CN1841524A - 全息记录和再现装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种包括可动电流反射镜、反射镜控制器和再现单元的全息记录和再现装置。电流反射镜将参考光束导向全息记录介质并改变参考光束的入射角。反射镜控制器使电流反射镜移动以将入射角调整到用于全息记录的预定角度。在再现所记录信息时，反射镜控制器使电流反射镜移动以使入射角在包括该预定角度的预定范围内连续改变。再现单元在入射角连续改变时接收来自光学检测器的检测信号。检测信号对应于来自全息记录介质的反射光束强度。当反射光束的强度超过预定水平或达到最大值时，再现单元根据检测信号再现所记录信息。

Description

全息记录和再现装置
技术领域
本发明涉及用于在全息记录介质中记录全息图以及使记录在全息图中的信息再现的全息记录和再现装置。
背景技术
例如JP-A-2002-216359中公开了传统的全息记录和再现装置。该全息记录和再现装置的基本结构如图6(a)所示。具体来说，由激光光源(未示出)发射的激光束被分为记录光束S和参考光束R，其中记录光束S由空间光调制器500调制成为代表二维信息的光，然后经过物镜700以预定入射角发射到全息记录介质B的记录层92上。同时，参考光束R被电流反射镜(galvanomirror)900和聚光透镜100A、100B导向全息记录介质B使之与记录光束S在全息记录介质B的记录层92上相交。参考光束R对全息记录介质B的入射角可以由电流反射镜900的操作调整到不同角度，如图6(a)中的实现和虚线所示。结果，记录光束S和参考光束R产生了干涉条纹，这些干涉条纹在全息记录介质B的记录层92上构成全息图H，并且根据参考光束R的入射角在全息图H中多重记录干涉条纹的不同图样。
为了再现记录在全息图H中的信息，参考光束R以与记录时相同的入射角入射到全息记录介质B上，从全息记录介质B返回的光(下文中称为反射光束)由光电检测器(未示出)接收。此反射光束是以与记录光束S的入射角相同的输出角从全息记录介质B发射的，从而再现记录光束S。因此，根据由接收反射光束的光电检测器检测到的信号，记录光束S中包含的二维信息(记录信息)可以被再现。
为了更好地理解全息图H的再现原理，将参考图6(b)给出对波数矢量空间的描述。波数矢量空间定义为具有由波数(2π/λ)所表示半径的单位圆K，该波数为所发射的激光束波长λ除以2π所得的值的倒数。当记录光束S由波数矢量Ks表示，并且对应于特定入射角的参考光束R用波数矢量Kr表示时，记录光束S和参考光束R的方向对应于波数矢量Ks、Kr的方向，并且波数矢量Ks、Kr各自的起点位于单位圆K的中心处。由于记录光束S和参考光束R是从同一光源发射的激光束分开的，所以波数矢量Ks、Kr的大小相等，并且波数矢量Ks、Kr各自的终点落在单位圆K的圆周上。当由记录光束S和参考光束R产生的全息图H由波数矢量Kh表示时，全息图H的波数矢量Kh可以定义为记录光束S的波数矢量Ks与参考光束R的波数矢量Kr的反向矢量的组合矢量，并且波数矢量Kh的起点和终点都落在单位圆K的圆周上。因此，只有全息图的波数矢量与单位圆相符，全息图才会被记录。
此外，再现时反射光束的波数矢量可以定义为参考光束R的波数矢量Kr与全息图H的波数矢量Kh的组合矢量(未示出)。根据这点，当再现时参考光束R的波数矢量Kr是与记录时相同的矢量时，反射光束的波数矢量与记录光束S的波数矢量Ks造成的结果相同。因此，只有反射光束的波数矢量符合与再现时参考光束的波数矢量相同的单位圆，全息图才能被再现。
但是，在传统的全息记录和再现设备中，由光源发射的激光束强度在记录时与再现时之间可能有波动。激光束强度的这种波动可能引起记录时与再现时之间的波长差异，从而阻碍再现时反射光束的检测。
更详细地说，当再现时的波长比记录时的更长时，波数矢量空间的单位圆K’和参考光束R的波数矢量Kr’形成为如图7(a)中的虚线所示。再现时的单位圆K’变得小于记录时的单位圆K。因此，即使再现时参考光束R的波数矢量Kr’的方向与记录时的方向相同，反射光束的波数矢量也与对应于波数矢量Kr’的单位圆K’不符，因此根据此原理无法获得反射光束。
同样，当再现时的波长比记录时的更短时，波数矢量空间的单位圆K”和参考光束R的波数矢量Kr”形成为如图7(b)中的虚线所示。再现时的单位圆K”变得大于记录时的单位圆K。因此，即使再现时参考光束R的波数矢量Kr”的方向与记录时的方向相同，反射光束的波数矢量也与对应于波数矢量Kr”的单位圆K”不符，因此根据此原理无法获得反射光束。
发明内容
本发明是考虑到上述情况而设计的，其目的在于提供一种全息记录和再现装置，该装置即使在再现时的波长与记录时的不同时，也能够确定地检测反射光束并由此再现所记录的信息。
为了达到上述目的，本发明提供了下列技术方案。
根据本发明，提供了一种全息记录和再现装置。在此装置中，相干光被分为记录光束和参考光束，记录光束和参考光束在全息记录介质上叠加以在全息记录介质上记录全息图。之后，用参考光束照射全息记录介质以根据全息图再现被记录的信息，来自全息记录介质的反射光束由光学检测器检测。
本发明的装置包括：可动光学器件，所述可动光学器件将所述参考光束导向所述全息记录介质，并且改变所述参考光束相对于所述全息记录介质的入射角；光学器件控制器，当在所述全息记录介质上记录所述全息图时，所述光学器件控制器使所述可动光学器件移动以将所述入射角设定在预定角度，当根据所述全息图再现所述被记录的信息时，所述光学器件控制器还使所述可动光学器件移动以使所述入射角在包括所述预定角度的预定范围内连续改变；以及再现单元，所述再现单元在所述入射角连续改变时接收来自所述光学检测器的检测信号，所述检测信号对应于所述反射光束的强度，当所述反射光束的强度不低于预定水平或到达最大水平时，所述再现单元根据所述检测信号再现所述被记录的信息。
优选地，所述预定角度可以设定为多个不同值以在所述全息记录介质上进行多重记录。当根据所述全息图再现所述被记录的信息时所述入射角设定在各个不同值，并且对于所述的每个不同值，所述入射角在包括所述每个不同值的预定范围内连续改变。
优选地，可动光学器件可以包括电流反射镜。
采用上述特征，在对记录在全息记录介质上的信息进行再现时，即使再现时的波长与记录时的不同，也可以产生足够强的反射光束。根据本发明，这是通过使再现时参考光束的入射角比预定角度略有偏移而实现的，所述预定角度即为记录时参考光束的入射角。具有足够强度的反射光束有助于光束的可靠检测，因此有助于正确地再现记录在全息记录介质上的信息。
根据下面参考附图的详细说明，本发明的其他特征和优点将更加清楚。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的全息记录和再现装置总体结构的示意图；
图2是用于解释图1的全息记录和再现装置的记录操作的示意图；
图3是用于解释图1的全息记录和再现装置的再现操作的示意图；
图4是用于解释记录时的波数矢量空间的视图；
图5是用于解释再现时的波数矢量空间的视图；
图6是用于解释传统的全息记录和再现装置的视图；并且
图7是用于解释传统装置在再现时的波数矢量空间的视图。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明进行详细说明。图1到5涉及根据本发明的全息记录和再现设装置的实施例。
如图1所示，根据此实施例的全息记录和再现设备A包括光源1、准直透镜2、第一分束器3、扩束器4A、4B、空间光调制器5、第二分束器6、物镜7、固定反射镜8A、8B、可动光学器件9、会聚透镜10A、10B、光电检测器(光学检测器)11、记录单元20、再现单元30和控制器(光学器件控制器)40。未示出的其他组成部分包括使由B表示的用作全息记录介质的盘转动的转动机构以及使包括物镜7在内的光学系统在全息记录介质B的径向上运动的运动机构。全息记录和再现装置A中所用的全息记录介质B包括一一堆叠的衬底90、反射层91、记录层92和保护层93。在记录层92中，通过记录光束S与参考光束R之间的干涉记录全息图H，并且来自全息图H的光作为反射光束发射到物镜。
光源1由例如半导体激光器件构成，其在记录或再现时发射较窄频带的高度干涉的相干光形式的激光束。准直透镜2将由光源1发射的激光束转换为平行光。从准直透镜2输出的激光束被引向第一分束器3，其将接收到的激光束分为导向空间光调制器5的记录光束S和经过不同光程导向电流反射镜9的参考光束R。
扩束器4A、4B由组合透镜构成，并用于扩大记录光束S的直径和将记录光束S引向空间光调制器5。空间光调制器5由LCD器件或可变形反射镜器件构成，其将记录时接收到的光调制为代表二维信息的光(记录光束S)并将其输出。空间光调制器5是根据来自记录单元20的记录信号驱动的，该记录信号是根据待记录的信息产生的。从空间光调制器5输出的记录光束S经过第二分束器6和物镜7传播，从而被入射到全息记录介质B上。在再现时，由于空间光调制器5不被驱动，所以记录光束S不被发射到全息记录介质B上。在此实施例中，物镜7布置为使记录光束S基本上垂直地入射到全息记录介质B上(即具有0度的入射角)。
同时，从第一分束器3输出的参考光束R经过固定反射镜8A、8B被引向可动光学器件9。可动光学器件9由可改变参考光束R的入射角和反射角的电流反射镜构成，并布置为将参考光束R导向全息记录介质B。可动光学器件9的操作是根据来自控制器40的驱动信号来控制的。从可动光学器件9输出的参考光束R经过会聚透镜10A、10B传播，从而入射到全息记录介质B上。在记录时，参考光束R入射到全息记录介质B的记录层92上与参考光束S相交，而在再现时发射参考光束R而与已记录在记录层92中的全息图H干涉。在此实施例中，参考光束R相对于全息记录介质B的入射角根据可动光学器件9的操作而改变。
在再现时，光电检测器11接收从全息记录介质B经过物镜7和第二分束器6返回的光(反射光束)，其中光电检测器11可以由CCD面传感器或CMOS面传感器构成。光电检测器11根据接收到的反射光束的强度向再现单元30输出检测信号。再现单元30接收代表等于或大于预定水平的强度的检测信号以根据检测信号再现所记录的信息。
下面的段落包括了全息记录和再现装置A的操作。
当在全息记录介质B上记录全息图时，记录光束S和参考光束R入射到记录层92上，如图2所示在其上彼此相交，从而在记录层92中记录全息图H。在此阶段，参考光束R的入射角通过可动光学器件9的操作而调整到不同的角度(预定角度)，例如α、β、γ。结果，在全息图H中多重记录了对应于参考光束R的各个入射角α、β、γ的不同干涉条纹图样。为了增加这种多重记录的记录密度，优选地增加记录层92的厚度并以更细微的增量改变参考光束R的入射角。
记录时记录光束S、参考光束R和全息图H的波数矢量可以用图4所示的波数矢量空间来处理。波数矢量空间由单位圆K表示，该单位圆K具有对应于记录时激光束波数(2π/λ，即波长λ除以2π所得的值的倒数)的半径，其中记录光束S的波数矢量由Ks表示，并且参考光束R的波数矢量由分别对应于入射角α、β、γ的Kr1、Kr2和Kr3表示。全息图H的波数矢量定义为Kh1、Kh2和Kh3，分别对应于参考光束R的入射角α、β和γ。在记录时，记录光束S与参考光束R的波长总是相等的，因此全息图H的波数矢量Kh1、Kh2和Kh3符合单位圆K的圆周。因此，在全息图H中确定地记录代表对应于波数矢量Kh1、Kh2和Kh3的所有干涉条纹图样的记录信息。
当从这样记录了全息图H的全息记录介质B再现所记录的信息时，可动光学器件9被激活以将参考光束R的入射角调整到如图3中所示记录时所用的角度α、β和γ，并且在接近每个角度α、β和γ的区域中，入射角是在预定角度范围θ内连续改变的。角度范围θ设定为足够窄于角度α、β和γ之间的间隔。基本上，当再现时激光束的波长与记录时的波长相等时，将再现时的参考光束入射角调整到相同的角度α、β和γ导致由全息图H与参考光束R之间的干涉而引起的反射光束P的发射。但是，在记录时与再现时之间，光源1发射的激光束强度可能被故意改变或可能根据操作条件而自发波动。激光束的强度波动导致波长的波动，从而阻碍了反射光束P以足够强度发射。为了防止这种情况，尽管基本上将参考光束R的入射角调整到了记录时所用的角度α、β和γ，在再现时仍使其在预定角度θ范围内连续改变。
下面将根据图5(a)-(b)所示的波数矢量空间解释这种布置的原因。参考例如全息图H的波数矢量Kh2，当再现时的波长比记录时的波长更长时，产生如图5(a)所示由虚线指示的代表波数矢量空间的单位圆K’，其小于与记录时波长相对应的单位圆K。但是，全息图H的波数矢量Kh2的大小和方向没有改变。在保持波数矢量Kh2位于单位圆K’的圆周上并将波数矢量Kh2连接到参考光束R的波数矢量Kr2’时，在与再现相对应的单位圆K’上得到反射光束P的波数矢量Kp ’作为组合矢量。这里，再现时参考光束R的波数矢量Kr2’的方向比记录时波数矢量Kr2的方向略有偏移，因此不能获得由波数矢量Kp’代表的反射光束P，除非使再现时的入射角比记录时的更大。尽管反射光束P在方向上比记录光束S略有偏移，但是偏移量在允许范围内。因此，反射光束P确实在光电检测器11处形成了图像，并因此由于其强度足够而可以被检测到。这里，由于反射光束P的波数矢量Kp ’在大小上与记录光束S的波数矢量Ks不同，所以不能获得与记录光束S严格相同的反射光束P，但是对记录光束P的相位进行校正可以获得与记录光束S基本相同的反射光束P。
前面所述在再现时的波长比记录时的波长更短时也适用，在此情况下产生如图5(b)所示由虚线指示的代表波数矢量空间的单位圆K”，其比与记录时波长对应的单位圆K更大。在保持波数矢量Kh2位于单位圆K”的圆周上并将全息图H的波数矢量Kh2连接到参考光束R的波数矢量Kr2”时，在与再现相对应的单位圆K”上得到反射光束P的波数矢量Kp’作为组合矢量。这里，再现时参考光束R的波数矢量Kr2”的方向比记录时波数矢量Kr2的方向略有偏移，因此不能获得由波数矢量Kp”代表的反射光束P，除非使再现时的入射角比记录时的更小。尽管这样的反射光束P也在方向上比记录光束S略有偏移，但是偏移量在允许范围内。因此，反射光束P被光电检测器11清晰地捕获，并因此由于其强度足够而可以被检测到。对于这样的反射光束P，对其相位进行校正也可以获得与记录光束S基本相同的反射光束P。
在再现时，参考光束R的入射角在预定角度范围θ内根据上述原理连续改变，并且一旦得到合适的入射角，就由光电检测器11向再现单元30输出不低于预定水平的检测信号。之后再现单元30根据不低于预定水平的检测信号再现所记录的信息。因此，这样再现的所记录的信息导致与全息图H中所记录的完全相同的信息。应当注意，再现单元30可以设定为通过这样的方式接收以便根据最大水平的检测信号再现所记录的信息，所述方式是指在参考光束R的入射角在预定角度范围θ内连续变化时，对光电检测器11输出的所有检测信号进行缓冲。
因此，全息记录和再现装置A使再现时参考光束R的入射角在预定角度范围θ内改变，并使入射角比记录时的入射角(预定角度)α、β和γ略微偏移，由此即使当再现时的波长与记录时的波长不同时，也产生具有足够强度的反射光束并确定地检测到反射光束P，从而再现全息图H中记录的信息。
应当理解，本发明不限于前述实施例。
前述实施例使用了反射式全息记录介质B，因此全息记录介质B是由来自相同方向的记录光束S和参考光束R照射的。当使用不带反射层的透射式全息记录介质时，参考光束在记录时和再现时可以从相反方向发射。更具体地说，例如可以在全息记录介质的两侧设置诸如可动光学器件之类的光学系统，以便在记录时经由置于一侧的可动光学器件将参考光束发射到全息记录介质表面上，并在再现时经由置于另一侧的可动光学器件将参考光束以与记录时大体相同的入射角发射到全息记录介质的另一表面上。

Claims (3)

1.一种全息记录和再现装置，其中相干光被分为记录光束和参考光束，所述记录光束和所述参考光束在全息记录介质上叠加以在所述全息记录介质上记录全息图，并且其中所述全息记录介质由参考光束照射以根据所述全息图再现被记录的信息，来自所述全息记录介质的反射光束由光学检测器检测，所述装置包括：
可动光学器件，所述可动光学器件将所述参考光束导向所述全息记录介质，并且改变所述参考光束相对于所述全息记录介质的入射角；
光学器件控制器，当在所述全息记录介质上记录所述全息图时，所述光学器件控制器使所述可动光学器件移动以将所述入射角设定在预定角度，当根据所述全息图再现所述被记录的信息时，所述光学器件控制器还使所述可动光学器件移动以使所述入射角在包括所述预定角度的预定范围内连续改变；以及
再现单元，所述再现单元在所述入射角连续改变时接收来自所述光学检测器的检测信号，所述检测信号对应于所述反射光束的强度，当所述反射光束的强度不低于预定水平或到达最大水平时，所述再现单元根据所述检测信号再现所述被记录的信息。
2.根据权利要求1所述的全息记录和再现装置，其中所述预定角度设定为多个不同值以在所述全息记录介质上进行多重记录，并且其中当根据所述全息图再现所述被记录的信息时所述入射角设定在各个不同值，并且对于所述的每个不同值，所述入射角在包括所述每个不同值的预定范围内连续改变。
3.根据权利要求1所述的全息记录和再现装置，其中所述可动光学器件包括电流反射镜。
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