这种情况下的全息再现设备部分3在与作为参考光的第二激光束L2相关的光学系统中包括激光束源10、扩束器11、半反射镜12以及第三透镜系统23，还包括设置在全息记录介质1后面的第四透镜系统24和一维光检测器16。

通过以与记录时相同的入射条件将参考光作用于全息记录介质1，可以从全息记录介质1提取再现光Ls，就好像它是信号光L1的透射光。

上述第四透镜系统24被设置在再现光Ls的光路上的扩散(漫射)位置，以便再现光Ls被会聚到一维光检测器16上。在这种情况下，在一维光检测器16中获得再现光Ls产生的光学图像，也就是与在一维光调制器14中获得的亮暗图像相应的亮暗图像。

在上述全息记录设备和全息记录与再现设备中，理想的是所述一维光调制器14使用一维GLV(光栅光阀，Grating Light Valve)阵列，该阵列例如具有静电驱动式结构，该静电驱动式结构由具有高调制效率和快速响应的反射型衍射控制栅构成。

如图2所示，GLV包括大量的，例如1088个排为一行的像素30，每一个像素具有衍射光栅结构，形成一个光调制像素。

如图3的透视图和图4的剖面图所示，每一个像素30例如具有六个在由例如硅衬底制成的衬底31上的条带32。每一个条带32至少在两端被支承，反射激光束L1，并被平行布置，以形成衍射光栅。

如图5A的剖面图所示，这些条带32被布置在一个平面中，每一个条带的中央部分通过两端的支承部分与衬底31的表面保持所需的距离。

如图4所示，条带32包括由构成反射面的金属膜制成的电极层34，该电极层形成在例如由氮化硅组成的绝缘膜33上。

另一方面，在衬底31上形成公共相对电极35，它在上述排列的多个条带32的下方延伸，并与每一个条带32的电极层34的方位相反，与条带32之间保持所需的间隙。

在这种结构中，通过在每隔一个的条带32的电极层34和相对电极35之间施加所需的电压，使这些每隔一个的条带32向相对电极35位移，如图5B所示，位移量等于λ/4，其中λ是施加到GLV的激光束L1的的波长。

通过这样做，当将上述激光束L1施加到一行中的像素30(每一个像素构成一个光调制像素)时，在对应于一个光调制像素的六个条带32如图5A所示位于同一平面内的状态下，作为光调制像素的像素30不作为衍射光栅工作，到达光调制像素的激光束L1只是被反射。对于该光调制像素，例如，作为“亮”的信号光的信息“1”被记录到全息记录介质1上。

相反，当在每隔一个的条带32的电极层34和相对电极35之间施加所需的例如用于信号“0”的电压导致λ/4的位移，从而对到达的激光束的相位加以调制并使激光束反射时，在相邻的条带32反射的激光束相互干涉，导致基本上不反射光，从而，对于该像素也就是光调制像素，激光束基本上消失，被调制为“0”的“暗”信号。在这种情况下，例如，信息“0”被记录到全息记录介质1上。

当以这种方式使用具有衍射光栅结构的一维光调制器14时，会产生比正负一阶光和正负二阶光更高阶的衍射光，但是，这种光被上述屏蔽15截除了。

每一个像素也就是光调制像素30的条带32例如可以被选择为3微米宽、100微米长和100纳米厚。条带32和相对电极35之间的距离例如可以被选择为650nm。像素30的节距可以为25微米。

所述一维光检测器具有其中布置了多个光检测元件的阵列。所述一维光检测器例如可以由其光接收部分一维排列的CCD(电荷耦合器件)构成。这些光检测元件或者阵列的数量被选择为大于一维光调制器1中的像素的数量。

换句话说，如图6所示，如果在一维光调制器14中布置了n个光调制像素P也就是P1，P2，P3…Pn，并且一维光检测器16中的光检测元件，在CCD的情况下，例如，也就是光接收部分D1，D2，D3，…DN的数量为N，则使n＜N。

另外，所述一维光调制器可以例如由二维光调制器的一部分构成。

所述光学系统，例如所述第一到第四光学系统21到24可以选择得使得一维光检测器16上的光学图像可以对应于一维光调制器14中的光学图像。

(全息再现设备)

图7图示了本发明的全息再现设备的一个实施例。该全息再现设备与图1所述的全息记录和再现设备中的全息再现设备部分3具有相同的结构。在图7中，对应于图1中的部件的部件用相同的附图标记表示，并且不再重复描述。

下面描述本发明的记录方法的一个实施例。

(全息记录方法)

在本实施例中，使用图1所示的本发明的全息记录和再现设备执行全息记录。

在此全息记录方法中，在具有多个光调制像素P的一维光调制器14的所有像素P中，用保持预定间隔的两个或者多个位置的光调制像素作为用于同步信号的光调制像素，用同步信号对激光束L1进行光调制。像素P中的另外的主要部分用来根据原始记录信息的数字数据信号对到达一维光调制器14的激光束L1进行光调制。

以这样的调制图形(pattern)执行使用同步信号的调制：该调制图形在基于数字数据信号的调制方法中不使用。例如，当执行8-10调制方法时，“1”或者“0”从1T持续到4T，但是在5T或其以后不再持续。这样，当执行该调制方法时，例如，6T中的“1”被定义为同步信号。

下面描述全息再现方法的一个实施例。

(全息再现方法)

在此实施例中，例如，使用图1所示的全息记录和再现设备，第一激光束L1被截除，只有作为参考光的第二激光束L2作用于全息记录介质1，或者使用图7所示的全息再现设备，将第二激光束L2作用于保持与记录时相同的入射位置和入射角等的全息记录介质。这样做时，获得对应于信号光L1的再现光Ls。换句话说，可以在一维光检测器16上获得亮暗图像，其对应于一维光调制器14获得的亮暗图像。因此，可以由一维光检测器检测到所述数字数据信号和所述同步信号。

另外，由于这些同步信号被设置在保持预定间隔的两个位置，这些同步信号被用作位置检测信号，来校正数字数据的位置偏移，从而可以正确地检测从一维光检测器16获得的数字数据。

下面描述根据本发明的记录和再现的具体实例。

(实例)

在此实例中，使用在图1示意了其结构的全息记录和再现设备根据上述方法执行记录和再现。在这个例子中，使用8-10调制方法作为数字数据信号的调制方法。在这种方法中，如上所述，“1”和“0”信号的图形一直持续到4T，但是在5T及其以后不再持续。因此，将同步信号的图形定义为6T中的“1”。

将该同步信号图形设置在一维光调制器14中的光调制像素阵列的两端，也就是设置一对同步信号。

另外，如上所述，此实例使用的光学系统使得在记录时所述一维光调制器14中的图像与再现时所述一维光检测器16中的接收到的光的图像一一对应。

所述一维光调制器14使用上述GLV，所述一维光检测器16使用CCD阵列。

所述GLV的结构中，1088个调制像素P以25微米的节距排列，在所述一维光检测器16的结构中，光检测元件也就是光接收部分D以7微米的节距排列。因此，在这个例子中，接收部分D的数量为25/7＝3.6每像素P。尽管该结果不是整数，但是，在本发明的方法中，同步信号以预定的间隔设置，利用同步信号的相对位置来检测数字数据信号部分的位置，因此不会发生问题。

图8示意性地图示了在此实例中，在记录时一维光调制器14中的图像，以及在再现时一维光检测器16中的接收到的光的图像。

这是这样的情况：上述作为同步信号的6T中的“1”被设置在两端。具体地，将同步信号设置在从一端数起的第一到第六像素P1到P6，在另一端设置在像素Pn到Pn-5。

这样，就再现了记录在全息记录介质上的信息。换句话说，通过检测所述同步信号对，可以知道它们之间的间隔。基于该信息，可以获得校正信号。如本说明书一开始所述，当将全息记录介质1放置到全息记录和再现设备的全息记录介质放置部分中时，如果发生了位置或者角度的偏移，或者如果在全息记录介质本身中产生了收缩等，则所述校正信号校正信息信号也就是数字数据信号的偏移。

应当注意到，在全息再现时，在CCD的例如对应于“亮”的“1”和“暗”的“0”之间的边界的位置处的光接收部分(光检测元件)D中，会产生亮暗相互混合了的灰色部分。图9在垂直轴上图示了光的强度，所述强度是由六十个CCD光接收部分的阵列(水平轴)例如在CCD阵列的第0号到第60号位置接收到的。在此例子中，在对应于“白”的“1”和“黑”的“0”之间的边界的位置可以检测到在“1”和“0”之间的中间“灰”强度。

但是，由于CCD通常能够检测2⁸个色调，可以正确地检测边界位置的光强度，并且，通过基于该输出执行信号处理，如图10所示，可以以“1”和“0”之间的中间光强0.5作为划分位置，将它们归入二进制数字值“1”和“0”。

因此，在上述实例中，也可以将在一维光检测器16中的对应于像素P6和P7等之间的边界的一个检测元件D处检测到的灰色部分划分二进制值。

注意，尽管在上面的实施例中作为例子描述了8-10调制方法，但是本发明也可应用于其它各种调制方法。并且，在这些其它的调制方法中，也以在所述调制方法中不使用的调制图形产生同步信号。这些同步信号可以与上述实施例一样被设置在一维光调制器14的两端，也可以不设置在两端，只要它们被设置的位置保持预定间隔即可。

上面描述了使用对激光束的响应好、具有高调制效率的GLV作为所述一维光调制器14，但是也可以使用DMD(数字微反射镜器件，Digital Micromirror Device)和液晶等。这样，本发明不限于上述实施例和实例等，而是可以作各种修改和变化。

如上所述，根据本发明，在全息记录介质上与数字数据信号也就是原始记录信息信号一起记录同步信号，在再现时，检测原始信息信号以及同步信号，从而能够用同步信号检测信息信号也就是数字数据信号的位置。

由于这样执行位置检测，就可以校正由于全息记录介质的重复使用而导致的在全息记录设备、全息再现设备等中的位置偏移和角度偏移，并且还可以校正由于全息记录介质的收缩等导致的记录信号的位置偏移。

另外，即使全息记录介质是由有机材料制成的，或者即使在记录时或者记录后，或者在热处理时照射紫外线时发生了收缩的情况，也能可靠地检测数字数据，因此，可以避免由于一维光调制器1中的光调制像素P和检测器中对应的检测元件D之间的对应关系被破坏而导致的再现困难以及信噪比下降的情况。

Claims (6)

1.一种全息记录方法，包括下述步骤：

用其中布置了多个光调制像素的一维光调制器调制激光束；

在全息记录介质上记录数字数据信号；和

借助于所述一维光调制器中的部分光调制像素，在所述全息记录介质上在保持预定间隔的两个或者更多个位置记录同步信号。

2.一种全息再现方法，包括下述步骤：

对具有数字数据记录部分和在保持预定间隔的两个或者更多个位置形成的同步信号记录部分的全息记录介质施加参考光，读出所述数字数据和所述同步信号，利用所述同步信号检测所述数字数据信号的位置的偏移。

3.一种全息记录设备，包括：

激光束源；

将来自激光束源的激光束分解为第一激光束和第二激光束的分束装置；

其中排列多个光调制像素的一维光调制器；以及

全息记录介质放置部分；

其中，所述一维光调制器中的部分光调制像素用数字数据信号对部分第一激光束进行光调制，所述一维光调制器中的其它光调制像素中的在两个或者多个位置的至少部分光调制像素用同步信号对第一激光束的其余部分的至少一部分进行光调制，以用激光束获得信号光，所述信号光和用所述第二激光束产生的参考光被作用于全息记录介质，以在全息记录介质上形成所述数字数据信号的记录部分和在保持预定间隔的两个或者多个位置的同步信号记录部分。

4.如权利要求3所述的全息记录设备，其特征在于，所述一维光调制器由多个反射条带的阵列形成，每一个反射条带具有衍射光栅结构，在该衍射光栅结构中，到达的激光束的相位被条带的位移所调制，继而被反射，产生衍射光。

5.一种全息记录和再现设备，包括：

激光束源；

将来自激光束源的激光束分解为第一激光束和第二激光束的分束装置；

其中排列多个光调制像素的一维光调制器；

全息记录介质放置部分；以及

至少一维的、具有数量比所述一维光调制器的光调制像素更多的光检测元件的光检测器；

其中，在记录时，所述一维光调制器中的部分光调制像素用数字数据信号对部分第一激光束进行光调制，所述一维光调制器中的其它光调制像素中的在两个或者多个位置的至少部分光调制像素用同步信号对第一激光束的其余部分的至少一部分进行光调制，获得信号光

所述信号光和所述第二激光束的参考光被作用于全息记录介质，在所述全息记录介质上形成数字数据信号的记录部分和在保持预定间隔的两个或者多个位置的同步信号记录部分；

在再现时，第二激光束的参考光被作用于全息记录介质，所述光检测器中的光检测元件接收从所述全息记录介质获得的再现光，检测所述数字数据信号和所述同步信号，以用所述同步信号检测所述数字数据信号的位置偏移。

6.一种全息再现设备，包括：

激光束源；

包括多个光检测元件的阵列的光检测器；以及

全息记录介质放置部分，具有用于数字数据信号的记录部分和在两个或者多个位置的同步信号记录部分，

其中，来自所述激光束源的激光束的参考光被作用于设置在所述设置部分中的全息记录介质，获得再现光，再现光中包括记录在全息记录介质上的数字数据信号和同步信号，所述光检测器检测所述再现光，以用所述同步信号检测所述数字数据信号的位置偏移。

Images