记录装置、记录和再现方法以及再现方法

xiaoxiao2020-8-1  2

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专利名称:记录装置、记录和再现方法以及再现方法
技术领域
本发明涉及一种用于对在其上数据被记录为参照光和信号光的 干涉条紋的全息记录介质执行记录的记录装置,以及在全息记录介质 上执行记录并从其执行再现的记录和再现方法。本发明还涉及一种从 全息记录介质执行再现的再现方法,在该全息记录介质上基于通过根
据PSK方法或QAM方法的调制处理获得的I数据和Q数据的组合 的光强度和相位的信息被记录为参照光和信号光的干涉条紋。
背景技术
在全息记录和再现方法中,尤其是在光学存储系统领域中的全息 记录和再现方法中,例如透射型液晶面板或DMD(数字微镜器件) 的SLM (空间光调制器)被用于光强度调制,获得位为1 (例如,光 强度=高)和位为0 (例如,光强度-低)的模式(pattern)阵列的这 种强度调制被应用于信号光。
这时,在SLM中,例如按照图2中示出的方式,响应于记录数 据在SLM的中心部分应用光强度调制以产生信号光,同时光在信号 光的周围以环状透射以产生参照光。然后,响应于记录数据而调制的 信号光与参照光一起照射到全息记录介质上,于是信号光和参照光的 干涉条紋被作为数据而记录在全息记录介质上。
另一方面,当再现数据时,只有上述的参照光通过SLM被产生 并被照射到全息记录介质上,以获得对应于千涉条紋的衍射光。基于 衍射光的图像形成在例如CCD (电荷耦合器件)传感器或CMOS (互 补氧化物半导体)传感器的图像传感器上以获得记录位的值,从而执 行数据再现。
信号光和参照光以这种方式照射在同一光学轴上的全息记录和
12再现方法作为同轴方法而^皮公知。
要指出的是,作为相关的现有技术,可以列举出2005年1月17 日的Nikkei Electronics,第106-114页。
这里,期望上面描述的全息记录和再现技术作为用以代替在目前 情况下投入实际使用的各种光盘介质、HDD (硬盘驱动器)等的下一 代大容量数据存储技术。为此,作为全息记录和再现技术,期望能够 进一步提高数据记录容量。

发明内容
考虑如上所迷的主题,根据本发明,按照下面的方式来构造一种 记录装置。
具体地讲,本发明的记录装置是一种在全息记录介质上执行记录 的记录装置,在所述全息记录介质上数据被记录为参照光和信号光的 干涉条紋,所述记录装置包括空间光强度调制装置,用于以像素为 单位执行空间光强度调制;和空间光相位调制装置,用于以像素为单 位执行空间光相位调制。
所述记录装置还包括光学系统,用于将从光源发射的光通过空间 光强度调制装置和空间光相位调制装置引导到全息记录介质。所述记 录装置还包括转换装置,用于将由两种不同值的组合形成的输入数据 列转换成由三种或更多种不同值的组合形成的另一数据列。
另外,所述记录装置还包括振幅和相位控制装置,用于响应于从 所述转换装置获得的数据列的每个值,控制空间光强度调制装置和空 间光相位调制装置的每个像素的光强度和相位。
这里,在全息记录介质上,相位的信息可与光强度的信息(振幅 的信息) 一起记录。
在如上所述的本发明中,在由两种不同值的组合形成的数据列被 转换成由三种或更多种值的组合形成的另一数据列并且响应于由这 三种或更多种不同值形成的数据列的每个值控制每个像素的振幅和 相位的情况下,与当如在现有技术中仅控制振幅的开/关时记录由两个不同值的组合形成的数据列的情况相比,可以以较少的位数记录信 息。换言之,在像素数量有限的情况下,可记录更大数量的信息。
按照这种方式,根据本发明,通过利用相位与振幅组合在一起的 记录调制编码,相同的信息可用比现有技术少的位数来表示。结果, 可以实现数据记录容量的增加。


图1是示出了采用了同轴方法的全息记录和再现装置的内部构 造的图,作为示出了全息记录和再现的基本操作的图。
图2是示出了全息记录介质的记录技术的图。
图3是示出了全息记录介质的再现技术的图。
图4是示出了包括通过空间光调制部限定的参照光区域、信号光 区域和间隙区域的各个区域的图。
图5是示出了设置了相位掩模的情况下记录和再现装置的构造 的示例的图。
图6是示出了相位掩模和空间光调制器一体地形成的情况下的 构造的图。
图7是示出了通过相位掩模的相位调制来实现对DC分量的抑制的图。
图8是示意性地示出了在设置相位掩模的情况下再现时参照光的图。
图9是出了 SLM (空间光调制部)的构造以及用于驱动和控制 SLM的数据调制和相位调制控制部的内部构造,作为示出实现线性读 取的构造的图。
图10是示出了可以以像素为单位执行相位调制的液晶元件的结 构的图。
图11是示意性地示出了当执行相干光的添加读取时在再现时的 强度调制部的输出图像的图。
图12是示出了当相干光的添加量为0.1时的再现图像的图。
14图13是示出了当相干光的添加量为l.O时的再现图像的图。
图14是示出了执行用于线性读取的再现信号处理的数据再现部 的内部构造的框图。
图15是示出了三值记录/再现技术的记录调制编码的示例的图, 作为示出作为第一实施例的三值记录/再现技术的示例。
图16是示出了用于驱动和控制SLM的数据调制和振幅相位控 制部的构造的图,作为示出作为第一实施例的记录和再现装置的构造 的图。
图17是示出了用于根据图像传感器的输出执行再现信号处理的 数据再现部的构造的图,作为示出作为第一实施例的记录和再现装置 的构造的图。
图18是示出了利用QAM和PSK的调制和解调方法的图。
图19是示出了在采用QPSK方法的情况下信号点步置的图,作
为示出在采用QAM和PSK的调制和解调方法的情况下I数据和Q
数据的组合的图。
图20是示出了作为第二实施例的全息多值记录/再现的概要的图。
图21是用于验证基于作为第二实施例的两次读取技术的多值解 调是否适用的图。
图22是用于类似地验证基于作为第二实施例的两次读取技术的 多值解调是否适用的图。
图23是用于类似地验证基于作为第二实施例的两次读取技术的 多值解调是否适用的图。
图24是仅示出从作为第二实施例的记录和再现装置的构造中抽 选的SLM和数据调制和振幅相位控制部的构造的图。
图25是在原理上示出在作为第二实施例的记录和再现装置中设 置的数据再现部件的构造的图。
图26是示出了用于实现作为第二实施例的多值调制的处理过程 的流程图。
15图27是示出了第二实施例的变型例的图。
具体实施例方式
下面,描述用于实现本发明的最佳方式(在下文中称作实施例)。 要指出的是,按照下面的顺序进行描述。
1. 全息记录和再现的基本操作描述 1-1.基本装置构造和操作的示例
1- 2.利用相位掩模的记录方法
2. 通过相千光添加进行的线性读取
2- 1.相干光的照射
2- 2.用于线性读取的再现信号处理
3. 作为实施例的记录/再现
3- 1.第一实施例(三值记录/再现) 3-2.第二实施例(多值记录/再现) 3-3.第二实施例的变型例
4. 变型例
1.全息记录和再现的基本操作描述 1-1.基本装置构造和操作的示例
图1是示出了例如采用了同轴方法的全息记录和再现装置的内 部构造的图。要指出的是,在图1中,以抽选的方式仅示出了记录和 再现装置的光学系统的主要构造,但是省略了其它部分。
要指出的是,根据同轴方法,如上所述,信号光和参照光位于同 一轴上,并且信号光和参照光均照射到设置在预定位置处的全息记录 介质上,以通过干涉条紋执行数据记录。另一方面,在再现时,参照 光被照射在全息记录介质上,以执行以干涉条紋形式记录的数据的再 现。
在图1中,示出了与包括反射膜的反射型全息记录介质兼容的记 录和再现装置的构造作为全息记录介质。首先,设置了激光二极管(LD) 1作为光源,用于获得用于记 录和再现的激光束。作为该激光二极管1,例如采用具有外部共振器 的激光二极管,并且激光束的波长例如为410nm。
来自激光二极管1的出射光穿过准直透镜2,然后进入SLM(空 间光调制部)3。
例如,SLM 3由透射型液晶面板等构成,并且当响应于来自未 示出的驱动电路的驱动信号来驱动和控制每个像素时,SLM 3根据记 录数据对入射光执行光强度调制。具体地讲,SLM3可以以像素单位 (以像素为单位)执行光的开/关控制,从而例如使根据驱动信号开启 (turn ON)的像素透射经过其的入射光,而使关闭的另一像素不透 射经过其的入射光。通过如上所述的这种SLM 3的开/关控制,能够 以像素为单位记录数据"0"和"1"。
经过上述的SLM 3的空间光调制的光透射穿过偏振光束分束器 4,并穿过包括中继透镜5-阻光掩模6-中继透镜7的中继透镜光学系 统,然后穿过l/4波片8,之后该光被物镜9会聚并照射在全息记录 介质10上。
这里,当记录时,产生信号光和参照光,其中,所述信号光按照 下面描述的方式通过SLM 3根据记录数据进行空间光强度调制,所述 参照光为与信号光形成同心圆的圆环形。即,按这种方式产生的信号 光和参照光在它们沿着上述路线传播之后被会聚在全息记录介质10 上。
另一方面,当再现时,与记录时相似,来自激光二极管l的光通 过准直透镜2被引入SLM3。当再现时,SLM 3对入射光执行用于再 现的空间光强度调制,从而仅产生参照光。换言之,当再现时,不照 射信号光,而仅将参照光照射在全息记录介质10上。
响应于参照光的照射,以下面描述的方式获得根据记录在全息记 录介质IO上的数据的衍射光。这种衍射光作为来自全息记录介质10 的反射光穿过物镜9,然后通过l/4波片8-中继透镜7-阻光掩模6-中继透镜5被引导到偏振光束分束器4。通过偏振光束分束器4,沿
17着上述路线引入的来自全息记录介质10的反射光被反射,并且被反
射的光被引入如图中所示的图像传感器il。
图像传感器11包括例如CCD(电荷耦合器件)传感器或CMOS (互补氧化物半导体)传感器的摄像元件,并接收以上述方式引入的 来自全息记录介质10的反射光(衍射光),然后将接收到的光转换 成电信号。
图2和图3是示出了通过上述光学系统的构造实现的全息记录和 再现的基本操作的图。图2示出了记录时的操作,图3示出了再现时 的操作。
要指出的是,在图2中,以抽选的方式仅示出了图1中的光学系 统的SLM 3和物镜9。同时,在图3中,图3中的(a)类似地仅示 出了 SLM 3和物镜9,图3中的(b)以抽选的方式仅示出了物镜9 和图像传感器ll。
首先,在图2中,当记录时,SLM 3对入射光执行强度调制, 从而根据记录数据使上述的参照光和被提供了基于"0"和"1"的数据 模式的光强度模式的光(称作信号光)布置在同心圆上。
该经过强度调制的光(即,参照光和信号光)通过物镜9会聚在 全息记录介质10上,并且由此形成的参照光和信号光的干涉条紋被 记录在全息记录介质10上。
另一方面,当再现时,SLM 3对入射光执行空间光强度调制, 从而首先按照如图3中的(a)所示的方式仅产生参照光,并且该参 照光被会聚在全息记录介质10上。于是,会聚的光通过根据全息记 录介质10上的数据模式记录的干涉条紋进行衍射,然后作为全息记 录介质10的反射光被输出。即,这种衍射光具有按照图中所示的方 式反射记录数据的光强度模式,并且基于借助图像传感器11进行的 衍射光所具有的强度模式的检测的结果来执行数据再现。
这里,如上所迷,在SLM3中,对应于如上所述的记录/再现, 产生参照光和信号光。因此,在SLM3中,限定了如图4所示的参照 光区域A1、信号光区域A2和间隙区域A3。即,如图4所示,包括
18SLM 3的中心部分的预定圆形区域被定义为信号光区域A2。并且, 在信号光区域A2的外周部分,定义了与信号光区域A2形成同心圆 的圆环形的参照光区域Al,并且间隙区域A3介于信号光区域A2和 参照光区域Al之间。
要指出的是,上述的间隙区域A3被定义为用于避免参照光泄露 到信号光区域A2而产生噪声的区域。
当记录时,在参照光区域Al中提前确定的像素被设置为"l"(光 强度=高)且其它像素被设置为"0"(光强度=低),并且此外间隙区 域A3中和相对于参照光区域Al的外周部分中的像素均被设置为 "0"。此外,根据记录数据,信号光区域A2中的像素被设置为"0"和"1" 的模式。这样,可产生并输出如图2所示的参照光和信号光。
另一方面,当再现时,参照光区域Al中的像素被设置为与记录 时相同的"0"和"1"的模式,而其它区域中的像素均被设置为位"O"。 这样,按照图3中的(a)示出的方式,仅产生并输出参照光。
1-2.利用相位掩模的记录方法
这里,在执行上述的全息记录和再现的基本操作本身的情况下, 存在可记录与在信号光区域A2中的"l,,的数目成比例增加的信号强 度非常高的DC分量的可能性。
通常,在全息记录和再现中,假定全息页以多重化状态被记录在 全息记录介质10上。如果考虑到这一点,则其上记录有上述的DC 分量的部分变为无法按重叠关系记录另一全息页的部分。结果,必须 按彼此间隔开的关系记录各个全息页,并且不能实现记录容量的扩 展。
因此,作为抑制这种上述的DC分量来实现记录容量增大的方 法,传统上提出了例如在笫2006-107663号日本特开中^^开的利用相 位掩模的技术。
图5示出了使用了相位掩模的记录和再现装置的构造的示例。要 指出的是,在图5中,用相同的标号表示已经参照图l描述过的那些 元件,并省略对它们的描述。
19这里,应该以在光路中的实图面应用相位调制的方式来设置相位
掩模。在图5的示例中,在图1的构造中的SLM3和偏振光束分束器 4之间添加了一组中继透镜5-阻光掩模6-中继透镜7,并且相位掩 模13被插入在添加的中继透镜7和偏振光束分束器4之间的实像面 上。
或者,如图6所示,相位掩才莫13可以以与SLM3为一体的形式 设置。具体地讲,由于获得来自SLM3的出射光的部分与实像面对应, 所以相位掩模13与SLM3的光出射面侧一体地形成。
这里,对入射光以像素为单位执行通过如上所述的相位掩模13 的相位调制。具体地讲,例如,设定随机相位调制模式,在随机相位 调制模式中,将相位调制了 7t的那些像素和不执行相位调制(即,相 位=0)的那些像素被设置成各占一半。
作为可以以像素为单位执行这种随机相位调制的相位掩模13的 具体构造的示例,以像素为单位被制造成厚度不同的构造是公知的。 例如,已知以下构造使用诸如玻璃的光学材料,并且根据光学材料 的厚度差提供的光路长度差来设置相位为"O"的像素和执行将相位调
制"7T"的像素。
具体地讲,在要提供将相位调制"7T"的情况下,当入射光的波长
为X并且使用的构件的折射率为n时,厚度差t应该被设置为 t=X/{2(n-l)}。
通过插入以上描述的相位掩模13,当记录时,可以以像素为单
位针对信号光提供随机的"0"和"7T"的相位调制。这里,相位"O"对应 于振幅"1",相位"7T"对应于振幅"-1"。
由于按这种方式对信号光应用根据两个值的随机模式的相位调
制,可以提高参照光和信号光之间的干涉效率。另外,光i脊可被同时 均匀地分布到傅里叶面(介质上的像),并且由于"l"和"-l"的数量 基本彼此相等,所以可以抑制信号光中的DC分量。
图7是示出了通过相位掩模13的相位调制可以实现DC分量的 抑制的图。首先,在用于比较的图7中的(a)中,示意性地示出了未应用 掩模的情况下在记录时获得的信号光和参照光。要指出的是,在该图 中,光强度用颜色的明暗表示,并且指出光强度从暗色到白色增大。 具体地讲,在该实例中,黑色表示光强度=低(数据"O"),白色表示 光强度=高(数据"l")。
从图7中的(a)可知,在没提供相位掩才莫13的情况下,对信号 光仅应用根据记录数据的"0"和"1"的模式。如上所述,与"l"的数目 成比例地产生DC分量。
要指出的是,从该图可以看出,还对参照光提供了所需的"O"和 "l"的数据模式。
图7中的(b)示意性地示出了在包括相位掩模的情况下在记录 时获得的信号光和参照光。此外在该图中,指出光强度从暗色到白色 增大。然而,在该实例中,黑色表示"-l",灰色表示"0",白色表示"+l", 参照图7中的(b),当考虑到这点时,可以看出,在提供了相位掩 模13的情况下,信号光不仅被调制到"0"和"+l",还被调制到"-l"。 获得"-l"这种结果的原因在于,通过如上所述的相位掩模13的"O"和 "7T"的随机相位调制,数据"l"(即,光强度=高)的像素被划分成相 位为"0"的像素和相位为"7T"的像素。即,在不执行相位调制的情况下 (相位为"O,,),从数据"1"获得为"+1"的结果,但是在执行调制了相 位";r"的情况下,获得为"-l"的另一结果。为了确认进行描述,由于针 对数据"O"没有获得来自SLM3的透射光,所以即使执行了相位掩模 13的"0"或"7T"的相位调制,相位调制的结果也为"O"而没有任何变化。 要指出的是,根据图7中的(b),表明了在该实例中,还对参 照光执行相位"0"和"7T"的相位调制,并且获得三个值"O"、 "+l"和
一1 "
由于按照这种方式在信号光中根据随机的"0"和"7T"的相位调制, 数据"1"被划分成"+1"和"-1",所以光镨可以均匀地分布在介质上。另 外,在使"l"和"-l,,的数量基本相互一致的情况下,可以实现信号光中
的DC分量的抑制,全息页的多重记录变成可能并且可以实现记录容
21另外,在图8中,示意性地示出了提供相位掩模13的情况下在 再现时的参照光。然而,在用于比较的图8的(a)中,示出了没有 提供相位掩模的情况下的参照光供比较,这种在没有提供相位掩模的 情况下在再现时的参照光与在图7的(a)中没有提供相位掩模的情 况下在记录时的参照光相似。换言之,在该实例中,通过SLM3也对 参照光提供预定的"0"和"1"的数据模式。
同时,图8的(b)中的提供了相位掩模的情况下的参照光与图 》的(b)中的提供了相位掩模的情况下在记录时的参照光相似。换言 之,由于在该实例中通过SLM3也对参照光提供预定的"0"和"1"的数 据模式并执行利用同一相位掩模13的相位调制,所以获得与图7中 的(b)的情况相似的结果。
要指出在这里重要的是,在与利用相位掩模13的情况相同以像 素为单位执行相位调制的情况下,如上所述,记录时和再现时的参照 光的相位调制模式必须相互一致。即,记录时利用具有特定相位调制 模式的参照光记录的数据在再现时仅在使用具有与所述相位调制模 式相同的模式的参照光的情况下才能被再现。从这点可以看出,在为 了抑制DC分量而以像素为单位执行相位调制的情况下,记录时和再 现时的参照光的相位调制模式必须被设置成相同的模式。
在上面参照图5描述的构造中,由于对全息记录介质IO的光照 射是通过记录/再现所共用的相位掩模13执行的,所以可以对记录时 和再现时的参照光应用根据同一模式的相位调制。
2.通过相干光添加进行的线性读取
2-1.相干光的照射
另外,从以上面描述的方式获得利用相位掩模13的光i普扩散效 果的事实还可以看出,还能够在全息记录介质上记录相位的信息以及 光强度(也成为振幅)的信息。换言之,还能够记录如上所述的"O" 和"7T"的相位的信息以及像"-1"、 "0,,和"1,,一样的振幅"0,,和"1,,的信 會
22按照这种方式,除了振幅的信息之外,如果还可以记录如"o"或
"7T"的任意相位的信息,则可以想到通过合并这种振幅和相位来执行 记录调制编码,以增大能够被记录的数据容量。
然而,即使执行通过振幅和相位的合并的记录调制编码从而允许 记录更大量的数据,由于根据全息记录和再现方法,图像传感器11 仅可以检测到再现图像的强度的信息,所以不能再现记录的相位信 息,并且不能适当地执行数据再现。
这里,通常,也包括图1中示出的记录和再现装置的光学系统的 利用全息记录和再现方法的光学系统包含具有基于4f光学系统的构
造的称作傅里叶变换全息的构造,其中,SLM、物镜、介质、接目镜 和图像传感器以彼此隔开透镜焦距的关系布置。
对于这种傅里叶变换全息的构造,可以按照下面的方式考虑上述 的记录和再现的 一 系列操作。
具体地讲,SLM记录数据模式进行傅里叶变换,并被投影在全息 记录介质(介质)上,介质的读出信号(再现图像)进行傅里叶逆变 换并被投影在图像传感器上。然后,图像传感器通过对输入到图像传 感器的光的波阵面的振幅的绝对值求平方来检测光的强度。
按照这种方式,在全息记录和再现方法中,仅可再现可被表示为 记录在介质上的信号的振幅的平方值的光的强度的信息。换言之,全 息记录和再现方法具有非线性,使得当振幅和相位均可被记录时,再 现侧仅能再现振幅的信息。
从如上所述的全息记录和再现系统所具有的非线性的问题可以 看出,还不能合并振幅和相位从而一次记录三个或更多个的值。
然而,作为关于如上所述的全息记录和再现系统所具有的非线性 问题进行的各种实验的结果,本申请的申请人之前建立了 一种使线性 读取成为可能的技术。
下面,描述用于实现这种线性读取的技术。
作为示出用于执行线性读取的构造的图,图9示出了在本技术中 使用的SLM 3的构造以及用于驱动和控制SLM 3的数据调制和相位
23调制控制部20的内部构造。
要指出的是,在该图中,仅示出了图1中示出的记录和再现装置 的构造之中的激光二极管1和SLM3,而省略了其它組件。另外,在 该图中,还另外示出了设置在记录和再现装置内部的全息记录介质 10、从激光二极管1发射并被引入到SLM 3的光以及透射SLM 3然 后被引入到全息记录介质10的光。
首先,描述图9中示出的SLM3的构造。
如该图中所示,该实例中的SLM3具有强度调制器3a和相位调 制器3b,其中,强度调制器3a作为用于执行光强度调制以产生信号 光和参照光的部分,而相位调制器3b用于对由强度调制器3a产生的 信号光和参照光执行光相位调制。
强度调制器3a是实现以上参照图l描述的SLM3具有的光强度 调制功能的部分。即,强度调制器3a例如由透射型液晶面板形成, 并响应于来自之后描述的驱动电路(强度调制驱动器23 )的驱动信号 而改变每个像素的透射因数。换言之,强度调制器3a响应于上述的 驱动信号的电平对入射光执行光强度调制。
此外,利用可以以像素为单位进行可变相位调制的透射型液晶面 板来形成相位调制器3b。
这里,可以通过基于图10中示出的构思来构造内部液晶元件, 从而实现这样的可以以像素为单位进行相位调制的液晶面板。
图10中的(a)示出了在没有向液晶面板中的液晶元件施加驱动 电压的状态下(即,在驱动电压为关(OFF)的状态下)的液晶分子 的样子,图10中的(b)示出了在向液晶元件施加了预定电平的驱动 电压的另一状态下(即,在驱动电压为开(ON)的状态下)的液晶 分子的样子。
从该图中可以看到,在图10的(a)中的驱动电压为关的状态下, 液晶分子具有水平配向,在图10的(b)中的驱动电压为开的状态下, 液晶分子对于垂直配向表现出变化。
此时,其中,关于液晶元件的折射率n,在驱动电压的关状态导
24致的上述水平配向状态下的折射率用nh表示,在驱动电压为预定电 平的开状态导致的上述垂直配向状态下的折射率用nv表示,如果液 晶元件的厚度用d表示,则驱动电压为关时提供的相位变化量为 "dxnh",并且驱动电压为开时提供的相位变化量为"dxnv"。因此,由 此可知,通过开启/关闭驱动电压而可提供的相位差And可表示为 And=dxiih-dxiiv
从该关系式可知,为了以像素为单位证明所需的相位差,应该调 整液晶元件的厚度d。
在本技术中使用的相位调制器3b被设置成通过调节液晶元件的 厚度d来例如满足相位差And-Ti。具体地讲,通过执行驱动电压在上
述的开/关之间的切换,使得可以施加"0"和"7T"的二值光相位调制。
另外,在可如上所述地在驱动电压为开时和驱动电压为关时利用 预定电平执行相位"0"和"7t"的调制的情况下,通过将驱动电压电平步 进地控制达到预定电平,相位可从"0"步进地变为"7T"。例如,如果驱
动电压电平4皮设置成预定电平的1/2,那么相位"7t/2,,的调制也成为可 参照图9进行描述。
在SLM3中,可以按照这种方式对每个像素执行可变相位调制的 相位调制器3b与强度调制器3a—体地形成。即,强度调制器3a和 相位调制器3b —体地形成,使得强度调制器3a的像素和相位调制器 3b的像素被定位成按照——对应的位置关系彼此对应。
由于采用了上述的这种结构,能够利用相位调制模式来执行光相 位调制,其中所述相位调制模式以像素为单位与用作透射强度调制器 3a而获得的信号光和参照光的光束中的每个严格地一致。
然后,图9中示出的数据调制和相位调制控制部20被构造成控 制诸如如上所述的SLM 3的强度调制器3a和相位调制器3b的调制 操作。
如图中所示,在数据调制和相位调制控制部20中设置有编码单 元21、映射单元22、强度调制驱动器23、相位调制模式产生单元24和相位调制驱动器25。
首先,描述记录时的操作。
在记录时,记录数据按照如图中所述的方式被输入到编码单元 21,并且针对记录数据执行根据记录格式的预定记录调制编码处理。 例如,作为在全息记录和再现方法中通常应用的稀疏编码,记录数据 的一个字节(-8位)被转换成4x4=16位的方块形的数据阵列。这种 4x4=16位的数据阵列被称作符号,并且是记录编码的最小单位.
映射单元22根据记录格式在一个全息页中排列记录时编码单元 21编码的数据。该全息页指向填充在信号光区域A2中的全部数据阵 列。换言之,通过信号光和参照光的干涉可以一次记录的数据单位被 称作全息页。
另外,映射单元22产生刚描述过的信号光区域A2内的数据的这 种映射以及一种数据模式,在该数据模式中,参照光区域A1中的预 定像素被设置为"1"而其它像素被设置为"0",此外间隙区域A3和相 对于参照光区域Al的外周部分均被设置为"0"。该数据模式和信号光 区域A2中的数据模式结合在一起,以产生强度调制器3a的全部有效 像素的数据模式。
将按照这种方式产生的强度调制器3a的全部有效像素的数据模 式提供给强度调制驱动器23,强度调制驱动器23基于数据模式驱动 并控制强度调制器3a的像素。
结果,产生了基于利用根据记录数据的模式进行了光强度调制的 信号光的光和基于利用预定模式进行了光强度调制的参照光的光。
要指出的是,在为了确认而给出的描述中,当记录时,映射单元 22针对每个全息页连续执行编码单元21编码的数据的映射,因此, 这样的数据模式被提供给强度调制驱动器23,在该数据模式中只有信 号光区域A2中的数据模式响应于记录数据的内容而连续变化。换言 之,强度调制驱动器23针对刚描述的这种全息页单位,基于该数据 模式连续地驱动和控制强度调制器3a的像素。
因此,对于每个全息页单位,数据可被记录在全息记录介质上。
26另外,当记录时,数据调制和相位调制控制部20还执行用于相 位调制器3b的驱动控制的操作以及用于强度调制器3a的驱动控制的 操作。
这里,在本技术的描述中,以下面描述的情况作为示例,即,在 记录时记录基于两个值的随机相位模式的"-l"、 "0"和"1",以实现如 上述的相位掩才莫13的情况下对DC分量的抑制。
例如,如果假定以上述这种方式记录两个值的随机相位模式,则 相位调制模式产生单元24基于预先设定的预定数据模式产生要被设 il在相位调制器3b的信号光区域A2中的相位调制模式。
另外,与此同时,相位调制模式产生单元24产生预定的相位调 制模式作为要被设置在相位调制器3b的参照光区域Al的相位调制模 式。
然后,相位调制模式产生单元24将按照上述方式产生的关于信 号光区域A2和参照光区域Al的相位调制模式(对应像素的控制模 式)结合,以产生相位调制器3b的全部有效像素产生相位调制模式。 这时,对于除了信号光区域A2和参照光区域Al中的像素之外的像 素,例如,可设置对应于相位"O"的值。
然后,以这种方式产生的相位调制模式被提供给相位调制驱动器25。
相位调制驱动器25基于从相位调制模式产生单元24提供的相位 调制模式来驱动并控制相位调制器3b的像素。这样,相位调制驱动 器25可将利用预定模式的光相位调制作为相位掩模应用于将最终从 SLM3输出的信号光,并且此外关于参照光,执行利用预定的相位调 制模式的光相位调制。
结果,在记录时,取决于光强度"-l"的信号与取决于光强度"O" 和"l"的信号一起被记录在全息记录介质10上。
现在,描述再现时的操作。
在本技术中,当以上述这种方式记录在全息记录介质10上的信 号被线性读取时,采用与传统技术不同的再现技术。具体地讲,尽管
27传统上在图像传感器11上形成通过仅照射参照光而获得的再现图像, 从而执行信号读取,但是根据本技术,通过将取决于所有的"l"的立
体模式(solid pattern)分配到信号光区域A2中而产生的相干光被一 起照射。即,通过利用这一点,相干光被添加到响应于参照光的照射 而获得的再现图像中,从而在图像传感器11上成像,并且执行从成 像结果读取信号。
为此,图9中示出的数据调制和相位调制控制部20执行下面的 操作作为再现时的操作。
在该实例中,当再现时,在数据调制和相位调制控制部20中, 映射单元22产生用于产生如上所述的这种相干光的数据模式。具体 地讲,映射单元22产生这样的数据模式,在所述数据模式中,参照 光区域Al具有与记录时相似的"0"和"1"的模式,并且间隙区域A3 和位于相对于参照光区域Al的外圆周侧的区域中的像素均被设置成 "0",此外信号光区域A2中的像素被设置成"0"之外的预定值。然后, 映射单元22将所述数据模式提供给强度调制驱动器23。
这里,如上所述,强度调制器3a响应于每个像素的驱动电压电 平而改变透射因数。即,强度调制器3a不是将透射因数改变成"0"和 "l"两个值,而是例如在"0"至"1"之间可变地改变透射因数。
与之对应,强度调制驱动器23利用响应于从映射单元22提供的 "1"(如果使用256灰阶,则为与"255"对应的值)而使光强度变为 最高的驱动电压电平来驱动相关的像素,但是利用响应于"0,,而使光 强度变为最低的另一驱动电压电平来驱动相关的像素。如果按照上述 这种方式从映射单元22分配除了"O"之外的预定值作为信号光区域 A2中的数据模式,则利用与该值对应的驱动电压电平来驱动映射单 元22的信号光区域A2中的像素。换言之,获得了具有与通过映射单 元22在信号光区域A2中分配的值对应的强度的相干光。
尽管利用按照这种方式通过映射单元22在信号光区域A2中分配 的值可以可变地设置相干光的强度,但是在本技术中,相干光的强度, 即,相干光的添加量,是使线性读取成为可能的非常重要的因素。
28具体地讲,本技术中的一个条件是相干光的添加量的值大于再 现图像的振幅的绝对值的最大值。
为了使图9中的构造获得满足刚描述的条件的相干光强度,应该 从映射单元22预先设定的值中获取满足该条件的值,预先获取关于 利用如此设定的值获得的相干光的强度而执行的实验的结果,并且该 值应该被分配作为将被设置在信号光区域A2中的值。
这里,接下来的图11示意性地示出了如上所述的基于映射单元 22和强度调制驱动器23的操作的强度调制器3a的输出图像。
然而,在图11中,位"l"用白色表示,位"0"用黑色表示,根据 上述描述,在该实例中可以知道,当通过预定电平的驱动电压驱动信 号光区域A2时,在信号光区域A2中光被透射。该图指示了整个信 号光区域A2的值被设置成"l"的情况,并且信号光区域A2在整个区 域中表现为白色。
要指出的是,在参照光区域A1中,在该实例中还获得了与记录 时的模式相似的"0"和"1"的模式。这是因为,如果记录时和再现时照 射的参照光的模式在如上所述的全息记录和再现系统中彼此不一致, 则不能适当地读取记录的信号。
另外,在图9中,当再现时,还通过相位调制模式产生单元24 来执行下面的操作。
具体地讲,相位调制模式产生单元24针对相位调制器3b的参照 光区域Al,产生与记录时的数据模式相似的数据模式作为相位调制 模式,并且还产生用预定值填充整个信号光区域A2的数据模式。然 后,相位调制模式产生单元24将这些数据模式结合以产生用于相位 调制器3b的全部有效像素的数据并将产生的数据提供给相位调制驱 动器25。
如上所述,相位调制器3b还被构造成与上述的强度调制器3a相 似,可响应于驱动电压电平可变地驱动像素。即,响应于驱动电压电
平,对于每个像素可将相位可变地控制为"0"到"7T"。然后,与之相对
应,相位调制驱动器25还被构造成利用根据来自相位调制模式产生单元24的值"0"至"1"(例如,如果应用了 256灰阶,则为0至255) 的驱动电压电平来驱动相位调制器3b的像素。
在按照上述这种方式根据相位调制模式产生单元24产生的数据 模式用预定值填充信号光区域A2的内部情况下,相位调制驱动器25 利用与该值对应的驱动电压电平来驱动相位调制器3b的信号光区域 A2中的像素。由此,可响应于上述的预定值来设置通过透射信号光 区域A2而获得的相干光的相位。
这里,条件是相干光的相位与再现图像的相位相同。筒而言之, 如上所述,尽管本技术是预先假定相干光被添加到再现图像以在图像 传感器11上形成图像的一种技术,但是如果在再现图像和相干光之 间出现相位差,那么相干光不能被适当地添加(在振幅方向上)。因 此,本技术的一个条件是使相干光的相位与再现图像的相位相同。
要指出的是,这里需要注意,如在Kogelnik,H的"Coupled wave theory for thick hologramgrating." ( Bell System Technical Journal, 48, 2909-47)中所述,再现图像的相位不能变成与为了获得再现图像 而照射的参照光的相位相同的相位,但是在它们之间存在预定的相位 差。具体地讲,公知的是,再现图像的相位相对于参照光的相位被移 位"tt/2"。
如果考虑到这一点,那么可知,为了荻得如上所述的"与再现图 像的相位相同的相位",要提供给相干光的相位应该被设置为";r/2"。
为了提供如上所述的";r/2"的相位,相位调制模式产生单元24分 配"0.5"(在采用256灰阶的情况下,为对应于"127"的值)作为信号 光区域A2中的值。即,由此,相干光和参照光之间的相位差可被设 置成"冗/2",结果,能够使得通过照射参照光而获得的再现图像的相位 与相干光的相位彼此相同。
通过如上所述的数据调制和相位调制控制部20的这种操作,当 再现时,具有与再现图像的相位相同的相位并具有大于再现图像的振 幅的绝对值的最大值的强度的相千光被与参照光一起照射在全息记 录介质10上。
30图12和图13示出了添加了如上所述的相干光的情况下的再现图 像。图12示出了相千光的添加量为0.1 (base+0.1)的情况下的再现 图像,图13示出了相干光的添加量为1.0 (base+1.0)的情况下的再 现图像。
要指出的是,在这些图中,再现图像的振幅(光强度)用明暗值 表示。暗色侧表示振幅=低,亮色侧表示振幅-高。
参照这些图,可以确认的是,在添加了相干光的情况下,也适当 地获得了根据记录数据的图像作为再现图像,换言之,在执行相千光 的添加的情况下,也获得了适当地反映了记录数据的再现图像。
另外,在图12和图13进行相互比较的情况下,可以知道,在相 干光的添加量增加的情况下,再现图像的振幅的最大值和最小值之间 的差增大。这表示再现图像的振幅能够在整个区域上与相干光的添加 量成比例地被均匀放大。
2-2.用于线性读取的再现信号处理
随后,描述关于按照这种方式添加了相干光的再现图像的读取侧 的操作。
如从前面的描述中可知,在本技术中,具有与再现图像的相位相 同的相位并具有大于再现图像的振幅的绝对值的最大值的强度的相 干光被加到再现图像中,并在图像传感器11上形成图像。在本技术 中,对于按照这种方式由图像传感器11检测再现图像和相干光的添 加结果而获得的图像信号,执行计算该值的平方根并从平方根计算结 果中去除相干光的分量的操作。
图14是示出了数据再现部30的内部构造的图,其中数据再现部 30基于图像传感器11的输出执行用于线性读取的再现信号处理。
如该图中所示,在数据再现部30中设置有线性化处理单元31、 上转换单元32、填充因数校正处理单元33、均衡滤波器34、重采样 单元35、数据鉴别单元36和稀疏代码解码单元37。
在图14中,示出了图1中示出的图像传感器ll。数据再现部30 将基于图像传感器11检测到的再现图像的并具有添加到该再现图像中的如上所述的相干光的图像信号提供到线性化处理单元31。
线性化处理单元31对来自图像传感器11的输出图像信号(图中
的传感器输出)执行如上所述的本技术的信号处理,以通过再现记录
在全息记录介质10上的相位和振幅的信息来获得线性读取信号。具
体地讲,在线性化处理单元31中按如图中所示的方式设置有平方根
计算块31a和减法块31b。
平方根计算块31a接收图像传感器11获得的图像信号作为对其
的输入,对形成图像信号的每个值计算平方根,然后将计算结果输出
到减法块31b。
减法块31b从如上所述通过平方根计算块31a获得的平方根的值 中减去与相干光的添加量对应的值。具体地讲,由于在该实例中相干 光的强度被设置成大于再现图像的振幅的最小值的绝对值,所以预先 设置可以抵消所述预定值的值,并减去该值。
例如,作为示例,在再现图像的振幅的最小值为-0.078并且相干 光的强度例如被设置成大于该最小值的绝对值0.078的0.1的情况下, 从平方根的值中减去0.1。
作为减法块31b的减法结果获得的图像信号作为线性化处理单元 31的输出被提供到上转换单元32。
这里,说明通过从如上所述的相干光的添加到相干光的添加量的 平方根和相减的一些列操作来获得其中再现了振幅和相位的线性读 取信号。
为了比较,首先研究如现有技术一样仅通过照射参照光,而不执 行本技术中的相干光的添加来执行读取的情况。要指出的是,在这里
的描述中描述了如下情况记录时执行了"0"和"7T"的相位调制的再现 图像的振幅的最大值和最小值分别为0.078和-0.078。
根据如上所述的傅里叶变换全息的假设,获得在该实例中的响 应于再现图像的振幅的最大值和最小值而获得的图像传感器11的输 出值为同一值6.1E-3,该值6.1E-3为输出值的平方值。由于最大值和 最小值按此方式被图像传感器11检测为同一值,因此无论之后执行
32何种信号处理,都不能准确地恢复损失的相位信息。换言之,产生了 非线性失真。
同时,在具有与再现图像的相位相同的相位并具有大于再现图4象 的振幅的绝对值的最大值的强度的相干光被与参照光一起照射的本 技术的情况下,可以将根据相干光的强度的值加到再现图像。在此, 由于这种相干光具有振幅和相位均一的分量,所以这种相干光不会与 记录的全息页发生干涉。于是,当响应于参照光的照射而获得的再现 图像形成在图像传感器11上时,介质被照射后的相干光作为相位与 再现图像的相位相同的相干光被添加。换言之,由此可将所需的振幅 值添加到再现图^f象。
返回参照图12和13,可以看出,刚描述的这种现象得以证实。
这里,如果将满足"大于再现图像的振幅的绝对值的最大值"这 一条件的相干光的添加量设定为例如0.1,那么由于0.1的分量#_加到 再现图像,所以最大值0.078变为0.1780=0.032,并且最小值-0.078 通过图像传感器11被检测为强度为0.0222=4.8E-4。在该实例中,对 于图像传感器11的输出,以上述这种方式来执行对读取的强度的平 方根的计算,以去除添加的分量。因此,振幅的最大值0.078通过 0.178-0.1=0.078被恢复成原始图 <象,最小值-0.078可通过 0.022-0.1=-0.078而被恢复成原始值。
按照这种方式,根据本技术,可以实现不会损失记录时提供的相 位信息的线性读取。
要指出的是,尽管图13示出了相干添加量为l.O的情况,但是可 以看出,按照这种方式在添加量为l.O的情况下,对于图像传感器ll 检测到的强度信息(0.078+1.0) 2=1.162和(-0.078+1.0) 2=0.850,由 于执行了计算平方根(1.078, 0.992 )并减去了添加量(1.078-1.0, 0.992-1.0),所以可以恢复士0.078的原始振幅。
简而言之,相干光的添加量必须仅满足"值大于再现图像的振幅 的绝对值的最大值"这一条件,从而针对通过图像传感器11的强度检 测(平方)不会出现负循环(negative loop )。
33返回参照图14进行描述。
尽管按照上述方式根据线性化处理单元31的操作获得了用来再 现相位和振幅的信息的线性读取信号,但是应该注意,即使获得了这 种线性读取信号,也不能表明记录的数据本身被再现。具体地讲,这 是因为图像传感器11用预定灰阶(例如,第256灰阶)的振幅值来 表示检测到的光的强度,因此,通过线性化处理单元31获得的线性 读取信号表示这种预定灰阶的振幅值。通过图14中示出的上转换单 元32到稀疏代码解码单元37来执行基于这种预定灰阶表示的振幅的 位"0"、 "l"和"-l"的数据鉴别以及直到从鉴别的位值最终再现记录的 数据的处理。
在下面,具体地描述设置在刚描述的线性化处理单元31的后续 阶段的再现信号处理系统。
首先,为了理解再现信号处理系统的操作,需要掌握下面几点。 具体地讲,必须掌握的是,在全息记录和再现系统中,执行用于指定 明图像传感器11上的每个像素对应于SLM3中的哪一个像素的定位 是重要的。
这里,应该了解的是,在全息记录和再现系统中,由于光学失真
或倍率问题,严格地按照--对应的关系来调整空间光调制部(SLM )
3侧的每个像素(在下文中称作数据像素)和图像传感器11侧的每个 像素(在下文中称作检测器像素)是非常困难的。因此,对应于这种 位移,应该指定(搜索)SLM 3的数据像素在图像传感器11获得的 图像信号中所处的位置。然后,进行如下过程获得在作为搜索的结 果而指定的数据像素的位置处的振幅值,并根据该振幅值执行对每个 数据像素的位值的鉴别。
尽管这里省略了基于图例的描述,但是为了能够解决由如上所述 的这种光学失真、倍率等引起的再现图像的位移,预先调整图像传感 器11,使得SLM3的一个像素的图像被图像传感器11侧的n个像素 (11>1)接收(所谓的超取样)。例如,通过图像传感器11上的2x2=4 个像素来接收SLM 3的一个像素的再现图像。执行超取样的原因是旨
34在提高检测图像侧的分辨率,从而还能够应对出现小于一个像素的单 位的再现图像位移的情况。
例如,在如在上述示例中将超取样率设置成2x2=4倍的情况下, 从图像传感器11输出分辨率为SLM 3侧的分辨率的四倍高的图像信 号。于是,与此相对应,获得来自线性化处理单元31的读取信号(图 像信号)作为具有四倍分辨率的信号。
参照图14,按照这种方式从线性化处理单元31获得的读取信号 按照图中所示的方式被提供到上转换单元32。
上转换单元32对读取信号执行例如插值处理等,以将读取信号 上转换成预定倍率的信号。
通过还对超取样后的图像按照这种方式执行上转换处理,分辨率 可被进一步提高,可以以更高的准确度来执行基于再现图像的照射位 置位移的定位。
通过上转换单元32上转换之后的图像信号被提供到填充因数校 正处理单元33,通过填充因数校正处理单元33来执行根据SLM 3的 填充因数和图像传感器11的填充因数的校正处理。即,由于图像传 感器11读取后的信号处于其高频部分受SLM3的填充因数和图像传 感器11的填充因数的影响而劣化的状态,作为具体的处理,执行这 种用于强调劣化的高频部分的校正处理。
均衡滤波器34接收经过填充因数校正处理单元33的校正处理之 后的图像信号作为对其的输入,并执行用于防止符号间干扰的波形均 衡处理。均衡滤波器34执行的防止符号间干扰的均衡处理可以是例
如在光盘和通信领域中经常使用的一维信号的波形均衡处理扩展到 用于二维信号的波形均衡处理的形式。
重采样单元35在上述的均衡滤波器34的均衡处理之后在图像信 号中指定SLM 3的每个数据像素的位置,并获取每个指定像素的振幅 值(这称作釆样)。
这里,在图像信号中指定每个数据像素的位置时,作为传统上采 用的一般技术,将称作sync的预定模式数据插入到记录数据中。在这
35种情况下,重采样单元35在图像信号中搜索作为预定模式的sync部 分,并根据作为搜索结果而检测到的sync的位置指定每个数据像素的 位置。
要指出的是,关于刚描述的针对每个数据像素的位置指定技术, 由于它与本技术的读取操作没有直接关系,所以省略对其的详细描 述。可以采用被认为是最佳的技术(如传统上采用的技术)或会在将 来提出的技术,但是位置指定技术并不受到具体限制。
在按照这种方式指定了每个数据像素的位置之后,执行获取数据 像素的振幅值的处理。传统上,例如,基于每个数据像素的指定位置 周围的值来执行插值处理,并通过计算获取数据像素的振幅值。这是 图像处理领域中的一般技术,公知的有双线性插值方法(Bi-linear interpolation method )、三次插值方法(Cubic convolution method )、 双三次样条方法(Bicubic spline method )等。
或者,也可使用最近邻法(Nearest neighbor method ),在最近 邻法中,不取决于计算,而是选择与指定位置的定时最接近的信号值 作为数据像素的振幅值。
要指出的是,对于这种振幅值的获取处理,还可以采用各种技术, 并且在这里该技术并受具体限制。
数据鉴别单元36根据按照上述方式由重采样单元35获得的每个 数据像素的振幅值来执行数据鉴别(位判定)。
根据上面的描述,当记录时,8位的记录数据通过稀疏编码被转 换成4x4位的块的形式的数据阵列(符号),这种符号被映射在全息 页中。按照对应的关系,数据鉴别单元36以符号为单位对重采样单 元35获得的振幅值执行数据鉴别,并将作为数据鉴别的结果以符号 为单位获得的位值提供给下一阶段的稀疏代码解码单元37。
这里,在本技术的情况下,作为重采样单元35获得的振幅值, 通过如上所述的线性化处理单元31的操作获得的不仅是对应于"l"和 "0"的振幅值,而且获得了对应于"-l"的负振幅值。然而,在这种情况
下应该指出,记录时执行的"0"和"7E,,的相位调制旨在像相位掩模13一样实现对DC分量的抑制并且记录数据本身仅被记录为"0"和"1"两 个值。换言之,这里对应于"-l"的振幅值应该被鉴别为位"l"。根据此 点,数据鉴别单元36被构造为鉴别由重采样单元35获得的其振幅值 为最大值的像素附近的像素和鉴别在其振幅值为最小值的像素附近 的像素,作为位为"l"的像素,但鉴别其振幅值接近"O"的像素作为位 为"0"的像素。
稀疏代码解码单元37接收按照如上所述的方式从数据鉴别单元 36提供的每个符号单位的位值作为对其的输入,并对每个符号执行稀 疏代码的解码。即,稀疏代码解码单元37将4x4=16位的数据解码成 8位的原始数据,从而再现记录数据。
3.作为实施例的记录/再现
3-1.第一实施例(三值记录/再现)
根据本申请人先前提出的技术,可以按照如上所述的方式实现线 性读取,通过所述线性读取可将相位的信息与记录在全息记录记录介 质上的振幅的信息一起读取。
在本发明的第一实施例中,首先提出了用于三值记录/再现的技术 作为在假定执行这种线性读取的情况下的记录/再现技术。
作为例示作为第一实施例的三值记录/再现方法的图,图15示出 了记录调制编码的示例。
首先,在图15的(a)中,示出了当4位的"0"和"1"的二值数据 形成一个符号时的记录数据的组合。如该图中所示,在4位的二值数 据形成一个符号的情况下,可以得到16个不同的组合。换言之,可 以产生16个不同的数据模式。
另一方面,在图15的(b)中,示出了在使用振幅"0,,和"1,,以及 相位"0,,和"7T"的组合实现的三个值"-1"、 "0,,和"1,,的情况下表现出4 位形成一个符号的无DC状态的组合。这里针对所述组合说明了在这 种情况下"无DC (无DC)"状态表示"l,,和"-l"的数量彼此相等。
因此,在3个值和4位的组合之中,总共有19个组合表现出无 DC状态,包括"O, 0, 0, 0"。如果从3个值和4位的19个组合中使
37用16个不同的数据模式,那么它们可应用于图15的(a)中示出的2
个值和4位的所有组合。具体地讲,在这种情况下可利用转换表来执
行记录调制编码/解码,在转换表中,例如在图15的(b)中示出的3
个值和4位的无DC的19个组合中的16个数据模式中的各个数据模
式被分配(关联)到在图15的(a)中示出的2个值和4位的16个 数据模式中的各个数据模式。
例如,如果假定使用刚描述的转换表执行记录调制编码以在全息 记录介质10上执行"-l"、 "0"和"1"的三值记录,那么可按照与使用相 位掩模13的情况相似地实现抑制DC分量的方式来执行数据记录。
要指出的是,尽管在此为了简化描述描述将二值侧的一个符号和 三值侧的一个符号具有4位并相互一致并且编码率为100%的情况作 为考虑到抑制DC分量的示例,在例如旨在抑制DC分量并且此外实 现提高记录容量的另选情况下,三值侧的符号的数量应该被进一步增 加。
这里,在如图15的(b)所示的4位形成一个符号的情况下,如 果考虑到无DC条件旨在使"l"和"-l"的数量彼此相等,那么只有两 个组合可用,包括"l"和"-l"的数量为2的组合以及"l"和"-l"的数量 为1并且"0,,的数量为2的另一组合(除了所有都是"0"的情况)。相 反,如果位的数量被进一步提高,那么能够提高用于使"l"和"-l,,的数 量彼此相等的"l"、 "-l"和"O"的组合的数量,并且满足无DC条件的 组合的增加率倾向于进一步提高。
具体地讲,在这种情况下,通过由7位形成三值侧的一个符号, 能够使编码率大于100%。
在按照这种方式由7位形成一个符号的情况下,作为可使"l,,的 数量与"-l,,的数量彼此相等的组合,总共有三个组合可用,包括"1" 和"-l"的数量为1并且"0"的数量为5的组合、"l"和"-l"的数量为2 并且"0"的数量为3的另一组合、"1"和"-1"的数量为3并且"0"的数量 为l的又一组合。这里,7位包括一个"-l"和一个"l"的组合的数量是 7C2=7x6/2/l=21。那么,"l"和"-l"的组合的数量为2C1=2。因此,"1"
38和"-l"的数量为l且"0"的数量为5并且满足无DC条件的组合的数量 为7C2x2Cl=42。
相似地,"l"和"-l"的数量为2且"0"的数量为3并且满足无DC 条件的组合的数量为7C4x4C2= (7x6x5x4/4/3/2/1) x(4x3/2/l)=210, 并且"l"和"-l"的数量为3且"0"的数量为1并且满足无DC条件的组 合的数量为7C6x6C3=7Clx6C3=7x (6x5x4/3/2/1) =140。
由此可知,在由7位形成一个符号的情况下满足无DC条件的组 合的数量为42+210+140=392。这里,在两个值的情况下,由于在由8 位形成一个符号的情况下数据模式的组合的数量为28=256,由 392>256可知,如果由7位形成三值侧的一个符号,那么满足无DC 条件并且此外可使编码率大于100%。具体地讲,如果假定两个值和 8位的数据模式中的各个数据模式被分配到3个值且7位的392个数 据模式中的256个数据模式,那么数据记录容量可提高到8/7倍,同 时实现对DC分量的抑制。
要指出的是,在没釆用无DC条件的情况下,自然显而易见的是 3个值和4位的组合的数量压倒性地变大,并且在这种情况下,可以 实现记录容量的进一步增大。
图16和图17是示出了作为第一实施例的用于实现3值记录/再现 的记录和再现装置的构造的图,图16示出了用于驱动并控制SLM 3 的数据调制和振幅相位控制部40的构造,并且图17示出了用于基于 图像传感器11的输出执行再现信号处理的数据再现部50的构造。
要指出的是,在这些图中,参照图1、图9和图19描述的那些元 件用相同的标号表示,并省略对它们的描迷。
另外,图16以抽选方式仅示出了图1中示出的记录和再现装置 的构造中的SLM3,而省略了其它部件。相似地,图17以抽选方式 仅示出了图1中示出的记录和再现装置的构造中的图像传感器ll,而 省略了其它部件。
首先参照图16,如该图中所示,数据调制和振幅相位控制部40 包括记录调制编码单元41和映射单元42,并且还包括图9中也示出
39的强度调制驱动器23和相位调制驱动器25。
首先,描述数据调制和振幅相位控制部40在记录时的操作。
当记录时,要被记录在全息记录介质10上的记录数据被输入到 记录调制编码单元41中。记录调制编码单元41根据预先确定的用于 记录调制编码的规则将以这种方式输入的记录数据("0"和"1"两个 值)的一个符号转换成"-l"、 "0"和"1"三个值的代码。
尽管未示出,转换表存储在记录调制编码单元41中,在该转换 表中当如图15中的(a)所示的预定位数的二值数据形成一个符号时 会出现的各个数据模式与在如图15中的(b)示出的预定位教的三值 数据的情况下满足无DC条件的各个数据模式相互关联。记录调制编 码单元41对根据转换表输入的用于记录数据的一个符号的数据模式 进行转换。由此,执行二值—三值的记录调制编码。
尽管为了简化而描述了 4位和1个符号的情况,但是实际上假定, 例如,二值侧使用8位或更多位的一个符号,而三值侧使用7位或更 多位的一个符号,从而可以与无DC条件一起来实现记录容量的增加。
如上所述作为记录调制编码单元41执行记录调制编码的结果而 获得的三值代码被连续地提供到映射单元42。
映射单元42将从记录调制编码单元41提供的三值代码映射在一 个全息页上。要指出的是,除了信号光区域A2中处理的代码从"0" 和"l,,变化成三个值"-l"、 "0"和"1"之外,在这种情况下的映射处理与 以上参照图9描述的映射单元22的映射处理相似。具体地讲,在这 种情况下,由于一个符号被确定为预定的位数(在图15的示例中, 为4位),对于包括预定位数的每一个符号,例如,位被排列成块, 并且一个符号的块形式的数据阵列被映射在信号光区域A2中。然后, 与通过这种映射获得的信号光区域A2中的数据模式一起,产生参照 光区域Al具有"0"和"1,,的预定模式并且其它区域均具有"0"的数据 模式。然后,将这些数据模式结合以产生用于SLM3的全部有效像素 的数据模式。
然后,映射单元42根据按照这种方式获得的用于SLM3的全部有效像素的数据模式,控制来自强度调制驱动器23和相位调制驱动 器25的输出电压。具体地讲,关于映射到"O"的每个像素,用于将输 出电压设置为"0"的值的指令被发送到强度调制驱动器23和相位调制 驱动器25。同时,关于映射到"l"的每个像素,用于将输出电压设置 为"l"的值的指令仅被发送到强度调制驱动器23并且用于将输出电压 设置为"O"的值的另一指令被发送到相位调制驱动器25。此外,关于 映射到"-l"的每个像素,用于将输出电压设置为对应于"l,,的值的值的 指令被发送到强度调制驱动器23和相位调制驱动器25。
另外在这种情况下,强度调制驱动器23根据指示的值来驱动强 度调制器3a的相关像素,并且相位调制驱动器25响应于指示的值来 驱动相位调制器3b的相关像素。
因此,由于执行了如上所述的映射单元42的这种控制,在记录 时,其中排列有"-l"、 "0,,和"1"的信号光与参照光一起从SLM 3输出。 即,由此三个值"-l"、 "0"和"1,,可被记录在全息记录介质10上。
要指出的是,尽管这里没有具体地描述参照光区域Al的相位调 制,但是在这种情况下,与以上参照图9描述的情况相似,对参照光 区域Al可执行预先确定的预定模式的相位调制。
随后,描述再现时的操作。
数据调制和振幅相位控制部40在再现时的操作与以上参照图9 描述的数据调制和相位调制控制部20在再现时的操作相似。即,在 再现时,映射单元42产生数据模式,在该数据模式中,参照光区域 Al具有与记录时的;f莫式相似的"0"和"1"的才莫式,间隙区域A3和在 相对于参照光区域Al的外周侧的区域均被设置成"O",并且此外信号 光区域A2的内部被设置成除了"O"之外的预定值。然后,映射单元 42将该数据模式提供给强度调制驱动器23。这里,在这种情况下, 对于将被分配给信号光区域A2的"预定值",也使用预先设置的值, 该值使得相干光的添加值成为大于再现图像的振幅的绝对值的最大 值的值。
然后,与此同时,映射单元42针对参照光区域Al产生与记录时
41的数据模式相似的数据模式作为相位调制模式,并针对信号光区域
A2产生在其整个区域上填充预定值的数据模式.然后,这些数据模 式被结合在一起以产生用于相位调制器3b的全部有效像素的数据并 被提供到相位调制驱动器25。要指出的是,对于要按照这种方式提供 给相位调制驱动器25的"预定值",使用提供"7i/2"相位的"0.5"(在256 灰阶的情况下,为对应于"127"的值)。
通过如上所述的数据调制和振幅相位控制部40的这种操作,在 再现时,具有与再现图像的相位相同的相位且具有大于再现图像的振 幅的绝对值的最大值的强度的相千光被与参照光一起照射到全息记 录介质10上。
随后,描述图17中示出的数据再现部50。
如该图中所示,数据再现部50也包括线性化处理单元31,该线 性化处理单元31进而包括平方根计算块31a和减法块31b,从而能够 如上所述对应于这种相干光添加来执行线性读取。另外,在线性化处 理单元31的后续阶段,设置了上转换单元32、填充因数校正处理单 元33、均衡滤波器34和重采样单元35。
要指出的是,在图17中,针对图像传感器ll的输出图像信号执 行的从线性化处理到重取样的操作与在如上所述的图9的情况相似, 因此,将省略对这些操作的描述。
在这种情况下,重取样单元35指定了每个数据像素的振幅值之 后的处理不同。
首先,数据鉴别单元51接收重取样单元35获得的每个像素的值 (由预定的灰阶表示,例如256灰阶)作为对其的输入,并鉴别每个 数据像素的值是三个值"-l"、 "0"和"1,,中的哪一个。这里,由于在这 种情况下信号光区域A2中的映射例如是以如上所述通过记录调制编 码确定的一个符号为最小单位来执行的,所以数据鉴别单元51也以 一个符号为单位来执行这种"-l"、 "0"和"1"的三值数据鉴别。
如上所述通过数据鉴别单元51获得的对每个符号单位的这种 数据鉴别结果被提供到调制代码解码单元52。
42调制代码解码单元52利用与以上参照图16描述的存储在记录 调制编码单元41中的转换表相似的转换表,根据从如上所述的数据 鉴别单元51提供的每个符号单位的数据鉴别结果(即,"-l"、 "0" 和"l"的三值数据模式视情况而定,也包括全部为"O"的模式), 对"0"和"1"两个值的数据模式进行解码。
由此,再现了"O"和'T,两个值的原始记录数据。
按照这种方式,根据作为第一实施例的三值记录/再现,当记录 调制编码时,"0"和"1"的二值数据的原始数据模式被分配到另外包 括"-l"的三个值的数据模式。因此,能够使编码率大于100%以实现 记录容量的增加。
另外,由于只有"-1"和"1 ,,的数量彼此相等的组合被分配作为三 值数据模式,所以还实现了对DC分量的抑制。此外,由于按照与 二值侧的一个符号由8位或更多位形成的情况的对应关系,三值侧 的一个符号此时由7位或更多位形成,所以可实现记录容量的增加, 同时实现了对DC分量的抑制。
要指出的是,在前面的描述中,尽管描述了与第一实施例的三
值记录/再现中的振幅进行组合的相位为"0"和"7T"的情况,但是作为 将被组合的相位,应该使用相互位移了 3T的两个相位。另外,关于 振幅,相似地应该使用"O,,和除了"O"之外的预定值。至少在使用了 这种振幅和相位的组合的情况下,可实现三值记录。
另外,在第一实施例中,尽管描述了通过对图像传感器ll的输 出执行平方根计算,然后从计算结果中减去与相干光的添加量对应 的值来去除相干光添加的分量的情况,但是除了按照这种方式执行 明确的减法处理的情况之外,还可以例如通过去除DC分量的滤波 处理等处理来去除添加的相干光的分量。 3-2.第二实施例(多值记录/再现)
随后,描述第二实施例。
从上面的描述显而易见,如果使用以上参照图9至图14描述的 线性读取技术,那么也可以将记录在全息记录介质IO上的振幅的信
43息与相位的信息一起再现。如果考虑到可按照这种方式关于振幅和 相位来执行记录/再现,那么可以认为用于全息记录和再现的技术与
其说是用于光盘(如CD (压缩盘)或DVD (数字多功能盘))的 记录和再现技术,不如说是数据通信技术。
基于这一点,第二实施例提出了一种用于全息多值记录/再现的 技术,其中,将诸如通常在数据通信领域中使用的QAM(正交调幅) 或PSK (相移键控)的调制和解调方法应用于全息记录/再现。
这里,为了确认,简短地描述QAM和PSK的调制和解调方法。 QAM也称作正交振幅调制,是一种使用转换后的波的振幅和相位的 调制和解调方法。例如,通过区分振幅的四种状态和相位的四种状 态,能够利用一次传送来发送4x4=16种不同(4位)的信息。
同时,PSK是相移键控,并且是一种利用相位相互位移的多个 波的组合来表示信息的调制和解调方法。例如,4PSK(也称作 QPSK)通过利用包括用作基准的正弦波和相位从该正弦波的相位位 移了例如卯度、180度和270度的波的总共四种波并对这四种波分 配不同的值,可以一次传送四个值(2位)的信息。
这里,在QAM和PSK中,记录数据被划分成两种不同的数据, 包括I (同相)数据和Q (正交)数据,并且I数据和Q数据分别 通过LPF (低通滤波器)以限制其带宽,然后与具有正交相位关系 的相位为0和;r/2的载波相乘,如图18中所示。
参照图18,记录数据首先由调制处理部IOO根据QAM或PSK 进行调制处理,然后被划分成I数据和Q数据,如图中所示。I数 据由LPF 101i进行频带限制,然后通过如图中所示的乘法器102i 与载波相乘。同时,Q数据由LPF101q进行频带限制,然后通过乘 法器102q与所述载波相乘,但该载波的相位已被7r/2移位单元103 改变了 90度。
通过乘法器102分别与彼此具有正交关系的相位为0和tt/2的 载波相乘的I数据和Q数据通过如图中所示的加法器104合并,合 并的结果由BPF (带通滤波器)105进行频带限制,然后被输出到传输线106。
然后,在接收侧,从图中所示的传输线106输入的信号由BPF 107进行频带限制,然后被分支并输入到乘法器108i和另一乘法器 108q。将与在发送侧使用的载波相似的载波提供给乘法器108i,并 且把被如图中所示的tt/2移位单元109将其相位改变了卯度的所述 栽波提供到乘法器108q。
通过乘法器108i与载波(相位O)相乘的信号由LPF110i进行 频带限制,其结果形成I接收信号。同时,通过乘法器108q而与相 位为7t/2的载波相乘的信号由LPF110q进行频带限制,其结果形成 Q接收信号。
尽管未示出,但是对I接收信号和Q接收信号进行取样并进行 数据鉴别,以恢复原始的I数据和Q数据。
图19是示出了在采用根据QAM或PSK的调制和解调方法的 情况下I数据和Q数据的组合的图,并且示出了采用QPSK方法的 情况下的信号点布置图。如上所述,QPSK方法是一种将四个不同 的相位与一个振幅组合从而每次发送四个值的方法,并且在图19 中,示出了在要被组合的四个相位为7t/4、3丌/4、57r/4和77r/4的QPSK 方法的情况下I数据和Q数据的组合作为示例。
首先,在PSK或QAM的调制和解调方法中,才艮据如上所述的 相位具有相互正交关系的两个载波被相乘的关系,信号点布置用具 有I轴(图中的横坐标轴x轴)和与I轴垂直的Q轴(图中的纵 坐标轴y轴)的坐标系表示,如图中所示。在这种情况下,可以 认为I轴表示O度的相位,Q轴表示90度的相位。
在如图中示出的PSK的示例中将tt/4、 3tt/4、 57t/4和7tt/4四个 相位与一个振幅组合的情况下,如图中所示,I数据和Q数据的值 用(l,l)、 (-l,l)、(画l,-l)和(l,曙l)表示。例如,如图中所示,与相位tt/2 组合的信号点用坐标(l,l)表示,即,用I轴上的振幅为"1"且Q轴上 的振幅也为"l"的坐标表示。类似地,根据与相位3;r/4组合的信号 点用另一坐标(-l,l)表示,即,用I轴上的振幅为"-1"且Q轴上的振
45幅为"l"的坐标表示。另外,与相位5;t/4组合的信号点用坐标(-l,-l) 表示,即,用I轴和Q轴上的振幅均为"-l,,的坐标表示,并且与相 位77T/4组合的信号点用另一坐标(1,-1)表示,即,用I轴上的振幅为 "l"且Q轴上的振幅为"-l"的坐标表示。
从组合了各个相位的信号点按照这种方式用I轴上的值和Q轴 上的值来表示的这一事实可知,通过对如图18所示乘以相位具有相 互正交关系的载波而获得的I接收信号和Q接收信号的值进行取样 以执行数据鉴别(简而言之,在这种情况下,在"l"和"-l"之间的鉴 别),接收侧(解调侧)可以获得I数据和Q数据的值。即,这使 得可以指定接收的数据与哪个相位组合并且可以指定接收的数据具 有四个值中的哪一个值。
如上所述,在才艮据PSK或QAM的多值调制和解调方法中,通 过在发送侧将I数据和Q数据乘以相位具有相互正交关系的载波, 然后组合并发送相乘的结果,并且通过在接收侧将接收信号划分成 两个信号,并且按照这种方式将这些信号乘以相位相互正交的载波 以获得I接收信号和Q接收信号,多值调制和解调的方法适用。
为了将其应用于全息记录和再现方法,当记录时,从I数据和 Q数据计算的振幅和相位应该被记录在一起。另一方面,当再现时, 与再现图像的相位差为0和7T/2的相干光束(与参照光的基准相位
的相位差分别为7T/2和7T)应该与参照光一起分别照射两次以执行读
取,并且通过这种读取获得的两个读取信号应该被作为对应于I接 收信号和Q接收信号的信号进行处理,从而解调出I数据和Q数据。 要指出的是,参照光的基准相位指向穿过相位为"O"的ON像素 (即,相位为"0"且振幅为"1"的"+1"的像素)的光的相位。
下面参照图20描述作为第二实施例的这种全息多值记录/再现 的概要。
图20的(a)示出了记录时的操作概要,图20的(b)示出了 再现时的操作概要。
要指出的是,为了简化描述,以应用了与以上参照图19描述的
46面的描述。换言之,包括相位tt/4、 3tt/4、 5tt/4和7tt/4的四个相位 与一个特定的振幅组合以执行四值记录/再现。
参照图20的(a),当记录时,首先在多值调制处理步骤S1, 对记录数据进行多值调制以获得I数据和Q数据。在这种情况下, 由于采用QPSK方法作为多值调制和解调方法,所以利用以上参照 图19描述的由(1,1)、 (-l,l)、 (-l,-l)和(l,-l)表示的四个值,对由"O" 和"l"两个值的组合形成的记录数据进行编码。
例如,如果考虑到由"0"和"1"两个值的记录数据的2位形成一 个符号的情况,那么可得到四个组合"ll"、 "10"、 "01"和"00"。例 如,通过将这四个值单独的分配给不同的四个记录数据模式,2位 的记录数据可用l位表示。换言之,编码率为200%。
这里,作为示例,假定坐标(l,l)被分配给记录数据的数据模式 "11"并且坐标(-1,1)被分配给"10"。另外,假定坐标(-l,-l)被分配给 "01"并且坐标(1,-1)被分配给"00"。
从参照图19所给出的上述描述可知,每个坐标值表示I轴上的 值和Q轴上的值,因此表示I数据和Q数据的值。换言之,执行如 上所述的分配对应于以如图中所述的方式获得I数据和Q数据。
在随后的振幅和相位分配步骤S2,从在多值调制处理步骤Sl 获得的I数据和Q数据的值执行要记录在全息记录介质上的振幅和 相位的分配。由于坐标(l,l),即,1数据="1"和Q数据-"l"的组合, 是预定振幅(W )和相位tt/4的组合,对于根据(l,l)的代码,所述 预定振幅和相位7T/4被分配。相似地,对于I数据="-1"且0数据="1" 的组合(坐标(-l,l)),预定振幅和相位37i/4被分配,并且对于I数 据="-1"且q数据="-1"的组合(坐标(-l,-l)),预定振幅和相位5tt/4 被分配。另夕卜,对于1数据="l"且Q数据-"-l"的组合(坐标(l, -1)), 预定振幅和相位7;r/4 ,皮分配。
然后,在强度和相位调制步骤S3,对入射光执行振幅和相位转 换,从而可记录按照在振幅和相位分配步骤S2所描述的方式分配的振幅和相位的信息,并且将得到的光照射在全息记录介质上。通过
刚描述的这种强度和相位调制步骤S3,图19示出的由四个坐标表 示的四个值可作为振幅和相位的组合被记录在全息记录介质上。 现在,描述图20中的(b)中示出的再现时的操作的概要。 首先,在再现时,在这种情况下,相干光也与参照光一起被照 射在全息记录介质上,从而可以执行用以读取记录的相位信息的线 性读取。然后,照射与再现图像的相位的相位差为O(即,相同相 位)和7t/2的两种不同的相干光束,从而在这种情况下,以如上所 述的方式获得与乘以相位相互正交的载波的状态对应的状态,从而 执行两次读取。
具体地讲,如图中的步骤S4-l和步骤S4-2所示,参照光和相 干光的照射被照射两次。如上所述,为了使相干光具有与通过照射 参照光而获得的再现图像的相位相同的相位,需要在参照光的相位 和相干光的相位之间提供tt/2的相位差。因此,对参照光提供与记 录时的模式相同的相位模式(即,参照光的基准相位为"O"),在第 一次照射时,相干光的相位被设置成7T/2。因此,可使相干光的相位 与再现图像的相位相同。然后,在第二次照射时,将相干光的相位 设置成7T,从而相千光的相位从再现图像的相位移位了 tt/2。
在这种情况下要指出的是,为了能够执行线性读取,需要满足 如下条件相干光的添加量(光强度)至少大于再现图像的振幅的 绝对值的最大值。
由于在步骤S4-l和S4-2在全息记录介质上执行了两次照射, 所以在读取步骤S5,每一个全息页获得两个读取信号。
然后,在多值解调处理步骤S6,基于按照这种方式在读取步骤 S5获得的两个读取信号,执行下文所述的第二实施例的多值解调处 理,以再现I数据和Q数据。
这里,如参照图20所述,在全息记录/再现方法的情况下,由 于再现侧利用改变的相干光的相位执行两次读取,所以和通信的情 况一样在解调侧获得对应于具有正交关系的相位的载波被组合的状
48态的两个信号。
然而,这不能证明,在全息记录和再现的情况下,多值解调处 理也能与通信的情况相似地执行。在下面,验证是否可以利用如以
上参照图20描述的两次读取技术来进行多值解调。
图21至图23示出了用于验证基于如上所述的第二实施例的两 次读取技术的多值解调是否适用的图。
在这些图中,与图19相似,I轴和Q轴用作基准轴,记录在全 息记录介质上的信号的在I轴上的振幅和在Q轴上的振幅用坐标(x, y)表示。另外,作为通过如上所述的用于这两次读取的相干光的两 次照射添加到再现图像的振幅,由相位差为0的相干光添加的振幅 (在图中添加的I轴上的振幅)用a表示,由相位差为tt/2的相干光 添加的振幅(在图中添加的Q轴上的振幅)用b表示(需要指出, 图23中未示出b)。另外,当添加相位差为O的相干光时的图像传 感器的输出的平方根(在I轴上添加的传感器输出的平方根)用c 表示,并且当添加相位差为tt/2的相干光时的图像传感器的输出的 平方根(在Q轴上添加的传感器输出的平方根)用d表示。 首先,在图21中,其中 (x, y) : I轴和Q轴上的记录信号的振幅 a:添加的I轴上的振幅 b:添加的Q轴上的振幅 c: I轴上添加的传感器输出的平方根 d: Q轴上添加的传感器输出的平方根 如上所述,下面的[式1]和[式2]的关系成立。 [表达式1]
(x+a)2+y2=c2 …式1
x2+(y+b)2=d2 …式2
这里,在[式1]和[式2中,a和b的值是相干光的添加量的值, 并且是可预先确定的值。换言之,a和b的值可为已知值。
同时,可从通过相位分别为0和tt/2的相干光添加而读取的信
49号来计算c和d的值,并且c和d的值可为已知值。
如果按照这种方式已知a、 b、 c和d的值,那么可以知道,记 录信号的值(x, y)表示圆心在(-a, 0)的圆和圆心在(0, -b)的 圆的交点。
然而,在如图中所示两个圆彼此在两点相交的情况下,除了真 解(x, y)之外,还具有假解(X, Y),并且真解(x, y)不是唯 一确定的。换言之,即使利用已知值a、 b、 c和d来执行解调处理, 也不能适当地执行多值解调。
要指出的是,在将真解和假解互相比较的情况下,如果判定获 得真解使得真解总是满足特定条件,那么确定的两个解中的满足所 述条件的一个解可被确定为真解。例如,如果满足如图中所示总是 在比假解(X, Y)更靠近原点的位置处获得真解(x, y)这一条件, 那么可通过选择两个确定的解中更靠近原点的一个解来获得真解。
另外,在本实施例的情况下,由于假定的是线性读取,所以与 相干光的添加量对应的a和b的值并不是任意的,而是至少适用于 "它们大于再现图像的振幅的绝对值的最大值"这一条件。具体地讲, 该条件为
对于a的值,"a> I x I "(在下文中称作"x+aX)") 对于b的值,"b> I y I "(在下文中称作"y+bX)") 考虑到上述这两点,已经验证无论如何,如果满足条件"x+aX)"
且"y+bX)",则获得的两个解中的更靠近原点的解是真解(x, y)。
图22表示了验证的结果。
如果按照图22所示的方式设置x<0且y<0的条件,那么可能会
出现如下情况即使上述的"x+a^,,且和"y+bX)"的条件适用,假解 (X, Y )也比真解(x, y )更靠近原点。因此,如果仅应用条件"x+a〉0"
且"y+bX)",那么解未被唯一地确定。
因此,当改变针对添加量a和b的条件来执行试验计算时,发
现如果添加量a和b的值大于x和y的绝对值的最大值的两倍,那
么解被唯一地确定。参照图23对此进行描述。
要指出的是,在图23中,由于在两次读取时不需要特别地改变 相干光的添加量,所以添加量a和b可被看作图中所示的添加量a。 简而言之,这种情况下的解被表示为圆心在(-a, 0)的圆和圆心在 (0, -a)的圆的交点,如图中所示。
另外,根据图22,由于对于条件xO且y《出现反例,所以在 这种情况下,设置xO且yO的条件。
首先,当两个圆彼此相切时,自然只有一个解。具体地讲,仅 获得真解(x, y)。在按照这种方式两个圆彼此相切的情况下,切 点位于图中所示的直线x十y--a (称作直线L)上。
这里,位于直线上的与原点之间的距离最小的点是坐标为(-a/2, -a/2)的点,并且从该点到原点的距离Dl为a/2xVI至a/W。
这时,如果令从原点到(x, y)的距离D2等于x2+y2,那么如 果距离D2小于距离Dl的值的平方(a2/2),那么真解(x, y)必 定位于直线的右上侧。同时,可以保证假解(X, Y)必定位于直线 的左下侧。
由此可知,如果x2+y2〈a2/2,即,如果2 (x2+y2) Sa2,那么在 获得两个解的情况下,可以保证真解(x, y)必定更靠近原点。
这时,当x和y的绝对值为它们的最大值时,自然2(x、y2) 表现出最大值。如果假定x和y的绝对值均为MAX,那么2(x2+y2) 的值为2MAX2+2MAX2=4MAX2,因此,2 ( x2+y2) ^a2可被表示为 4MAX、a2,即,2MAX^a。
由此可知,在2MAX^a的情况下,即,在添加量a大于x和y 的绝对值的最大值MAX的两倍的情况下,可以保证真解(x, y) 必定更靠近原点,从而真解可被唯一地确定。换言之,通过添加大 于x和y的绝对值的最大值MAX的两倍的添加量a (即,强度a ) 的相干光来执行读取,可适当地执行多值解调。
要指出的是,在这种情况下,如果添加量a被试验性地设置成 a=2MAX,那么真解(x, y)在由图中的点划线正方形包围的-a/2^x、
51y^a/2的范围内。
从上述验证可以确认,如果设置将添加量a (或b )设置成大于 x和y的绝对值的最大值的两倍的值的条件,那么在使用添加量a (b)的值和两次读取获得的两个传感器输出c和d的值来求解式 1I和[式21的情况下,解也可被唯一地确定。
因此,在下面,描述利用如上所述的这些值a (b) 、 c和d来 确定真解的实际计算处理(即,解调I数据和Q数据的处理)。
首先,分别由下面的[式3
和[式4给出上述的[式1I和[式2的解。
2A=a2-b2-c2+d2 …式5
B=a2xd2+b2xc2-a2xb2-A2 …式6
为了确定解(x, y),可以使用已知的值a、 b、 c和d来求解[式 3和[式4。具体地讲,为了计算[式3和[式4]中使用的A和B,首 先将值a、 b、 c和d代入以上给出的[式51和[式6。然后,将由此 获得的A和B分别代入[式3和[式4来求解[式3和[式4,从而计 算出解。
这时,在获得两个解的情况下,两个解中的更靠近原点的一个 解被选择为真解(x, y)。
通过利用上面给出的[式3至[式6和相干光的添加量a和b的 值、通过相位0的相干光添加而获得的传感器输出的平方根c、通过 相位71/2的相干光添加而获得的传感器输出的平方跟d来进行计算, 可以获得记录信号的I轴上的振幅x和Q轴上的振幅y的信息.换 言之,可以藉此来解调出I数据和Q数据。
如果按照这种方式来解调I数据和Q数据,那么根据I数据和
52Q数据的组合的二值数据的組合(例如,在这种情况下为"ll"、 "10"、 "01"和"00"中的一个)应该根据编码规则进行选择。具体地讲,例 如,在使用上述示例的情况下,如果I数据和Q数据的组合是(l,l), 那么选择"ll";如果该组合是(-l,l),那么选择"10,,;如果该组合是 (画l,-l),那么选择"01,,;如果该组合是(l,-l),那么选择"00"。可按 照这种方式执行从四值代码到二值代码的解码。
现在,描述用于实现作为上述第二实施例的全息多值记录/再现 技术的装置构造。
首先,图24仅示出了从用于实现作为第二实施例的全息多值记 录/再现的记录和再现装置的构造中抽选的SLM 3以及数据调制和 振幅相位控制部60的构造。要指出的是,在这种情况下,全息记录 和再现装置的光学系统的构造与以上参照图1描述的装置的构造相 似。另外在这种情况下,上述的那些元件用相同的标号表示并省略 对它们的描述。
首先,在这种情况下的SLM3中,与以上参照图9描述的相似, 强度调制器3a和相位调制器3b—体地形成。另外,在记录和再现 装置中,数据调制和振幅相位控制部60被设置为用于驱动和控制强 度调制器3a和相位调制器3b的元件。
如图中所示,在数据调制和振幅相位控制部60中,与记录调制 编码单元61和映射单元62 —起设置了在图9和16中也示出的强度 调制驱动器23和相位调制驱动器25。
首先,在记录时,记录数据被输入到数据调制和振幅相位控制 部60中。记录调制编码单元61对按这种方式输入的记录数据执行 多值调制编码,以将根据"0"和"1"两个值的记录数据调制成根据多 值的记录编码。具体地讲,在这种情况下,执行与QPSK对应的四 值编码将记录数据调制成根据i数据和Q数据的组合的代码(四值
代码)。要指出的是,由于在上文中描述了将二值数据调制成根据 I数据和Q数据的组合的代码的示例,这里将省略重复描述。
映射单元62接收通过记录调制编码单元61的调制编码获得的
53四值代码作为对其的输入,并执行映射从而可获得记录时的信号光 和参照光。
简而言之,关于信号光区域A2,输入的四值代码被映射以确定 各代码将被布置到的数据像素的位置。另外,关于分配位置已被确 定的每个代码,执行根据其值的振幅和相位的分配。具体地讲,根 据前面的描述,当I数据和Q数据的组合为(l,l)时,预定振幅(例 如,在这种情况下为W)和相位tt/4被分配。同时,对于(-l,l),预 定振幅和相位3tt/4被分配,并且对于(-l,-l),预定振幅和相位5Ti/4 被分配。另外,对于(l,-l),预定振幅和相位77t/4被分配。通过这种 分配,针对信号光区域A2中的每个像素确定将被记录的振幅和相位 的值。
与此同时,映射单元62产生数据模式,其中,预定的数据模式 仅被应用于参照光区域Al中并且除了 "0"之外的任何模式被应用到 信号光区域A2外的区域的其它部分。另外,将刚描述的信号光区域 A2外的数据模式和通过如上所述的振幅分配获得的信号光区域A2 内的数据模式结合在一起,以产生用于SLM3 (强度调制器3a)的 全部有效像素的数据模式。
关于相位,类似地通过产生其中仅对信号光区域A2外的参照光 区域A1设置预定模式并且针对信号光区域A2外的全部其它部分设 置相位"O"这种数据模式并将该数据模式与通过如上所述的相位分 配获得的信号光区域A2内的数据模式结合,来产生用于SLM3(相 位调制器3b)的全部有效像素的数据模式。
另外,映射单元62基于按照这种方式产生的振幅侧和相位侧的 数据模式,通过强度调制驱动器23和相位调制驱动器25来控制每 个像素的输出电压。在这种情况下,强度调制驱动器23利用基于映 射单元62的控制(指令值)的驱动电压值来驱动强度调制器3a的 相关像素,并且相位调制驱动器25利用基于映射单元62的控制(指 令值)的驱动电压值来驱动相位调制器3b的相关像素。
要指出的是,在这种情况下,相位需要调制到如上所述的7tt/4。
54响应于此,在这种情况下相位调制器3b内部的液晶元件的厚度d被 设置成使得相位可在0到7tt/4的范围内进行调制。
在执行数据调制和振幅相位控制部60在记录时的这种操作的 情况下,从SLM 3针对每个像素输出参照光以及被提供了作为四值 代码的振幅和相位的组合的信号光。即,由此,^l据振幅和相位的 组合的多值代码被记录在全息记录介质11上。
然后,在这种情况下,在执行如上所述的记录调制编码单元61 的调制编码的情况下,通过对每个像素记录的振幅和相位的组合, 可针对多个位来记录记录数据。简而言之,由此实现了记录容量的 增加。例如,在该实例中的QPSK的情况下,通过对每个〗象素记录 的振幅和相位的组合可以记录2位的记录数据,结果,可将记录容 量提高到两倍。
现在,描述再现时的操作。
参照图24,在再现时的数据调制和振幅相位控制部60中,通 过映射单元62执行借助上述的相干光添加来执行两次读取操作的 振幅和相位控制。
具体地讲,关于再现时的振幅控制,映射单元62产生一数据模 式,其中,与记录时相似的"0"和"1"的模式被应用于参照光区域Al, "0"被应用于间隙区域A3和相对于参照光区域Al的外周侧的区域, 此外除"O"之外的预定值被设置到信号光区域A2的内部。然后,映 射单元62基于这个数据模式来控制强度调制驱动器23的输出电压。
这里,在这种情况下,要被分配到信号光区域A2的"预定值" 被设置成满足上面给出的条件aSMAX的值。即,"预定值"被设置 成这样的值该值根据如上所述的在记录调制时要被组合的振幅和 相位的值进行确定,并且该值大于要被记录的信号的I轴上的振幅 (x)和Q轴上的振幅(y)的绝对值的最大值中较大一个的值的两 倍。要指出的是,在该实例中的QPSK的情况下,要被记录的信号 的I轴上的振幅(x)和Q轴上的振幅(y)的绝对值的最大值均为"l" 并且相等,因此,应该满足a^2x、 2y。对于映射单元62,预先设置满足如上所述的条件的添加量a (=b)的值,并且以这种方式设置的添加量a的值被分配作为如上 所述的"预定值"。
另外,在这种情况下,在执行两次读取时,相干光输出相等的 强度。因此,在映射单元62进行第二次读取时的振幅控制中,执行 与上述相似的控制。
另外,与如上所述的关于振幅的控制一起,映射单元62执行将 预定的相位调制应用于参照光区域Al和信号光区域A2的处理。
在这种情况下,在参照光的相位被调制成与以上参照图20的 (b)描述的记录时的相位相同的相位之后,在第一次读取时,信号 光的相位被调制成"0",而在第二次读取时,信号光的相位被调制成
"7l/2"。
由此,首先作为第一次控制,映射单元62产生用于使参照光区 域Al的整个区域中的相位与记录时的相位相同的数据模式,并且产 生信号光区域A2的整个区域被对应于"7t/2"的值填充的数据模式。 然后,将这些数据模式结合在一起,以产生用于相位调制器3b的全 部有效像素的数据模式,并且根据该数据模式控制相位调制驱动器 25的输出电压。
另外,作为第二次控制,产生针对参照光区域A1保持与上述的
记录时的模式相同的模式并且信号光区域A2用对应于相位"7T"的值
进行填充的数据模式。然后,将这些数据模式结合在一起,以产生 用于相位调制器3b的全部有效像素的数据模式,并且根据该数据模 式控制相位调制驱动器25的输出电压。
通过如上所述的映射单元62的再现时的控制,针对记录在全息 记录介质IO上的一个全息页,获得添加了两个相干光束的两个不同 的读取信号,其中这两个相干光束的相位具有相差;r/2的关系(即, 相位相互正交的关系)。
在这种情况下,通过如上所述的振幅控制,要被添加的相干光 的强度可满足如下条件所述强度大于要被记录的信号的I轴上的振幅和Q轴上的振幅的绝对值的最大值之一的两倍。
图25示出了用于基于按照上述方式获得的两个不同的读取信 号来执行数据再现的数据再现部70的构造。要指出的是,在图25 中,以上描述过的元件用相同的标号表示,并省略对它们的描述。
另外,为了简化描述,假定图像传感器ll被构造成从其一个像 素检测SLM 3的一个数据像素的值,并且不执行以上参照图17描 述的超取样或上转换处理。另外,在这种情况下,描述了下面的情 况假定SLM 3侧的像素和图像传感器11侧的像素严格地符合彼 此——对应的关系,并且省略上述的定位处理(重取样处理)。
如该图中所示,数据再现部70包括平方根计算块31a、解调处 理单元71、存储器72和调制代码解码单元73。
尽管图25示出了图1中示出的图像传感器11,但是从该实例 中的图像传感器ll中,通过以上参照图24描述的数据调制和振幅 相位控制部60在再现时的操作,从一个全息页获得如上所述的两个 不同的读取信号。
在数据再现部70中,从图像传感器11针对一个全息页获得的 两个不同的读取信号被输入到平方根计算块31a。平方根计算块31a
计算作为这两个不同的读取信号的图像信号的值中的每个的平方 根。藉此,对于每个像素(对于每个数据像素),获得如上所述的 作为"I轴添加的传感器输出的平方根c,,和"Q轴添加的传感器输出 的平方根d"的值。
解调处理单元71按照如图中所示的方式,根据从平方根计算块 31a获得的I轴添加的传感器输出的平方根c和Q轴添加的传感器 输出的平方根d的值以及存储在存储器72中的添加量信息a和b的 值,来解调记录的信号。
要指出的是,尽管为了便于描述,示出了存储在存储器72中的 添加量信息量是包括添加量a (添加相位为0的相干光时)和添加 量b(添加相位为?r/2的相干光时)的两种信息,如上所述,由于对 于第一次和第二次照射操作,在这种情况下相干光的强度被设置成
57相等的强度,所以a-b。因此,存储在存储器72中的添加量信息不 必为两个值,而可以仅为一个值。例如,可仅存储添加量a,并且 在后面的计算处理中可以按a=b来处理a和b。
这里,参照图26的流程图描述利用a、 b、 c和d的值解调I数 据和Q数据的解调处理单元71执行的处理过程。
参照图26,在步骤S101中传感器输出平方根c的第一次获取 和在步骤S102中传感器输出平方根的第二次获取对应于输入按照 上述方式从平方根计算块31a获得的I轴添加的传感器输出的平方 根c和Q轴添加的传感器输出的平方根d的值。
然后,在随后的步骤S103,从存储器72读取添加量a的值和 添加量b的值。在如上所述仅一个值(例如,添加量a)被存储在 存储器72的情况下,可读取该值,并且将该值作为添加量a和添加 量b的值进行处理。
然后,在随后的步骤S104,根据a、 b、 c和d的值以及[式5
和[式6来计算A和B的值。换言之,将a、 b、 c和d代入以上给 出的[式5和[式6],以确定A和B的值。
另外,在随后的步骤S105, A和B的值被用于计算[式3和[式 4]的解。具体地讲,将在步骤S104确定的A和B的值以及a、 b、 c 和d的值代入[式3]和[式4],以确定x和y的解。
之后,在步骤S106,解中的更靠近原点的一个解被确定为真解 (x, y)。换言之,在步骤S105确定了两个值的情况下,选择解中 的更靠近原点的一个解作为真解(x, y)。
参照图25,通过如上所述的过程,解调处理单元71对每个l象 素执行确定解(x, y)的处理。这样,针对记录在一个全息页中的 每个像素中的每个信号解调I数据(x)和Q数据(y),并且将解 调结果提供给调制代码解码单元73。
调制代码解码单元73将从解调处理单元71提供的I数据和Q 数据的组合(即,多值代码)解码成二值代码。即,调制代码解码 单元73根据预先确定的调制解码规则,选择与提供到其的I数据和
58Q数据的组合对应的二值数据的组合并输出所选择的组合。例如, 在前面的示例的情况下,关于I数据和Q数据的组合为(l,l)的像 素,"ll"被选择并输出;关于組合为(-l,l)的像素,"10"被选择并 输出;关于组合为(-l,-l)的像素,"01"被选择并输出;关于组合 为(l,-l)的像素,"00"被选择并输出。
当按照这种方式执行多值代码到二值代码的转换时,再现了记 录数据,
要指出的是,可以以下面的方式来执行这种情况下的解码处理, 即,预先存储表示多值代码和二值代码之间的对应关系的转换表并 根据该表来选择对应的二值代码。
通过如上所述的记录和再现装置的构造,可以实现如上所述的 第二实施例的全息多值记录/再现。
要指出的是,在前面的描述中,尽管由于描述了 QPSK被应用 作为多值调制和解调方法的情况而使记录容量增大到两倍,但是例 如,如果应用8PSK方法作为利用相同PSK的多值调制和解调方法, 那么记录容量可增大到三倍。或者,可使用不仅应用PSK方法而且 还应用QAM方法的技术。在这种情况下,多值代码不是用单个振 幅与相位的組合表示,而是用多个振幅与相位的组合表示。例如,
况下,与在QPSK的情况相似,记录容量可被增大到两倍。或者, 如果应用16QAM来组合四个振幅和四个相位,那么记录容量可4皮 增大至四倍。
通过按照这种方式增大将被组合的振幅和相位的数量,每一位 (每一个像素)可表示的值的数量也同样增大,由此可以实现记录 容量的进一步增大。
要指出的是,在在QAM中不仅使用多个相位而且使用多个振 幅的情况下,如果解调处理(用于确定解(x, y)的处理)本身使 用了与上述技术相似的技术,那么可类似地获得I数据和Q数据, 然后,通过根据记录调制编码规则从I数据和Q数据的组合中选择
59在这种情况下对应的二值数据模式,可以将记录的多值代码适当地 解码成二值代码。
另外,在第二实施例的描述中,尽管为了便于描述省略了用于 定位的配置的描述,如用于超取样、上转换处理和重取样处理的配 置,但是在采用了第二实施例的多值记录/再现技术的情况下,可与 在以上描述的第一实施例中类似地组合用于定位的配置。例如,可
以组合传统上公知的技术,其中,将sync模式插入在记录数据中, 并根据sync模式的位置检测结果在再现侧执行定位。要指出的是, 作为要与本实施例的记录/再现技术组合的用于定位的技术,不仅可 以组合sync模式被插入的这种技术,而且还可以组合一些其它技术。 3-3.第二实施例的变型例
这里,根据前面的描述,在第二实施例的情况下,为了能够以 在根据[式3和[式4]获得的两个解之间唯一地确定真解的方式来正 确地执行多值解调,需要满足作为添加量a (b)的条件的条件 a^2MAX。
然而,这是在假定始终使用任意振幅和任意相位的组合来执行 多值编码的情况下的条件,但是例如在要被组合的相位被限制为0, tt/2、 7t和3tt/2 (换言之,0度、卯度、180度和270度)的情况下, 添加量a的条件不必为a^2MAX,而是可以原样地使用允许线性读 取的如下条件添加量a"大于再现图像的振幅的最大值的绝对值,, (换言之, a>x、 y)。
下面参照图27进行描述。
在图27中,在图27的(a)和图27的(b)中,均用黑点表示
信号点布置,其中,以I轴和Q轴为基准将相位O, 7t/2、 7T和37t/2
与一个特定振幅组合。然后,在图27的(a)中,用箭头标记和黑 方块标记表示在添加了相位为0的振幅a的情况下(即,添加了相 位为0且添加量为a的相干光的情况下)每个信号点变化的方式。 同时,在图27的(b)中,相似地用箭头标记和黑方块标记表示在 添加了相位为7t/2的振幅b的情况下(即,添加了相位为tt/2且添加量为b的相干光的情况下)每个信号点变化的方式。要指出的是,
在这种情况下,也假定a-b。
这里,参照图27的(a)和(b)可知,当相位O或相位tt与特 定振幅组合时,Q轴上的信号点的值为O。换言之,y=0。由此,以 上给出的[式1变为[x+a、c2,并且由此可知,如果x+a^;0,那么 x=c-a。通过将其代入[式2],获得
△x=(c-a)2+b2-d2 …式7
另一方面,当相位7l/2或相位37T/2被组合时,由于I轴上的信
号点的坐标变为0 (x=0),所以[式2变成(y+b) 2=d2。由此,如 果y+b^),那么y-d-b。通过将其代入[式l,获得
△y= (d-b)2+a2-c2 …[式8]
因此,在计算两次读取后的Ax和Ay的情况下,
:i口果I Ax I < I Ay I ,另,么x=c-a, y=0,但是
如果I Ax I ^ I Ay I ,那么x=0, y=d-b 并且解(x, y)由此可被唯一地确定。
这里,如果尝试实现作为如上所述的第二实施例的变型例的技 术,那么在记录时,图24中示出的映射单元62不使用除了 0, tt/2、 7t和3tt/2之外的任何其它相位作为与振幅组合的相位。具体地讲, 例如,在四个相位与一个特定振幅组合来执行四值记录的情况下,
四值代码通过组合四个相位O, 7T/2、 7T和37T/2与所述振幅来表示。
另外,在这种情况下,当再现时,映射单元62不必将满足以上 给出的a^2MAX的值设置成将被分配到信号光区域A2内部的值, 但是可以分配至少满足a>x、 y的值(即,该值^皮设置成大于再现图 像的振幅的绝对值的最大值)。
此外,为了确认,描述作为如上所述的第二实施例的变型例的 用于实现解调处理的以上参照图25描述的解调处理单元71的操作。 在这种情况下,首先获取在通过干涉光添加进行的两次读取操作时 由平方根计算块31a计算的I轴添加的传感器输出的平方根c和Q 轴添加的传感器输出的平方根d的值。然后,在这种情况下,使用
61c和d的值以及从存储器72读取的a和b的值,分别根据以上给出 的[式7和[式S]来计算Ax和Ay。
然后,如果I Ax I < I Ay I ,那么计算x-c-a,然后将计算结果 和y-0结合在一起来确定解(x,y)。另一方面,如果I Ax I ^ I Ay I , 那么计算y-d-b,然后将计算结果与x-O结合在一起来确定解(x,y)。
按照这种方式,对于第二实施例的变型例,通过采用组合的相
位被限制为O, 71/2、 7t和3tt/2的多值记录,可以使相干光的添加量 条件等同于允许线性读取的条件。 5.变型例
尽管以上描述了本发明的实施例,但是本发明不应该限于上面 描述的实施例。
例如,在前面的描述中,尽管描述了本发明应用于可以执行记 录和再现的记录和再现装置的情况,但是本发明也适用于仅能执行 记录的专用于记录的装置(记录装置)或仅能执行再现的专用于再 现的装置(再现装置)。
为了确认进行描述,在记录装置基于第一实施例的记录和再现 装置的情况下,通过执行三值记录使得提供的记录装置能够实现数 据记录容量的增加。
另 一方面,在记录装置基于第二实施例的记录和再现装置的情 况下,通过记录利用PSK或QAM方法的调制编码而获得的多值代 码使得提供的记录装置可以实现数据记录容量的增加。另外,在再 现装置基于第二实施例的记录和再现装置的情况下,提供的再现装 置能够适当地再现在PSK或QAM方式的调制编码过程中执行多值 记录而记录在全息记录介质上的数据。
另外,尽管实施例指出了记录和再现装置与具有反射膜的反射 型全息记录介质10兼容的情况,但是本发明也可适当应用于记录和 再现装置与不包括反射膜的透射型全息记录介质兼容的情况。
在这种情况下,在再现系统中,可以省略光束分束器4,其中,
62光束分束器4用于引入响应于向图像传感器侧照射参照光而获得的 衍射光作为反射光。代替地,在这种情况下,由于响应于参照光的 照射获得的衍射光透射穿过全息记录介质本身,所以再现系统应该 被构造为在全息记录介质的从激光出射点侧观看的相对侧设置另外 的物镜(会聚透镜),从而作为透射光的衍射光通过会聚透镜被引 入图像传感器侧。
为了确认进行描述,在刚描述的透射型的情况下,全息记录和 再现的基本操作本身与反射型的情况相似,在记录时,参照光和信 号光一起照射以将数据以参照光和信号光的干涉条紋的形式记录在 全息记录介质上。然后,当再现时,参照光和相干光被照射在全息 记录介质上,然后通过图像传感器检测从全息记录介质获得的衍射 光(再现图像)和相干光,以类似地再现数据。
另外,在前面的描述中,尽管描述了本发明应用于采用同轴方 法的情况的情况,在同轴方法中参照光和信号光被设置在同 一轴上 并被照射在全息记录介质上,但是本发明还适用于采用所谓的双角 度光通量方法(two-light flux method )的情况,其中,信号光和参 照光以不同的角度照射。
此外,在前面的描述中,尽管描述了强度调制器和相位调制器 一体地形成的情况,其中,强度调制器用于执行空间光强度调制以 产生信号光和参照光,相位调制器用于对信号光和参照光执行空间 光相位调制,但是也可以采用不同的构造,即,强度调制器和相位 调制器彼此单独地形成并设置在光学系统中的不同位置处。
然而,即使在按照上述方式将强度调制器和相位调制器形成为 单独构件的情况下,它们的像素也需要按照彼此——对应的关系严 格地对应。换言之,在按照上述方式将强度调制器和相位调制器形 成为单独构件的情况下,需要执行对它们的定位以及光学倍率的调 整,从而使强度调制器和相位调制器的像素可按照彼此一一对应的 关系严格地对应。
另外,在前面的描述中,尽管使用能够响应于驱动电压电平而
63可变地执行强度调制的液晶面板作为强度调制器,但是如果假定将
被作为相干光添加的光的强度在第一实施例的情况下为"1.0",那
么仅需要简单地仅控制光的开/关。在这种情况下,也可以使用例如
DMD (数字微镜器件)作为强度调制器。
另外在第二实施例中,例如,在记录时要被组合为多值代码的 振幅为"0"或"l,,并且此外要被添加作为相干光的光的强度为"1.0" 之外的情况下,相似地可以使用DMD作为强度调制器。
另外,强度调制器不仅能够形成为在实施例中使用的透射型液 晶面板,也可以形成为反射型液晶面板。
另外,在前面的描述中,尽管描述了使用透射型的液晶面板作 为相位调制器的情况,但是也可以使用任何其它元件,只要该元件 能够响应于每个像素的驱动电压电平以像素为单位可变地调制相位 即可。
权利要求
1、一种用于在全息记录介质上执行记录的记录装置,在所述全息记录介质上数据被记录为参照光和信号光的干涉条纹,所述记录装置包括空间光强度调制装置,用于以像素为单位执行空间光强度调制;空间光相位调制装置,用于以像素为单位执行空间光相位调制;光学系统,用于将从光源发射的光通过所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置引导到全息记录介质;转换装置,用于将由两种不同值的组合形成的输入数据列转换成由三种或更多种不同值的组合形成的另一数据列;和振幅和相位控制装置,用于响应于从所述转换装置获得的数据列中的每个值,控制所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置的每个像素的光强度和相位。
2、 根据权利要求l所述的记录装置,其中,所述转换装置将输入数据列转换成由三种不同值的组合形成的数据列,并且所述振幅和相位控制装置响应于通过所述转换装置获得的数据列的每个值,将所述空间光强度调制装置的每个像素的光强度控制成"O"或"O"以外的预定强度,并将所述空间光相位调制装置的每个像素的相位控制成"O"或"O"以外的预定相位。
3、 根据权利要求2所述的记录装置,其中,当输入数据列被转换成由三种不同值的组合形成的数据列时,所述转换装置执行可使得除了 "O"之外的两种不同值的数量彼此相等的转换。
4、 根据权利要求3所述的记录装置,其中,所述转换装置将输入数据列转换成由三种不同值的组合形成的数据列,其中,输入数据列中的一个符号由至少8位以上形成,并且由三种不同值的组合形成的数据列中的一个符号由7位以上形成。
5、 根据权利要求l所述的记录装置,其中,所述转换装置根据PSK方法或QAM方法执行调制处理以将输入数据列转换成I数据和Q数据的组合;并且所述振幅和相位控制装置进行控制,以使得所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置的每个像素的光强度和相位可为对应于遒过所述转换装置获得的I数据和Q数据的组合的预定光强度和预定相位。
6、 根据权利要求l所述的记录装置,其中,所述振幅和相位控制装置响应于通过所述转换装置获得的数据列的每个值,将所述空间光相位调制装置的每个像素的相位控制成"0"、 ";r/2"、 "7r,,或"37T/2"。
7、 根据权利要求l所述的记录装置,其中,所述记录装置能够再现全息记录介质,并且所述转换装置将输入数据列转换成由三种不同值的组合形成的另一数据列,而所述振幅和相位控制装置在记录时,控制所述空间光强度调制装置,使得在所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置预先限定了用于产生所述参照光的参照光区域和用于产生所述信号光的信号光区域的情况下,至少在所述参照光区域中的光强度可具有预定模式,并且在所述信号光区域中,响应于通过所述三值调制编码装置获得的数据列的每个值来控制所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置的每个像素的光强度和相位,但是在再现时,控制所述空间光强度调制装置,使得当要通过照射所述参照光来获得根据记录在所述全息记录介质上的数据的再现图像时,所述参照光区域中的光强度可具有与记录时使用的所述预定模式相同的模式,并且此外所述信号光区域中的总光强度可为大于所述再现图像的振幅的绝对值的最大值的预定光强度,并且还控制所述空间光相位调制装置使得可在所述参照光区域中的基准相位与所述信号光区域中的相位之间提供tt/2的相位差;所述记录装置还包括图像信号获取装置,用于接收根据记录在所述全息记录介质上的数据的所述再现图像和如下相干光,所述再现图像是通过响应于由所述光学系统将所述振幅和相位控制装置在再现时在所述参照光区域的控制过程中产生的所述参照光以及在所述信号光区域的控制过程中产生的所述预定光强度的相干光引导到所述全息记录介质而获得的,并且图像信号获取装置基于再现图像和所述相干光的接收结果而获得图像信号;平方根计算装置,用于计算形成通过所述图像信号获取装置获得的所述图像信号的每个值的平方根;去除装置,用于根据所述平方根计算装置的平方根计算结果从图像信号中去除所述相干光的分量;像素值获取装置,用于根据通过所述去除装置获得的图像信号来获取记录在所述全息记录介质上的像素值;数据鉴别装置,用于针对通过所述像素值获取装置获得的像素值执行数据鉴别,以获得由所述三种不同值的組合形成的数据列;和解码装置,用于根据所述转换装置的转换规则,将通过所述数据鉴别装置获得的由所述三种不同值的组合形成的数据列解码成由两种不同值的组合形成的另一数据列。
8、 根据权利要求7所述的记录装置,其中,所述去除装置从所述平方根计算结果中减去对应于所述相干光的所述预定光强度的值,以去除所述相干光的分量。
9、 根据权利要求l所述的记录装置,其中,所述记录装置能够再现所述全息记录介质,并且所述转换装置根据PSK方法或Q AM方法执行调制处理以将所述输入数据列转换成I数据和Q数据的组合,而所述振幅和相位控制装置在记录时,控制所述空间光强度调制装置,使得在通过所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置预先限定了用于产生所述参照光的参照光区域和用于产生所述信号光的信号光区域的情况下,至少在所述参照光区域中的光强度可具有预定模式,并且在所述光信号区域中,进行控制使得所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置的每个像素的光强度和相位可以为对应于通过所述转换装置获得的I数据和Q数据的组合的预定光强度和预定相位,但是在再现时,控制所述空间光强度调制装置,使得当要通过照射所述参照光来获得根据记录在所述全息记录介质上的一个全息页的数据的再现图像时,所述参照光区域中的光强度可具有与记录时使用的所述预定模式相同的模式,并且此外在从要被所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置调制的光强度和相位的组合确定的记录信号的I轴上的振幅和Q轴上的振幅的绝对值的最大值中的较大一个被表示为MAX的情况下,所述信号光区域中的总光强度可大于2MAX,并且还控制所述空间光相位调制装置的每个像素的相位,使得分别在两个不同时刻产生两个不同的相干光束从而使它们与所述再现图像的相位差为"0"和"7T/2",其中所述两个不同的相干光束具有通过控制所述信号光区域中的光强度而获得的大于2MAX的光强度;所述记录装置还包括图像信号获取装置,用于接收根据记录在所述全息记录介质上的数据的所述再现图像和如下相干光,所述再现图像响应于通过所述光学系统将所述振幅和相位控制装置在再现时对每一个全息页的控制记录介质而获得两次,且图像信号获取装置基于所述再现图像和^述相干光的接收结果而获得两种不同的图像信号;平方根计算装置,用于计算形成通过所述图像信号获取装置获得的所述两种图像信号的每个值的平方根;多值解调装置,用于利用通过所述平方根计算装置获得的所述两种不同的图像信号的平方根计算结果以及所述相干光的光强度的值来执行预定数学运算,以计算记录在所述全息页的每个像素上的I数据和Q数据的组合;和解码装置,用于根据所述转换装置的转换规则,将由作为所述多值解调装置的计算结果而获得的I数据和Q数据的组合形成的数据解码成由两种不同值的组合形成的数据。
10、 根据权利要求9所述的记录装置,其中,在通过所述平方根计算装置获得的所述两种不同的图像信号的平方根计算结果用c和d表示的情况下,所述多值调制装置计算当所述相干光与所述再现图像的相位差为"O"时所述相干光的光强度的值用a表示时的光强度以及当所述相位差为"7i/2"时所述相干光的光强度的值用b表示时的光强度,记录的I数据的值用x表示,记录的Q数据的值用y表示,并利用表达式1x={-ax(A+b2)±bV^}/ ( a2+b2)…式3y={-bx(A-b2)±a刷/ ( a2+b2) …式4[表达式2]2A=a2-b2-c2+d2 …式5B=a2xd2+b2xc2-a2xb2-A2 …式6来计算x和y以计算记录的I数据和Q数据的组合。
11、 一种用于执行在全息记录介质上的记录和从全息记录介质的再现的记录和再现装置的记录和再现方法,在所述全息记录介质上数据被记录为参照光和信号光的干涉条紋,所述记录和再现装置包括空间光强度调制装置,用于以像素为单位执行空间光强度调制;空间光相位调制装置,用于以像素为单位执行空间光相位调制;和光学系统,用于将从光源发射的光通过所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置引导到所述全息记录介质,所述记录和再现方法包括三值调制编码步骤,将由两种不同值的组合形成的输入数据列转换成由三种不同值的组合形成的另一数据列;振幅和相位控制步骤,在记录时,控制所述空间光强度调制装置,使得在通过所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置预先限定了用于产生所述参照光的参照光区域和用于产生所述信号光的信号光区域的情况下,至少在所述参照光区域中的光强度可具有预定模式,并且在所述光信号区域中,响应于通过所述三值调制编码步骤获得的数据列的每个值来控制所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置的每个像素的光强度和相位,但是在再现时,控制所述空间光强度调制装置,使得当要通过照射所述参照光来获得根据记录在所述全息记录介质上的数据的再现图像时,所述参照光区域中的光强度可具有与记录时使用的所述预定模式相同的模式,并且此外所述信号光区域中的总光强度可为大于所述再现图像的振幅的绝对值的最大值的预定光强度,并且还控制所述空间光相位调制装置使得可在所述参照光区域中的基准相位与所述信号光区域中的相位之间提供tt/2的相位差;图像信号获取步骤,接收根据记录在所述全息记录介质上的数据的所述再现图像和如下相干光,所述再现图像是通过响应于通过所述光学系统将所述振幅和相位控制装置在再现时在所述参照光区域的的所述预定光强度的相干光引导到所述全息记录介质而获得的,并且图像信号获取步骤基于所述再现图像和所述相干光的接收结果而获得图像信号;平方根计算步骤,计算形成通过所述图像信号获取步骤获得的所述图像信号的每个值的平方根;去除步骤,根据通过所述平方根计算步骤的平方根计算结果从图像信号中去除相干光的分量;像素值获取步骤,根据通过所述去除步骤获得的图像信号来获取记录在所述全息记录介质上的像素值;数据鉴别步骤,针对通过所述像素值获取步骤获得的像素值执行数据鉴别,以获得由三种不同值的组合形成的数据列;和解码步骤,根据所述三值调制编码步骤的调制编码规则,将通过所述数据鉴别步骤获得的由所述三种不同值的组合形成的数据列解码成由两种不同值的组合形成的另一数据列。
12、 根据权利要求11的记录和再现方法,其中,在去除步骤,从所迷平方根计算结果中减去对应于所述相干光的所述预定光强度的值,以去除所述相干光的分量。
13、 一种用于执行在全息记录介质上的记录和从全息记录介质的再现的记录和再现装置的记录和再现方法,在所述全息记录介质上数据被记录为参照光和信号光的干涉条紋,所述记录和再现装置包括空间光强度调制装置,用于以像素为单位执行空间光强度调制;空间光相位调制装置,用于以像素为单位执行空间光相位调制;和光学系统,用于将从光源发射的光通过所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置引导到所述全息记录介质,所述记录和再现方法包括多值调制编码步骤,才艮据PSK方法或QAM方法执行调制处理以合;振幅和相位控制步骤,在记录时,控制所述空间光强度调制装置,使得在通过所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置预先限定了用于产生所述参照光的参照光区域和用于产生所述信号光的信号光区域的情况下,至少在所述参照光区域中的光强度可具有预定模式,并且在所述光信号区域中,进行控制使得所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置的每个像素的光强度和相位可以预定光强度和预定相位,但是在再现时,控制所述空间光强度调制装置,使得当要通过照射所述参照光来获得根据记录在所述全息记录介质上的一个全息页的数据的再现图像时,所述参照光区域中的光强度可具有与记录时使用的所述预定模式相同的模式,并且此外在从要被所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置调制的光强度和相位的组合确定的记录信号的I轴上的振幅和Q轴上的振幅的绝对值的最大值中的较大一 个被表示为MAX的情况下,所述信号光区域中的总光强度可大于 2MAX,并且还控制所迷空间光相位调制装置的每个像素的相位,使 得分别在两个不同时刻产生两个不同的相干光束从而使它们与所述 再现图像的相位差为"0"和"7T/2",其中所述两个不同的相干光束具有 通过控制所述信号光区域中的光强度而获得的大于2MAX的光强度;图像信号获取步骤,接收根据记录在所述全息记录介质上的数据 的所述再现图像和如下相干光,所述再现图像响应于通过所述光学系 统将所述振幅和相位控制步骤在再现时对每一个全息页的控制过程 中产生的所述参照光和所述相干光的两个光束引导到所述全息记录 介质而获得两次,并且图像信号获取步骤基于所述再现图像和所述相 千光的接收结果而获得两种不同的图像信号;平方根计算步骤,计算形成通过所述图像信号获取步骤获得的所 述两种图像信号的每个值的平方根;多值解调步骤,利用通过所述平方根计算步骤获得的所述两种不 同的图像信号的平方根计算结果以及所述相干光的光强度的值来执 行预定数学运算,以计算记录在所述全息页的每个像素上的I数据和 Q数据的组合;和解码步骤,根据所述多值调制编码步骤的调制编码规则,将由作 为所述多值解调步骤的计算结果而获得的I数据和Q数据的组合形成 的数据解码成由两种不同值的組合形成的数据。
14、根据权利要求13所述的记录和再现方法,其中,在所述多值调制步骤,在所述平方根计算步骤中获得的两种不同 的图像信号的平方根计算结果用c和d表示、当所述相干光与所述再 现图像的相位差为"O"时的所述相干光的光强度的值用a表示以及当所述相位差为"7t/2"时的所述相干光的光强度的值用b表示、记录的I数据的值用x表示、记录的Q数据的值用y表示的情况下,利用 [表达式1x={-ax(A+b2)±bV^}/ ( a2+b2)…式3y={-bx(A-b2)±aV^}/ ( a2+b2) [表达式2
2A=a2-b2-c2 +d2 B=a2xd2+b2xc2-a2xb2-A2…式4…式5 ".式6来计算x和y的值以计算记录的I数据和Q数据的组合。
15、 一种用于从全息记录介质执行再现的再现装置的再现方法, 在所述全息记录介质上,基于通过#>据PSK方法或QAM方法的调制 处理获得的I数据和Q数据的组合的光强度和相位的信息被记录为参 照光和信号光的相干条紋,所述再现装置包括空间光强度调制装置, 用于以像素为单位执行空间光强度调制;空间光相位调制装置,用于 以像素为单位执行空间光相位调制;和光学系统,用于将从光源发射 的光通过所述空间光强度调制装置和所述空间光相位调制装置引导 到所述全息记录介质,所述再现方法包括振幅和相位控制步骤,控制所述空间光强度调制装置的每个像素 的光强度,使得当要通过照射所述参照光来获得根据记录在所述全息 记录介质上的一个全息页的数据的再现图像时,用于产生所述参照光 的参照光区域中的光强度可具有与记录时使用的模式相同的预定模 式,并且此外在记录在所述全息记录介质上的信号的I轴上的振幅和 Q轴上的振幅的绝对值的最大值中的较大一个被表示为MAX的情况 下,用于产生所述信号光的信号光区域中的总光强度可大于2MAX, 并且还控制所述空间光相位调制装置的每个像素的相位,使得分别在 两个不同时刻产生两个不同的相干光束从而使它们与所述再现图像 的相位差为"0"和"7T/2",其中所述两个不同的相干光束具有通过控制 所述信号光区域中的光强度而获得的大于2MAX的光强度;图像信号获取步骤,接收根据记录在所述全息记录介质上的数据 的所述再现图像和如下相干光,所述再现图像响应于通过所述光学系 统将所述振幅和相位控制步骤在再现时对每一个全息页的控制过程 中产生的所述参照光和所述相干光的两个光束引导到所述全息记录介质而获得两次,并且图像信号获取步骤基于所述再现图像和所述相干光的接收结果而获得两种不同的图像信号;平方根计算步骤,计算形成通过所述图像信号获取步骤获得的所 述两种图像信号的每个值的平方根;多值解调步骤,利用通过所述平方根计算步骤获得的所述两种不 同的图像信号的平方根计算结果以及所述相干光的光强度的值来执 行预定数学运算,以计算记录在所述全息页的每个像素上的I数据和 Q数据的组合;和解码步骤,根据预先确定的调制编码规则,将由作为所述多值解 调步骤的计算结果而获得的I数据和Q数据的组合形成的数据解码成 由两种不同值的组合形成的数据。
16、根据权利要求15的记录和再现方法,其中,在所述多值调制步骤,在所述平方根计算步骤中获得的两种不同 的图像信号的平方根计算结果用c和d表示、当所述相干光与所述再 现图像的相位差为"O"时的所述相干光的光强度的值用a表示以及当所述相位差为"7l/2"时的所述相干光的光强度的值用b表示、记录的I数据的值用x表示、记录的Q数据的值用y表示的情况下,利用表达式1]x={-ax(A+b2)±bV^}/ ( a2+b2)…式3 y={-bx(A-b2)±aV^}/ ( a2+b2) …式4[表达式22A=a2-b2-c2+d2 …式5B=a2xd2+b2xc2-a2xb2-A2 …式6来计算x和y的值以计算记录的I数据和Q数据的组合。
全文摘要
作为全息记录和再现系统,通过允许每个像素的可表现的值从过去的二值变为不小于三值,扩大了数据记录的容量。过去,二值通过两种类型的振幅值“0”和“1”表示,但是通过例如相对于振幅值“0”、“1”组合“0”和“π”的相位值,可以确保表示“0”、“1”和“-1”的三值(振幅“1”×相位“π”)。具体地说,根据预定编码规则将由“0”和“1”组成的二值数据串转换成由“0”、“1”和“-1”组成的三值数据串。值为“0”的像素被分配振幅“0”,值为“1”的像素被分配振幅“1”(相位“0”),值为“-1”的像素被分配振幅“1”和相位“π”,以进行记录。这使得可以扩大数据记录的容量。
文档编号G11B7/0065GK101542611SQ20088000048
公开日2009年9月23日 申请日期2008年3月19日 优先权日2007年5月22日
发明者原雅明 申请人:索尼株式会社

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