专利名称：全息记录设备和全息记录方法
技术领域：
本发明涉及一种通过一个角度多路复用系统在全息记录介质上对全息图进行多路复用记录的全息记录设备和全息记录方法。
背景技术：
在最近几年，已经公开了通过利用全息技术来记录和再现大量数据的全息记录/再现设备(见例如IBM J.RES DEVELOP VOL.44 NO.3，2000年5月“Hologrphic data storage(全息数据存储)”)。在全息记录/再现设备中，一种叫做多路复用记录的技术用来提高记录密度。不像传统的记录，这种技术的要点在于在一个位置处记录大量的独立页面。多路复用记录的代表性例子包括角度多路复用记录、位移多路复用记录及相位代码多路复用记录，并且诸如斑点多路复用之类的其它各种系统也是已知的。
图20表明由角度多路复用系统在全息记录材料(全息记录介质)上进行记录的情形。从激光源(未表示)发射的激光分支成一个信号光束和一个基准光束，并且在一个光束空间调制器(未表示)中已经经受空间光束调制的信号光束100通过一个信号光束光学系统(未表示)，以会聚在全息记录材料10上。另一方面，基准光束200通过一个基准光束光学系统(未表示)以入射在一个扫描镜1上，并且由扫描镜1反射以入射在基准光束光学系统中的一个透镜2上。透镜2和一个透镜3构成一个4f光学系统，基准光束200随即穿过透镜3照射全息记录材料10，并且由在信号光束100与基准光束200之间的干涉产生的干涉条纹被记录在全息记录材料10上。这里，当改变扫描镜1的角度时，根据角度变化改变基准光束200在全息记录材料10上的入射角度，并且基于每个入射角度而不同的全息图被多路复用记录在全息记录材料10上的同一记录区域。
图21表明其中根据基准光束200的入射角度的变化改变用基准光束200照射全息记录材料10的区域的情形。由于光束的直径是恒定的而与基准光束200在全息记录材料10上的入射角度(相对于介质的法线)的差别无关，所以在入射角度A的情况下的照射面积小于在入射角度B的情况下的照射面积，如从图中明白的那样。
图22表明响应基准光束200的入射角度变化的照射面积的变化方式。其中基准光束200的光束直径是φ1，当如图10A、10B及10C所示扫描镜1的角度变大并且基准光束200的入射角度变大时，用基准光束200照射全息记录材料10的部分的直径按φ1、φ2及φ3的量级变大。
在角度多路再现记录系统中，当改变基准光束200在全息记录材料10上的入射角度时，信号光束100以固定的入射角度照射全息记录材料10的同一区域部分，而与基准光束200的入射角度变化无关。这意味着，当增大用基准光束200照射的面积时，加宽用基准光束200照射全息记录材料10的范围，包括用信号光束100照射的范围。然而，本质上，希望基准光束200照射在这样一个范围中，从而把用信号光束100照射全息记录材料10的范围覆盖到要求的最小程度。这是因为基准光束200对不必要部分的照射会过分地感光全息记录材料10，带来其动态范围的浪费并且导致记录容量的降低。
发明内容
因而，需要提供一种全息记录设备和一种全息记录方法，通过该设备和该方法，在由一个角度多路复用系统记录全息图时，用基准光束照射全息记录材料的面积总能保持恒定，即使当改变基准光束的入射角度时也是如此。
响应上述需要，根据本发明的一个实施例，提供有一种通过一个角度多路复用系统在全息记录介质上记录由在一个信号光束与一个在全息记录介质上的入射角度变化的基准光束之间的干涉所产生的干涉条纹的全息记录设备，其中在一个基准光束光学系统中提供用来使得用全息光束照射全息记录介质的范围基本恒定的照射范围固定部分。
在本发明中，照射范围固定部分可以是一个用来调节基准光束的光束直径的光束直径调节部分，并且该光束直径调节部分可以提供在基准光束光学系统中。
另外，在本发明中，照射范围固定部分可以包括光阑，它被固定地布置；和远心成像光学系统的一个透镜组，用来用基准光束照射该光阑，基准光束的光路由用来改变入射角度的一个扫描镜改变。
因而，根据本发明的一个实施例，在例如通过由角度多路复用系统改变基准光束在全息记录介质上的入射角度而多路复用记录数据图案的情况下，能根据入射光束的入射角度的变化，调节入射光束的光束直径，并且如此调节基准光束的光束直径，从而抵消伴随基准光束的入射角度的增大基准光束在全息记录介质上的主轴线方向上直径的增大，由此使得用基准光束照射全息记录介质的面积基本恒定，而与基准光束的入射角度变化无关。这使得有可能防止全息记录介质被过度感光，以保持其动态范围、和保证规定的记录容量。
另外，可以提供光阑，它被固定地布置；和远心成像光学系统的透镜组，用来用基准光束照射该光阑，该基准光束的光路由用来改变入射角度的扫描镜改变，并且通过用已经通过光阑的基准光束来照射相对于光轴布置成倾斜的全息记录介质的远心成像光学系统的透镜组，在全息记录介质与光阑之间的位置关系可以如此设置，使得全息记录介质和光阑满足Shcheimpflug法则。这种构造保证能使得用基准光束照射全息记录介质的面积基本恒定而与基准光束的入射角度变化无关，并且能得到与以上相同的效果。
另外，一个衍射光栅例如可以用作一个衍射光学装置，并且衍射光栅和全息记录介质可以以成像关系布置，使一个远心光学系统(例如4f光学系统)在其之间。这种构造保证，由于即使当基准光束的偏转角度由衍射光栅改变以由此改变在全息记录介质上的入射角度时，衍射光学装置和全息记录介质也处于成像关系，所以能防止改变用基准光束照射全息记录介质的面积。况且，这种效果能通过仅使用一组远心光学系统实现，并且能没有任何机械磨损等地实现，从而有可能处理高扫描速度和减小基准光学系统的尺寸和重量。
根据本发明，在通过由角度多路复用系统改变基准光束在全息记录介质上的入射角度而进行数据图案的多路复用记录时，通过根据基准光束的入射角度的变化调节基准光束的光束直径，以便抵消伴随基准光束的入射角度的增大基准光束在全息记录介质上的主轴线方向上直径的增大；或者利用用已经通过光阑的基准光束来照射相对于光轴布置成倾斜的全息记录介质的远心成像光学系统的透镜组，通过设置在全息记录介质与光阑之间的位置关系从而全息记录介质和光阑满足Shcheimpflug法则；或者通过以成像关系布置衍射光栅和全息记录介质使一个远心光学系统(例如4f光学系统)在其之间，在基于角度多路复用记录系统而记录全息图时，用基准光束照射全息记录介质的面积能始终保持恒定，而与基准光束的入射角度变化无关。因此，由于即使当改变基准光束的入射角度时，也不改变在全息图平面上的基准光束照射区域，所以基准光束能始终覆盖包括信号光束区域的要求最小区域；结果，有可能消除浪费区域的曝光、消除全息记录介质的动态范围的浪费、及保证规定的记录容量。
图1A和1B是方块图，表示根据本发明第一实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统。
图2表明在一个光束以一定角度入射在平表面上的情况下照射范围的变化。
图3A和3B表明用来缩小光束的光束直径的光阑的作用。
图4表明在图1中表示的光阑具有一个厚度的情况下得到一根法线的方式。
图5是方块图，表示根据本发明第二实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统。
图6A、6B及6C是方块图，表示根据本发明第三实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统。
图7是方块图，表示根据第三实施例的全息记录设备的基准光束光学系统的另一个例子。
图8A、8B及8C是方块图，表示根据本发明第四实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统的构造。
图9表明作为在图8中表示的衍射光学装置的一种衍射光栅的操作。
图10A和10B表示在图8中的衍射光栅的一种结构例子、和在扫描器角度和偏转角度之间的关系。
图11是方块图，表示在图8中表示的基准光束光学系统的操作。
图12A和12B表示在图8中的衍射光栅的另一种结构例子、和在扫描器角度和偏转角度之间的关系。
图13表明用来消除在使用图12中表示的衍射光栅的情况下可能产生的故障的衍射光栅的构造。
图14表示根据本发明第五实施例的一种全息记录设备的一个基准光学系统的构造。
图15表明用基准光束照射衍射光栅的范围由图14中表示的掩模限制的方式。
图16表示根据图14中表示的第五实施例的全息记录设备的另一个例子。
图17是方块图，表示根据本发明第六实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统的构造。
图18A和18B表示根据图17中表示的第六实施例的基准光束光学系统的另一个例子。
图19表示根据图17中表示的第六实施例的基准光束光学系统的又一个例子。
图20表示用来由角度多路复用系统把全息图记录在全息记录材料上的一种基准光束光学系统的相关技术构造。
图21表明根据图20中表示的基准光束的入射角度的变化用基准光束照射全息记录材料的面积的变化。
图22A、22B及22C表示与图21中表示的基准光束的入射角度的变化相关地改变照射面积的方式。
具体实施例方式图1A和1B是方块图，表示根据本发明第一实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统。全息记录设备的基准光束光学系统具有一个光阑11、一个扫描镜12、及4f光学系统的透镜13和14，并且用一个基准光束200照射一种全息记录材料15。
其次，将描述这个实施例的操作。在图1A中，基准光束200通过光阑11，由此其初始光束直径φ1被调节到光束直径φ′，然后基准光束200由扫描镜12反射以入射在4f光学系统的透镜13和14上，并且由4f光学系统的透镜13和14处理，以随即照射全息记录材料15。在这个实例中，由于下面将描述的原因，全息记录材料15的照射范围的直径是φ。
一般，如图2中所示，具有φ′直径的一个平行光束38相对于平表面的法线以角度θ入射在平表面上的场合，短轴的长度(与图2中的纸面相垂直的方向)不变，但主轴的长度φ″由如下表示φ″＝φ′/cosθ ...(1)因此，当基准光束200的入射角度变化时，在全息记录材料上的基准光束面积发生变化。为了解决这个问题，在这个实施例中的光阑11被插入。
基本上，通过根据基准光束在介质上的入射角度把入射基准光束设置成φ′＝φcosθ ...(2)，能抵消归因于入射角度差别的基准光束面积的变化。当把这个φ′代入公式(1)中时，看到在介质上的光束直径是φ，这等于初始光束直径。
这里，一般，在如图3A中表示的具有直径φ的光阑布置成图3B中所示以角度θ倾斜的场合，在倾斜的角度的方向上投影的半径是正交投影φcosθ。这等于以上的公式(2)，从而当布置在扫描镜12前面的光阑11设置成倾斜一个等于基准光束200的入射角度θ的角度时，基准光束200的光束直径能由光阑11缩小到φcosθ，并且当使基准光束200入射在全息记录材料15上时，在记录材料15上的照射范围的主轴的长度能始终为φ。
图1B表示在图1A中表示的扫描镜12的角度被改变由此改变基准光束200在全息记录材料15上的入射角度的情形。在这种情况下，通过也把光阑11的角度改变相同的量由此缩小基准光束200的光束直径，在全息记录材料15上的照射范围的主轴的长度始终是φ。
根据这个实施例，通过由光阑11根据基准光束200在全息记录材料15上的照射角度缩小基准光束200的光束直径，用基准光束200照射全息记录材料15的范围的主轴的长度能始终保持恒定，并且照射面积能恒定地保持在要求的最小值下，而与基准光束200的入射角度无关。因此，能消除全息记录材料15的动态范围的浪费，并且能保持规定的记录容量。
尽管在这个实施例中为了简单起见，假定全息记录材料15的厚度是可忽略的，已经进行了描述，但在实际中使用的全息记录材料15在多种情况下是厚介质。在这些情况下，为了保证在图4中由48指示的部分总是重叠的，该部分被认为是介质表面，并且计算角度，同时在上述计算中把其法线当作介质的法线，由此能得到与以上相同的结果，并且用基准光束200照射全息记录材料15的面积能恒定地保持在要求的最小值下，而与基准光束200的入射角度无关。
图5是方块图，表示根据本发明第二实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统。这里，在如下描述中，与在图1A和1B中表示的第一实施例中的那些相同的部分由与以上使用的相同的符号指示。在这个实施例中的全息记录设备具有这样一种构造，其中利用一个可变型ND滤光镜21把基准光束200在全息记录材料15上的强度保持恒定，其它构造与在第一实施例中的那些相同。
可变型ND滤光镜21被插入在基准光束200的光路上在光阑11的上游侧。基准光束200在入射到光阑11上之前，强度由ND滤光镜21衰减。由ND滤光镜21衰减的程度根据基准光束200在全息记录材料15上的入射角度而变化。明确地说，当基准光束200在全息记录材料15上的入射角度增大时，减小由ND滤光镜21衰减的程度，以便保持基准光束200在全息记录材料15上的强度恒定，并由此保持基准光束200的强度与信号光束的强度的比值，借此能稳定地和以恒定质量进行在角度多路复用系统中的多路复用记录/再现。
图6A、6B及6C是方块图，表示根据本发明第三实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统。这里，在如下描述中，与在图1A和1B中表示的第一实施例中的那些相同的部分由与以上使用的相同的符号指示。全息记录设备的基准光束光学系统具有一个反射镜19、一个扫描镜12、4f光学系统的透镜16和17、一个光阑11、及4f光学系统的透镜13和14，基准光束200入射到全息记录介质15上。这里应该注意，光阑11和全息记录材料15以这样一种位置关系布置，使得满足“Shcheimpflug法则”。
其次，将描述这个实施例的操作。在图6A中，基准光束200在其光路由反射镜19改变之后入射在扫描镜12上并且由扫描镜12反射，并且通过4f光学系统的透镜16和17，以便以0°的入射角度入射在光阑11的一个光阑开口部分上。在光阑11的光阑直径是φ的场合，已经通过光阑11的基准光束200的光束直径是φ，具有这种光束直径的基准光束200入射在4f光学系统的透镜13上，并且由4f光学系统的透镜14处理，以便随即以0°的入射角度照射全息记录材料15。
在这种情况下，扫描镜12的角度以在图6A至6C中表示的和在下面将描述的三种方式变化。在图6A的例子中，透镜16和17构成一个所谓的4f光学系统，而透镜13和14构成另一个4f光学系统，扫描镜12和光阑11处于成像关系，而光阑11和全息记录材料15也处于成像关系。
另外，尽管全息记录材料15被布置成相对于光轴倾斜，但假定全息记录材料15和光阑11以这样一种位置关系设置，使得通过透镜13和14满足Shcheimpflug法则，从而光阑平面成像在全息记录材料15上。此外，假定随即照射光阑平面的基准光束200使其在光阑上的照射面积根据扫描镜12的角度而变化，但基准光束200具有这样一种光束直径，使得覆盖光阑平面而与角度无关。在光阑11和用基准光束200照射全息记录材料15的范围处于成像关系的场合，光阑11的直径φ必须是照射范围的直径，从而照射范围的直径也为恒定值φ，而与扫描镜12的角度无关；另外，看到已经通过光阑11的基准光束200随即照射在全息记录材料15的同一区域上，而与扫描镜12的角度无关。
图6B和6C表示扫描镜12的角度被改变的情形，并且在上述基础上，用基准光束200照射全息记录材料15的范围的主直径处于恒定值φ。
根据这个实施例，4f光学系统的透镜16和17被插入在扫描镜12与光阑11之间，并且由扫描镜12反射的基准光束200通过4f光学系统的透镜16和17，以便随即照射光阑11的光阑部分，借此，即使光阑11相对于扫描镜12的转动被固定，借助于固定的光阑11也能实现根据在全息记录材料15上基准光束200的入射角度变化而缩小基准光束200的光束直径，并且得到与在第一实施中相同的效果。特别是，由于光阑11可以相对于扫描镜12的转动保持固定，所以减少了机械不稳定性和精度变坏及类似故障，设备的可靠性由此增强。
顺便说明，尽管在这个实施例中使用4f光学系统，但每一个4f光学系统是一种远心成像光学系统，并且一般地说，当使用一个远心成像光学系统时能得到相同的效果。
另外，可以采用一种构造，在这种构造中，如图7中所示，一个ND滤光镜21被插入在一个基准光束光学系统中在一个扫描镜12的上游侧，并且当基准光束200在全息记录材料15上的入射角度增大时，减小由ND滤光镜21衰减的程度，以便保持基准光束200在全息记录材料15上的强度恒定，借此使基准光束200与信号光束的强度比值保持恒定，并且能稳定地和以恒定质量进行在角度多路复用系统中的多路复用记录/再现。
图8A至8C是方块图，表示根据本发明第四实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统的构造。基于角度多路复用系统的全息记录设备的基准光束光学系统具有一个衍射光学装置(全息扫描器)11、一个透镜12、一个透镜13、及一种全息记录材料14。衍射光学装置11起一个角度偏转装置的作用，以改变基准光束200在全息记录材料14上的入射角度。另外，透镜12和13构成一个是一种远心成像光学系统的4f光学系统，并且一个衍射光栅111和全息记录材料14以相互成像关系布置。与具有用来根据基准光束200的角度变化机械改变光阑尺寸的机构的例1相比，这种构造使得有可能提高扫描速度，以便防止机械机构磨损、和延长使用寿命。另外，由于串联连接的两个4f投影光学系统需要大量光学部件和大的空间，所以与其中串联连接的两个4f投影光学系统被插入在基准光束光学系统中的例3相比，提供衍射光栅的这种方法的便利之处在于，基准光束光学系统的尺寸和重量并因此减小了拾波器的尺寸和重量。
图9表示在图8A至8C中表示的衍射光学装置的一个详细构造例子。该图表示使用一个衍射光栅111的一个例子，衍射光栅111作为衍射光学装置11是最简单的。入射光束由衍射光栅111衍射，并且其角度被偏转。
衍射光栅111具有一种构造，在这种构造中，如图10A中所示，衍射光栅间隙根据盘状基片112的转动被连续地改变，结果是连续地改变的偏转角度。明确地说，当节距不同的衍射光栅包括在盘状基片112中并且组件如由箭头指示的那样被转动时，能实现入射光束的扫描。10B表示在扫描器角度(基片112的旋转角度)与图10A中表示的衍射光栅111的偏转角度之间的关系，其中当扫描器角度增大时，偏转角度连续和线性地增大。
其次，将描述这个实施例的操作。在图8A中，基准光束200入射在衍射光栅111上，基准光束200根据衍射光栅111在这时的扫描器角度a被偏转，入射在透镜12上，并且由透镜13进一步处理，以便以根据扫描器角度a的一个角度入射在全息记录材料14上。类似地，如图8B中所示，基准光束200根据衍射光栅111的扫描器角度b被偏转，入射在透镜12上，并且由透镜13处理，以便以根据扫描器角度b的一个角度入射在全息记录材料14上。类似地，如图8C中所示，基准光束200根据衍射光栅111的扫描器角度c被偏转，入射在透镜12上，并且由透镜13处理，以便以根据扫描器角度c的一个角度入射在全息记录材料14上。
由于从衍射光栅111出来的基准光束200通过在图11中表示的远心成像光学系统在全息记录材料14上形成图像，所述其在全息记录材料14上的入射面积(基准光束的斑点尺寸)与上述基准光束的范围相同。由于基准光束范围独立于衍射光栅111的扫描器角度是恒定的，所以用基准光束200照射全息记录材料14而在全息记录材料14上形成图像的范围也独立于衍射光栅111的扫描器角度(即基准光束200在全息记录材料14上的入射角度)也是恒定的。
这里，当把在图10A和10B中所示的一种连续变化型光束扫描用作衍射光栅111时，光束在一定角度下的时间段极短。结果，由角度多路复用系统记录的一个全息页面的再现时间极短。如果一个全息页面的再现时间很短，则在再现激光的功率较弱或者记录的全息数据的衍射效率较低的情况下，由一个图像传感器接收的光强度变得较弱，S/N比(信噪比)变坏并且再现是不可能的。当光束扫描速度逐渐升高以便提高数据传输速率时，这些问题变得更明显。
图12A和12B表示用来消除在使用上述衍射光栅111的情况下可能产生的故障的一种衍射光栅121的构造。衍射光栅121具有一种构造，在这种构造中，衍射光栅间隙基于每个分割角度α间断和步进地变化，而不是连续地变化，如图12A中所示。明确地说，衍射光栅间隙在分割角度α内恒定，但衍射光栅间隙基于每个分割角度α以预定比例变化。因而，当使用这种衍射光栅121时，如图12B中所示，偏转角度在扫描器角度在一定分割角度范围内的时段期间保持恒定，但偏转角度在进入下个分割角度时步进地变化，并且重复这种操作。总之，如图15B中所示，能得到一种偏转角度响应扫描器角度的变化而离散变化的关系。在这种情况下，基准光束200的入射角度处于一定角度的时间变得较长，并且全息再现时间变得较长，从而能得到具有良好S/N的再现图像，并因此，能提高数据传输速率。
根据这个实施例，通过用衍射光学装置11(在这个例子中，衍射光栅121)代替经常用作角度多路复用系统的一个光束扫描装置的一个电反射镜(galvano mirror)，能容易地实现图12B中所示的基准光束的入射角度的间断变化，并且即使在全息数据的衍射效率较低、由一个图像传感器接收的光的强度较弱、及进一步升高数据传输速率的情况下，也能得到具有良好S/N的再现图像。
另外，通过利用由透镜12和13组成的4f光学系统把衍射光栅121和全息记录材料14以相互成像关系布置，在全息记录材料14上的照射面积能保持恒定，而与基准光束200在全息记录材料14上的入射角度变化无关，借此能把曝光部分设置到要求的最小值，并且能防止全息记录材料14的动态范围降低。况且，由于由一组4f光学系统使得用基准光束200照射全息记录材料14的面积恒定，所以能减小光学系统的尺寸和重量，并且由于系统没有任何机械磨损部分，所以系统在耐用性等方面优良。
此外，利用图10中所示构造的衍射光栅111也能实现图12B中所示的用于偏转角度步进变化的机构。在这种情况下，步进地转动衍射光栅的基片112就足够了而不用连续地转动它，但这种方法在转动控制方面有困难。
顺便说明，在图12A和12B所示偏转角度间断变化的类型中，分配给每个分割角度的衍射光栅间隙是恒定的；因此，如果在与衍射光栅间隙相对应的基准光束200在全息记录材料14上的入射角度中存在偏差，则再现的图像因而会较暗。鉴于这点，分配给分割角度的衍射光栅间隙可以设置得非常小，借此即使在归因于温度变化等基准光束200的最佳入射角度存在某些偏差，在这种分割角度的范围内也能得到明亮的再现图像。图13表明在使用这种类型的衍射光栅的情况下偏转角度随扫描器角度变化的变化，其中衍射光栅间隙基于每个分割角度范围步进地变化，并且衍射光栅间隙在分割角度范围内变化很小。
同时，在角度多路复用系统中，重要的是，使在信号光束与基准光束之间的光强度比值恒定。在这个实施例中，尽管光强度随基准光束200的光束面积变化的变化很小，但光强度比值由于基准光束入射角度依赖于在全息记录材料的表面处的反射或其它原因仍然变化，并因此，希望能补偿这种趋势。为此目的，衍射光栅111(或121)的衍射效率可以基于每个偏转角度而变化。这里，衍射效率段，在0阶光束与1阶光束之间的比值表示在图9中。有可能通过改变这种比值而改变衍射效率。有一些用来改变衍射效率的已知方法。
例如，在衍射光栅111是相位型的场合，能采用一种调节衍射光栅111的相位变化量的方法。例如，通过改变形成衍射光栅的不平部分的厚度能改变衍射效率，并且基于衍射光栅111的每个分割角度范围改变构成衍射光栅的不平部分的厚度，从而在信号光束与基准光束之间的光强度比值是恒定的。
在衍射光栅111是幅值型的场合，利用基于衍射光栅111的每个分割角度范围光吸收率不同的涂层以便改变光密度，可以基于偏转角度改变衍射效率，借此能使在信号光束与基准光束之间的光强度比值恒定。而且，通过调节形成衍射光栅111的衍射光栅的宽度以便改变光透射率，也有可能改变衍射效率，并且利用这点，能使在信号光束与基准光束之间的光强度比值恒定。
在这个实施例中，在通过角度多路复用系统进行100次多路复用的情况下，衍射光栅111的衍射光栅间隙被如此切削，从而得到用来通过一转实现100次多路复用的基准光束偏转角度。然而，可以采用一种构造，在这种构造中，衍射光栅间隙被如此切削，从而通过半转实现100次多路复用。
图14是方块图，表示根据本发明第五实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统的构造。在这个实施例中的基准光束光学系统具有一个用来缩小光通量的掩模16、一个由透镜17和18组成的远心光学系统、及一个衍射光栅111，并且在衍射光栅111的下游侧的构造与在图8中的相同，并因此在图14中省去。
其次，将描述这个实施例的操作。掩模16和衍射光栅111以相互成像关系布置，使远心光学系统在其之间。结果，掩模16的开口部分显现在衍射光栅111上，从而碰撞在衍射光栅111上的基准光束200成为在由开口部分限制的范围中的基准光束。
例如，在衍射光栅111是图12中表示的类型的场合，(1)可能必要的是，用基准光束200照射衍射光栅111的范围至少定尺寸成被包括在图15中表示的一个分割区域N中(为了简化，省去由透镜17和18构成的远心光学系统，并且构造与图16相一致)。另外，(2)可能必要的是，与分割区域N的尺寸有关的用基准光束200照射的范围是这样的，使得用来扫描在分割区域N与分割区域N+1之间的边界的时间尽可能的短，并且基准光束200的偏转角度不稳定的时间尽可能的短。此外，(3)可能必要的是，用基准光束200照射全息记录材料的范围覆盖用信号光束照射的范围。另外，(4)可能必要的是，把强度较强和较平的基准光束200的一部分用作基准光束200，以仅用基准光束200的需要部分照射全息记录材料，由此防止全息记录材料14被没有必要地感光，及由此保证全息记录材料14的动态范围。因此，可能有必要调节基准光束200的光束直径以便得到满足这四个条件的适当光束尺寸；在这个实施例中，通过改变掩模16的开口部分的尺寸，能容易和精确地实现调节。
顺便说明，可以采用比在这个实施例中更简单的构造，在这种构造中，如图16中所示，省去远心光学系统，并且掩模16被布置得靠近衍射光栅111，借此能得到与上述相同的效果。
图17是方块图，表示根据本发明第六实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统的构造。角度多路复用系统的全息记录设备的基准光束光学系统具有一个角度微调镜20、一个由透镜21和22构成的远心光学系统、一个掩模16、一个由透镜17和18构成的远心光学系统、及一个衍射光栅121，并且在衍射光栅121的下游侧的构造与在图8中的相同。
其次，下面将描述这个实施例的操作。角度微调镜20和掩模16被布置成处于相互成像关系，有由透镜21和22构成的远心光学系统在其之间。基准光束200的路径由角度微调镜20改变，并且基准光束200被输入到透镜22。当改变角度微调镜20的角度时，基准光束200的路径被改变一个与角度变化相一致的量，并且基准光束200被输入到由透镜21和22构成的远心光学系统，以随即照射掩模16。然而，由于角度微调镜20和掩模16处于成像关系，所以由掩模16缩小和从其出来的基准光束200的角度由于角度微调镜20的角度变化而被类似地改变，并且基准光束200入射在由透镜17和18构成的远心光学系统上。由于掩模16和衍射光栅111处于成像关系，所以基准光束200以根据从掩模16出来的光束的角度变化而被改变的角度入射在衍射光栅111上。这保证通过精细地调节角度微调镜20，能精细地改变基准光束200在全息记录材料上的入射角度。
根据这个实施例，能得到如下优点。在使用图12A和12B中表示的用于步进偏转的衍射光栅121的情况下，如果基准光束200在全息记录材料上的最佳入射角度由于光学元件部分的位置偏差或由温度变化等造成的全息记录材料的收缩而偏离，则再现的图像会较暗。然而，通过由角度微调镜20精细地调节基准光束200在全息记录材料上的入射角度，能实现一种角度校正，借此始终能再现具有良好质量的图像。
图18A和18B是方块图，表示根据第七实施例的一种全息记录设备的一个基准光束光学系统的构造。图18A表示通过从图16中表示的构造消除由透镜17和18构成的远心光学系统、和靠近衍射光栅111布置一个掩模16而得到的一种构造。图18B表示通过从图18A的构造除去由透镜21和22构成的远心光学系统而得到的一种构造。这样一种构造简化有希望减少光学元件部分的数量和减小拾波器的尺寸和重量，但当转动角度微调镜20时有光轴偏离中心的问题。然而，如果角度微调镜20的调节角度很小，即使图18B中所示的较简单构造也能提供适用实际使用的性能和效果。
顺便说明，尽管在这个实施例中通过基准光束200在全息记录材料上的入射角度的微调已经实现了最佳图像再现，但借助于通过精细调节图19中所示的全息记录材料14的布置角度以相对方式精细调节基准光束200的入射角度，也能得到相同的效果。
顺便说明，本发明不限于上述实施例，并且在不脱离本发明要点的这样的范围内，关于具体构造、功能、作用及效果能以其它各种方式实现。例如，尽管在以上实施例中衍射光学装置用作全息扫描器，但一种声光装置可以用来产生相同效果。
权利要求
1.一种全息记录设备，通过一个角度多路复用系统在保持状态下的全息记录介质上记录由在一个信号光束与一个在所述全息记录介质上的入射角度变化的基准光束之间的干涉所产生的干涉条纹，其中提供照射范围固定部分，用来使得用所述基准光束照射所述全息记录介质的范围基本恒定。
2.根据权利要求1所述的全息记录设备，其中，所述照射范围固定部分是用来调节所述基准光束的光束直径的光束直径调节部分，并且所述光束直径调节部分提供在一个基准光束光学系统中。
3.根据权利要求2所述的全息记录设备，其中，所述光束直径调节部分与用来改变所述基准光束的所述入射角度的一个角度偏转装置的操作一起，调节所述基准光束的所述光束直径。
4.根据权利要求3所述的全息记录设备，其中，所述光束直径调节部分是一个光阑，并且在所述角度偏转装置是一个扫描镜的情况下，所述光束直径调节部分与所述扫描镜的角度变化一起改变所述光阑的布置角度。
5.根据权利要求1所述的全息记录设备，其中，所述照射范围固定部分包括光阑，它被固定地布置；和远心成像光学系统的一个透镜组，用来用所述基准光束照射所述光阑。
6.根据权利要求5所述的全息记录设备，其中，通过使得用来照射所述全息记录介质的所述远心成像光学系统的所述透镜组相对于一个光轴倾斜地布置，使所述干涉已经通过所述光阑，在所述全息记录介质与所述光阑之间的位置关系如此设置，使得所述全息记录介质和所述光阑满足Shcheimpflug法则。
7.根据权利要求1所述的全息记录设备，其中，一个强度调节部分使得在所述全息记录介质上在所述照射范围中的所述基准光束的强度始终基本恒定。
8.一种全息记录方法，通过一个角度多路复用系统在全息记录介质上记录由在一个信号光束与一个在所述全息记录介质上的入射角度变化的基准光束之间的干涉所产生的干涉条纹，所述方法包括根据所述基准光束的所述入射角度的变化调节所述基准光束的光束直径的步骤。
9.根据权利要求1所述的全息记录设备，其中，所述全息记录介质和一个衍射光学装置以成像关系布置，以构成一个远心光学系统，并且所述照射范围固定部分是一个衍射光栅，该衍射光栅具有一个变化的衍射光栅间隙。
10.根据权利要求9所述的全息记录设备，其中，所述衍射光栅间隙具有一个相对于偏转角度连续变化的衍射光栅间隙。
11.根据权利要求9所述的全息记录设备，其中，所述衍射光栅间隙具有一个相对于偏转角度离散变化的衍射光栅间隙。
12.根据权利要求9所述的全息记录设备，其中，所述衍射光学装置是一个衍射光栅，其衍射光栅间隙具有一个相对于通过分割偏转角度得到的一个分割角度离散变化的衍射光栅间隙，并且在同一分割角度中的衍射光栅间隙变化很小。
13.根据权利要求9所述的全息记录设备，其中，所述衍射光学装置的衍射效率基于每个偏转角度而变化。
14.根据权利要求9所述的全息记录设备，其中，所述基准光束在其中前进的所述基准光束光学系统包括用来限制所述基准光束的光束直径的光学系统。
15.根据权利要求14所述的全息记录设备，其中，用来限制所述基准光束的光束直径的所述光学系统具有用来缩小所述基准光束的光阑。
16.根据权利要求15所述的全息记录设备，其中，所述光阑靠近所述衍射光学装置布置，并且所述远心光学系统在其之间。
17.根据权利要求15所述的全息记录设备，其中，所述光阑靠近所述衍射光学装置布置。
18.根据权利要求9所述的全息记录设备，其中，所述基准光束光学系统包括用于所述基准光束的角度的微调的光学部分。
19.根据权利要求9所述的全息记录设备，其中，用于所述基准光束的角度的微调的所述光学部分是用来改变所述基准光束的路径的扫描镜，并且所述扫描镜布置在所述基准光束光学系统中在所述衍射光学装置的光源侧。
20.根据权利要求19所述的全息记录设备，其中，一个掩模靠近所述衍射光学装置布置。
21.根据权利要求19所述的全息记录设备，其中，一个掩模靠近所述衍射光学装置布置，并且所述远心光学系统在其之间。
22.根据权利要求11所述的全息记录设备，其中，一个扫描镜布置在所述衍射光学装置中，并且所述远心光学系统在其之间。
全文摘要
本发明涉及全息记录设备和全息记录方法，其中在改变用来改变一个基准光束在一种全息记录材料上的入射角度的扫描镜的角度时，也一起改变一个光阑的角度，借此基准光束的光束直径由光阑改变，从而全息记录材料上的照射范围是恒定的，不根据基准光束的入射角度的变化而变化。这保证用基准光束照射全息记录材料的面积能始终保持恒定，即使当基准光束的入射角度在记录全息图时由角度多路复用记录系统改变时也是如此。
文档编号G11B7/135GK1734587SQ20051008325
公开日2006年2月15日 申请日期2005年7月7日 优先权日2004年7月7日
发明者兼坂智树, 木原信宏 申请人:索尼株式会社