專利名稱：全息記錄儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在全息記錄介質(zhì)中記錄全息圖的全息記錄儀。
背景技術(shù)：
例如JP-A-2002-216359中公開了傳統(tǒng)的全息記錄儀。這種全息記錄儀具有如圖4所示的基本結(jié)構(gòu)。具體來說，由激光源(未示出)發(fā)射的激光束被分為記錄光束S和參考光束R。接著，記錄光束S由空間光調(diào)制器500A調(diào)制成為代表待記錄信息的形式，然后在其到達(dá)全息記錄介質(zhì)B的記錄層91之前，經(jīng)過中繼透鏡700A、700B并接著通過物鏡700。另一方面，參考光束R被記錄電流計反射鏡(galvanometer mirror)900和聚光透鏡100A、100B導(dǎo)向到全息記錄介質(zhì)B，并與記錄光束S在全息記錄介質(zhì)B的記錄層91上相交。結(jié)果，全息圖以由記錄光束S和參考光束R引起的干涉條紋的形式記錄在記錄層91中。
在這樣的全息圖中記錄的數(shù)據(jù)量(記錄量)取決于空間光調(diào)制器中有效像素的數(shù)量。如果像素間距恒定，則有效像素的數(shù)量與總體像素區(qū)域的尺寸成比例，而如果總體像素區(qū)域的尺寸恒定，則有效像素的數(shù)量與像素間距的倒數(shù)成比例。因此，為了增加待記錄的數(shù)據(jù)量，簡單而言，應(yīng)該在不改變空間光調(diào)制器的像素間距的情況下增大總體像素區(qū)域的尺寸，或者在不改變總體像素區(qū)域的尺寸的情況下減小像素間距，從而增大空間光調(diào)制器中有效像素的數(shù)量。
但是，如將在以下段落具體描述的，在傳統(tǒng)全息記錄儀中存在的問題在于隨著空間光調(diào)制器500的有效像素數(shù)量增大，用于包括例如物鏡在內(nèi)的光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計條件變得越發(fā)苛刻。
在圖4的上述光學(xué)系統(tǒng)中，在中繼透鏡700A與700B之間形成傅立葉圖像處的平面F(傅立葉平面)上，0級衍射D0出現(xiàn)在光軸上，且±1級衍射D1出現(xiàn)在距光軸距離t的位置處。隨著距離t變小，物鏡700的張角(即孔徑角)也變小，且在光學(xué)設(shè)計中減小物鏡700的有效孔徑變得可能。
在另一方面，例如如圖5所示，可能存在這樣的情況，其中在不改變空間光調(diào)制器500B的像素間距的狀態(tài)下增大整個像素區(qū)域的尺寸，從而與圖4中的情況相比，增大了相對于記錄光束S的有效像素數(shù)量。在此情況下，更靠近空間光調(diào)制器500B的中繼透鏡700A′必須具有更大的孔徑和更長的焦距。以這樣的布置，±1級衍射D1在距光軸距離T處出現(xiàn)在傅立葉平面F上。距離T大于圖4中的距離t，這意味著必須通過光學(xué)設(shè)計給予物鏡700′更大的有效孔徑。
雖然未具體圖示，但是可能存在另一種情況，其中在不改變空間光調(diào)制器的整個像素區(qū)域的狀態(tài)下減小像素間距，從而與圖4中的情況相比，增大了相對于記錄光束的有效像素數(shù)量。同樣在此情況下，結(jié)果是由于在空間光調(diào)制器的出射表面上衍射角隨著像素間距而增大，而導(dǎo)致光軸與±1級衍射之間的距離增大。這意味著即使減小像素間距，也必須更多地增大物鏡有效孔徑。在任一情況下，為了進一步增加全息圖中的記錄量，必須增大空間光調(diào)制器中有效像素的數(shù)量，且物鏡必須具有優(yōu)質(zhì)的光學(xué)特性。
在上述情況下做出了本發(fā)明，因此本發(fā)明的目的是提供一種能夠不依靠光學(xué)系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)光學(xué)性能而容易地增加全息圖中記錄量的全息記錄儀。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決這些問題，本發(fā)明利用了以下技術(shù)手段。
由本發(fā)明提供的一種全息記錄儀通過記錄光束與參考光束在全息記錄介質(zhì)中的干涉而在全息記錄介質(zhì)中記錄全息圖。所述記錄儀包括光源，其輸出相干光以分為所述記錄光束和所述參考光束；空間光調(diào)制器，其將所述記錄光束調(diào)制為表示待記錄信息的形式；和物鏡，其輸出所述記錄光束?？臻g光調(diào)制器具有設(shè)置有相移掩模(phase shift mask)的光入射表面，所述相移掩模允許所述記錄光束通過并同時還部分地改變通過所述掩模的所述記錄光束的相位。
根據(jù)優(yōu)選實施例，所述相移掩模包括用于簡單地允許所述記錄光束通過的第一透明像素和用于給予所述記錄光束相位差π的第二透明像素。此外，所述第一透明像素和所述第二透明像素互相交替排列成陣列。
根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，所述全息記錄儀還包括設(shè)置在所述空間光調(diào)制器與所述物鏡之間的中繼透鏡。
根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，所述全息記錄儀還包括設(shè)置在光路中的孔徑以用于傳播作為所述空間光調(diào)制器的尼奎斯特頻率一半的頻率，且此孔徑限制了所述全息記錄介質(zhì)上被所述記錄光束照射的區(qū)域。
利用以上布置，來自空間光調(diào)制器的衍射如下具體地，應(yīng)在光軸上出現(xiàn)的0級衍射由于相移掩模而消失。此外，±1級衍射出現(xiàn)比不設(shè)置相移掩模的情況更靠近光軸的位置處。換言之，光軸和±1級衍射比傳統(tǒng)情況更靠近彼此。因此，根據(jù)本發(fā)明，即使空間光調(diào)制器的有效像素數(shù)量增加，也不必將例如物鏡有效孔徑增大太多。這樣，可以在不依靠諸如物鏡之類的光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)特性改善的情況下容易地增加全息圖中的記錄量。
從參考附圖進行的以下詳細(xì)說明中，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得更加清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的全息記錄儀的實施例的總體示意圖。
圖2是圖1中的相移掩模和空間光調(diào)制器的概念圖示。
圖3是用于描述圖1中全息記錄儀功能的視圖。
圖4是用于描述傳統(tǒng)全息記錄儀的視圖。
圖5是用于描述傳統(tǒng)全息記錄儀的視圖。
具體實施例方式
下面，將參考附圖具體描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。圖1至3示出了作為本發(fā)明實施例的全息記錄儀。
如圖1所示，根據(jù)本實施例的全息記錄儀A包括光源1、準(zhǔn)直透鏡2、第一分束器3、擴束器4A、4B、相移掩模5A、空間光調(diào)制器5、第二分束器6、中繼透鏡7A、7B、物鏡7、固定反射鏡8A、8B、8C、記錄電流計反射鏡9、記錄會聚透鏡10A、10B、再現(xiàn)電流計反射鏡11、再現(xiàn)會聚透鏡12A、12B、以及光電檢測器13。未示出的其他元件包括使全息記錄介質(zhì)B作為旋轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，以及使諸如物鏡7之類的光學(xué)系統(tǒng)沿全息記錄介質(zhì)B的徑向運動的承載機構(gòu)。用在全息記錄儀A中的全息記錄介質(zhì)B包括兩個保護層90A、90B和夾在其間的記錄層91。光束可以從兩側(cè)施加到記錄層91。當(dāng)記錄光束S與參考光束R互相干涉時，全息圖被記錄在記錄層91中。當(dāng)再現(xiàn)時，如虛線所示從與記錄期間相反側(cè)將參考光束R施加到全息記錄介質(zhì)B，并且來自全息圖的與參考光束R干涉的光束作為返回光束傳播到物鏡7。
由例如半導(dǎo)體激光器件構(gòu)成的光源1在記錄以及再現(xiàn)時輸出激光束。該光束具有相對較窄的光譜帶并用作高度干涉的相干光。準(zhǔn)直透鏡2將來自光源1的激光束轉(zhuǎn)換為平行光。來自準(zhǔn)直透鏡2的激光束傳播到第一分束器3。第一分光器3將入射的激光束分為傳播到空間光調(diào)制器5的記錄光束S以及經(jīng)過不同光路傳播到記錄和再現(xiàn)電流計反射鏡9、11的參考光束R。由組合透鏡構(gòu)成的擴束器4A、4B在將記錄光束S引向相移掩模5A和空間光調(diào)制器5的同時擴大記錄光束S的直徑。
相移掩模5A設(shè)置在空間光調(diào)制器5的光入射表面上。如圖2所示，相移掩模5A具有點矩陣結(jié)構(gòu)，其由具有彼此不同光學(xué)特性的兩種元件，即第一透明像素51和第二透明像素52構(gòu)成。第一透明像素51提供了簡單地允許記錄光束S通過的孔徑，而第二透明像素52由相位膜制成，其在允許記錄光束S通過的同時給予記錄光束S相位差π。這些第一透明像素51和第二透明像素52以約10至20μm的像素間距p在豎直和水平方向上交替。
由例如液晶顯示器件構(gòu)成的空間光調(diào)制器5在記錄時工作，并將入射的光束調(diào)制為代表二維像素圖案的光束(記錄光束S)。由空間光調(diào)制器5得到的像素圖案根據(jù)待記錄的信息而改變(見圖2)。來自空間光調(diào)制器5的記錄光束S經(jīng)過第二分束器6，傳播到中繼透鏡7A、7B和物鏡7，并最后到達(dá)全息記錄介質(zhì)B，在此時，記錄光束S的最大空間頻率如圖3所示通過±1級衍射D1來傳遞。光束經(jīng)過中繼透鏡7A、7B和物鏡7。遮光板7C設(shè)置在中繼透鏡7A、7B之間形成傅立葉圖像的傅立葉平面F上。遮光板7C限制了2級和更高級的衍射，從而限制了全息記錄介質(zhì)B上被記錄光束S照射的區(qū)域。傳統(tǒng)地，這樣的遮光板允許傳遞高至空間光調(diào)制器的尼奎斯特(Nyquist)空間頻率；但是，根據(jù)本實施例的檔光板7C允許傳遞尼奎斯特空間頻率一半的空間頻率。由于此布置，全息記錄介質(zhì)B的被記錄光束S照射的區(qū)域約為傳統(tǒng)尺寸的四分之一。當(dāng)再現(xiàn)時，空間光調(diào)制器5不工作，所以記錄光束S不被發(fā)射到全息記錄介質(zhì)B上。注意，在本實施例中，中繼透鏡7A、7B和物鏡7布置為使記錄光束S基本上垂直地進入全息記錄介質(zhì)B(0度入射角)。
另一方面，在記錄時，來自第一分束器3的參考光束R在固定的反射鏡8A、8B上反射并接著傳播到記錄電流計反射鏡9。記錄電流計反射鏡9能夠在記錄時改變參考光束R的入射角和反射角，并允許參考光束R傳播到全息記錄介質(zhì)B。在記錄電流計反射鏡9之后，參考光束R經(jīng)過會聚透鏡10A、10B，并照射全息記錄介質(zhì)B。當(dāng)記錄時，施加參考光束R以與記錄光束S在全息記錄介質(zhì)B的記錄層91上相交。在本實施例中，記錄電流計反射鏡9改變參考光束R對全息記錄介質(zhì)B的入射角，從而為取決于入射角而具有不同干涉圖案的全息圖進行多重記錄。
在再現(xiàn)時，參考光束R在固定的反射鏡8C上反射并接著傳播到再現(xiàn)電流計反射鏡11。再現(xiàn)電流計反射鏡11能夠在再現(xiàn)時改變參考光束R的入射角和反射角，并允許參考光束R從與記錄時相反側(cè)傳播到全息記錄介質(zhì)B。在再現(xiàn)電流計反射鏡11之后，參考光束R經(jīng)過會聚透鏡12A、12B，并接著照射全息記錄介質(zhì)B。當(dāng)再現(xiàn)時，施加參考光束R以與全息記錄介質(zhì)B的記錄層91上所記錄的全息圖案干涉。在本實施例中，再現(xiàn)電流計反射鏡11工作使得再現(xiàn)參考光束R作為與記錄時具有相反方向但與記錄時具有相同入射角的共軛光束施加。這樣，來自全息圖的返回光束具有與記錄光束S相同的像素圖案。
CCD面?zhèn)鞲衅骰駽MOS面?zhèn)鞲衅鳂?gòu)成的光電檢測器13在再現(xiàn)時工作，以接收從全息記錄介質(zhì)B通過物鏡7和中繼透鏡7A、7B并接著到第二分束器6而返回的返回光束。所述的光電檢測器13提供與由返回光束表示的像素圖案對應(yīng)的光束接收信號，并基于此光束接收信號，再現(xiàn)與記錄時得到的像素圖案對應(yīng)的信息。
接下來，將描述全息記錄/再現(xiàn)裝置A的功能。
如前所述，當(dāng)在全息記錄介質(zhì)B中記錄全息圖時，記錄光束S作為±1級衍射D1經(jīng)過中繼透鏡7A、7B和物鏡7，而0級衍射消失了(見圖3)。這是由于相移掩模5A的光學(xué)特性，其將在此后描述。
作為比較例，采用不設(shè)置相移掩模的情況。如圖3中的虛線所指示的，0級衍射D0′出現(xiàn)在傅立葉平面F上，且±1級衍射D1′出現(xiàn)在傅立葉平面F上距光軸距離T′的位置處。距離T′可以在理論上表示為T′＝λ×f/p，其中f表示中繼透鏡7A的焦距，λ表示記錄光束S的波長，且空間光調(diào)制器5的像素間距由與相移掩模5A相同的p表示。注意，像素間距p的倒數(shù)，即1/p表示相移掩模5A的空間頻率。
另一方面，根據(jù)所謂相移方法理論，在本實施例中設(shè)置相移掩模5A使得±1級衍射D1與光軸之間的距離T小于不設(shè)置相移掩模時的距離T′。已知距離T取決于相移掩模5A的像素間距p，并且理論上為T＝λ×f/2p。換言之，每次都出現(xiàn)這樣的情況，相差π變?yōu)橄袼亻g距p的兩倍，即2p。因此，距離T約為距離T′的一半，且±1級衍射D1出現(xiàn)在傅立葉平面F上，在光軸與作為沒有相移掩模時所出現(xiàn)衍射的±1級衍射D1′的正中間。
如上所述，由于對于±1級衍射D1的距離T小于沒有相移掩模時的情況，所以現(xiàn)在物鏡7可以具有以下光學(xué)特性具體地，現(xiàn)在可以使得其張角(孔徑角)和有效孔徑盡可能小。這意味著可以通過增加空間光調(diào)制器5的有效像素數(shù)量來實現(xiàn)全息圖中記錄量的增大，而不太需要增加物鏡7的有效孔徑。與圖4所示的傳統(tǒng)方案明顯不同的是，利用本發(fā)明所使用的此布置，通過增加整個像素區(qū)域的尺寸而不改變空間光調(diào)制器5的像素間距，增加了有效像素的數(shù)量，從而增大了全息圖中的記錄量。另一方面，物鏡7的張角并未比傳統(tǒng)情況增大許多，并因此有效孔徑是合適的。這里應(yīng)該注意到這樣一種情況，其中通過在不改變空間光調(diào)制器的整體像素區(qū)域的尺寸的狀態(tài)下減小像素間距來增大有效像素的數(shù)量，從而增大全息圖中的記錄量。在此情況下，根據(jù)相移理論，衍射角增大但±1級衍射之間的距離并不增大許多。由于此原因，也可以盡可能地減小物鏡有效孔徑。
如上所述傳播的記錄光束S和參考光束R在記錄層91處互相干涉，從而在記錄層91中記錄全息圖。在記錄時，記錄電流計反射鏡9工作以將參考光束R設(shè)定為不同的入射角，從而根據(jù)參考光束R的入射角為不同的干涉條紋圖案進行多重記錄。
對于所述正被記錄的全息圖，當(dāng)從全息記錄介質(zhì)B再現(xiàn)所記錄的信息時，再現(xiàn)電流計反射鏡11工作以將參考光束R設(shè)定為與記錄時相同的入射角。這樣，來自全息圖的返回光束被光電檢測器13接收，且根據(jù)不同的入射角再現(xiàn)多重記錄時全息圖中的信息。
因此，根據(jù)全息記錄儀A，增加空間光調(diào)制器5的有效像素數(shù)量不會導(dǎo)致需要將物鏡7的有效孔徑增加太多，且因此可以簡化光學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計條件，以使物鏡7的光學(xué)特性合適，并基于此而容易地增加了全息圖中的記錄量。
本發(fā)明不限于上述實施例。
例如，實施例使用透明全息記錄介質(zhì)B，并且因此，用于記錄的參考光束的方向與用于再現(xiàn)的參考光束的方向相反。但是，當(dāng)使用具有反射膜的反射性全息記錄介質(zhì)時，用于記錄的參考光束的方向與用于再現(xiàn)的參考光束的方向相同，且參考光束從與記錄光束相同側(cè)施加。
權(quán)利要求
1.一種全息記錄儀，用于通過記錄光束與參考光束的干涉而在全息記錄介質(zhì)上記錄全息圖，所述全息記錄儀包括光源，用于輸出相干光以分為所述記錄光束和所述參考光束；空間光調(diào)制器，用于將所述記錄光束調(diào)制為表示待記錄信息的形式；物鏡，用于輸出所述記錄光束；和相移掩模，其設(shè)置在所述空間光調(diào)制器的光入射表面上，所述掩模允許所述記錄光束通過，同時還部分地改變通過所述掩模的所述記錄光束的相位。
2.如權(quán)利要求1所述的全息記錄儀，其中所述相移掩模包括用于簡單地允許所述記錄光束通過的第一透明像素和用于給予所述記錄光束相位差π的第二透明像素，所述第一透明像素和所述第二透明像素互相交替排列成陣列。
3.如權(quán)利要求1所述的全息記錄儀，還包括設(shè)置在所述空間光調(diào)制器與所述物鏡之間的中繼透鏡。
4.如權(quán)利要求1所述的全息記錄儀，還包括設(shè)置在光路中的孔徑以用于傳播作為所述空間光調(diào)制器的尼奎斯特頻率一半的頻率，所述孔徑限制了所述全息記錄介質(zhì)上被所述記錄光束照射的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種全息記錄儀，用于通過記錄光束與參考光束的干涉而在全息記錄介質(zhì)上記錄全息圖。該記錄儀包括光源，用于輸出相干光以分為記錄光束和參考光束；空間光調(diào)制器，用于將記錄光束調(diào)制為表示待記錄信息的形式；物鏡，用于輸出記錄光束；和相移掩模，其設(shè)置在空間光調(diào)制器的光入射表面上。該掩模構(gòu)造成允許記錄光束通過，同時還部分地改變通過該掩模的記錄光束的相位。
文檔編號G03H1/22GK1841525SQ20061005697
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月30日
發(fā)明者吉川浩寧, 手塚耕一, 宇野和史 申請人:富士通株式會社