专利名称：全息记录和再现设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种全息记录和再现设备，尤其是，涉及一种甚至在使用例如具有大尺寸和低分辨率的空间光调制器、CCD图像传感器等的电子设备情况下也能够使结构紧凑的全息记录和再现设备。
背景技术：
众所周知，记录和再现信息的全息方法是一种用于在记录介质上实现高密度信息记录的方法。在传统的全息记录和再现方法中，通过将信号光束和参照光束重叠在全息记录介质上以在上面写入由此形成的干涉条纹而记录信息。记录介质上记录的信息能够通过用参照光束照射记录介质来实现再现。投射到记录介质上的参考光束被干涉条纹形成的衍射光栅衍射，从而使二维信息作为再现信息呈现出来。在这种记录介质中，由于所有的被信号光束携带的图像信息在同一时间被再现，故能够实现高速再现。
在全息记录和再现装置中，从激光源发射出来的激光光束通常通过分束器扩展(参见日本专利申请未审公开No.2002-123161)。当信号光束用空间光调制器调制时，使用这种技术能够有效利用空间光调制器的整个图像表面。更进一步，众所周知，为了减少噪声，在信号光束或参考光束的光路上紧靠全息记录介质前设置空间滤波器，或是包括空间滤波器的扩束器(参见日本专利申请未审公开No.08-314361)。
此外，空间光调制器包括光束直径变换光学系统，每个光束直径变换光学系统包括分成多个像素的光调制部分和至少两个微透镜阵列，微透镜阵列用于将比入射在其上的光束具有更小光束直径的光束投射到光调制部分的每个像素上(参见日本专利申请未审公开No.2000-155297)。依照这样构成的空间光调制器，由于光调制器部分的每个像素都能够被聚焦以致准确地对应CCD图像传感器的一个像素，在不增加CCD图像传感器像素数目的情况下，大量的信息可以得到处理且信息传输的速度增加。
由于例如空间光调制器，CCD图像传感器等的电子设备的分辨率通常比全息记录介质(光敏材料)的分辨率低，所以全息记录介质的分辨率受到电子设备分辨率的限制。
另外，在传统的光学系统中，由于光束直径与具有大尺寸和低分辨率的空间光调制器或CCD图像传感器相符合，所以光束直径不可避免的很大。在光束直径设定得很大的情况下，由于必须使分束器、透镜等光学元件变大，而且光程长度必然变长，所以光学系统，也就是全息记录和再现设备变大。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种全息记录和再现设备，甚至在应用大尺寸和低分辨率的电子设备如空间光调制器、CCD图像传感器等的情况下也可使其结构紧凑。
本发明的上述及其他的目的能够通过一种全息记录和再现设备来实现，该全息记录和再现设备通过将信号光束和参考光束投射到全息记录介质上，以光相位信息的形式在全息记录介质中记录数据，该全息记录和再现设备包括至少一个空间光调制器，一个傅立叶变换透镜，一个逆傅立叶变换透镜和一个CCD图像传感器，全息记录介质设置在傅立叶变换透镜和逆傅立叶变换透镜之间，傅立叶变换透镜的焦距和逆傅立叶变换透镜的焦距彼此不同。
依照本发明，可提供一种甚至在应用大尺寸和低分辨率的电子设备如空间光调制器、CCD图像传感器等的情况下也能使其结构紧凑的全息记录和再现设备。
在本发明的一个优选方面，傅立叶变换透镜的焦距设置成比逆傅立叶变换透镜的焦距长。
依照本发明的这个优选方面，由于傅立叶变换透镜的焦距设置成比逆傅立叶变换透镜的焦距更长，故光程长度能够缩短，并且可以采用比空间光调制器具有更小尺寸以及更高分辨率的CCD图像传感器，因此，全息记录和再现设备的尺寸能够减小。
在本发明的另一优选方面，逆傅立叶变换透镜的焦距设置成比傅立叶变换透镜的焦距长。
根据本发明的这一优选方面，由于逆傅立叶变换透镜的焦距设置成比傅立叶变换透镜的焦距长，故光程长度能够缩短，并且能够使用比CCD图像传感器具有更小尺寸及更高分辨率的空间光调制器，因此，并且全息记录和再现设备的尺寸能够减小。
在本发明的又一优选方面，该全息记录和再现设备进一步包括设置在傅立叶变换透镜和逆傅立叶变换透镜的共焦点上的针孔。
依照本发明这一优选方面，通过在傅立叶变换透镜和逆傅立叶变换透镜的共焦点上设置针孔，可以为全息记录和再现设备增加空间滤波器的功能，因此当数据记录或再现时，有可能去除噪音分量。
从下面参照附图的描述，本发明的上述或其他目的和特征是显而易见的。
图1所示为本发明一个优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
图2所示为本发明另一个优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
图3所示为本发明又一优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
图4所示为本发明再一优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
具体实施例方式
图1所示为本发明一个优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
如图1所示，依照本实施例的全息记录和再现设备100包括激光源101，其用于发射记录数据和再现数据的激光束；一扩束器102，用于扩展从激光源101发射的激光束；分束器103，其用于将扩展的激光束分裂；空间光调制器(SLM)104，其设置在由分束器103分裂激光束产生的其中一个激光束的光路上；傅立叶变换透镜105；逆傅立叶变换透镜106和CCD图像传感器107。
全息记录介质111设置在傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106之间。
全息记录和再现设备100进一步包括第一反射镜108和第二反射镜109，用于改变由分束器103分裂激光束产生的另一即光束的光路，以将其引导到全息记录介质111；傅立叶变换透镜110。这会在后面详细描述，这两个激光束投射到全息记录介质111的相同位置上。
激光源101用于产生信号光束和参考光束，例如由YAG激光源和SHG激光源结合构成激光源。
从激光源101发射的激光束通过扩束器102，借此光束的直径被放大且变成平行光束，然后激光束被分束器103分成信号光束和参考光束。信号光束进入空间光调制器104。
空间光调制器104具有大量设置成矩阵的像素，并且其通过在每个像素处选择性地通过或阻止光束来空间调制光束强度，从而产生承载有信息的信号光束。例如采用液晶装置作为空间光调制器104。另外可以使用DMD(数字微镜装置(digital micro-mirror device))。由于空间光调制器104每个像素的尺寸大约为3μm，相对较大，整个图像表面的面积因此不可避免的变大。然而，通过利用扩束器102放大激光束的光束直径，能够有效利用空间光调制器104的整个图像表面。
在记录中，待记录的数据通过编码器(未示出)转换成二维点阵成分，并输入空间光调制器104。信号光束的强度通过在每个像素处选择性地通过或阻挡信号光束而空间地调制。
通过空间光调制器104的信号光束经由傅立叶透镜105照射到全息记录介质111上。
傅立叶变换透镜105对信号光束的点阵成分进行傅立叶变换并聚集信号光束，以致信号光束能够聚焦到全息记录介质111中记录位置稍前或稍后的部位，由此信号光束透射到全息记录介质111上。
在另一个方面，参考光束通过第一反射镜108和第二反射镜109，从而它的前进方向改变了。参考光束进一步通过傅立叶变换透镜110并照射到全息记录介质111上。
参考光束和信号光束投射到全息记录介质111中的相同位置，以致信号光束和参考光束重叠。因此，通过信号光束和参考光束的干涉形成干涉图案，由此数据以光相位信息的形式记录在全息记录介质111上。
当数据再现时，空间光调制器104所有的像素关闭，由此阻挡信号光束。
因此，全息记录介质111仅仅被参考光照射。投射到全息记录介质111的记录位置上的参考光束强度被干涉图案调制，并且再现出和信号光束相类的携带有信息的光束。
如此再现的、被干涉图案沿信号光束光轴方向衍射的再现光束进入逆傅立叶透镜106。逆傅立叶透镜106对再现光束执行逆傅立叶变换，从而该再现光束转变为包括点阵成分的光束且变得平行。该光束接着进入CCD图像传感器107，该图像传感器在每个像素处将光束强度转换成电子数字信号。这些信号被解码器(未示出)解码成最初数据。
在这个实施例中，傅立叶变换透镜105的焦距f设置成比逆傅立叶变换透镜106的焦距f长。因此，即使在空间光调制器104前方信号光束的光束直径被放大，经过傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106的信号光束的光束直径也比没有通过傅立叶透镜105的信号光束的光束直径小。
当数据被再现时，仅仅参考光束投射到全息记录介质111上，并且参考光束被干涉图案沿信号光束的光轴方向衍射，从而产生再现光束。这时，发射出该再现光束，其如同通过全息记录介质111的信号光束一样具有小的光束直径。
因此，不论空间光调制器104的分辨率如何，都可以采用具有小尺寸和高分辨率的CCD图像传感器107。
进一步，在本实施例中，确定逆傅立叶变换透镜106的焦距f′以及逆傅立叶变换透镜106与CCD图像传感器107之间同样设置的距离使其比傅立叶变换透镜105的焦距f以及傅立叶变换透镜105和空间光调制器104之间同样设置的距离要短。由于这缩短了光束聚焦点与CCD图像传感器107之间的光程长度，所以全息记录和再现设备100能够制造得更小。
图2所示为本发明另一个优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
如图2所示，与如图1所示的全息记录和再现设备100不同，依照本实施例，在全息记录和再现设备200中采用与空间光调制器104相比具有更大尺寸和更低分辨率的CCD图像传感器。
因此，确定逆傅立叶变换透镜106的焦距f′使其比傅立叶变换透镜105的焦距f要长。更进一步，确定逆傅立叶变换透镜106的焦距f′以及逆傅立叶变换透镜106和CCD图像传感器107之间同样设置的距离使其比傅立叶变换透镜105的焦距f以及傅立叶变换透镜105和空间光调制器104之间同样设置的距离要长。
结果，虽然还没有通过傅立叶透镜105的信号光束的光束直径相对较小，通过傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106时信号光束的光束直径比还没有通过傅立叶变换透镜105的信号光束的光束直径大。
当数据再现时，仅仅参考光束投射到全息记录介质111上，并且参考光束被干涉图案沿信号光束光轴方向衍射，从而产生再现光束。这时，发射出再现光，其如同通过全息记录介质111的信号光束一样具有较大光束直径。
因此，不论CCD图像传感器107的分辨率如何，都可以采用具有小尺寸和高分辨率的空间光调制器104。
另外，在本实施例中，确定傅立叶变换透镜105的焦距f以及傅立叶变换透镜105和空间光调制器104之间同样设置的距离，使其比逆傅立叶变换透镜106的焦距f′以及逆傅立叶变换透镜106和CCD图像传感器107之间同样设置的距离要短。由于这可以缩短空间光调制器104与信号光束聚焦点之间的光程长度，所以全息记录和再现设备200能够变小。
图3所示为本发明又一优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
如图3中所示，全息记录和再现设备300还包括针孔301。
在本实施例中，傅立叶变换透镜105的成象点定位在全息记录介质111的后面，针孔301设置在傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106的共焦点上，也就是在全息记录介质111的后面。
通过在傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106的共焦点上设置针孔301，可以将空间滤波器的功能增加到全息记录和再现设备300中，因此当数据再现时，它能够去除再现光束的噪音分量。
图4所示为本发明再一优选实施例的全息记录和再现设备的方块图。
如图4所示，依照本实施例的全息记录和再现设备400也包括针孔401。然而，在本实施例中，傅立叶变换透镜105的成像点设置在全息记录介质111的前面。因此，针孔401设置在全息记录介质111前面、傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106的共焦点上。
通过在傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106的共焦点上设置针孔301，能够将空间滤波器的功能增加到全息记录和再现设备400中，因此当数据再现时，它能够去除再现光束的噪音分量。
已经参照具体实施例表示和描述了本发明。不过，本发明并不限于已述的具体结构，在不偏离所附权利要求的范围的条件下可以进行多种改变和变型。
例如，在如图3所示的实施例中，虽然针孔301设置在傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106的共焦点上，而在如图4所示的实施例中，针孔401设置在傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106的共焦点上，不过针孔也可以设置在扩束器102的共焦点上。
另外，在上述实施例中，虽然全息记录和再现设备100、200、300、400包括空间光调制器104、傅立叶变换透镜105、逆傅立叶变换透镜106和CCD图像传感器107，这些部件依照上述顺序在信号光束的光路上设置并且构成为使全息记录介质111设置在傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106之间，不过至少将傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106设置在信号光束的光路上就足够了，对于傅立叶变换透镜105和逆傅立叶变换透镜106有不同焦距的情形，该全息记录和再现设备也不完全必须具有和图1到图4所示一样的结构。例如，类似反射镜的光学元件可以设置在空间光调制器104和傅立叶变换透镜105之间，CCD图像传感器107也不用必须紧靠逆傅立叶透镜106的后面设置。
依照本发明，可提供一种全息记录和再现设备，在甚至应用如空间光调制器、CCD图像传感器等大尺寸和低分辨率的电子设备的情况下也能使其结构紧凑。
权利要求
1.一种全息记录和再现设备，用于通过将信号光束和参考光束投射到全息记录介质上而以光相位信息的形式在该全息记录介质上记录数据，该全息记录和再现设备包括至少一个空间光调制器、一个傅立叶变换透镜、一个逆傅立叶变换透镜和一个CCD图像传感器，该全息记录介质设置在傅立叶变换透镜和逆傅立叶变换透镜之间，并且该傅立叶变换透镜的焦距和该逆傅立叶变换透镜的焦距彼此不同。
2.如权利要求1所述的全息记录和再现设备，其中，设置傅立叶变换透镜的焦距使其比逆傅立叶变换透镜的焦距长。
3.如权利要求1所述的全息记录和再现设备，其中，设置逆傅立叶变换透镜的焦距使其比傅立叶变换透镜的焦距长。
4.如权利要求1到3中任何一个所述的全息记录和再现设备，还包括设置在傅立叶变换透镜和逆傅立叶变换透镜共焦点上的针孔。
全文摘要
一种全息记录和再现设备，包括一空间光调制器、一傅立叶变换透镜、一逆傅立叶变换透镜和一CCD图像传感器，全息记录介质设置在傅立叶变换透镜和逆傅立叶变换透镜之间，傅立叶变换透镜的焦距和逆傅立叶变换透镜的焦距彼此不同。依照本发明，提供一种全息记录和再现设备，在甚至应用如空间光调制器、CCD图像传感器等大尺寸和低分辨率的电子设备的情况下也可使其结构紧凑。
文档编号G11C13/04GK1570779SQ20041006404
公开日2005年1月26日 申请日期2004年3月12日 优先权日2003年3月14日
发明者塚越拓哉 申请人:Tdk株式会社