专利名称：全息扫描设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于读出在全息媒体中记录的数据页的光学全息设备、用于读出这样的数据页的方法以及用于执行这样的方法的计算机程序。
背景技术：
从H.J.Coufal、D.Psaltis、G.T.Sincerbox(Eds.)的“Holographic data storage(全息数据存储)”，Springer seriesin optical sciences，(2000)中获知能够在全息媒体上记录并从全息媒体中读取的光学设备。图1显示了这样的光学设备。这个光学设备包括辐射源100、准直仪101、第一分束器102、空间光调制器103、第二分束器104、透镜105、第一偏转器107、第一望远镜108、第一反射镜109、半波片110、第二反射镜111、第二偏转器112、第二望远镜113和检测器114。该光学设备用于在全息媒体106中记录数据并从该媒体106中读出数据。
在全息媒体中记录数据页期间，由辐射源100生成的辐射束的一半利用第一分束器102朝向空间光调制器103发送。这部分的辐射束被称为信号光束。由辐射源100生成的辐射束的一半利用第一偏转器107朝向望远镜108偏转。这部分的辐射束被称为参考光束。信号光束通过空间光调制器103在空间进行调制。空间光调制器包括透射区域和吸收区域，这对应于待记录的数据页的0和1数据比特。在信号光束已通过空间光调制器103之后，它携带将被记录在全息媒体106中的信号，即待记录的数据页。信号光束随后利用透镜105被聚焦在全息媒体106上。
参考光束也利用第一望远镜108被聚焦在全息媒体106上。数据页由此作为信号光束和参考光束之间干涉的结果以干涉图(interference pattern)的形式被记录在全息媒体106中。一旦数据页已被记录在全息媒体106中，则在全息媒体106的相同位置上记录另一个数据页。为此，把对应于这个数据页的数据发送给空间光调制器103。第一偏转器107被旋转，以修改参考信号相对于全息媒体106的角度。第一望远镜108用于在旋转的同时把参考光束保持在相同位置上。因而，在全息媒体106的相同位置上利用不同的图案记录干涉图。这被称为角度多路复用(angle multiplexing)。其中记录多个数据页的全息媒体106的相同位置被称作书(book)。
作为选择，可以调谐辐射束的波长，以便在相同的书中记录不同的数据页。这被称作波长多路复用。其它种类的多路复用(比如，移位多路复用)也可以用于在全息媒体106中记录数据页。
在从全息媒体106读出数据页期间，使空间光调制器103完全是吸收性的，以致于没有光束部分能够通过空间光调制器103。除去第一偏转器，使得通过分束器102的辐射源100所生成的光束部分经由第一反射镜109、半波片110和第二反射镜111到达第二偏转器112。如果角度多路复用已用于在全息媒体106中记录数据页，并且给定的数据页将被读出，则第二偏转器112以这样的方式进行安排，使得其相对于全息媒体106的角度与用于记录这个给定全息图的角度相同。被第二偏转器112偏转并利用第二望远镜113被聚焦全息媒体106中的信号因而是用来记录这个给定全息图的参考信号的相位共轭。如果例如波长多路复用已用于在全息媒体106中记录数据页，并且给定数据页将被读出，则相同的波长用于读取这个给定数据页。
参考信号的相位共轭随后利用该信息图进行衍射，这创建了重构信号光束，其随后经由透镜105和第二分束器104达到检测器114。由此成像的数据页在检测器114上被创建，并被检测器114检测。检测器114包括像素或检测器元素，每个检测器元素对应于成像的数据页的比特。这意味着检测器元件的尺寸近似等于成像数据比特的尺寸，以致于在数据比特冲撞(impinge)检测器元件时，检测器元件的输出提供关于所述数据比特的值的信息。其它的全息设备以数据比特冲撞一个以上检测器元件的方式进行设计。
这样的全息设备的缺陷是在全息媒体的数据容量增加时，检测器像素的数量应相应地增加，因为像素数量将至少等于数据页的数据比特的数量。现在，检测器像素的数量受到限制，这是因为这样的检测器的尺寸和成本将随着像素的数量急剧增加。这意味着这样的全息设备不能够读取具有大数据容量的全息媒体。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够读取具有增加数据容量的全息媒体的全息设备。
为此，本发明建议一种光学全息设备，用于读出记录在全息媒体中的数据页，所述设备包括用于根据所述数据页形成成像数据页的装置，所述成像数据页包括在第一方向具有第一尺寸的成像数据比特；用于检测所述成像数据页的装置，所述检测装置包括在所述第一方向具有第二尺寸的检测器元件，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；和位移装置，用于相对于检测装置在第一方向位移成像数据页，以扫描所述成像数据页。
根据本发明，一个以上的成像数据比特冲撞检测器元件。因此，检测装置的检测器元件的数量低于数据页的数据比特的数量。这允许增加数据页的数据比特的数量，而不需要增加用于读出所述数据页的检测装置的检测器元件的数量。利用位移装置扫描成像数据页允许检索数据比特的值，尽管冲撞单个检测器元件的成像数据比特的数量大于1。
有利地，位移装置包括基于基于电润湿(法)(electrowetting)的偏转设备或者基于液晶的偏转设备。这样的设备通过在电极之间施加电压能够位移辐射束。因此，不需要机械装置用于相对于检测装置位移成像数据页，这降低了全息设备的尺寸和功耗。
最好，检测器元件被安排在交错行中，用于形成成像数据页的装置以成像数据比特冲撞至少两个检测元件的方式来安排。正如将在说明书中详细解释的，这允许减少存储检测器元件的输出所需的存储资源。此外，减去所述两个检测器元件的输出去除了背景噪声，从而改善了信噪比。
本发明还涉及用于读出记录在全息媒体中的数据页的方法，所述方法包括在检测装置上根据所述数据页形成成像数据页的步骤，所述成像数据页包括在第一方向具有第一尺寸的成像数据比特；相对于检测装置位移成像数据页的至少一个步骤；以及在每个位移步骤之后，测量在所述第一方向具有第二尺寸的至少一个检测器元件的输出的步骤，所述第二尺寸大于所述第一尺寸，该方法还包括从所述测量中检索数据页的步骤。
本发明还涉及包括指令组的计算机程序，该组指令在被装载到处理器或者计算机中时使该处理器或者计算机执行这个方法。
本发明的这些和其它方面从下面所述的实施例中将是显而易见的，并将参照这些实施例进行阐述。
现在，将参考附图利用示例更详细描述本发明，其中图1显示了根据现有技术的全息设备；图2a和图2b显示了根据本发明有利实施例的全息设备；图3a-3d显示了根据本发明的用于在全息媒体中检索数据比特的方法；图4a-4d显示了根据本发明优选实施例的用于在全息设备中检索数据比特的方法。
具体实施例方式
图2a和图2b显示了根据本发明有利实施例的全息设备。该全息设备包括用于检测成像数据页的检测器114以及电润湿法设备200。该电润湿法设备200被放置在检测器114之前，以便相对于检测器114位移成像数据页。在这个示例中，位移装置因而是电润湿法设备200。电润湿法设备包括流体室以及利用弯液面(meniscus)分隔开的两个不同流体，该弯液面的边缘利用流体室来限定(constrain)。
电润湿法设备200是分段的电润湿法设备。图2b是分段电润湿法设备200的截面图。分段电润湿法设备200包括多个电极。不同电压可以被施加在给定电极和公用电极之间，诸如在图2a中表示的V1和V2。分段电润湿法设备200因而包括电压控制装置，用于把不同的电压提供给被安排成对边缘的第一侧起作用的第一电润湿法电极以及被安排成对边缘的第二侧单独起作用的第二电润湿法电极。从专利申请WO2004/051323中获知这样的分段电润湿法设备200。如在这个公开申请中所解释的，不同电压施加给第一和第二电极导致通过分段电润湿法设备200的辐射束的角度偏转。因而，有可能通过施加适当的电压相对于检测器114翻译(translate)成像数据页。
可以用来相对于检测器114位移成像数据页的电光器件的另一个实例是基于液晶的光劈(wedge)器件，诸如在专利申请US5615029中所述的。
这样的作为位移装置的电光器件的使用避免了机械装置的使用，这减小了全息设备的尺寸、成本和功耗。然而，机械装置可以用于相对于检测器114位移成像数据页。例如，检测器114可以被安装在滑板(sledge)上并被位移，以扫描已成像数据页。作为选择，可以通过修改参考光束相对于全息媒体106的角度来位移成像数据页。这在使用角度多路复用时是特别有利的，因为不需要附加的位移装置。实际上，用于修改参考光束的角度以便从一个数据页切换到另一个数据页的位移装置可以用于位移给定的成像数据页。还可以通过以参考光束相对于全息媒体106的角度不改变的方式旋转参考光束和旋转全息媒体106来位移成像数据页。
图3a-3d图示了根据本发明的方法。在图3a-3d中，显示了检测器元件114a以及成像数据页的一部分。成像数据比特在方向D具有第一尺寸s1，并且检测器元件114a在所述方向D具有第二尺寸s2。在这个实例中，第二尺寸s2比第一尺寸s1大四倍。然而，本发明并不局限于这个比率。此外，这个比率可以不是整数。第二尺寸s2最好至少比第一尺寸s1大两倍，以致于全息媒体的数据密度至少被加倍。
在图3b中，成像数据页沿方向D被位移对应于成像数据比特的第一尺寸s1的距离。换言之，成像数据比特已移出检测器元件114a，而另一成像比特已经进入检测器元件114a。根据本发明的方法包括测量检测器元件的输出，随后相对于检测器114位移成像数据页，测量检测器元件的输出等等，直至执行足够的测量，以检索数据页的所有数据比特。
根据本发明具有从执行的测量中检索数据比特的多种方式。下面参考图3a-3d描述实例。具有高密度的成像数据比特用黑色表示，并导致输出密度等于1。具有低密度的成像数据比特用白色表示，并且导致输出密度等于0。在图3a中，检测器元件114a的输出为2，这意味着具有两个高密度成像数据比特和两个低密度成像数据比特。在图3b中，检测器元件114a的输出为3，这意味着现在具有三个高密度成像数据比特。因此，可以推断出标记为d的成像数据比特是低密度成像数据比特，因为低密度成像数据比特已移出检测器元件114a，并且高密度成像数据比特已进入检测器元件114a。在图3c中，检测器元件114a的输出是4。因而，可以推断出标记为c的成像数据比特是低密度成像数据比特。在图3d中，检测器元件114a的输出是3。因而，可以推论出标记为b的成像数据比特是高密度成像数据比特，因为高密度成像数据比特已从检测器元件114a中离开，并且低密度成像数据比特已进入检测器元件114a。由于检测器114a的输出为2，所以最终可以推论出标记为a的成像数据比特是高密度成像数据比特。
对邻近检测器元件，执行类似的测量。因而，有可能检索整个数据页。如果检测器元件的第二尺寸s2比成像数据比特的第一尺寸s1大X倍，则成像数据页必须相对于检测器114被位移(X-1)倍。不测量检测器元件的输出，有可能测量同一检测器元件的两个连续输出之间的差。在图3a-3d的实例中，将连续地测量差值+1、+1、-1。在此情况下，至少需要考虑一个附加测量。这可以是例如对于邻近检测器元件测量的差值。
图4a-4d图示了根据本发明优选实施例的方法。在该优选实施例中，检测器元件被设置在交错行中，并且成像数据比特冲撞(impinge)至少两个检测器元件。在图4a-4d中，两个特定检测器元件被标注为414a和414b。根据这个优选实施例的方法包括减去具有公用成像比特的检测器元件的输出。在这个示例中，检测器元件414a和414b例如具有标记为a、b和c的公用成像数据比特。在图4a中，检测元件414a与414b的输出之差是-1。依据这个差值，可以推论出标记为d的成像数据比特是低密度成像数据比特。在图4b中，在相对于检测器已经位移成像数据页之后，检测器元件414a与414b的输出之差是-1。因此，标记为c的成像数据比特是低密度成像数据比特。在检索到成像数据比特a、b、c和d之前，重复前面的步骤。对于另一个检测器元件，执行类似的步骤，因此可以检索整个数据页。
在这个优选实施例中，只计算检测器元件之间的差，并且从这样的差值中推断出成像数据的值。因此，不需要存储检测器的输出，如图3a-3d中所示的方法就是这样的情况。这允许节省存储资源，这是有利的，因为检测器可以包括数百万的检测器元件，并且存储数百万的输出需要相对大的存储资源。此外，如果在测量中存在噪声，则通过减去两个邻近检测器元件诸如检测器元件414a和414b的输出，减少噪声。因此，增加信噪比。噪声可能存在于检测器元件的输出中，这归应于例如激光源中的噪声或检测器的暗电流。
根据本发明的用于读出数据页的方法可以在集成电路中实施，该集成电路打算被集成在全息设备中。被装载到程序存储器中的指令组使集成电路执行用于读出数据页的方法。该组指令可以被存储在数据载体(例如，盘)上。该组指令可以从数据载体读出，以便将其装载到随后将执行其任务的集成电路的程序存储器中。
在随后的权利要求中的任何参考标记不应被解释为限制权利要求。显然，动词“包括”以及变形的使用并不排除除了任一权利要求中定义的那些之外的任何其它元件的存在。元件之前的单词“一个”或“一”并不排除多个这样的元件的存在。
权利要求
1.一种光学全息设备，用于读出记录在全息媒体(106)中的数据页，所述设备包括用于根据所述数据页形成成像数据页的装置(104，105)，所述成像数据页包括在一个方向(D)具有第一尺寸(s1)的成像数据比特(a，b，c，d)；用于检测所述成像数据页的装置(114)，所述检测装置包括在所述方向具有第二尺寸(s2)的检测器元件，所述第二尺寸大于所述第一尺寸；以及位移装置(200)，用于相对于检测装置在所述方向位移成像数据页，以扫描所述成像数据页。
2.根据权利要求1所述的光学全息设备，其中第二尺寸至少比第一尺寸大两倍。
3.根据权利要求1所述的光学全息设备，其中所述位移装置包括基于电润湿法的偏转设备(200)或者基于液晶的偏转设备。
4.根据权利要求1所述的光学全息设备，其中检测器元件(414a，414b)被安排在交错行中，以成像数据比特冲撞至少两个检测元件的方式安排用于形成成像数据页的装置。
5.一种用于读出记录在全息媒体中的数据页的方法，所述方法在检测装置上根据所述数据页形成成像数据页的步骤，所述成像数据页包括在一个方向具有第一尺寸的成像数据比特；相对于检测装置位移成像数据页的至少一个步骤；以及在每个位移步骤之后，测量在所述方向具有第二尺寸的至少一个检测器元件的输出的步骤，所述第二尺寸大于所述第一尺寸，该方法还包括从所述测量中检索数据页的步骤。
6.根据权利要求5所述的用于读出数据页的方法，所述方法还包括在每个测量步骤之后，减去两个检测器元件的输出的步骤。
7.根据权利要求5所述的用于读出数据页的方法，其中所述第二尺寸比所述第一尺寸大X倍，该方法包括(X-1)个位移步骤。
8.一种计算机程序，包括指令组，所述指令在被装载到处理器或计算机中时使该处理器或者计算机执行如权利要求5所述的方法。
全文摘要
本发明涉及用于读出在全息媒体(106)中记录的数据页的光学全息设备。该设备包括用于根据所述数据页形成成像数据页的装置(104，105)。成像数据页包括在一个方向(D)具有第一尺寸(s
文档编号G06K7/10GK1890723SQ200480036397
公开日2007年1月3日 申请日期2004年11月26日 优先权日2003年12月8日
发明者C·列登鲍姆 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司