專利名稱：全息記錄設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種全息記錄設(shè)備，用于在所謂共軸系統(tǒng)中記錄全息圖。
背景技術(shù)：
日本專利公開(kāi)No.2006-113296揭露了一種已知的全息記錄設(shè)備。所公 開(kāi)的這種全息記錄設(shè)備設(shè)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(shè)備中，從光源發(fā)出的光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡轉(zhuǎn)換為平行光，然 后通過(guò)空間光調(diào)制器分為記錄光(信號(hào)光)和參考光，進(jìn)一步，記錄光和 參考光通過(guò)同 一物鏡會(huì)聚在全息記錄介質(zhì)上。
作為空間光調(diào)制器，中心像素區(qū)域?yàn)橛糜诋a(chǎn)生記錄光的區(qū)域，外周像 素區(qū)域?yàn)橛糜诋a(chǎn)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(diǎn)陣型的多個(gè)像素。如圖7所示，用于這種共軸 系統(tǒng)的物鏡400被設(shè)置成具有較大的數(shù)值孔徑(NA)以使全息記錄介質(zhì)B 上的被照射區(qū)域盡可能小，以提高記錄密度。對(duì)于物鏡400，例如，當(dāng)記 錄光S和參考光R在沿其各自的光軸觀察橫截面時(shí)具有大約相等的光通量 寬度W時(shí)，具有大入射角的參考光R由于光強(qiáng)度而難以與記錄光S產(chǎn)生 最佳的干涉。為了改善上述情況，在空間光調(diào)制器上用于產(chǎn)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(nèi)容
然而，根據(jù)上述已知的全息記錄設(shè)備，當(dāng)空間光調(diào)制器上的外周像素 區(qū)域擴(kuò)大時(shí)，中心像素區(qū)域尺寸相對(duì)變小，從而導(dǎo)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(wú)用的曝光區(qū)域) 也變大。因此，難以同時(shí)滿足記錄光S和參考光S產(chǎn)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(shè)備，能夠在提高記錄密度的同時(shí)使記錄光和參考光產(chǎn)生最佳的相 互干涉。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于記錄全息圖的全息記錄設(shè)備包括發(fā)射 光的光源、物鏡以及空間光調(diào)制器?？臻g光調(diào)制器包括光調(diào)制區(qū)域，光調(diào) 制區(qū)域包括形成在空間調(diào)制器上并包括多個(gè)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(gè)第二像素的外周區(qū)域，其中多個(gè)第二像 素包括比第一像素中每個(gè)像素更大的像素。通過(guò)中心像素區(qū)域的光的第一 部分和通過(guò)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(shè)備將來(lái)自光源 的光通過(guò)空間光調(diào)制器分為記錄光和參考光，并將記錄光和參考光通過(guò)同 一物鏡射到全息記錄介質(zhì)上；其中，所述空間光調(diào)制器具有包括多個(gè)像素 的光調(diào)制區(qū)域；光調(diào)制區(qū)域分為中心像素區(qū)域和外周像素區(qū)域，來(lái)自光源 的部分光通過(guò)中心像素區(qū)域被導(dǎo)向物鏡作為記錄光，光的其余部分通過(guò)外
周像素區(qū)域被導(dǎo)向物鏡作為參考光；外周像素區(qū)域中包括的多個(gè)像素包括
比中心像素區(qū)域中包括的多個(gè)像素更大的像素。
優(yōu)選的，外周像素區(qū)域進(jìn)一步分為多個(gè)區(qū)域，在這些區(qū)域中，外側(cè)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(gè)像素的平均面積大于包括在中 心像素區(qū)域中的多個(gè)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(shè)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(chǎn)生預(yù) 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(guān)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(guò)隨后結(jié)合附圖的詳盡描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)勢(shì)將更加明顯。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的全息記錄設(shè)備總體結(jié)構(gòu)的示意
圖2是示出了圖1所示的全息記錄設(shè)備的主要部分的結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3是示出了圖1所示的全息記錄設(shè)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(shè)備的說(shuō)明圖； 圖5是示出了使用圖4所示光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的說(shuō)明圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的全息記錄設(shè)備主要部分的結(jié)構(gòu) 的示意圖7是示出了己知全息記錄設(shè)備的操作功能示意圖。
具體實(shí)施例方式
下文將參考附圖描述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
圖1-3圖示了根據(jù)本發(fā)明的全息記錄設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。如圖1所 示，全息記錄設(shè)備A配置為在所謂的共軸系統(tǒng)中的全息記錄介質(zhì)B上記錄 全息圖。全息記錄設(shè)備A包括光源1，準(zhǔn)直透鏡2，空間光調(diào)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(zhì)B包括形成 在正-反表面的保護(hù)層90，和形成在保護(hù)層間的記錄層91。在記錄層91 上，通過(guò)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(shí)候， 參考光R和記錄在記錄層91上的全息圖干涉而產(chǎn)生再現(xiàn)光P，并且上述再 現(xiàn)光P被設(shè)置在全息記錄介質(zhì)B背面?zhèn)鹊膱D像拾取裝置6所接收。另外， 設(shè)置在光源1與記錄物鏡4之間的光學(xué)元件和設(shè)置在再現(xiàn)物鏡5與圖像拾 取裝置6之間的光學(xué)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(dǎo)體激光裝置。在記錄和再現(xiàn)的時(shí)候，光源1輸出 具有較窄頻帶的相干激光。
準(zhǔn)直透鏡2將從光源1輸出的激光轉(zhuǎn)換為平行光。成為平行光的激光 進(jìn)入空間光調(diào)制器3。
空間光調(diào)制器3包括例如透射液晶面板。如圖2所示，空間光調(diào)制器3具有包括多個(gè)像素的光調(diào)制區(qū)域30。光調(diào)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(guò)上述中心像素區(qū)域31進(jìn)入的 部分激光根據(jù)記錄信息被調(diào)制為像素圖案的記錄光S，而通過(guò)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(shè)置來(lái)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(shuō)，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(dāng)于半個(gè)波長(zhǎng)的相位差。例如，假設(shè)X是激 光的波長(zhǎng)，則相鄰像素間的高低差h近似等于人/2。在記錄的時(shí)候，從上述 空間光調(diào)制器3輸出的記錄光S和參考光R通過(guò)相同的物鏡4射到全息記 錄介質(zhì)B上。在再現(xiàn)時(shí)，在中心像素區(qū)域31的每個(gè)像素都進(jìn)入關(guān)閉狀 態(tài)，以致沒(méi)有光可以透過(guò)，因此，只有通過(guò)外周像素區(qū)域32的參考光S 射出。另外，對(duì)于中心像素區(qū)域31的像素，雖然在圖中沒(méi)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(zhì)B 的記錄層91上。物鏡4被設(shè)計(jì)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(guò)物鏡4的中間區(qū)域附近射到全息記 錄介質(zhì)B上。因此，記錄光S的入射角較小。另一方面，參考光R通過(guò)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(dá)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(xué)特性，并且在再現(xiàn)的 時(shí)候，引導(dǎo)產(chǎn)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?。圖像拾 取裝置6將接收到的再現(xiàn)光P轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并讀取全息記錄介質(zhì)B中 以全息圖形式記錄的二維圖像信息。
接下來(lái)，將描述全息記錄設(shè)備A的功能。
在記錄的時(shí)候，從光源1發(fā)出的激光通過(guò)準(zhǔn)直透鏡2進(jìn)入空間光調(diào)制 器3。在空間光調(diào)制器3的中心像素區(qū)域31，每個(gè)像素根據(jù)記錄信息進(jìn)入開(kāi)-關(guān)狀態(tài)，由此，產(chǎn)生包含預(yù)定像素圖案的記錄光s。
另一方面，在空間光調(diào)制器3的外周像素區(qū)域32內(nèi)，具有相當(dāng)于0的
相位差和相當(dāng)于7T的相位差的像素之間的預(yù)定像素處于開(kāi)狀態(tài)，因此，產(chǎn)
生包含預(yù)定相位圖案的參考光R。預(yù)定相位圖案的一個(gè)例子是根據(jù)Walsh-Hadamard變換的行列式的圖案。通過(guò)改變這個(gè)相位圖案，可實(shí)施所謂多相 位記錄。
在這點(diǎn)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(lái)自每個(gè)像素的衍射 光，當(dāng)像素節(jié)距越大時(shí)，衍射角越小，因此光通量密度也會(huì)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(zhì)B上，上 述記錄光S可以與一定光強(qiáng)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(guān)的參考光R的光通量寬 度Wr可以比以往更小。通過(guò)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(zhì)B上互不重疊的無(wú)用曝光區(qū)域?qū)?變得更小。因此，上述的無(wú)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(shí)施例的全息記錄設(shè)備A的等效光學(xué)系統(tǒng)，圖5展 示了使用如圖4所示的光學(xué)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
如圖4所示的光學(xué)系統(tǒng)A'包括空間光調(diào)制器3'，其每個(gè)像素具有統(tǒng) 一的大?。恍】诪V波器F，其設(shè)置在空間光調(diào)制器3'和記錄物鏡4之間。 在空間光調(diào)制器3'和記錄物鏡4之間，設(shè)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(shè)置透鏡組 L2禾口 L3。
在該具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中，使空間光調(diào)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(xué)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(chǎn)生了光學(xué)上相同的功能效果。在這點(diǎn) 上，根據(jù)小孔濾波器的零級(jí)衍射光和一級(jí)衍射光的距離由人f/T表示，其中 假設(shè)X為小孔濾波器F的小孔半徑，入為激光的波長(zhǎng)，f為透鏡組Ll的焦距(相當(dāng)于空間光調(diào)制器3'和透鏡組L1之間的距離)，T為空間光調(diào)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(jīng)在這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)A'中進(jìn)行了改變孔徑放大率的實(shí)驗(yàn)。假設(shè)空間光 調(diào)制器3'的像素?cái)?shù)目為40000，而再現(xiàn)信號(hào)可以被每個(gè)像素接收。如圖5 所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)孔徑放大率大于或等于0.4時(shí)，從圖像拾取裝置 6輸出的再現(xiàn)信號(hào)的SNR處于可實(shí)際再現(xiàn)的范圍內(nèi)，并且錯(cuò)誤的數(shù)目處于 可容許的范圍內(nèi)。換句話說(shuō)，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(duì)于該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，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?？紤]用像 素面積對(duì)其進(jìn)行替換，則平均像素面積Ss和Sr必須滿足關(guān)系式Ss < Sr < Ss/0.4/0.4 (6.25Ss)，這里假設(shè)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(duì)于該實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，由 于再現(xiàn)時(shí)的分辨率極限，當(dāng)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(shí)，平均像素面積Sr被設(shè)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(shí)施例的全息記錄設(shè)備A，當(dāng)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(shí)，參考光R的光強(qiáng)可以保持在預(yù)定的水平， 由此，記錄光S和參考光R能夠相互產(chǎn)生最佳的干涉，因此全息圖能夠以 高分辨率記錄。
另外，當(dāng)參考光R的光強(qiáng)為預(yù)定水平時(shí)，無(wú)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(shí)施例的全息記錄設(shè)備。另外，與上面實(shí) 施例相同或類似的元件使用同樣的附圖標(biāo)記。在附圖中沒(méi)有示出的元件與 上面實(shí)施例中的那些相同；因此通過(guò)采用相同附圖標(biāo)記而略去了對(duì)它們的 說(shuō)明。
對(duì)于圖6中所示的空間光調(diào)制器3，外周像素區(qū)域被分為內(nèi)側(cè)的第一環(huán)形區(qū)域32A和外側(cè)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(shí)施例結(jié)構(gòu)一樣，外周像素區(qū)域32B的 最大平均像素面積Sr被設(shè)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(jié)構(gòu)的全息記錄設(shè)備，具有較大入射角的外側(cè)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(lái)自第二環(huán)形區(qū)域32B的 參考光R的光強(qiáng)度可以保持在預(yù)定水平的同時(shí)，其光通量寬度能夠更小。 從而無(wú)用的曝光區(qū)域能夠更小。
此外，由于來(lái)自第一環(huán)形區(qū)域32A的參考光R和來(lái)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(guò)分別交替控制所述第一和第 二環(huán)形區(qū)域32A和32B來(lái)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(shí)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(shè)置光阻隔區(qū)域。
權(quán)利要求
1. 一種用于記錄全息圖的全息記錄設(shè)備，包括光源，用于發(fā)射光；物鏡；以及包括光調(diào)制區(qū)域的空間光調(diào)制器，所述光調(diào)制區(qū)域包括中心像素區(qū)域，其形成在所述空間光調(diào)制器上，并包括多個(gè)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(gè)第二像素，所述多個(gè)第二像素包括比每個(gè)所述第一像素更大的像素；其中，通過(guò)所述中心像素區(qū)域的所述光的第一部分以及通過(guò)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(jìn)行記錄。
2. 如權(quán)利要求1所述的全息記錄設(shè)備，其中，每個(gè)所述像素由電的方 式控制成為光學(xué)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(shè)備，包括 光源；物鏡；以及包括光調(diào)制區(qū)域的空間光調(diào)制器，所述光調(diào)制區(qū)域包括多個(gè)像素，所 述光調(diào)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(lái)自所述光源的部分光通過(guò)作為記錄光導(dǎo)向所述物鏡，所述外周像素區(qū) 域能夠?qū)⑺龉獾氖Ｓ嗖糠肿鳛閰⒖脊鈱?dǎo)向所述物鏡，所述外周像素區(qū)域 中包括的所述多個(gè)像素包括比所述中心像素區(qū)域中包括的所述多個(gè)像素中 的每個(gè)像素更大的像素，其中，來(lái)自所述光源的光通過(guò)所述空間光調(diào)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(guò)所述物鏡發(fā)射到全息記錄介質(zhì)上用于記 錄全息圖。
4. 如權(quán)利要求3所述的全息記錄設(shè)備，其中，所述外周像素區(qū)域進(jìn)一 步分為多個(gè)區(qū)域，并且外側(cè)的區(qū)域包括比內(nèi)側(cè)的區(qū)域中的像素更大的像素。
5. 如權(quán)利要求4所述的全息記錄設(shè)備，其中，所述外周像素區(qū)域里包 括的所述多個(gè)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(gè)像 素的平均面積。
6. 如權(quán)利要求1所述的全息記錄設(shè)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(shè)置有光阻隔區(qū)域。
7. 如權(quán)利要求1所述的全息記錄設(shè)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(chǎn)生預(yù)定相位差。
8. 如權(quán)利要求1所述的全息記錄設(shè)備，其中，平均像素面積Ss和Sr 滿足Ss < Sr < 6.25Ss的關(guān)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(shè)備，其將光源出射的光通過(guò)空間光調(diào)制器分為記錄光和參考光，并將記錄光和參考光通過(guò)同一物鏡射向全息記錄介質(zhì)；其中空間光調(diào)制器具有包括多個(gè)像素的光調(diào)制區(qū)域；光調(diào)制區(qū)域分為中心像素區(qū)域，來(lái)自光源的一部分光通過(guò)該區(qū)域射向物鏡作為記錄光，以及外周像素區(qū)域，來(lái)自光源的其余部分光通過(guò)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(gè)像素包括比中心像素區(qū)域中包括的多個(gè)像素更大的像素。
文檔編號(hào)G03H1/04GK101295162SQ20081009463
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月27日
發(fā)明者宇野和史 申請(qǐng)人:富士通株式會(huì)社