專利名稱：全息記錄設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種全息記錄設備，用于在所謂共軸系統(tǒng)中記錄全息圖。
背景技術：
日本專利公開No.2006-113296揭露了一種已知的全息記錄設備。所公 開的這種全息記錄設備設置為在所謂共軸系統(tǒng)中記錄全息圖。在所述共軸 系統(tǒng)的全息記錄設備中，從光源發(fā)出的光通過準直透鏡轉換為平行光，然 后通過空間光調制器分為記錄光(信號光)和參考光，進一步，記錄光和 參考光通過同 一物鏡會聚在全息記錄介質上。
作為空間光調制器，中心像素區(qū)域為用于產生記錄光的區(qū)域，外周像 素區(qū)域為用于產生參考光的區(qū)域。在中心像素區(qū)域和外周像素區(qū)域，形成 具有均勻節(jié)距(pitch)的點陣型的多個像素。如圖7所示，用于這種共軸 系統(tǒng)的物鏡400被設置成具有較大的數(shù)值孔徑(NA)以使全息記錄介質B 上的被照射區(qū)域盡可能小，以提高記錄密度。對于物鏡400，例如，當記 錄光S和參考光R在沿其各自的光軸觀察橫截面時具有大約相等的光通量 寬度W時，具有大入射角的參考光R由于光強度而難以與記錄光S產生 最佳的干涉。為了改善上述情況，在空間光調制器上用于產生參考光R的 外周像素區(qū)域要保證盡可能的大以使參考光R的光通量寬度W更大。

發(fā)明內容
然而，根據(jù)上述已知的全息記錄設備，當空間光調制器上的外周像素 區(qū)域擴大時，中心像素區(qū)域尺寸相對變小，從而導致記錄信息量隨之減 少。同樣，由于除了參考光R的入射角變大之外，參考光R的光通量寬度 W也變大，所以記錄光S和參考光R不重疊的區(qū)域(即無用的曝光區(qū)域) 也變大。因此，難以同時滿足記錄光S和參考光S產生最佳相互干涉的條件以及提高記錄密度的條件。
因此，本發(fā)明是鑒于上述情況提出的。本發(fā)明的目的在于提供一種全 息記錄設備，能夠在提高記錄密度的同時使記錄光和參考光產生最佳的相 互干涉。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，用于記錄全息圖的全息記錄設備包括發(fā)射 光的光源、物鏡以及空間光調制器?？臻g光調制器包括光調制區(qū)域，光調 制區(qū)域包括形成在空間調制器上并包括多個第一像素的中心像素區(qū)域，以 及形成為圍繞中心區(qū)域并包括多個第二像素的外周區(qū)域，其中多個第二像 素包括比第一像素中每個像素更大的像素。通過中心像素區(qū)域的光的第一 部分和通過外周像素區(qū)域的光的第二部分入射到物鏡，用光的第一和第二 部分記錄全息圖。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，用于記錄全息圖的全息記錄設備將來自光源 的光通過空間光調制器分為記錄光和參考光，并將記錄光和參考光通過同 一物鏡射到全息記錄介質上；其中，所述空間光調制器具有包括多個像素 的光調制區(qū)域；光調制區(qū)域分為中心像素區(qū)域和外周像素區(qū)域，來自光源 的部分光通過中心像素區(qū)域被導向物鏡作為記錄光，光的其余部分通過外
周像素區(qū)域被導向物鏡作為參考光；外周像素區(qū)域中包括的多個像素包括
比中心像素區(qū)域中包括的多個像素更大的像素。
優(yōu)選的，外周像素區(qū)域進一步分為多個區(qū)域，在這些區(qū)域中，外側區(qū) 域中包括更大的像素。
優(yōu)選的，包括在外周像素區(qū)域中的多個像素的平均面積大于包括在中 心像素區(qū)域中的多個像素的平均面積。
優(yōu)選的，中心像素區(qū)域和外周像素區(qū)域之間設置有光阻隔區(qū)域。
優(yōu)選的，外周像素區(qū)域被形成為凹凸形狀，使得相鄰像素之間產生預 定的相位差。
優(yōu)選的，平均像素面積Ss和Sr滿足Ss〈Sr〈6.25Ss的關系，其中Ss 是中心像素區(qū)域的平均像素面積，Sr是外周像素區(qū)域的平均像素面積。
通過隨后結合附圖的詳盡描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢將更加明顯。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實施例的全息記錄設備總體結構的示意
圖2是示出了圖1所示的全息記錄設備的主要部分的結構的示意圖； 圖3是示出了圖1所示的全息記錄設備的操作功能示意圖； 圖4是用等效光路系統(tǒng)示出了圖1所示全息記錄設備的說明圖； 圖5是示出了使用圖4所示光學系統(tǒng)進行實驗的結果的說明圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的全息記錄設備主要部分的結構 的示意圖7是示出了己知全息記錄設備的操作功能示意圖。
具體實施例方式
下文將參考附圖描述本發(fā)明的具體實施例。
圖1-3圖示了根據(jù)本發(fā)明的全息記錄設備的一個實施例。如圖1所 示，全息記錄設備A配置為在所謂的共軸系統(tǒng)中的全息記錄介質B上記錄 全息圖。全息記錄設備A包括光源1，準直透鏡2，空間光調制器3， 記錄物鏡4，再現(xiàn)物鏡5和圖像拾取裝置6。全息記錄介質B包括形成 在正-反表面的保護層90，和形成在保護層間的記錄層91。在記錄層91 上，通過使記錄光S和參考光R相互干涉而記錄全息圖。在再現(xiàn)的時候， 參考光R和記錄在記錄層91上的全息圖干涉而產生再現(xiàn)光P，并且上述再 現(xiàn)光P被設置在全息記錄介質B背面?zhèn)鹊膱D像拾取裝置6所接收。另外， 設置在光源1與記錄物鏡4之間的光學元件和設置在再現(xiàn)物鏡5與圖像拾 取裝置6之間的光學元件(例如變焦透鏡和光闌)為了方便而未示出。
光源1包括例如半導體激光裝置。在記錄和再現(xiàn)的時候，光源1輸出 具有較窄頻帶的相干激光。
準直透鏡2將從光源1輸出的激光轉換為平行光。成為平行光的激光 進入空間光調制器3。
空間光調制器3包括例如透射液晶面板。如圖2所示，空間光調制器3具有包括多個像素的光調制區(qū)域30。光調制區(qū)域30被分為中心像素區(qū) 域31和外周像素區(qū)域32，作為平行光而通過上述中心像素區(qū)域31進入的 部分激光根據(jù)記錄信息被調制為像素圖案的記錄光S，而通過上述外周像 素區(qū)域32的剩余部分激光被作為參考光R輸出。在中心像素區(qū)域31和外 周像素區(qū)域32之間，光阻隔區(qū)域33被設置來阻擋激光并形成邊界。外周 像素區(qū)域32的像素節(jié)距T在尺寸上大于中心像素區(qū)域31的像素節(jié)距T。 也就是說，外周像素區(qū)域32的像素被形成為大于中心像素區(qū)域31的像 素。外周像素區(qū)域32的像素，如圖中的圓圈里所示被形成為凹凸形，以 滿足在相鄰的像素之間形成相當于半個波長的相位差。例如，假設X是激 光的波長，則相鄰像素間的高低差h近似等于人/2。在記錄的時候，從上述 空間光調制器3輸出的記錄光S和參考光R通過相同的物鏡4射到全息記 錄介質B上。在再現(xiàn)時，在中心像素區(qū)域31的每個像素都進入關閉狀 態(tài)，以致沒有光可以透過，因此，只有通過外周像素區(qū)域32的參考光S 射出。另外，對于中心像素區(qū)域31的像素，雖然在圖中沒有具體顯示， 但是它們也可以被形成為凹凸形。
如圖3所示，記錄物鏡4匯聚記錄光S和參考光R到全息記錄介質B 的記錄層91上。物鏡4被設計為使照射區(qū)域盡可能的小，例如，使數(shù)值 孔徑較大，近似為0.7。記錄光S通過物鏡4的中間區(qū)域附近射到全息記 錄介質B上。因此，記錄光S的入射角較小。另一方面，參考光R通過物 鏡4的外周區(qū)域附近發(fā)射。因此入射角較大。例如，參考光R的入射角最 大可以達到大約45度。
再現(xiàn)物鏡5基本上具有和記錄物鏡4相同的光學特性，并且在再現(xiàn)的 時候，引導產生的再現(xiàn)光P到圖像拾取裝置6上。
圖像拾取裝置6包括例如CCD面?zhèn)鞲衅骰駽MOS面?zhèn)鞲衅鳌D像拾 取裝置6將接收到的再現(xiàn)光P轉換為數(shù)字信號，并讀取全息記錄介質B中 以全息圖形式記錄的二維圖像信息。
接下來，將描述全息記錄設備A的功能。
在記錄的時候，從光源1發(fā)出的激光通過準直透鏡2進入空間光調制 器3。在空間光調制器3的中心像素區(qū)域31，每個像素根據(jù)記錄信息進入開-關狀態(tài)，由此，產生包含預定像素圖案的記錄光s。
另一方面，在空間光調制器3的外周像素區(qū)域32內，具有相當于0的
相位差和相當于7T的相位差的像素之間的預定像素處于開狀態(tài)，因此，產
生包含預定相位圖案的參考光R。預定相位圖案的一個例子是根據(jù)Walsh-Hadamard變換的行列式的圖案。通過改變這個相位圖案，可實施所謂多相 位記錄。
在這點上，根據(jù)外周像素區(qū)域32的像素大小(像素節(jié)距T)，參考光 R被作為衍射光射向物鏡4，而且根據(jù)中心像素區(qū)域31的像素大小(像素 節(jié)距t)，記錄光S被作為衍射光射向物鏡4。至于來自每個像素的衍射 光，當像素節(jié)距越大時，衍射角越小，因此光通量密度也會變大。所以， 參考光R與記錄光S相比，以較大的入射角射入到全息記錄介質B上，上 述記錄光S可以與一定光強水平的參考光S相干涉。
這意味著，與記錄光S的光通量寬度Ws有關的參考光R的光通量寬 度Wr可以比以往更小。通過使參考光R的光通量寬度Wr如上面所述變 小，記錄光S和參考光R在全息記錄介質B上互不重疊的無用曝光區(qū)域將 變得更小。因此，上述的無用曝光區(qū)域和全面照射區(qū)域都變小，并且從而 使全息圖的記錄密度得到提高。
圖4示出了根據(jù)本實施例的全息記錄設備A的等效光學系統(tǒng)，圖5展 示了使用如圖4所示的光學系統(tǒng)的實驗結果。
如圖4所示的光學系統(tǒng)A'包括空間光調制器3'，其每個像素具有統(tǒng) 一的大??；小孔濾波器F，其設置在空間光調制器3'和記錄物鏡4之間。 在空間光調制器3'和記錄物鏡4之間，設置透鏡組Ll以使小孔濾波器F 位于這組透鏡之間，并且在再現(xiàn)物鏡5和圖像拾取裝置6之間設置透鏡組 L2禾口 L3。
在該具體實施例的結構中，使空間光調制器3的外周像素區(qū)域32的 像素比中心像素區(qū)域31的像素更大，與使光學系統(tǒng)A'中的小孔濾波器F 的孔徑放大率更小的情況相比，產生了光學上相同的功能效果。在這點 上，根據(jù)小孔濾波器的零級衍射光和一級衍射光的距離由人f/T表示，其中 假設X為小孔濾波器F的小孔半徑，入為激光的波長，f為透鏡組Ll的焦距(相當于空間光調制器3'和透鏡組L1之間的距離)，T為空間光調制器
3'中的像素節(jié)距?？讖椒糯舐适切】装霃絏與入f/T的比值，以放大率形式 表示?？讖椒糯舐适侵行南袼貐^(qū)域31的像素節(jié)距t與外周像素區(qū)域32的 像素節(jié)距T的比值。
已經在這個光學系統(tǒng)A'中進行了改變孔徑放大率的實驗。假設空間光 調制器3'的像素數(shù)目為40000，而再現(xiàn)信號可以被每個像素接收。如圖5 所示的實驗結果顯示，當孔徑放大率大于或等于0.4時，從圖像拾取裝置 6輸出的再現(xiàn)信號的SNR處于可實際再現(xiàn)的范圍內，并且錯誤的數(shù)目處于 可容許的范圍內。換句話說，低于0.4的孔徑放大率超出了分辨率極限。 基于上述方面，對于該實施例的結構，中心像素區(qū)域31的像素節(jié)距t與外 周像素區(qū)域32的像素節(jié)距T的比值(t/T)必須大于或等于0.4。考慮用像 素面積對其進行替換，則平均像素面積Ss和Sr必須滿足關系式Ss < Sr < Ss/0.4/0.4 (6.25Ss)，這里假設Ss是中心像素區(qū)域31的平均像素面積，而 Sr是外周像素區(qū)域32的平均像素面積。因此，對于該實施例的結構，由 于再現(xiàn)時的分辨率極限，當外周像素區(qū)域32的平均像素面積Sr比中心像 素區(qū)域31的平均像素面積Ss大時，平均像素面積Sr被設置為不大于或等 于平均像素面積Ss的6.25倍。
因此，根據(jù)該實施例的全息記錄設備A，當適于共軸系統(tǒng)的物鏡4使 參考光R的入射角變得較大時，參考光R的光強可以保持在預定的水平， 由此，記錄光S和參考光R能夠相互產生最佳的干涉，因此全息圖能夠以 高分辨率記錄。
另外，當參考光R的光強為預定水平時，無用的曝光區(qū)域能比以前更 小，由此，用于記錄全息圖的照射區(qū)域能夠盡可能的變小，因此全息圖的 記錄密度能夠提高。
圖6展示了根據(jù)本發(fā)明另一實施例的全息記錄設備。另外，與上面實 施例相同或類似的元件使用同樣的附圖標記。在附圖中沒有示出的元件與 上面實施例中的那些相同；因此通過采用相同附圖標記而略去了對它們的 說明。
對于圖6中所示的空間光調制器3，外周像素區(qū)域被分為內側的第一環(huán)形區(qū)域32A和外側的第二環(huán)形區(qū)域32B。第一環(huán)形區(qū)域32A和第二環(huán)形 區(qū)域32B的像素節(jié)距Tl和T2都大于中心像素區(qū)域31的像素節(jié)距t。第二 環(huán)形區(qū)域32B的像素節(jié)距T2被形成為大于第一環(huán)形區(qū)域的像素節(jié)距Tl。 此外，在分辨率極限方面，與前述實施例結構一樣，外周像素區(qū)域32B的 最大平均像素面積Sr被設置為不大于或等于中心像素區(qū)域31的平均像素 面積Ss的6.25倍。
根據(jù)具有這樣結構的全息記錄設備，具有較大入射角的外側第二環(huán)形 區(qū)域32B被形成為像素節(jié)距T2較大，由此，在來自第二環(huán)形區(qū)域32B的 參考光R的光強度可以保持在預定水平的同時，其光通量寬度能夠更小。 從而無用的曝光區(qū)域能夠更小。
此外，由于來自第一環(huán)形區(qū)域32A的參考光R和來自第二環(huán)形區(qū)域 32B的參考光R的入射角略有不同，所以通過分別交替控制所述第一和第 二環(huán)形區(qū)域32A和32B來執(zhí)行所謂多角度記錄，從而全息圖的多重性 (multiplicity)可以更大，記錄密度可以提高。
然而，本發(fā)明不限于上面描述的實施例。
例如，第一環(huán)形區(qū)域和第二環(huán)形區(qū)域在像素節(jié)距方面可以近似相等， 它們之間可以具有光阻隔區(qū)域。另外，第一環(huán)形區(qū)域與第二環(huán)形區(qū)域之 間、或中心像素區(qū)域與外周像素區(qū)域之間也可以不設置光阻隔區(qū)域。
權利要求
1. 一種用于記錄全息圖的全息記錄設備，包括光源，用于發(fā)射光；物鏡；以及包括光調制區(qū)域的空間光調制器，所述光調制區(qū)域包括中心像素區(qū)域，其形成在所述空間光調制器上，并包括多個第一像素；以及外周像素區(qū)域，其形成在圍繞所述中心像素區(qū)域的部分上，并包括多個第二像素，所述多個第二像素包括比每個所述第一像素更大的像素；其中，通過所述中心像素區(qū)域的所述光的第一部分以及通過所述外周像素區(qū)域的所述光的第二部分入射在所述物鏡上，其中，所述全息圖用所述光的第一部分和第二部分進行記錄。
2. 如權利要求1所述的全息記錄設備，其中，每個所述像素由電的方 式控制成為光學透明狀態(tài)或不透明狀態(tài)。
3. —種用于記錄全息圖的全息記錄設備，包括 光源；物鏡；以及包括光調制區(qū)域的空間光調制器，所述光調制區(qū)域包括多個像素，所 述光調制區(qū)域包括中心像素區(qū)域和外周像素區(qū)域，所述中心像素區(qū)域能夠 將來自所述光源的部分光通過作為記錄光導向所述物鏡，所述外周像素區(qū) 域能夠將所述光的剩余部分作為參考光導向所述物鏡，所述外周像素區(qū)域 中包括的所述多個像素包括比所述中心像素區(qū)域中包括的所述多個像素中 的每個像素更大的像素，其中，來自所述光源的光通過所述空間光調制器被分為記錄光和參考 光，所述記錄光和所述參考光通過所述物鏡發(fā)射到全息記錄介質上用于記 錄全息圖。
4. 如權利要求3所述的全息記錄設備，其中，所述外周像素區(qū)域進一 步分為多個區(qū)域，并且外側的區(qū)域包括比內側的區(qū)域中的像素更大的像素。
5. 如權利要求4所述的全息記錄設備，其中，所述外周像素區(qū)域里包 括的所述多個像素的平均面積大于所述中心像素區(qū)域里包括的所述多個像 素的平均面積。
6. 如權利要求1所述的全息記錄設備，其中，所述中心像素區(qū)域和所述外周像素區(qū)域之間設置有光阻隔區(qū)域。
7. 如權利要求1所述的全息記錄設備，其中，所述外周像素區(qū)域呈凹 凸形狀，使得相鄰的所述像素之間產生預定相位差。
8. 如權利要求1所述的全息記錄設備，其中，平均像素面積Ss和Sr 滿足Ss < Sr < 6.25Ss的關系，其中Ss是所述中心像素區(qū)域的平均像素面 積，Sr是所述外周像素區(qū)域的平均像素面積。
全文摘要
一種用于記錄全息圖的全息記錄設備，其將光源出射的光通過空間光調制器分為記錄光和參考光，并將記錄光和參考光通過同一物鏡射向全息記錄介質；其中空間光調制器具有包括多個像素的光調制區(qū)域；光調制區(qū)域分為中心像素區(qū)域，來自光源的一部分光通過該區(qū)域射向物鏡作為記錄光，以及外周像素區(qū)域，來自光源的其余部分光通過該區(qū)域射向物鏡作為參考光；外周像素區(qū)域中包括的多個像素包括比中心像素區(qū)域中包括的多個像素更大的像素。
文檔編號G03H1/04GK101295162SQ20081009463
公開日2008年10月29日 申請日期2008年4月24日 優(yōu)先權日2007年4月27日
發(fā)明者宇野和史 申請人:富士通株式會社