记录再生装置及方法、记录装置及方法、再生装置及方法.pdf

本发明公开记录再生装置及方法、记录装置及方法、再生装置及方法。该记录再生装置对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录和再生。该装置包括：光生成装置，该光生成装置包括对入射光进行空间光调制的空间光调制器，并在记录时生成信号光和基准光，而在再生时生成基准光；用于接收入射光并获得受光信号的图像传感器；将信号光和基准光引导至全息图记录介质并将再生光引导至图像传感器的光学系统；和频带限制装置，该频带限制装置插入光学系统的光路中的傅里叶平面上，并将其中心区域的透光率设定为低于其周边区域的透光率，以对入射光进行频带限制。

1.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生装置，该记录再生装置包括：
光生成器件，该光生成器件包括在像素单元中对入射光进行空间光调制的空间光调制器，用于在记录操作中生成所述信号光和所述基准光，而在再生操作中生成所述基准光；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收所述入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成器件生成的所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质，并在所述再生操作中将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制器件，该频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制器件的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制器件的周边区域的透光率，以对所述入射光进行频带限制。

2.  如权利要求1所述的记录再生装置，其中，
所述光生成器件通过从相同光源发出的入射光所公用的所述空间光调制器对所述入射光进行空间光调制，从而生成设置在相同光轴上的所述信号光和所述基准光。

3.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述光学系统配置成使所述傅里叶平面形成在除在所述再生操作中将所述再生光引导至所述图像传感器的光路外的光路中，并且
所述频带限制器件插入所述傅里叶平面上。

4.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述光学系统配置成使所述傅里叶平面形成在除在所述记录操作中将所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质的光路外的光路中，并且
所述频带限制器件插入所述傅里叶平面上。

5.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述光学系统配置成使所述傅里叶平面形成在以下两条光路所公用的区域中，一条光路是在所述记录操作中将所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质的光路，而另一条光路是在所述再生操作中将所述再生光引导至所述图像传感器的光路，并且
所述频带限制器件插入所述傅里叶平面上。

6.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成使透光率从所述周边区域到所述中心区域连续变化。

7.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成使透光率从所述周边区域到所述中心区域不连续地变化。

8.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成使透光率在所述周边区域和所述中心区域在两个值之间转变。

9.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成使在从所述频带限制器件的中心朝外周依次形成的第一区域、第二区域和第三区域中，所述第一区域的透光率低于所述第二区域的透光率，而所述第三区域的透光率大致为零。

10.  如权利要求2所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成使在从所述频带限制器件的中心朝外周依次形成的第一区域、第二区域和第三区域中，所述第二区域的透光率高于所述第一领域的透光率和所述第三区域的透光率。

11.  如权利要求1所述的记录再生装置，其中，
所述光学系统配置成将所述光生成器件生成的所述信号光和所述基准光经由独立的光路引导至所述全息图记录介质。

12.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生方法，该记录再生方法包括以下步骤：
通过使用中心区域的透光率被设定为低于周边区域的透光率的频带限制器件，在一个光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，对入射光进行频带限制，所述光学系统配置成在记录操作中将所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质，并在再生操作中使图像传感器接收根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光。

13.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录操作的记录装置，该记录装置包括：
光生成器件，该光生成器件包括在像素单元中对入射光进行空间光调制的空间光调制器，用于生成所述信号光和所述基准光；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成器件生成的所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质；和
频带限制器件，该频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制器件的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制器件的周边区域的透光率，以对所述入射光进行频带限制。

14.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录操作的记录方法，该记录方法包括以下步骤：
通过使用中心区域的透光率被设定为低于周边区域的透光率的频带限制器件，在配置成将所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质的光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，对入射光进行频带限制。

15.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作的再生装置，该再生装置包括：
用于生成所述基准光的光生成器件；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成器件生成的所述基准光引导至所述全息图记录介质，并将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制器件，该频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制器件的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制器件的周边区域的透光率，以对所述入射光进行频带限制。

16.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作的再生方法，该再生方法包括以下步骤：
通过使用中心区域的透光率被设定为低于周边区域的透光率的频带限制器件，在一个光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，对入射光进行频带限制，所述光学系统配置成将所述基准光引导至所述全息图记录介质，并使图像传感器接收根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光。

17.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生装置，该记录再生装置包括：
光生成器件，该光生成器件包括在像素单元中对入射光进行空间光调制的空间光调制器，用于在记录操作中生成所述信号光和所述基准光，而在再生操作中生成所述基准光；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收所述入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成器件生成的所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质，并在所述再生操作中将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制器件，该频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，用于对所述入射光进行空间光相位调制，以对在所述图像传感器处获得的所述受光信号进行频带限制。

18.  如权利要求17所述的记录再生装置，其中，
所述光生成器件通过从相同光源发出的入射光所公用的所述空间光调制器对所述入射光进行空间光调制，从而生成设置在相同光轴上的所述信号光和所述基准光。

19.  如权利要求18所述的记录再生装置，其中，
所述光学系统配置成使所述傅里叶平面形成于在所述再生操作中将所述再生光引导至所述图像传感器的光路中，并且
所述频带限制器件插入所述傅里叶平面上。

20.  如权利要求19所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成向所述频带限制器件的中心区域的透射光以及所述频带限制器件的周边区域的透射光提供相位差。

21.  如权利要求20所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成使透射光的相位差从所述周边区域到所述中心区域连续变化。

22.  如权利要求20所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成使透射光的相位差从所述周边区域到所述中心区域不连续地变化。

23.  如权利要求20所述的记录再生装置，其中，
所述频带限制器件配置成通过使用两个值而向所述中心区域的透射光以及所述周边区域的透射光提供相位差。

24.  如权利要求17所述的记录再生装置，其中，
所述光学系统配置成将所述光生成器件生成的所述信号光和所述基准光经由独立的光路引导至所述全息图记录介质。

25.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生方法，该记录再生方法包括以下步骤：
在一个光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，对入射光进行空间光相位调制，以对在图像传感器处获得的受光信号进行频带限制，其中所述光学系统配置成在记录操作中将所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质，并在再生操作中使所述图像传感器接收根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光。

26.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作的再生装置，该再生装置包括：
用于生成所述基准光的光生成器件；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成器件生成的所述基准光引导至所述全息图记录介质，并将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制器件，该频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，用于对所述入射光进行空间光相位调制，以对在所述图像传感器处获得的所述受光信号进行频带限制。

27.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作的再生方法，该再生方法包括以下步骤：
在一个光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，对入射光进行空间光相位调制，以对在图像传感器处获得的受光信号进行频带限制，其中所述光学系统配置成将所述基准光引导至所述全息图记录介质，并使所述图像传感器接收根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光。

28.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生装置，该记录再生装置包括：
光生成装置，该光生成装置配置成包括空间光调制器，并在记录操作中生成所述信号光和所述基准光而在再生操作中生成所述基准光，所述空间光调制器在像素单元中对入射光进行空间光调制；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收所述入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成装置生成的所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质，并在所述再生操作中将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制装置，该频带限制装置配置成插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制装置的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制装置的周边区域的透光率，以对所述入射光进行频带限制。

29.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录操作的记录装置，该记录装置包括：
光生成装置，该光生成装置配置成包括空间光调制器，并生成所述信号光和所述基准光，所述空间光调制器在像素单元中对入射光进行空间光调制；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成装置生成的所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质；和
频带限制装置，该频带限制装置配置成插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制装置的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制装置的周边区域的透光率，以对所述入射光进行频带限制。

30.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作的再生装置，该再生装置包括：
配置成生成所述基准光的光生成装置；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成装置生成的所述基准光引导至所述全息图记录介质，并将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制装置，该频带限制装置配置成插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制装置的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制装置的周边区域的透光率，以对所述入射光进行频带限制。

31.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生装置，该记录再生装置包括：
光生成装置，该光生成装置配置成包括空间光调制器，并在记录操作中生成所述信号光和所述基准光而在再生操作中生成所述基准光，所述空间光调制器在像素单元中对入射光进行空间光调制；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收所述入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成装置生成的所述信号光和所述基准光引导至所述全息图记录介质，并在所述再生操作中将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制装置，该频带限制装置配置成插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并对所述入射光进行空间光相位调制，以对在所述图像传感器处获得的受光信号进行频带限制。

32.  一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作的再生装置，该再生装置包括：
配置成生成所述基准光的光生成装置；
图像传感器，该图像传感器配置成在像素单元中接收入射光，并获得受光信号；
光学系统，该光学系统配置成将所述光生成装置生成的所述基准光引导至所述全息图记录介质，并将根据施加所述基准光而从所述全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器；和
频带限制装置，该频带限制装置配置成插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并对所述入射光进行空间光相位调制，以对在所述图像传感器处获得的受光信号进行频带限制。

记录再生装置及方法、记录装置及方法、再生装置及方法
技术领域
本发明涉及一种对通过使用信号光和基准光所形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生装置及其方法。本发明还涉及一种对全息图记录介质进行记录操作的记录装置及其方法，以及一种对全息图记录介质进行再生操作的再生装置及其方法。
背景技术
例如，如日本未审查专利申请2006-107663和2007-79438号公报所述，存在一种全息图记录再生方法，其通过使用由信号光和基准光形成的干涉条纹来记录数据，并通过施加基准光而使用干涉条纹来再生所记录的数据。作为全息图记录再生方法，存在一种所谓的同轴方法，其通过将信号光和基准光设置在同一轴线上而进行记录操作。
图17-18B是用于说明同轴式全息图记录再生方法的图。图17示出记录方法，而图18A和18B示出再生方法。首先，如图17中，在记录操作中，空间光调制器(Spatial Light Modulator)101对光源发出的入射光执行空间光调制(如，光强调制)，从而生成如图所示的设置在同一轴线上的信号光和基准光。空间光调制器101由例如液晶板等形成。在该情况下，通过相应于记录数据的空间光调制而生成信号光。此外，根据预定模式(pattern)通过空间光调制而生成基准光。
由空间光调制器101如此生成的信号光和基准光受到相位屏(phasemask)102的空间相位调制。如图所示，相位屏102给信号光提供随机相位模式，而给基准光提供预先设定的预定相位模式。
这里，对基准光进行相位调制，以实现如日本未审查专利申请2006-107663号公报所述那样在全息图记录介质上的多重记录。也就是说，通过使用具有某种相位结构的基准光而记录的信号光(数据)能在再生操作中仅仅通过使用具有相同相位结构的基准光而被读出。因此，通过应用该技术，在记录操作中通过使用具有不同相位结构的基准光而多重地记录数据，并在再生操作中选择性地施加具有相应相位结构的基准光。从而，能选择性地读出多重地记录的数据组。
此外，向信号光提供随机相位调制模式，以改善信号光和基准光之间的干涉效率，并散布信号光的光谱，从而抑制直流(Direct Current)分量并增加记录密度。提供给信号光的相位调制模式被设定成使用例如0和π两个值的随机模式。也就是说，用于信号光的相位调制模式被设定成一种随机相位调制模式，使得一半像素未受相位调制(即相位＝0)，而另一半像素受到π(180°)的相位调制。
在该情况下，由于空间光调制器101的光强调制，强度根据记录数据分别被调制为0和1的光作为信号光而生成。由于如此生成的信号光受到以值0或π进行的相位调制，从而生成光波前(light wavefront)的振幅值分别为-1、0和1(+1)的光。也就是说，如果以光强1调制的像素受到的调制相位为0，则所得振幅为1。如果该像素受到的调制相位为π，则所得振幅为-1。对于以光强0调制的像素，无论该像素受到的调制相位是0还是π，振幅都保持为0。
为了证实，图19A和19B示出没有相位屏102的情况(图19A)与具有相位屏102的情况(图19B)之间的信号光和基准光中的差异。在图19A和19B中，以颜色密度来表示光振幅的大小关系。具体说，在图19A中，颜色从黑色变到白色表示振幅从0变到1。在图19B中，颜色从黑色变到灰色再变到白色表示振幅从-1变到0再变到1(+1)。
这里，信号光根据记录数据而受到强度调制。因此，光强(振幅)0和1并不一定是被随机分配，因此促进直流分量的生成。由相位屏102提供的相位模式是随机模式。因此，光强为1且包括在从空间光调制器101输出的信号光中的像素能被随机(对半)分成振幅为1的像素和振幅为-1的像素。由于像素被这样随机分成振幅为1的像素和振幅为-1的像素，所以光谱可均匀地分布在傅里叶平面(Fourier plane，频率平面，在该情况下也可认为是介质上的图像)上。从而，能抑制信号光的直流分量。
由于信号光的直流分量被这样抑制，所以能增加数据记录密度。在该情况下，如果信号光中生成直流分量，则记录材料对直流分量起激烈反应，因此阻碍上述的多重记录。也就是说，记录有直流分量的区域不能多重地记录更多的数据。如果上述随机相位模式抑制直流分量，则能进行多重数据记录，因此能增加记录密度。
返回来描述记录操作，受到相位屏102相位调制的信号光和基准光均被物镜103聚集并施加到全息图记录介质HM。从而，相应于信号光(记录图像)的干涉条纹(衍射光栅，即全息图)形成在全息图记录介质HM上。也就是说，通过形成干涉条纹而记录数据。
随后，如图18A所示，在再生操作中，入射光首先受到空间光调制器101的空间光调制(强度调制)而生成基准光。然后，如此生成的基准光受到相位屏102的空间光相位调制，以被给予与记录操作中提供的相位模式相同的预定相位模式。
在图18A中，受到相位屏102的相位调制的基准光经由物镜103而施加到全息图记录介质HM。这里，如上所述，基准光被给予与记录操作中提供的相位模式相同的相位模式。如图18B所示，由于上述基准光施加到全息图记录介质HM，获得相应于所记录的全息图图像的衍射光，并作为来自全息图记录介质HM的反射光而输出。也就是说，获得相应于记录数据的再生图像(再生光)。
然后，如此获得的再生光被诸如CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)传感器和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器等图像传感器104接收。记录数据基于来自图像传感器104的受光信号而得以再生。
这里，根据上述全息图记录再生方法，在记录操作中，信号光的直流分量被相位屏102抑制，以增加记录密度。如上所述的使用相位屏102的方法通过实现多重记录全息图面(hologram page)而使记录密度增加。
同时，作为使记录密度增加的另一种途径，提出了降低全息图面的尺寸的相关技术的方法。具体说，如下图20所示，设置光圈105以使待施加到全息图记录介质HM的信号光(基准光)在记录操作中入射到光圈105上，并仅使位于光轴中心起预定范围内的那部分信号光透过光圈105。使用该构造，能降低记录在全息图记录介质HM上的信号光(全息图面)的尺寸。因此，能通过降低各个全息图面在介质上占据的面积而使记录密度增加。
这里，在使用光圈105的上述方法中，如果入射光的透射区域被降低，则能降低全息图面的尺寸。因此，能进一步增加记录密度。然而，透射区域的这种降低就入射光(图像)的空间频率而言，相当于通带(passband)的降低。具体说，透射区域做得越窄，低频带分量透射就越多。也就是说，光圈105起所谓的低通滤波器的作用。
图21是在包括有光圈105的实施例中获得的信号光的强度分布的示例图。图21示出信号光的强度分布，横轴(X)表示距信号光的中心(0)的距离(μm)，而纵轴表示光强。该实施例，其结果在图中示出，还包括使用随机二进制模型的相位屏102。如图所示，在包括光圈105的实施例中，信号光的光强在信号光的中心区域(如，大致距图中0点±100μm的区域)增加。就空间频率而言，这相当于加强低频带分量。同时，在中心区域外侧的周边区域，光强降低。也就是说，这表示高频带分量被抑制。
如上所述，在使用光圈105来进行记录操作的方法中，如果降低光圈105的透射区域来增加记录密度，则会恶化记录信号的高频分量。因此，会发生恶化记录信号特性的问题。
为解决上述问题，已提出了一种相关技术的方法，该方法为了从在高频分量被光圈105恶化的状态下所记录的信号适当地再生数据，而在再生操作中基于对从图像传感器104获得的读出信号的电信号处理，来进行用于加强高频分量的均衡(equalization)处理。然而，当基于电信号处理而这样进行用于加强高频分量的均衡处理时，会发生全息图记录再生系统的非线性的问题。
这里，如前面的图17所述，在相关技术的全息图记录再生方法的记录操作中，通过设置在真实像面(获得类似于在空间光调制器101的调制面上获得的图像的图像的平面)上的相位屏102来进行相位调制(使用值0和π)，并将振幅分别为-1、0和1的信号光施加到全息图记录介质HM。既能将光强的信息又能将相位的信息记录在全息图记录介质HM上。因此，由以相位π调制而引起的振幅-1的信息被直接记录在全息图记录介质HM上。
然而，记录在全息图记录介质HM上的相位的信息无法被图像传感器104检测出。也就是说，由以相位π调制而引起的振幅-1的信息无法被检测出。在该情况下，图像传感器104检测作为记录的振幅的绝对值(平方值)的光强。因此，以相位π记录的振幅-1和以相位0记录的振幅1均作为相同光强1而被检测出。
如上所述，该全息图记录再生系统具有允许介质记录相位信息但防止装置检测相位信息的非线性。由于上述非线性的问题，可认为基本上难以有效地对从图像传感器104获得的受光信号进行信号处理。鉴于此，还可认为基本上难以有效地操作上述用于加强高频分量的均衡处理。具体说，为有效地进行上述均衡处理，则有必要进行考虑上述非线性的非常复杂的算术处理。因此，引起电路尺寸、装置尺寸以及制造成本的增加，为实现装置带来显著的障碍。
同时，即使不尝试通过使用光圈105来增加记录密度，也可能同样恶化记录信号的高频分量。这里，如果采用前面的图17-18B所述的同轴方法，则信号光和基准光被设置在相同轴线上。因此，在记录操作中，信号光和基准光经由相同物镜103而聚集在全息图记录介质HM上。在该情况下，基准光经由物镜103而聚集在全息图记录介质HM上，因此在全息图记录介质HM上具有强度分布。
具体说，这时的基准光具有如下图22所示的强度分布。图22示出基准光的强度分布的示例，横轴(X)表示距基准光的中心(0)的距离(μm)，而纵轴表示光强。从图中可见，同样，在基准光中，光强在例如距中心大约±100μm的中心区域增加，而在中心区域外侧的周边区域降低。
由于基准光具有上述强度分布，在中心区域被加强而在周边区域被抑制的信号同样被记录为通过使用由信号光和基准光形成的干涉条纹而记录的记录信号(全息图面)。因此，在该情况下，随着记录信号的高频分量恶化，记录信号特性也恶化。此外，在再生操作中，相应于施加基准光而获得的再生光的周边光量被抑制。同样，在这点上，信号特性被恶化。
为了证实，基准光的上述问题当然同样发生在使用光圈105的实施例中。也就是说，如果在使用同轴方法的实施例中通过使用光圈105来尝试增加记录密度，则引起由于设置光圈105而产生的信号恶化以及由于基准光的强度分布而产生的信号恶化两者。
发明内容
本发明致力于解决伴随高频带分量恶化的信号特性的恶化问题，如上所述，所述高频带分量的恶化发生在采用同轴方法作为全息图记录再生方法时，或者发生在通过降低信号光的尺寸来尝试增加记录密度时。为解决上述问题，希望改善记录操作中的记录信号特性，或者改善再生操作中的再生信号特性。
鉴于上述情况，本发明的一实施方式的记录再生装置对通过使用信号光和基准光形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作。该记录再生装置配置成包括光生成器件(means)、图像传感器、光学系统和频带(band)限制器件。所述光生成器件包括在像素单元中对入射光进行空间光调制的空间光调制器，并在记录操作中生成信号光和基准光，而在再生操作中生成基准光。所述图像传感器配置成在像素单元中接收入射光并获得受光信号。所述光学系统配置成将所述光生成器件生成的信号光和基准光引导至全息图记录介质，并在再生操作中将根据施加基准光而从全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器。所述频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制器件的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制器件的周边区域的透光率，以对入射光进行频带限制。
此外，本发明的一实施方式的记录装置对通过使用信号光和基准光形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录操作。该记录装置配置成包括光生成器件、光学系统和频带限制器件。所述光生成器件包括在像素单元中对入射光进行空间光调制的空间光调制器，并生成信号光和基准光。所述光学系统配置成将所述光生成器件生成的信号光和基准光引导至全息图记录介质。所述频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制器件的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制器件的周边区域的透光率，以对入射光进行频带限制。
此外，本发明的一实施方式的再生装置对通过使用信号光和基准光形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作。该再生装置配置成包括光生成器件、图像传感器、光学系统和频带限制器件。所述光生成器件生成基准光。所述图像传感器配置成在像素单元中接收入射光并获得受光信号。所述光学系统配置成将所述光生成器件生成的基准光引导至全息图记录介质，并将根据施加基准光而从全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器。所述频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并将所述频带限制器件的中心区域的透光率设定为低于所述频带限制器件的周边区域的透光率，以对入射光进行频带限制。
此外，本发明的一实施方式的记录再生装置对通过使用信号光和基准光形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行记录再生操作。该记录再生装置配置成包括光生成器件、图像传感器、光学系统和频带限制器件。所述光生成器件包括在像素单元中对入射光进行空间光调制的空间光调制器，并在记录操作中生成信号光和基准光，而在再生操作中生成基准光。所述图像传感器配置成在像素单元中接收入射光并获得受光信号。所述光学系统配置成将所述光生成器件生成的信号光和基准光引导至全息图记录介质，并在再生操作中将根据施加基准光而从全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器。所述频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并对入射光进行空间光相位调制，以对在所述图像传感器处获得的受光信号进行频带限制。
此外，本发明的一实施方式的再生装置对通过使用信号光和基准光形成的干涉条纹而记录数据的全息图记录介质进行再生操作。该再生装置配置成包括光生成器件、图像传感器、光学系统和频带限制器件。所述光生成器件生成基准光。所述图像传感器配置成在像素单元中接收入射光并获得受光信号。所述光学系统配置成将所述光生成器件生成的基准光引导至全息图记录介质，并将根据施加基准光而从全息图记录介质获得的再生光引导至所述图像传感器。所述频带限制器件插入所述光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，并对入射光进行空间光相位调制，以对在所述图像传感器处获得的受光信号进行频带限制。
如上所述，在本发明的实施方式中，通过中心区域的透光率被设定为低于周边区域的透光率的频带限制器件，在用于对全息图记录介质进行记录操作和/或再生操作的光学系统中的傅里叶平面(频率平面)上的必要位置，对入射光进行频带限制。由于通过中心区域的透光率被设定为低于周边区域的透光率的频带限制器件如此进行的频带限制，所以能使入射光(图像)中的低频带分量衰减大于高频带分量。换言之，能加强高频带分量。此外，在本发明的实施方式中，上述在傅里叶平面上对入射光的频带限制是在光学系统的光路中的必要位置进行的。根据该构造，能对在记录操作中施加到全息图记录介质的信号光(和基准光)和在再生操作中被引导至图像传感器的再生光中的任一个进行上述高频带分量的加强。如果在记录操作中对信号光(和基准光)进行了高频分量的加强，则能改善记录信号特性。此外，如果对再生光进行了高频分量的加强，则能改善在图像传感器处获得的读出信号的特性(再生信号特性)。
此外，在本发明的实施方式中，对入射光的空间光相位调制是在傅里叶平面上进行的。如后所述，由于是在傅里叶平面上对入射光进行相位调制，所以能对在图像传感器处获得的受光信号进行频带限制。也就是说，根据基于如上所述的相位调制而进行频带限制的本发明的实施方式，能改善再生信号特性。
如上所述，根据本发明的实施方式，通过中心区域的透光率被设定为低于周边区域的透光率的频带限制器件，在用于对全息图记录介质进行记录操作和/或再生操作的光学系统中的傅里叶平面上的必要位置，对入射光进行频带限制，或者对入射光进行空间光相位调制。因此，能改善被认为是例如在尝试通过使用光圈来降低信号光的尺寸而增加记录密度时或者是在采用同轴方法时发生恶化的信号特性。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式的记录再生装置的内部构造的图；
图2是说明设置在空间光调制器(SLM)中的基准光区域、信号光区域和间隙区域等各个区域的图；
图3是用于说明基于强度调制而进行均衡作用的光学均衡器的结构的图；
图4A-4C是用于说明通过光学均衡器进行的均衡作用的图；
图5A和5B是分别示出在光学均衡器的均衡作用前和均衡作用后所获得的记录光的强度分布的模拟结果；
图6A和6B是示出再生信号特性的模拟结果的图；
图7是示出第二实施方式的记录再生装置的内部构造的图；
图8是示出第三实施方式的记录再生装置的内部构造的图；
图9是用于说明包括在第四实施方式的记录再生装置中的光学均衡器的结构的图；
图10是示出全息图再生系统的简化模型的图；
图11是示出通过使用光学均衡器而进行均衡作用的再生系统的模型的图；
图12A和12B是示出再生光的强度分布和均衡特性的图；
图13A和13B是示出再生光的强度分布和基于强度调制的均衡特性的图；
图14A和14B是示出再生光的强度分布和基于相位调制的均衡特性的图；
图15是示出作为变型例的光学均衡器的结构的图；
图16是示出作为对透射型介质进行记录再生操作的变型例的记录再生装置的内部结构的图；
图17是用于说明相关技术的记录方法的图；
图18A和18B是用于说明相关技术的再生方法的图；
图19A和19B是对比性地示出分别在具有相位屏的实施例和没有相位屏的实施例中的信号光和基准光的振幅的图；
图20是用于说明使用光圈的记录方法的图；
图21是在包括有光圈的实施例中的信号光的强度分布的示例图；
图22是在使用同轴方法的实施例中的基准光的强度分布的示例图。
具体实施方式
下面将描述用于实施本发明的优选实施方式(以下称为实施方式)。
第一实施方式
记录再生装置的构造：
图1是示出本发明的一实施方式的记录再生装置的内部结构的图。在图1中，仅主要取出并示出了记录再生装置的光学系统的构造，而省略了其它部分。
首先，本实施方式给出了使用所谓的同轴方法作为全息图记录再生方法的实施例。如上所述，同轴方法是这样一种方法，该方法将信号光和基准光设置在相同轴线上，并将这些光施加到设置在预定位置的全息图记录介质，以通过使用干涉条纹来记录数据，并且该方法在再生操作中将基准光施加到全息图记录介质，以获得通过使用干涉条纹所记录的数据的再生光。此外，本实施方式的记录再生装置配置成与作为如图所示的全息图记录介质HM的包括反射膜的反射型全息图记录介质相兼容。
在图1中，激光二极管(LD)1设置为获得用于记录再生操作的激光的光源。例如，使用具有外部共振器的激光二极管作为激光二极管1。激光的波长设定为例如约410nm。从激光二极管1发出的光透过准直透镜2，然后入射到空间光调制器3上。
空间光调制器3由例如透射型液晶板形成。空间光调制器3的各个像素受由未示出的驱动电路输出的驱动信号驱动控制。从而，在像素单元中对入射光进行空间光强度调制(以下偶而简称为强度调制)。具体说，在该情况下的空间光调制器3配置成在像素单元中打开或关闭入射光(即，将光强调制为1或0)。
这里，在空间光调制器3中设置如下图2所示的基准光区域A1、信号光区域A2和间隙区域A3等各个区域，以如后所述那样将基准光和信号光作为独立光而生成。具体说，在该情况下的空间光调制器3中，信号光区域A2设定为包括空间光调制器3的中部的大致为圆形形状的预定像素区域。间隙区域A3设定为邻近信号光区域A2的外周的大致为环形形状的预定像素区域。此外，基准光区域A1设定为邻近间隙区域A3的外周的大致为环形形状的预定像素区域。
再参考图1，通过空间光调制器3的强度调制而生成的光经由连接到空间光调制器3的输出面侧的相位屏4而输出。相位屏4设置为给经由空间光调制器3输入的光提供预先设定的预定相位模式。具体说，相位屏4通过以下方式而进行空间光相位调制(以下简称为相位调制)：在像素单元中向透过空间光调制器3的信号光区域A2的光(信号光)提供使用0和π这两个值的随机相位模式，并且在像素单元中向透过基准光区域A1的光提供预定相位模式。相位屏4配置成具有例如具有凹凸的截面结构，以通过使用由凹凸所引起的光路长度的差异来对入射光进行相位调制。也就是说，相位屏4配置成能够根据其物理结构模式的设定来给入射光提供预定的相位模式。
透过相位屏4的光入射到中继透镜5上。从而，光被聚集以聚焦在预定位置，如图所示。然后，聚集的光被扩散并入射到中继透镜7上，以转换成平行光。
此外，光圈6设置在通过由中继透镜5聚集光而形成的焦点位置，即傅里叶平面(频率平面)上的位置。光圈6配置成只透射位于光轴中心起预定范围内的入射光。在记录操作中，光圈6降低信号光的尺寸，以增加记录密度。
透过中继透镜7的光透过中继透镜8，以再次聚集并聚焦在预定位置。然后，如图所示，聚集的光被扩散，并透过偏振光束分离器11，而入射到中继透镜9上，以转换成平行光。
这里，在经由中继透镜8而形成的焦点位置(傅里叶平面)处设置光学均衡器10。后面将详细描述光学均衡器10。
透过中继透镜9的光透过四分之一波板12、被物镜13聚集并施加到全息图记录介质HM。
这里，在记录操作中，上述空间光调制器3以下述方式对入射光进行强度调制。也就是说，在记录操作中，根据上述驱动电路输出的驱动信号而驱动空间光调制器3，以根据记录数据来打开或关闭信号光区域A2内的各个像素。从而，在信号光区域A2中，根据记录数据而将每个像素的光强调制为1或0。此外，根据预先设定的预定模式来驱动空间光调制器3，以将基准光区域A1内的各个像素打开或关闭(1或0)。此外，空间光调制器3被驱动，以将间隙区域A3和基准光区域A1外侧的外周区域内的所有像素关闭(光强为0)。由于上述空间光调制器3的强度调制，而在记录操作中生成信号光和基准光。
此外，上述相位屏4给空间光调制器3所生成的信号光提供使用值0和π的随机相位模式，并给基准光提供预定相位模式。
然后，受到如此相位调制的信号光和基准光经由上述路径而聚集在全息图记录介质HM上。从而，通过使用由信号光和基准光形成的干涉条纹，而将数据记录在全息图记录介质HM上。
这里，信号光被给予随机相位模式。因此，光强被调制为1的像素的光的振幅被调制为1(+1)或-1。此外，振幅为1的像素的数量与振幅为-1的像素的数量被设定为大致相同。因此，改善了信号光和基准光之间的干涉效率，并抑制了信号光的直流分量。由于直流分量受到抑制，所以能进行全息图面的多重记录，并增加记录密度。
同时，在再生操作中，空间光调制器3被驱动，以使基准光区域A1内的像素成为预定的开或关模式，并将全部其它像素关闭。也就是说，空间光调制器3被驱动为只生成基准光。在再生操作中如此生成的基准光从相位屏4接收与记录操作中提供的相位模式相同的相位模式，并经由上述路径施加到全息图记录介质HM。由于被如此给予与记录操作中提供的相位模式相同的相位模式的基准光被施加到全息图记录介质HM，所以作为再生光而获得相应于形成在全息图记录介质HM上的干涉条纹(记录数据)的衍射光。
如此获得的再生光(再生图像)作为反射光从全息图记录介质HM朝记录再生装置返回，依次透过物镜13、四分之一波板12和中继透镜9，并入射到偏振光束分离器11上。入射到偏振光束分离器11上的再生光被偏振光束分离器11反射，并经由透镜14被引导至图像传感器15，如图所示。这里，透过中继透镜9的再生光会聚，以聚焦在设置有光学均衡器10的傅里叶平面上的焦点位置。因此，透过中继透镜9并被偏振光束分离器11反射的再生光聚集在作为焦点位置的预定位置，如图所示。然后，聚集的光被扩散、被透镜14转换成平行光并入射到图像传感器15上。
图像传感器15包括诸如CCD(电荷耦合器件)传感器和CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器等成像器件。图像传感器15接收以上述方式从全息图记录介质HM引导来的再生光，并将再生光转换成电信号。从而，在再生操作中获得代表再生光(记录图像)的光强检测结果的受光信号(图像信号)。也就是说，获得了记录数据的读出信号(再生信号)。
光学均衡器：
这里，在本实施方式的记录再生装置中，按如上所述那样设置光圈6，以降低信号光的尺寸(全息图面的尺寸)，从而增加记录密度。然而，如上所述，降低光圈6中用于入射光的透射区域来降低信号光的尺寸相当于限制频带来只透射低频带的分量。也就是说，就空间频率而言，光圈6起低通滤波器的作用。在这点上，在使用通过光圈6来进行记录操作的方法的情况下，如果降低光圈6的透射区域来增加记录密度，则会恶化记录信号的高频带分量。因此，会发生恶化记录信号特性的问题。
为解决上述问题，已经提出了一种相关技术的方法，该方法基于对从图像传感器15获得的读出信号的电信号处理，而进行均衡处理，以加强高频分量。然而，如本实施方式那样，在使用经由相位屏4对信号光进行相位调制而进行记录操作的方法的情况下，由于全息图记录再生系统的非线性问题，所以基本上难以进行这种电均衡处理。也就是说，为有效地进行这种电均衡处理，则有必要进行考虑到非线性的非常复杂的算术处理。因此，引起电路尺寸、装置尺寸以及制造成本的增加，为实现装置带来显著的障碍。
此外，即使不尝试通过使用光圈6来增加记录密度，也可能发生记录信号的高频分量被恶化的相似现象。也就是说，在使用同轴方法的情况下，如本实施方式，信号光和基准光被设置在相同轴线上。因此，在记录操作中，信号光和基准光经由相同物镜13而聚集在全息图记录介质HM上。在该情况下，由于基准光经由物镜13而聚集在全息图记录介质HM上，所以基准光在全息图记录介质HM上具有强度分布。
具体说，如上述图22所示，在该情况下的基准光的强度分布中，光强在中心区域内增加，而在中心区域外侧的周边区域内降低。由于基准光具有这种强度分布，所以中心区域内的加强以及周边区域内的抑制同样会发生在通过使用由信号光和基准光形成的干涉条纹而记录的全息图面中。因此，同样，该情况下，记录信号的高频分量被恶化，因此记录信号特性被恶化。此外，如果在再生操作中施加具有这种强度分布的基准光，则再生光的高频分量被抑制。同样，在这点上，信号特性的恶化被促进。
上述基准光的问题同样会自然发生在使用光圈6的情况下。也就是说，如图1所示，如果在使用同轴方法的情况下尝试通过使用光圈6来增加记录密度，则会引起由于设置光圈6而造成的信号恶化以及由于基准光的强度分布而造成信号恶化两者。就信号特性而言，这种信号恶化是极其不利的。
鉴于上述问题，本实施方式通过使用插入光路中傅里叶平面上的位置的光学均衡器10来改善空间频率特性。具体说，在第一实施方式中，光学均衡器10使在记录操作中施加到全息图记录介质HM的记录光(信号光和基准光)的空间频率特性得以改善。
从上述图1中的描述可知，在第一实施方式中，从用作光源的激光二极管1观察时，光学均衡器10设置在偏振光束分离器11前方的傅里叶平面上。换言之，光学均衡器10设置在除在再生操作中将再生光引导至图像传感器15的光路外的光路中的傅里叶平面上。使用该构造，光学均衡器10的均衡作用只作用于记录操作中所施加的信号光和基准光上。
在图3中(该图说明光学均衡器10的结构)，以颜色密度示出设置在光学均衡器10中的透光率。具体说，在该情况下，示出的是透光率随着颜色从白色变到黑色而从1降到0。首先，在图3中，由图中虚线所围绕的范围表示透光率实际发生改变的区域，即调制区域。从图中明显可见，虚线所示的调制区域被设定为包括光学均衡器10的中心。这里，光学均衡器10设置为使其中心定位成匹配于入射光的光轴中心。因此，位于包括中心的预定范围内的入射光受到除1以外的透光率的调制。
具体说，在该情况下的光学均衡器10中，调制区域中的透光率设定为朝该区域的中心逐渐地(连续地)降低。在调制区域中使用透光率的这种设置，获得入射光降低特性，该特性使接近光轴中心的光量衰减，并使远离光轴中心的光衰减量缓和。
为了证实，可通过例如以不同密度将遮光涂料施加到透明基板的结构来实现光学均衡器10。或者，同样可以设想的是，通过从中心区域朝周边区域散布不同透光率的材料而形成基板的结构来实现光学均衡器10。
图4A-4C是说明由图3所示的光学均衡器10所进行的光学均衡作用的图。图4A示出入射到光学均衡器10上的记录光(信号光和基准光)的光强。图4B示出均衡器特性(透光率特性)。图4C示出受到均衡作用后的记录光的光强。这些图示出各种情况的模拟计算结果。图4A和4C以颜色密度示出光强，并示出光强相应于颜色从白色变成黑色而从1降到0。此外，图4B以颜色密度示出透光率，并示出透光率相应于颜色从白色变成黑色而发生降低(从1降到0)。
如图4A所示，可确认的是，在入射到光学均衡器10上之前的记录光中，光强在中心区域内非常高，而在周边区域内非常低。如图4A所示的记录光受到光学均衡器10使用以下特性进行的均衡作用，该特性如图4B所示相对降低中心区域的透光率。从而，受到均衡作用的记录光具有如图4C所示的光强。也就是说，比较图4A和4C可以看出，在受到均衡作用的记录光中，光强在中心区域被抑制(衰减)，而在周边区域被相对加强，即光强被均匀化。
由于光强如此在中心区域衰减而在周边区域相对增加，所以就空间频率而言，发生低频带分量的衰减和高频带分量的加强。也就是说，由于这种均衡作用，所以能加强施加到全息图记录介质HM的记录光的高频分量，因此能改善记录信号特性。
图5A和5B作为证明以上描述的数据而示出对在本实施例的光学均衡器10的均衡作用前和均衡作用后所获得的记录光的强度分布的各种模拟结果。图5A示出均衡作用前所获得的结果，而图5B示出均衡作用后所获得的结果。各图均示出记录光的强度分布，横轴(X)表示距光轴中心(0)的距离(μm)，而纵轴表示光强。为便于图示，各图示出由每五个像素算出的均值形成的轮廓线(profile)。
比较图5A和5B可知，光学均衡器10的均衡作用使中心区域的光强衰减，从而使周边区域的光强相对增加。
此外，给出图6A和6B作为说明由于使用光学均衡器10的记录操作而改善再生信号特性的图。图6A示出没有光学均衡器10时所获得的再生信号特性的模拟结果。图6B示出存在光学均衡器10时所获得的再生信号特性的模拟结果。各图作为再生信号特性而以直方图示出代码0(虚线)和代码1(实线)各自的分布。横轴表示光强，纵轴表示像素数量(occurrence)。这些图还示出SNR(Signal-to-Noise Ratio，信噪比)的计算结果。
比较图6A和6B可确认，通过设置光学均衡器10而降低了在没有光学均衡器10时所获得的结果中观察到的代码0和1的分布的大波动以及相对较大的分布宽度。此外，没有光学均衡器10时SNR为4.7，而存在光学均衡器10时SNR为11.5，即通过设置光学均衡器10而使SNR得以改善约2.5倍。
由于记录信号特性被光学均衡器10如此改善，再生信号特性同样得以改善。
如上所述，根据本实施方式，光学均衡器10设置为用于进行光学均衡作用，以减弱信号光的低频带分量。从而，能相对加强记录光的高频带分量。使用该构造，能改善在通过使用光圈6来进行记录操作而造成高频分量受到抑制的情况下被恶化的记录信号特性。同时，还能改善在使用同轴方法的情况下被恶化的信号特性，在所述使用同轴方法的情况下高频分量由于基准光的强度分布而受到抑制。
由于信号特性被如此改善，因此没有必要为加强高频分量而对再生信号进行相关技术的电均衡处理。如上所述，由于全息图记录再生系统的非线性问题，因此认为基本上难以在实用程度上实现这种电均衡处理。也就是说，在这点上，难以从实际上实现全息图记录和再生。鉴于此，如上所述无需电均衡处理的本实施方式能更加容易地在实用程度上实现全息图记录和再生。
第二实施方式
下面，将描述第二实施方式。第二实施方式配置成不是在记录操作中而是在再生操作中进行光学均衡器10的均衡作用。图7示出第二实施方式的记录再生装置的内部构造。同样在图7中，作为记录再生装置的内部构造而主要取出并示出光学系统的构造。在以下描述中，将给类似于已经描述过的部件的部件指定相同的引用标号，并省略其描述。
比较图7和上述图1可知，在第二实施方式的记录再生装置中，省略了设置在图1的记录再生装置中的中继透镜8和9，并将偏振光束分离器11插入相位屏4和中继透镜5之间。同样在该情况下，透过中继透镜5的光依次透过光圈6、中继透镜7、四分之一波长透镜12和物镜13，并施加到全息图记录介质HM。
此外，在该情况下，在再生操作中从全息图记录介质HM获得并被偏振光束分离器11反射的再生光入射到透镜16上。与同样在图1中示出的透镜14一起形成变焦透镜系统的透镜16根据预定倍率而调节再生光的倍率，并将再生光引导至图像传感器15。如图所示，透过透镜16的再生光转换成聚敛光并聚焦在预定位置。然后，所得扩散光被透镜14转换成平行光，并入射到图像传感器15上。
此外，在该情况下，光学均衡器10插入由透镜16形成的焦平面(傅里叶平面)上的位置。也就是说，使用该构造，该情况下的光学均衡器10插入形成于除在记录操作中将信号光和基准光引导至全息图记录介质HM的光路外的光路中的傅里叶平面上。同样在该情况下，光学均衡器10设置为使其中心定位成匹配入射光的光轴中心。
由于光学均衡器10插入上述位置，该情况下的光学均衡器10的均衡作用只对再生操作中所获得的再生光进行。也就是说，在该情况下，由于该均衡作用，再生信号特性得以改善。
第三实施方式
第三实施方式配置成在记录操作和再生操作两者中进行光学均衡器10的均衡作用。图8是示出第三实施方式的记录再生装置的内部构造的图。图8中主要取出并示出了光学系统的构造。如图所示，在该情况下的记录再生装置中，以类似于上述图1的配置的配置来设置激光二极管1、准直透镜2、空间光调制器3、相位屏4、中继透镜5、光圈6和中继透镜7。在该情况下，透过中继透镜7的光经由偏振光束分离器11入射到中继透镜8上。
此外，在该情况下，光学均衡器10设置在由中继透镜8形成的焦平面(傅里叶平面)上的位置，以使透过光学均衡器10的光依次透过中继透镜9、四分之一波板12和物镜13，并施加到全息图记录介质HM。在该情况下，被偏振光束分离器11反射的再生光透过由设置在上述图7的实施例中的透镜16和14形成的变焦透镜系统，并被引导至图像传感器15。
使用上述构造，该情况下的光学均衡器10设置在形成于以下区域中的傅里叶平面上的位置，该区域被在记录操作中将信号光和基准光引导至全息图记录介质HM的光路和在再生操作中将再生光引导至图像传感器15的光路所公用。由于光学均衡器10插入上述位置，所以该情况下的光学均衡器10的均衡作用能对用于记录操作的记录光并且能对再生操作中从全息图记录介质HM获得的再生光两者进行。也就是说，在该情况下，能进行光学均衡作用，以改善记录信号特性和再生信号特性两者。
第四实施方式
下面，将描述第四实施方式。上述实施方式是基于对入射光进行强度调制而进行用于加强高频分量的均衡作用，而第四实施方式不同于上述实施方式，是基于相位调制而进行用于加强高频分量的均衡作用。
在图9中(该图说明上述第四实施方式中的光学均衡器10的结构)，以颜色密度示出由光学均衡器10给予透射光的相位(相位差)。
具体说，在该情况下，在周边区域给予透射光的相位被设定为基准相位0。此外，该图示出相位差相应于图中的颜色从白色变成黑色而从0变到π。
如图9所示，在该情况下，进行相位调制以将相位差给予周边区域的透射光和中心区域的透射光。具体说，进行相位调制，使得当周边区域的相位被设定为基准时，给予透射光的相位差朝中心区域逐渐地(连续地)增加。
用于进行相位调制的光学均衡器10的结构包括向入射光提供光路长度差的结构。或者，还可设想一种由组合不同折射率的材料而形成的结构。
这里，即使记录操作中的信号光受到基于通过使用如图9所示的光学均衡器10而进行的相位调制的均衡作用，也无法获得改善信号特性的效果。也就是说，在实施方式中，光学均衡器10的均衡作用不是在真实像面(空间光调制器3的调制面)上而是在傅里叶平面上进行的。因此，即使在傅里叶平面上给予信号光必要的相位模式，相位信息也不会直接影响全息图记录。
基于第四实施方式的相位调制的均衡作用只在再生操作中有效地进行。将参考图10-14B来描述这点。
在描述这点中，首先给出如图10所示的简化模型作为全息图再生系统的模型示例。图中示出的模型不是全体再生光(信号光)，而是对应于一个像素的再生光的一部分。这里，在如实施方式中那样给信号光提供随机二元相位模式而进行记录操作的情况下，从对应于一个像素的光的强度分布和全体再生光(信号光)的强度分布获得相等的分布特性。鉴于此，以下将基于如图10所示的对应于一个像素的光的模型来进行描述。
在图10的模型中，来自空间光调制器3中的每一个像素的光(即，来自再生光中的每一个像素的光)以一定角度入射到透镜上。入射光被该透镜转换成平行光(具有强度分布)。然后，该光经由其它透镜在检测平面(即图像传感器15)上形成为图像。
在上述模型中，现在将考虑在傅里叶平面上进行的光学均衡作用(强度调制或相位调制)。首先，如下图11所示，在该情况下，将光学均衡器10插入图10的模型中的傅里叶平面上的位置。这里，傅里叶平面上的再生光具有如下图12A所示的强度分布(振幅分布)。在图12A中，为便于图示，以一维方向的截面图示出应该在二维平面上示出的再生光的强度分布。这是基于以下假定，即强度分布从中心到各个方向以大致相似的形状而出现。实际上，再生光的强度分布假定为表示成图中示出的形状G(x，y)。也就是说，假定的是，以坐标(x，y)来表示傅里叶平面(二维平面)上的每一个位置，并且各个坐标位置的强度构成强度分布。
同时，将如图12B所示的特性设定为光学均衡器的均衡特性。同样在图12B中，为便于图示，以一维方向的截面图示出实际上应该在二维平面上示出的均衡特性。同样在该情况下，假定的是，以坐标(x，y)来表示傅里叶平面(二维平面)上的每一个位置，并且均衡特性表示在每一个坐标位置的光强或相位。基于以上描述，将由光学均衡器提供的均衡特性表示为如图所示的PM(x，y)。这里，设定在该情况下的具体特性向包括中心(像素中心)且范围为-a到+a的区域(中心区域)以及范围为a到1和-a到-1的区域(周边区域)提供不同的调制。
该情况下，考虑到均衡作用是在傅里叶平面(频率平面)上进行的，可将检测平面上获得的振幅表示为如下。
公式1
FT(G(x,y))⊗FT(PM(x,y))]]>
公式中，FT()表示傅里叶变换，表示卷积(convolution)。
考虑到以上因素，首先将考虑在前面给出的基于强度调制而进行均衡作用的第一到第三实施方式。在基于强度调制的均衡作用中，可认为具有如图13A所示的强度分布的光被给予基于如图13B所示的强度调制的均衡特性。具体说，如图所示，在设定于该情况下的均衡特性中，透光率在包括中心且范围为-a到+a的中心区域为0，而在范围为a到1和-a到-1的周边区域为1。
这里，对于基于图13B中示出的强度调制的均衡特性PM(x，y)，将表示傅里叶平面上的特性的FT(PM(x，y))表示为FT_amp。在该情况下，根据图13B，均衡特性PM(x，y)可看作将“-1到1区域内的透光率1”减去“-a到a区域内的透光率1”所得的差值。鉴于此，可将特性FT_amp表示为如下。
公式2
FT_amp=FT(PM(x,y))]]>
=∫-11∫exp(i2π(xu+yv))dxdy-∫-aa∫exp(i2π(xu+yv))dxdy‾]]>
=4(sinc(2πu)sinc(2πv)-a2sinc(2πau)sinc(2πav))]]>
该公式中，i表示虚数单位，u和v表示坐标值，示出作为检测平面(真实像面)的二维平面上的位置。
基于对上述基于强度调制的均衡作用的考虑结果，下面将参考下图14A和14B来考虑基于相位调制的均衡作用。如图14A和14B所示，同样，在基于相位调制的均衡作用中，可理解的是具有类似于上述图13A(图14A)的强度分布的强度分布的光被给予基于如图14B所示的相位调制的均衡特性。如图14B所示，在设定于该情况下的均衡特性中，相位在包括中心且范围为-a到+a的中心区域为-π，而在范围为a到1和-a到-1的周边区域为0。
这里，对于基于如图14B所示的相位调制的均衡特性PM(x，y)，将表示傅里叶平面上的特性的FT(PM(x，y))表示为FT phase。在图14B中示出的特性PM(x，y)中，将调制范围设定为与基于上述图13B中示出的强度调制的均衡特性中的调制范围(-a到+a)相同。鉴于此，可将基于图14B中示出的相位调制的均衡特性PM(x，y)看作是在基于图13B中示出的强度调制的均衡特性中的-a到+a区域中，即在透光率(光强)为0的区域中以光强1和相位π提供调制的特性。
基于以上想法，可将特性FT_phase表示为如下。
公式3
FT_phase=FT(PM(x,y))]]>
=∫-11∫exp(i2π(xu+yv))dxdy-∫-aa∫exp(i2π(xu+yv))dxdy‾]]>
+∫-aa∫exp(i(-π))exp(i2π(xu+yv))dxdy-----------------------------]]>
=∫-11∫exp(i2π(xu+yv))dxdy-∫-aa∫exp(i2π(xu+yv))dxdy]]>
+∫-aa∫exp(i2π(xu+yv))dxdy]]>
=4(sinc(2πu)sinc(2πv)-2a2sinc(2πau)sinc(2πav))]]>
在以上公式中，由“-1到1区域中的透光率1”减去“-a到a区域中的透光率1”所得的差值即上述公式2的方程式中带下划线的部分被加上了带虚线下划线的项即“-a到a区域中的光强1和相位π”。
将上述验证结果总结如下。
公式4
FT_amp＝4(sinc(2πu)sinc(2πv)-a²sinc(2πau)sinc(2πav))
公式5
FT_phase＝4(sinc(2πu)sinc(2πv)-2a²sinc(2πau)sinc(2πav))
从以上结果可知，特性FT amp和FT phase的不同之处仅在于包括带下划线的系数a的项。从图13B和14B可见，系数a是定义调制区域的值。因此，能通过改变调制区域而去除该项的差异。根据上述公式的结果，方程式(a_amp)²＝2(a_phase)²成立。因此，可导出方程式a_phase＝a_amp×1/√2。也就是说，给基于相位调制的均衡作用设定的调制区域可设定为降到给为获得相同均衡效果而进行的强度调制设定的调制区域的1/√2倍。
基于上述考虑，可理解的是，对于对再生光进行的均衡作用，基于强度调制的均衡作用与基于相位调制的均衡作用基本上相同。也就是说，在再生操作中进行的基于相位调制的均衡作用与基于强度调制的均衡作用一样有效地操作。然而，从以上描述可知，基于相位调制的均衡作用与基于强度调制的均衡作用的不同之处在于，基于强度调制的均衡作用提供直接限制入射光的频带的效果，而基于相位调制的均衡作用提供限制由图像传感器15接收光后所获得的信号的频带的效果。
作为在再生操作中用于进行基于相位调制的均衡作用的第四实施方式的记录再生装置的构造，可使用类似于例如上述图7中示出的构造的构造。或者，还可使用图8中示出的构造。
变型例
上面已经描述了本发明的各个实施方式。然而，本发明不应该局限于上述实施方式。
例如，前面描述了这样一个实施例，其中在用于进行基于强度调制的均衡作用的光学均衡器10中，透光率从周边区域到中心区域是连续变化的。然而，透光率可以不连续地变化。例如，可设定这样一种特性，使透光率从周边区域到中心区域根据预定的级数阶梯式地降低。或者，透光率可大致在两个值之间转变(change)，如这样一个实施例，其中透光率在周边区域被设定为1，而在中心区域被设定为小于1的预定透光率。此外，还可设定这样一种特性，它不是简单地使透光率从周边区域到中心区域发生降低，而是使一些区域的透光率增加。
此外，可提供以下强度调制特性，以主要加强中频分量。也就是说，例如，从中心到外周将光学均衡器10的区域大致分成三个区域，即最靠近中心的最内部区域、位于最外面的最外部区域以及位于两者间的中间区域。于是，将最外部区域的透光率设定为相对高于最内部区域的。此外，在最外部区域中，透光率从外侧朝内侧逐渐增加。在中间区域，将透光率设定为高于最外部区域。在最内部区域中，透光率从外侧朝内侧逐渐降低。根据该构造，低频分量被减弱，而高于低频分量的中频分量被加强最多。此外，高于中频分量的高频分量朝较高频带逐渐减弱。
此外，同样，在基于相位调制的均衡作用中，相位调制的特性不但能从周边区域到中心区域连续地变化，而且还能不连续地变化。此外，在周边区域和中心区域中，相位可在两个值之间转变。
无论如何，如果光学均衡器10配置成能够提供以下均衡特性就足够了：使低频带(中心区域)的分量减弱，从而使高于低频带的高频带(周边区域)的分量相对加强。因此，对具体特性没有特别限制，只要该特性将中心区域的透光率设定为相对低于周边区域或在中心区域和周边区域之间提供相对的相位差即可。
此外，用于通过光学均衡器10对入射光进行强度调制或相位调制的具体结构并不局限于上述实施例。因此，对具体结构没有特别限制。
此外，光学均衡器10的插入位置并不局限于上述实施例。因此，用于进行基于强度调制的均衡作用的光学均衡器10可插入光路中傅里叶平面上的必要位置。也就是说，光学均衡器10可插入按以下方式配置的光学系统的光路中的傅里叶平面上的位置，该光学系统配置成将信号光和基准光引导至全息图记录介质HM，并将根据施加基准光而从全息图记录介质HM获得的再生光引导至图像传感器15。使用该构造，能改善记录信号特性或再生信号特性。在任何情况下，都能改善经由图像传感器15最终获得的再生信号(读出信号)的特性。
此外，用于进行基于相位调制的均衡作用的光学均衡器10的插入位置可设定在将从全息图记录介质HM获得的再生光引导至图像传感器15的光路中的傅里叶平面上。使用该构造，能改善再生信号特性。
此外，光学均衡器10可配置成还起例如如下图15所示的光圈6的功能。在图15示出的实施例中，在虚线所示的光学均衡器10的调制区域(强度或相位调制区域)外侧的预定区域设置透光率为0的遮光屏部10a。使用该构造，能降低入射光(信号光)的尺寸，并且能使光学均衡器10起光圈6的功能。上述遮光屏部10a可通过例如汽相淀积或喷溅(sputtering)而轻松地形成。
此外，前面描述了这样一个实施例，其中用于改善信号特性的均衡作用仅仅是通过光学均衡器10的均衡作用即光学均衡作用来进行的。然而，除上述光学均衡作用外，还能基于对在图像传感器15处获得的受光信号(读出信号)的信号处理来进行均衡处理。根据该构造，用于加强高频分量的均衡作用能被光学均衡器10和上述均衡处理分担。因此，能降低电均衡处理的负担，并能大致简化用于均衡处理的构造。
此外，前面描述了这样一个实施例，其中本发明与包括反射膜的反射型全息图记录介质HM相兼容。然而，本发明还可适当地应用于不包括反射膜的透射型全息图记录介质HM。
为了证实，将参考下图16来描述与上述透射型全息图记录介质HM相兼容的记录再生装置的构造例。在与透射型全息图记录介质HM相兼容的图16的构造中，再生光不是作为被全息图记录介质HM反射的光而获得，而是作为透过全息图记录介质HM的光而获得。在该情况下，记录再生装置配置成在全息图记录介质HM的激光入射面的相反侧的位置检测作为透射光而获得的再生光。
图16作为具体构造而示出修正为与透射型介质相兼容的的上述图1的构造(用于在记录操作中进行光学均衡作用的构造)。在图16所示的构造中，省略了包括在图1的构造中的偏振光束分离器11和四分之一波板12。在该情况下，从用作光源的激光二极管1观察时，在全息图记录介质HM后方的位置设置聚光透镜20。聚光透镜20将作为透射光从全息图记录介质HM获得的再生光转换成平行光。透过聚光透镜20的再生光经由类似于上述图7中的透镜的透镜16和14所形成的变焦透镜系统而被调节倍率，并被引导至图像传感器15。
为了证实，同样，在上述与透射型介质相兼容的构造中，基本的记录再生操作类似于在与反射型介质相兼容的构造中所进行的记录再生操作。因此，与透射型介质相兼容的构造和与反射型介质相兼容的构造的相同之处在于：在记录操作中施加信号光和基准光，以通过使用由这些光所形成的干涉条纹在全息图记录介质HM上记录数据；并且在再生操作中将基准光施加到全息图记录介质HM，以在图像传感器15处检测所得再生光。
此外，前面描述了将透射型空间光调制器用作空间光调制器3的实施例。然而，还可使用诸如数字微镜装置(Digital Micromirror Device：注册商标)和反射型液晶板等反射型空间光调制器作为空间光调制器3。
此外，前面描述了这样一个实施例，其中中心与圆形信号光区域A2的中心相同的环状基准光区域A1设置在信号光区域A2外侧。然而，只要信号光区域A2和基准光区域A1配置为具有相同中心，则信号光区域A2和基准光区域A1各自的形状并不局限于分别为圆形形状和环形形状。还可将基准光区域A1设置在内侧，而将信号光区域A2设置在外侧。
此外，前面描述了将同轴方法用作全息图记录再生方法的实施例。然而，本发明还可适当地应用于使用双光束方法的实施例，其中信号光和基准光不设置在相同轴线上。众所周知，在双光束方法中，分别设置了两个系统，即：将通过空间光调制器对来自光源的光进行相应于记录数据的空间光调制而生成的信号光施加到全息图记录介质HM的系统，和基于来自光源的光生成基准光并将该基准光施加到全息图记录介质HM的系统。
在该情况下，本发明的一实施方式中的光生成装置包括信号光生成单元和基准光生成单元。信号光生成单元包括空间光调制器，该空间光调制器通过对来自光源的光进行相应于记录数据的空间光调制而生成信号光。基准光生成单元基于来自光源的光生成预定形状的基准光。
为了证实，通过使用双光束方法，能避免在使用同轴方法的情况下发生的由于基准光的强度分布而造成的信号特性恶化的问题。因此，通过使用双光束方法，能改善在设置光圈来增加记录密度的情况下的信号特性。
此外，前面描述了这样一个实施例，其中本发明应用于对全息图记录介质进行记录再生操作的记录再生装置。然而，本发明还可适当地应用于只能够进行记录操作的记录装置以及只能够进行再生操作的再生装置。在记录装置中，可从光学系统的构造中省略再生系统的构造(偏振光束分离器11、四分之一波板12、图像传感器15以及透镜14和16)。在该情况下，可将光学均衡器10设置在光学系统的光路中的傅里叶平面上的必要位置。使用该构造，能改善记录信号特性。此外，在再生装置中，可省略光圈6。在再生装置中，可将光学均衡器10设置在将从全息图记录介质HM获得的再生光引导至图像传感器15的光路中的傅里叶平面上的必要位置。使用该构造，能改善再生信号特性。
本申请包含2008年5月20日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2008-132065所涉及的主题，其全部内容通过引用并入本文。
本领域的技术人员应该了解，在权利要求或其等同方案的范围内，可以根据设计要求以及其它因素做出多种修改、组合、子组合和变更。