專利名稱：全息記錄裝置和全息記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在全息記錄介質(zhì)上記錄2個光束的干涉條紋的全息記錄裝置和全息記錄方法，尤其涉及由預(yù)先記錄的干涉條紋在當(dāng)前的干涉條紋記錄時引起的噪聲的減小。
背景技術(shù)：
最近已經(jīng)提出通過利用全息技術(shù)記錄/再現(xiàn)大量數(shù)據(jù)的全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)。在這種全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，使用多次記錄系統(tǒng)以便提高記錄密度。在該全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中，許多獨(dú)立頁記錄在一個區(qū)域中。多次記錄系統(tǒng)的典型例子是角度多次記錄系統(tǒng)，位移多次記錄系統(tǒng)和相位編碼多次記錄系統(tǒng)，也已知多種其他系統(tǒng)如斑點(diǎn)多次記錄系統(tǒng)。當(dāng)使用這種多次記錄系統(tǒng)時，全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)的記錄容量變得基本上與計算結(jié)果一樣大。然而，由于之前干涉條紋記錄引起的噪聲，使得在現(xiàn)有環(huán)境下增加容量是不可能的。
在通過利用全息技術(shù)記錄數(shù)據(jù)時，在全息記錄介質(zhì)上的光強(qiáng)在介質(zhì)原點(diǎn)附近大，而在其他區(qū)域上的光強(qiáng)小，如附圖5所示。順便提及，原點(diǎn)附近的高強(qiáng)度分量稱為DC分量。當(dāng)使用僅進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制的空間光調(diào)制器(SLM)時，光強(qiáng)的這種不均勻分布公知為DC分量問題。也已知對于光強(qiáng)分布的這種不均勻性，在記錄時會產(chǎn)生多種問題，已經(jīng)在一些公開文獻(xiàn)中提出了一些對策，這些文獻(xiàn)例如“Holographic Data Storage；H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox ED；Springer；p.259-269 Beam ConditioningTechniques for Holographic Recording Systems”。
對策之一是利用隨機(jī)相位掩?；蛳辔宦淦姆椒?。在利用隨機(jī)相位掩模作為相位漫射片的方法中，光被光學(xué)元件漫射，該光學(xué)元件例如具有與SLM的像素間距一致的間距和具有0和π的相位差的隨機(jī)圖案，該相位差相應(yīng)于SLM的像素。具有0和π的相位差的隨機(jī)圖案的該光學(xué)元件稱為相位漫射片。當(dāng)光被相位漫射片漫射時，記錄介質(zhì)上的光分布變得均勻，并且基本上提高了記錄特性。然而，已知盡管DC分量的問題通過利用相位漫射片解決，但是圖像的噪聲還是如在上述公開文獻(xiàn)的第264頁的描述一樣增加。
下面將描述產(chǎn)生噪聲的原因之一。如圖6A和圖6B所示，在角度多次記錄中，在改變參考光相對于記錄介質(zhì)的入射角的同時，將信號光和參考光形成的干涉條紋記錄在全息記錄介質(zhì)50的相同記錄區(qū)域中。在圖6A中，信號光101和參考光201的干涉條紋記錄在全息記錄介質(zhì)50中，這稱為第一多次記錄，以及在圖6B中，信號光102和參考光202的干涉條紋記錄在全息記錄介質(zhì)50中，這稱為第二多次記錄。當(dāng)進(jìn)行多次記錄時，記錄信號和多種噪聲都被記錄。下面將描述產(chǎn)生多種噪聲的原因之一。
在圖7中，附圖標(biāo)記4-1示出了信號光101和參考光201的干涉條紋，附圖標(biāo)記4-2示出了信號光102和參考光202的干涉條紋。這兩組干涉條紋基本是必不可少的。另一方面，將參考圖8描述產(chǎn)生非必要干涉條紋的原因。在干涉條紋4-1首先記錄在全息記錄介質(zhì)50上之后，干涉條紋4-2通過利用信號光102和參考光202照射全息記錄介質(zhì)50而記錄在全息記錄介質(zhì)50上。在該情況下，當(dāng)進(jìn)行信號光102的照射時，信號光102被首先記錄在全息記錄介質(zhì)50上的干涉條紋4-1衍射。當(dāng)信號光101和信號光102完全一致時，與參考光201一致的光可以通過該衍射產(chǎn)生。從而產(chǎn)生的與參考光201一致的光再次通過首先記錄的干涉條紋4-1衍射，產(chǎn)生與信號光101一致的光。從而產(chǎn)生的與信號光101一致的光與參考光202發(fā)生干涉。結(jié)果，非必要的干涉條紋5-1與干涉條紋4-2一起被記錄。順便提及，盡管在本說明書中假定信號光101和信號光102完全一致，但實(shí)際上產(chǎn)生的與參考光201一致的光具有與這些信號光的相互關(guān)聯(lián)成比例的強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
如所描述，當(dāng)干涉條紋4-1和4-2通過角度多次記錄系統(tǒng)記錄在全息記錄介質(zhì)50中時，非必要的干涉條紋5-1被一起記錄。當(dāng)具有記錄的干涉條紋4-1、4-2和5-1的全息記錄介質(zhì)50通過利用與參考信號202一致的參考信號照射該全息記錄介質(zhì)50而再現(xiàn)時，為干涉條紋5-1的衍射光的非必要信號光101與必要的信號光102作為噪聲分量一起再現(xiàn)。當(dāng)?shù)趎個信號光通過角度多次記錄介質(zhì)記錄在全息記錄介質(zhì)50中時，上述現(xiàn)象在多次曝光的各步驟中發(fā)生，因此添加了許多噪聲分量，導(dǎo)致再現(xiàn)數(shù)據(jù)的S/N比例的顯著減小。
希望提供一種當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的多次記錄時，通過減小記錄與目標(biāo)干涉條紋一起的非必要干涉條紋的可能性，能夠減小噪聲和得到具有良好S/N比例的再現(xiàn)數(shù)據(jù)的全息記錄裝置和全息記錄方法。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，一種用于將其強(qiáng)度被調(diào)制的參考光和信號光的多個干涉條紋記錄在全息記錄介質(zhì)的相同區(qū)域或稍微移動的區(qū)域中的全息記錄裝置，包括在強(qiáng)度調(diào)制之前或之后調(diào)制信號光的相位的相位調(diào)制裝置，和調(diào)制在進(jìn)行多次記錄時使用的信號光的相位分布以便在每次進(jìn)行多次記錄時通過改變相位調(diào)制裝置的相位分布使得相位分布彼此不同的控制裝置。
在全息記錄裝置中，相位調(diào)制裝置的相位分布可以改變以使得在進(jìn)行多次記錄時的每次使用的信號光之間的相位相關(guān)性基本上降低或減小到零。
相位調(diào)制裝置可以是緊密附著在用于強(qiáng)度調(diào)制信號光的空間調(diào)制器上或設(shè)置在其附近的相位調(diào)制光學(xué)元件，或設(shè)置在與信號光光學(xué)系統(tǒng)的空間調(diào)制器相關(guān)的聚焦位置中的相位調(diào)制光學(xué)元件。
因而，噪聲由非必要的信號(干涉條紋)的記錄引起，該信號相應(yīng)于將被記錄在某頁并入射到全息記錄介質(zhì)上的信號光和之前在數(shù)據(jù)記錄中使用的信號光之間的相關(guān)性。因此，通過當(dāng)在對于一頁進(jìn)行多次記錄時的每次通過相位調(diào)制裝置改變信號光的相位調(diào)制的條件，以便在該頁的各個多次記錄中使用的信號光的相位彼此不同以減小相關(guān)性以及非必要信號的記錄的可能性減小，減小記錄噪聲成為可能。理想地，希望用于各頁的記錄的信號光之間的相位相關(guān)性變?yōu)榱恪Ｔ谠撉闆r下，有可能基本上消除記錄噪聲。實(shí)際上，有可能通過每一頁記錄時進(jìn)行記錄同時移動作為相位調(diào)制裝置的相位調(diào)制光學(xué)元件，使在各個多次記錄中使用的信號光之間的相位不同。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，信號光的相位調(diào)制狀態(tài)在多次記錄的每次發(fā)生改變以使在各個多次記錄中使用的信號光之間的相關(guān)性降低或變?yōu)榱?，由此在多次記錄時減小記錄除目標(biāo)條紋以外的非必要條紋的可能性，從而減小記錄噪聲。因此，有可能得到具有良好S/N比例的再現(xiàn)數(shù)據(jù)。
此外，由于噪聲被抑制，因此良好的S/N甚至當(dāng)重復(fù)次數(shù)增加時也可以得到，從而有可能提高全息存儲的記錄容量。
此外，由于噪聲的減小，因此有可能增加1頁的信息量，由此提高數(shù)據(jù)的傳送速率。


圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全息記錄裝置的構(gòu)造。
圖2說明了圖1中所示的相位調(diào)制光學(xué)元件的配置的一個例子。
圖3說明了圖1中所示的相位調(diào)制光學(xué)元件的配置的另一例子。
圖4示出了圖1中所示的系統(tǒng)控制單元的記錄控制程序的流程圖。
圖5示出了全息記錄介質(zhì)上光強(qiáng)分布的特性曲線。
圖6A和6B說明了通過角度多次記錄記錄的信號光和參考光的干涉條紋。
圖7說明了全息記錄介質(zhì)上的干涉條紋的記錄，在該介質(zhì)上已經(jīng)記錄了干涉條紋。
圖8說明了通過角度多次記錄記錄在全息記錄介質(zhì)上的非必要的干涉條紋。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明通過改變每次多次記錄的信號光的相位調(diào)制狀態(tài)，以便在記錄介質(zhì)上的記錄全息圖中使用的各個信號光的相位分布彼此不同以減小或消除在多次記錄中使用的信號光之間的相關(guān)性，能夠減小在多次記錄時記錄除所需條紋以外非必要的條紋的可能性，以獲得具有良好S/N比例的再現(xiàn)數(shù)據(jù)。
實(shí)施例1圖1示意性示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的全息記錄裝置的構(gòu)造。全息記錄裝置構(gòu)造為具有產(chǎn)生激光的激光光源1、光闌2、分束器3、反射鏡4、相位調(diào)制光學(xué)元件12、空間光調(diào)制器(SLM)5、構(gòu)造信號光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡6、旋轉(zhuǎn)反射鏡8、構(gòu)造參考光光學(xué)系統(tǒng)的透鏡13、構(gòu)造再現(xiàn)光學(xué)系統(tǒng)的透鏡9、圖像拾取裝置10，和控制記錄/再現(xiàn)操作及整個記錄裝置的操作的系統(tǒng)控制單元20。順便提及，系統(tǒng)控制單元20執(zhí)行多種控制，如在進(jìn)行角度多次記錄時相位調(diào)制光學(xué)元件的移動、數(shù)據(jù)頁相對于空間光調(diào)制器5的顯示和旋轉(zhuǎn)反射鏡8的旋轉(zhuǎn)角度的改變等。然而，在下面的描述中，除了記錄/再現(xiàn)操作以外，不詳細(xì)描述系統(tǒng)控制單元20的單獨(dú)控制操作。
現(xiàn)在，將描述根據(jù)本實(shí)施例的記錄/再現(xiàn)操作。從激光光源1發(fā)射的相干激光通過光闌2入射到分束器3上，并被分束器3分為信號光100和參考光200。信號光100被反射鏡4反射并通過相位調(diào)制光學(xué)元件12入射到空間光調(diào)制器5上。信號光100通過相位調(diào)制光學(xué)元件12進(jìn)行相位調(diào)制以及通過顯示頁的空間光調(diào)制器5進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制。從而已調(diào)制的信號光通過透鏡6會聚到全息記錄介質(zhì)50上。另一方面，參考光200通過旋轉(zhuǎn)反射鏡8反射并通過透鏡13照射全息記錄介質(zhì)50。因此，信號光100和參考光200在全息記錄介質(zhì)50中重疊，由此得到的干涉條紋記錄在全息記錄介質(zhì)50上。每次通過改變旋轉(zhuǎn)反射鏡8的旋轉(zhuǎn)角度而改變?nèi)⒂涗浗橘|(zhì)50上的入射角度時，通過改變將在空間調(diào)制器5上顯示的數(shù)據(jù)頁和相位調(diào)制光學(xué)元件12的相位分布，能夠使數(shù)據(jù)被角度多次記錄在全息記錄介質(zhì)50的相同記錄區(qū)域(書)中。
在再現(xiàn)被多次記錄在全息記錄介質(zhì)50上的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)被再現(xiàn)為相應(yīng)于干涉條紋的衍射光，該條紋通過與參考光200一致、入射到全息記錄介質(zhì)50上的再現(xiàn)光，記錄在全息記錄介質(zhì)50上，以及該衍射光(再現(xiàn)光)通過透鏡9聚焦在圖像拾取裝置10如CCD圖像傳感器或CMOS圖像傳感器上。圖像拾取裝置10光電轉(zhuǎn)換衍射光以得到接收信號，該接收信號通過系統(tǒng)控制單元20分析并再現(xiàn)為圖像數(shù)據(jù)。在再現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)時，每次通過旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)反射鏡8改變參考光200相對于全息記錄介質(zhì)50的入射角時順序再現(xiàn)多次記錄的數(shù)據(jù)。
在上述實(shí)施例中，當(dāng)數(shù)據(jù)被多次記錄時，信號光100的相位通過相位調(diào)制光學(xué)元件12改變?，F(xiàn)在對其進(jìn)行描述。如圖2所示，相位調(diào)制光學(xué)元件12可以設(shè)置成非常接近于SLM 5或者可以設(shè)置在下述位置中，其中通過SLM 5的信號光通過如圖3所示的4f系統(tǒng)的透鏡14和15被聚焦在信號光光學(xué)系統(tǒng)中。在任一種情況下，信號光100在多次記錄的每次通過相位調(diào)制光學(xué)元件12進(jìn)行相位調(diào)制，以使信號光之間的相位關(guān)系彼此不同。
因此，圖6B中通過相位調(diào)制光學(xué)元件12調(diào)制過的信號光101和102的相位彼此不同。因此，為了記錄下一個數(shù)據(jù)頁，如圖7所示在信號光101和參考光201的干涉條紋4-1通過角度多次記錄被記錄在全息記錄介質(zhì)50上之后，當(dāng)利用信號光102和參考光202照射全息記錄介質(zhì)50時，信號光102通過已經(jīng)記錄的干涉條紋4-1發(fā)生衍射。然而，由于信號光101和102的相位分布不同，因此它們之間的相關(guān)性非常小或?yàn)榱?。因此，與參考光201一致并由于通過干涉條紋4-1的衍射而產(chǎn)生的光強(qiáng)非常小或?yàn)榱?。因此，與參考信號光101一致并通過干涉條紋4-1的衍射而產(chǎn)生的光強(qiáng)非常小或?yàn)榱?。從而，可以認(rèn)為信號光101和參考光202的干涉條紋(噪聲)5-1的強(qiáng)度非常小或?yàn)榱?。因此，甚至?dāng)利用參考光202照射全息記錄介質(zhì)50用于再現(xiàn)時，信號光102再現(xiàn)而基本上沒有噪聲，其是與信號光101一致的光。
圖4是示出了圖1所示的系統(tǒng)控制單元20的記錄控制程序的流程圖。在步驟S1中系統(tǒng)控制單元20在SLM 5上顯示數(shù)據(jù)頁之后，在步驟S2中通過打開光闌2利用信號光100和參考光200照射全息記錄介質(zhì)50以曝光介質(zhì)。其后，在步驟S3中系統(tǒng)控制單元20關(guān)閉光闌2并改變旋轉(zhuǎn)反射鏡8的角度以改變在下一次曝光中的參考光200相對于全息記錄介質(zhì)50的入射角，然后，在步驟S4中旋轉(zhuǎn)相位調(diào)制光學(xué)元件12以通過相位調(diào)制信號光100改變信號光100的相位。其后，在步驟S5中控制單元20確定是否實(shí)現(xiàn)了給定的重復(fù)次數(shù)。當(dāng)給定的重復(fù)次數(shù)沒有實(shí)現(xiàn)時，程序返回到步驟S1，重復(fù)步驟S1至S5中的程序以在一本書中進(jìn)行角度多次記錄。當(dāng)在步驟S5中確定實(shí)現(xiàn)了給定的重復(fù)次數(shù)時，對于相同書的記錄操作結(jié)束。
根據(jù)本實(shí)施例，在每次進(jìn)行角度多次記錄時通過相位調(diào)制光學(xué)元件12改變信號光100的相位，在將被角度多次記錄的每個數(shù)據(jù)頁中的信號光100之間的相關(guān)性變得非常小或基本上為零，從而除信號光以外的假的信號光的強(qiáng)度變得非常小或基本上為零。因此，在記錄時基本上能夠減小噪聲。
順便提及，本發(fā)明不限于所述實(shí)施例并且可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)以其他多種方式在具體構(gòu)造、功能、操作和優(yōu)點(diǎn)方面具體化。例如，相位調(diào)制光學(xué)元件12可以是利用相位調(diào)制型液晶板的SLM(隨機(jī)相位掩模)或利用折射率的表面不規(guī)則性或變化的SLM。在利用折射率的表面不規(guī)則性或變化的相位調(diào)制光學(xué)元件12的情況下，可以使用2個灰度、其它灰度或甚至連續(xù)灰度的多種元件。作為使每個數(shù)據(jù)頁的相位相關(guān)性基本上為零的實(shí)際方法，可以通過組合相位調(diào)制型液晶板和Hadamard編碼來實(shí)現(xiàn)，該編碼用于相位編碼多次記錄中?；蛘?，通過利用具有隨機(jī)表面不規(guī)則性的固定相位掩模同時移動固定的相位掩模，有可能使數(shù)據(jù)頁之間的相位相關(guān)性基本上為零。
為了最簡單地解決信號光的DC分量的問題，可以使用與顯示數(shù)據(jù)頁的SLM的像素間距具有相同(或整數(shù)倍)間距的二進(jìn)制隨機(jī)相位掩模。當(dāng)這種相位掩模用于本發(fā)明時，有可能防止由于DC分量引起的記錄介質(zhì)的動態(tài)范圍的減小，并減小記錄時的噪聲。然而，當(dāng)使用移動的相位掩模以減小噪聲時，有必要使它移動精確地為像素間距的整數(shù)倍的距離，因此需要高的精度。因此，優(yōu)選使用不具有像素結(jié)構(gòu)的相位掩模。這種相位掩模的例子可以是具有連續(xù)值的掩模。
此外，盡管在所述實(shí)施例中描述了應(yīng)用于角度多次系統(tǒng)的全息記錄介質(zhì)的例子，但是類似的優(yōu)點(diǎn)可以通過應(yīng)用多種多次系統(tǒng)如斑點(diǎn)多次系統(tǒng)和相位編碼多次系統(tǒng)來得到。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，多種變形、組合、部分組合、替換可以根據(jù)設(shè)計要求和其他因素來實(shí)現(xiàn)，只要它們處于所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)。
相關(guān)申請的交叉參考本發(fā)明包含涉及于2005年7月19日在日本專利局遞交的日本專利申請JP 2005-208817的主題，該文獻(xiàn)的全部內(nèi)容在此結(jié)合作為參考。
權(quán)利要求
1.一種用于將參考光和強(qiáng)度調(diào)制信號光的多個干涉條紋多次記錄在全息記錄介質(zhì)的相同區(qū)域或彼此稍微移動的區(qū)域中的全息記錄裝置，包括在強(qiáng)度調(diào)制之前或之后調(diào)制信號光的相位的相位調(diào)制裝置；和調(diào)制在進(jìn)行多次記錄時使用的信號光的相位以便在每次進(jìn)行多次記錄時通過改變相位調(diào)制裝置的相位分布使得相位彼此不同的控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的全息記錄裝置，其中所述相位調(diào)制裝置的相位分布在進(jìn)行多次記錄時的每次發(fā)生改變以至于在進(jìn)行多次記錄時使用的信號光之間的相位相關(guān)性減小或變?yōu)榱恪?br> 3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的全息記錄裝置，其中所述相位調(diào)制裝置是緊密附著在用于強(qiáng)度調(diào)制信號光的空間調(diào)制器上或設(shè)置在其附近的相位調(diào)制光學(xué)元件，或者設(shè)置在與信號光光學(xué)系統(tǒng)的所述空間調(diào)制器相關(guān)的聚焦位置中的相位調(diào)制光學(xué)元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的全息記錄裝置，其中所述相位調(diào)制光學(xué)元件通過改變表面不規(guī)則性或其折射率來改變信號光的相位。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的全息記錄裝置，其中所述相位調(diào)制光學(xué)元件是能夠顯示具有不同相位分布的多種圖案的隨機(jī)相位掩模并通過顯示的圖案改變信號光的相位。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的全息記錄裝置，其中所述相位調(diào)制光學(xué)元件不具有像素結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3的全息記錄裝置，其中所述控制裝置通過控制所述相位調(diào)制光學(xué)元件的位置移動來改變所述相位調(diào)制裝置的相位分布。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的全息記錄裝置，其中所述控制裝置通過控制在所述隨機(jī)相位掩模上顯示的圖案來改變所述相位調(diào)制裝置的相位分布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一權(quán)利要求的全息記錄裝置，其中多次記錄是角度多次記錄。
10.一種用于將參考光和強(qiáng)度調(diào)制信號光的多個干涉條紋記錄在全息記錄介質(zhì)的相同區(qū)域或彼此稍微移動的區(qū)域中的方法，包括下述步驟在每次進(jìn)行多次記錄時改變信號光的相位調(diào)制狀態(tài)以便在進(jìn)行多次記錄中使用的信號光的相位變得彼此不同。
11.一種用于將參考光和強(qiáng)度調(diào)制信號光的多個干涉條紋多次記錄在全息記錄介質(zhì)的相同區(qū)域或彼此稍微移動的區(qū)域中的全息記錄裝置包括在強(qiáng)度調(diào)制之前或之后調(diào)制信號光的相位的相位調(diào)制單元；和調(diào)制在進(jìn)行多次記錄時使用的信號光的相位分布以便在每次進(jìn)行多次記錄時通過改變相位調(diào)制裝置的相位分布使得相位分布彼此不同的控制單元。
全文摘要
公開了一種用于將參考光和強(qiáng)度調(diào)制信號光的多個干涉條紋多次記錄在全息記錄介質(zhì)的相同區(qū)域或彼此稍微移動的區(qū)域中的全息記錄裝置，包括在強(qiáng)度調(diào)制之前或之后調(diào)制信號光的相位的相位調(diào)制裝置；和調(diào)制在進(jìn)行多次記錄時使用的信號光的相位分布以便在每次進(jìn)行多次記錄時通過改變相位調(diào)制裝置的相位分布使得相位分布彼此不同的控制裝置。
文檔編號G03H1/26GK1909076SQ200610121240
公開日2007年2月7日 申請日期2006年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者木原信宏 申請人:索尼株式會社