专利名称：读取在全息存储介质上记录的傅立叶全息图的方法和全息存储系统的制作方法
读取在全息存储介质上记录的傅立叶全息图的方法和全息存储系
统
本发明涉及用于读取傅立叶全息图的系统，具体地说，涉及读取在全息存储介质上记录的傅立叶全息图的方法以及涉及全息存储系统。
全息数据存储是基于记录携带数据的数据编码信号光束(也称为物体光束)干涉模式和在全息存储介质处的参考光束的干涉模式的概
念。空间光调制器(SLM)通常用于创建物体光束，并且全息存储介质例如能是光致聚合物或光折变晶体或适合记录物体光束和参考光束的相对振幅及它们之间的相位差的任何其它材料。在存储介质中创建全息图后，将参考光束投影到存储介质中将交互和重构原数据编码的物体光束，该光束能由诸如CCD阵列相机或诸如此类等检测器检观ll。重构的数据编码的物体光束通常在本领域中称为重构的全息图本身。根据此术语，全息图的重构意味着原数据编码的物体光束的重构；并且全息图的读取意味着检测重构的全息图，具体而言重构的全息图的图4象。此术语在本说明书中适用。
物体光束和参考光束的空间重叠对全息图的写入影响极大，而用于重构的参考光束和在存储介质中存储的全息图的相对位置对全息图读取的影响很大。参考光束和物体光束均覆盖存储介质的表面上较大的部分时，全息存储介质的读取能较轻松地实现。全息图的中心与参考光束的中心之间的移位容差大约为光束直径大小的10%，这通常在常规系统的机械限制内。然而，降低全息图大小导致在读取介质时对参考光束和全息图的对准产生更高的要求。高精度的对准也能在例如对存储的全息数据复用和/或安全加密的情况下是必需的。复用和/或加密全息图存在许多已知方法。此类方法可涉及将在实平面和/或傅
6码的复用和加密的方法和装置。在应用相位编码的复用或加密时，在全息图的重构期间在参考光束的中心与全息图的中心之间的移位容差能降到光束直径的1%。光束和全息图的错位通常与系统的光学组件的错位相关联，而光学组件的错位能由于机械振动、温度变化等原因造成。它也是设计为接收诸如全息标识卡等可移除存储介质的系统的一个常见问题。
US 7116626 Bl讲述了一种克服上述识别的错位问题的樣t定位方法。所述方法的目的是通过确保系统的各种组件的正确对准，如SLM与诸如光源、透镜、检测器和存储介质等各种装置的正确对准，提高全息存储系统的性能，即，调制的图像的质量。对准技术集中在对准SLM、存储的全息图像和检测器的像素的"像素匹配"方面，使得SLM的每个像素投射到检测器的单个像素上，从而产生更佳的数据恢复效率。方法涉及物理地移动所有所述组件或一些所述组件，并且一种伺服机构被建议为基于与偏离检测到的图像的错位相关联的反馈，控制组件的定位。
各种示范方法被描述以便确定检测到的图像的错位。在一个示例中，错位是基于与检测到的图像相关联的信道度量的测量的。信道度量通常是指示像素错位的标量，例如，平均像素强度或SNR。信道度量指示错位的幅度或程度，但不是错位的方向。因此，为将像素配准(registration)错误降到最低，需要移动系统的至少一个组件，并且要在新的组件位置重新计算信道度量。找到组件相对于彼此的最佳位置可能要进行大量的步骤，这会十分耗时。在另一示例中，错位是基于与检测到的图像相关联的页度量(page metric)的测量的。页度量通常包括参考像素，即已知像素模式或配准标记，如位于用户编码数据内或在用户编码数据周围的边界区中的像素块。可检测已知像素模式并用于确定全息存储系统的各种组件的错位。此解决方案的缺陷在于全息图要提供有参考像素块，像素块太大时占用宝贵的数据空间，太小时难以在图像中定位。参考像素块用于计算系统的点扩散函数(PSF)，这是负责对准系统的组件的已知伺服方法使用的关键信息。然而，最
好是具有不需要系统的PSF的伺服方法。
本发明的目的是提供检测全息数据存储系统的组件错位的筒单方式，而无需应用参考像素块或不必重复地重新定位组件。
此目的通过如权利要求1所述的方法和如权利要求25所述的全息存储系统而得以实现。
从附图和示范实施例中将明白本发明的其它细节。
图la是根据本发明的反射型全息存储系统的示范实施例的示意图。
图lb是根据本发明的透射型全息存储系统的另一示范实施例的示意图。
图2示出由空间光调制器生成的示范参考光束代码才莫式。
图3示出参考光束代码模式一个SLM像素的移位。
图4示出由空间光调制器生成的另一示范参考光束代码纟莫式。
图5示出使用稀疏调制编码的示范lt据代码块。
图6示出在图5中示出的数据代码块的重构的数据代码块。
图7是对照SLM像素移位绘出的示范SNR函数的图形。
图8是示范伺服函数的图形。
图9是示出如何获得图8中的伺服函数的图7中SNR函数的注解图。
图1 a是示出根据本发明的全息存储系统1的第 一示范实施例的示意图。系统1包括^是供参考光束3的光源2。光源2通常由激光器和光束扩展器组成。在一个优选实施例中，光源2之后是将参考光束3编码的空间光调制器(SLM)4。系统1还包括检测器5和用于接收携带全息图7的全息存储介质6的部件(未示出)。检测器5能是CCD相机、CMOS、光电二极管矩阵或包括像素阵列中布置的传感器元件的任何
8其它已知检测器类型。
全息图7是傅立叶全息图，这是因为它对存储介质的表面缺陷敏 感度比图像平面全息图更小。如果是傅立叶全息图，则用于对参考光
束3相位编码的SLM 4所显示的相位代码;漠式将在创建全息图7时成 像到物体光束的傅立叶变换上。由于其良好的衍射效率和低波长选择 性，例如，薄的偏振全息图能用作全息图7。适合的全息存储介质例 如是偶氮苯型光致各向异性聚合物。
此实施例设计用于在反射模式中读取全息存储介质6:参考光束3 从介质6后的反射镜8反射，并且重构的物体光束9逆傅立叶变换到 检测器5的成像平面上以捕获重构的全息图7的图像。反射的光束9 和参考光束3通过分束器10彼此分开，分束器10在偏振全息图的情 况下可以是中性分束器(neutral beam splitter)或偏振分束器，或者是 任何其它光束分隔元件，如EP 1 492 095 A2中公开的带有中心层间断 的分束器立方体。
编码的参考光束3通过SLM 4生成，并通过成像系统成像到全息 图7的平面中。此成像系统优选包括如技术领域熟知的布置在分束器 IO之前和之后的第一傅立叶透镜和第二傅立叶透镜11和12。此外， 孔径13能内插在第一傅立叶透镜11与分束器IO之间，从而如后面 将解释的一样通过限制光束的直径改进成像质量，并提供限制SLM4
的清晰度的又一优点。
参考光束编码能够是相位编码、振幅编码、偏振编码或技术领域 中熟知的任何其它光调制编码。在一个优选实施例中，参考光束编码 是相位编码以避免在振幅编码中存在的信息丟失。相位代码例如能够 是用于读取加密的全息图7的安全密钥或者是用于读取复用的全息图 7的密钥。然而，本发明也涉及除力口密或复用外的其它应用。在不能 排除机械间隙，从而导致插入的存储介质6的位置有一定的不确定性， 因此，参考光束3和存储介质6需要相对于彼此重复地重新定位，特 别是如果存储介质6经常被移除或者多个存储介质6要通过系统1读
9取的所有情况下，它也适用。
除参考光束相位编码外，SLM4也能用作孔径，形成易于定位的 圆形参考光束3。这有助于降低在多个全息图7彼此靠近写入存储介 质6时在全息图的重构处的全息图间串扰。
如果未应用参考光束编码，则SLM4能完全被忽略，或者它能用 作孔径，形成易于定位的圓形参考光束3。
图lb示出根据本发明的全息存储系统1的另一优选实施例，它适 用于读耳又和写入全息存储介质6。在此实施例中，在透射模式中读取 存储介质6。相应地，^r测器5布置在存储介质6的相对侧上以使j企 测通过第三傅立叶透镜111逆傅立叶变换到检测器5的成像平面上的 重构的物体光束9。这种情况下，在系统1用于在存储介质6上记录 全息图7时，分束器10用于联合参考光束3和来自物体光束SLM 4' 的物体光束3'。物体光束3'能由单独的光源(未示出)提供，或者如本 技术领域熟知的，提供参考光束3的相同光源2能用于提供两个光束 3和3'。
检测器5连接到伺服控制单元14，该单元负责相对于彼此定位的 参考光束3和存储介质6。如后面将解释的一样，伺服控制单元14分 析检测器5检测到的图像，并且计算伺服信号。在第一实施例中，参 考光束3和存储介质6的相对位置能通过在SLM 4上不同位置处显示 的参考光束代码模式而更改。伺服信号用于控制SLM4所显示的代码 模式的位置。伺服控制单元14例如能够是操作SLM 4的计算机或包 括数字信号处理器(DSP)或现场编程门阵列(FPGA)的嵌入式系统。
图2示出在SLM 4上显示的参考光束代码模式15。参考光束代 码模式15优选是相位代码模式。正如在此实施例中能看到的一样， 每个参考光束代码像素16由5 x 5个SLM像素17组成。用于显示单 个代码像素16的SLM像素17的数量能因应用而不同。使用由不止 一个SLM像素17組成的代码像素16允许将代码模式15移位的简单 方式。例如，要将代码模式15向右移位一个SLM像素17,如图3所示，将每个代码像素16a移位一列SLM像素17。新代码像素16b通 过5 x 5个SL1VN象素17的新块显示，该块由与原代码^象素16a重叠 的5 x 4个SLM像素17和原代码像素16a右边的1 x 4个SLM像素 17组成。代码模式15能根据上述概念在任何方向移位，包括与SLM 像素17的行或列不平行的方向。
通过特定参考光束代码模式15记录的全息图7只能通过与用于记 录全息图7的参考光束代码模式相同或极类似的参考光束代码模式重 构，因而将参考光束3编码允许安全加密或复用。参考光束代码模式 15例如能具有10xl0个代码像素16的大小，产生2腦个可能的代码 组合。然而，为实现安全加密和复用，全息图7通过除用于记录全息 图7的参考光束代码模式外的其它参考光束代码模式15应是不可读 的。因此，应只使用所有可能代码模式15中充分不同的代码模式15 的集合，这实际上仍是个极高的数字，例如，可能使用大约225个代 码组合。在WO 02/05270中公开了生成不同代码模式15的方法。
使用孔径13的另一益处是限制SLM4的清晰度，以便各个SLM 像素17在检测器5检测到的图像上是不可区分的，同时代码像素16 的编码效应仍可感觉到。为避免在SLM 4边缘附近的渐晕效应，孔径 13布置在SLM 4的傅立叶平面中(或其紧邻的附近)以便过滤在傅立叶 空间中的高频分量，由此使结果图^^莫糊。
在SLM4用作用于形成易于定位圆形光束的孔径的应用中，参考 光束代码模式15能是如图4所示带有非透明外部边界区域19的简单 光透射内圆18。这例如能通过将SLM 4用作调幅器，并在保持透射 圆18内光的振幅的同时，降低边界区域19的振幅，由此形成易于定 位的圆形参考光束3而实现。通过更改各个SLM像素17的调幅以便 在SLM 4的另一位置处形成光透射内圆18，能轻松定位圆形参考光 束3。
实现调幅模式的已知方法是在SLM 4之后分析器之前提供起偏 振器。落入内圆18内的参考光束3的偏振能通过SLM 4保持不变，而它能在外部边界区域19内旋转90度。只有未改变的偏振将通过分 析器，因而形成易于定位的圆形参考光束3。
通过使用沿参考光束3的光学路径放置的相同参考光束编码SLM 4或又一参考光束编码SLM 4,易于定位的圆形参考光束3也能与相 位编码一起提供。相同的SLM能用于例如在特殊SLM的三元调制中 同时进行相位调制和振幅调制。对于不同的相位调制和振幅调制使用
在第二实施例中，伺服控制单元14充当用于将系统1的一个或多 个组件(分别为存储介质6、 SLM4和光源2)相对于彼此机械移位的一 个或多个移位部件20、 21、 22(图la)。移位部件20、 21、 22能包括 用于将系统1的组件物理移位的微致动器(micro-actuator)或其它装 置。类似于上面所述实施例，伺服控制单元14分析检测器5检测到 的图像，并计算用于控制设置为分别将存储介质6、 SLM 4和光源2 移位的移位部件20、 21、 22的伺服信号。所有三个移位部件20、 21、 22可存在或只存在它们中的一些。也可能提供其它光学元件或机械元 件，这些元件影响入射参考光束3相对于存储介质6的位置。这些元 件也能由伺服控制单元14控制。又一可能性是组合第一和第二实施 例。
在复用的全息图的情况下，全息图7能包含一个数据页(data page)或多个数据页。这些数据页优选由多个数据代码块24组成。图 5中示出示范数据代码块24。数据代码块24由4 x 4个数据代码像素 25组成，每个像素表示一个二进制变量("on〃或"off〃 )。虽然有216 个可能模式，但这些模式只有一小部分用于对全息图7上存储的信息 的单元(例如，字母、数字、符号等)进行编码。通常，使用几百个不 同的数据代码块24便足以对信息编码。例如，256个数据代码块24 的集合能用于对ASCII码表的符号编码。
数据代码块24能例如通过使用等重调制编码("on〃和"off〃数 据代码像素25的比率大约为l:l)或稀疏调制编码(如图5所示，'、on〃数据代码像素25的比率低得多；3个"on〃数据代码像素25和13 个"off〃数据代码像素25)生成。数据代码块24的集合优选通过稀疏 调制编码生成，并且该集合的数据代码块24被选择为彼此尽可能不 相同。 一种用于生成此类数据码块24的集合的方法在本领域已知。 例如，A. Siit3等人描述了使用查找表，使用通过调制编码生成的数据
代码块进行数据编码和解码("使用空间光过滤和稀疏调制编码的傅立 叶全息系统中数据密度的优化"("Optimisation of data density in Fourier holgoraphic system using spatial light filtering and sparse modulation coding" ， Optik, International Journal for Light and Electron Optics, Vol.115, 12, pp. 541-546,2004))。
在读取全息图7时，伺服控制单元14将检测器检测到的一些或所 有重构的数据代码块26(在图6中示出)与用于写入全息图7携带的数 据页的数据代码块24的集合的元素进行比较，以便决定在读取哪个 特定数据代码块24。如果参考光束3和存储介质6的相对位置及参考 光束编码(如果有)与在记录全息图7时相同，则每个重构的码块26只 匹配数据代码块24的集合的一个元素。然而，如果参考光束3和存 储介质6错位，或者读取参考光束3的编码不同于记录参考光束3的 编码，则数据页的重构的数据代码块26不完全匹配数据代码块26的 集合的任一元素，而是能与它们中的不止一个元素类似。
伺服控制单元14计算检测器5在参考光束3和存储介质6的给定 相对位置检测到的图像的特征值。该特征值能是指示参考光束3和存 储介质6错位的图像的任何适当的量化属性。
在一个优选实施例中，该特征值是多个重构的数据代码块26的信 噪比(SNR):
=——r
￡(雄緑2)-￡(篇録)2
其中，E是预期值函数，并且SNRbM代表重构的数据代码块26 的^l言p喿比。能为所有重构的数据代码块26或一定数量重构的数据代码块26 计算SNRbl。ck。例如，在一个数据页由大约2000个数据代码块24组 成的情况下，能为计算上述SNR值选择至少100,优选至少300，甚 至更优选至少600个重构的数据代码块26。正如技术人员将明白的一 样，检查的重构的数据代码块26能取自检测到的图像中的同 一 区域， 或者它们能经选择以便表示数据页的重要区。
重构的数据代码块26的信噪比能以各种方式计算，获得SNRbl。ck
的一种优选方式是计算重构的数据代码块26与数据代码块24的集合
的所有可能元素之间的最大相关值和平均相关值的比率
m。x(6y * v》
(2) 薦歸=-
average (~ * vy)
其中
max(.)表示覆盖所有标号(index)所取的参数的最大值， average(.)表示覆盖所有标号所取的参数的平均值， *符号表示标量积，
bj表示重构的数据代码块26的第j个分量，这在一4史情况下是n x m维向量，在数据代码块24为4 x 4像素阵列的上述特定情况下是16 维向量，以及
yij表示数据代码块24的集合的第i个数据代码块24的第j个分 量，这类似于bj,在此特定情况下是16维向量。
例如，表示图5中所示数据代码块24的第i个—向量是
，其第5个分量是v—1。
在另 一示例中，SNRw。ck被计算为在重构的数据代码块26与数据 代码块24的集合的所有可能数据代码块24之间最大相关值和第二高 相关值之间的差
(3) 纖歸-麵(~ ";.)-匿2(~ * v;.)
14其中，max2(.)表示在标号i上所取的参数的第二高的最大值，并 通过忽略被证明是提供max(.)函数的最大值的标号k而获得。
正如技术人员将明白的一样，许多其它可能性即将用于计算SNR 和SNRblock。
一旦获得用于参考光束3和存储介质6的给定相对位置的SNR 值，伺服控制单元14便决定此SNR值是对应于参考光束3和存储介 质6相对于彼此的对准状态还是错位状态，并且在错位的情况下，伺 服单元14确定参考光束3和存储介质6的对准相对位置，从而提供 令人满意的图像质量。 一旦确定对准相对位置，伺服控制单元14便 生成用于对系统1的所有或部分组件起作用的伺力艮信号，以1更通过如 前面所述在物理上和/或光学上将所有或部分组件移位，来将参考光束 3和存储介质6的相对位置设置为对准相对位置。 一旦参考光束3和 存储介质6在其对准相对位置处，具有令人满意的图像质量的图像便 可检测到或捕获到以供进一步使用。
为区分对准状态和错位状态并确定错位的程度，事先为特定应用 校准系统1。校准能使用参考光束3和在存储介质6上记录的校准全 息图执行，携带校准全息图的存储介质6由此被插入与以后要读取的 携带全息图7的存储介质6相同的位置。优选是通过代表用于记录全 息图7的参考光束代码模式15的集合的通用参考光束代码模式15对 参考光束3进行编码，并且校准全息图优选是使用通过数据页编码的 物体光束3'记录的全息图，而该数据页表示用于对全息图7上的信息 编码的数据代码块24的集合的元素。在某些应用中，要读取的存储 介质6的集合的一个存储介质能用于提供校准全息图，或备选，每个 存储介质6也用于校准目的以便有利于在将来更快地读取存储介质6。 在同一系统1用于写入和读取全息图7时，这特别有利，例如，图lb 中所示的系统1。
这种情况下，校准能在写入全息图7之后和从系统1首次将其移 除之前执行。此外，在只使用少量参考光束代码冲莫式15的情况下，能为所有可 能应用的参考光束代码模式15执行校准。对于只有少量数据页存储 在同一全息图中的复用全息图，情况是如此。类似地，在只有少量数 据页可能的情况下，能对携带这些数据页的所有可能的校准全息图执 行校准。
应理解的是， 一个或多个校准全息图能与要通过系统1重构的一
个或多个全息图7相符。
在校准的第一步骤中，通过绘出对于参考光束3和校准全息图的 多个相对位置计算的多个特征值，获得特征函数。校准值的计算方式 与在读取存储介质6时为识别参考光束3与存储介质6的错位的计算 方式相同或大致相同。
在上述优选实施例中，特征值是^v所有或一定数量的重构的数据
代码块26的SNRw。ck计算得出的SNR。以通过光学位移SLM 2显示 的参考光束代码模式15设置参考光束3和全息图/校准全息图的相对 位置的实施例为例，能对照在SLM像素16中测量的代码模式16的 移位，绘出在不同相对位置获得的SNR值。图7示出对照SLM像素 移位绘出的示范SNR函数的图形。SNR函数大致是对称高斯曲线， 一般与计算各个SNR^k值的确切方式和使用的重构的数据代码块26 的确切数量无关，但条件是此数量足够高，可给出数据页的数据代码 块24的代表示例。图7中所示的SNR函数通过对所有重构的数据代 码块26使用等式(2)获得。
应注意的是，坐标的原点能"^殳为对应于最大SNR值，然而，由于 相对位置和相对位置的变化也能使用偏移描述，因此，这不是强制性 的。
图7绘出的SNR函数涉及一维定位问题。例如，存储介质6能包 含在信用卡或标识卡中，该卡在插入全息存储系统1时牢固地保持在 两个垂直轴的方向上，同时它能沿对应于插入线的第三垂直轴移位。 这种情况下，存储介质6和参考光束3的相对位置只能沿第三轴变化，
16从而产生一维定位问题。如果插入的存储介质6的位置也能沿第一和 第二轴变化，则定位分别需要在二维和三维中执行。通过随后沿所有
轴更改存储介质6和参考光束3的相对位置以便随后找到沿每个轴的 对准相对位置，能执行存储介质6相对于参考光束3沿不止一个轴的 定位。通过将SLM 4的参考光束代码模式15位移，存储介质6和参 考光束3的相对位置只能沿两个轴更改。对于三维定位，代码模式15 的位移能够与沿光轴将存储介质物理移位组合在一起，或者能够是通 过将系统1的焦点位移。备选，能够获得二或三变量SNR函数。下面 只将进一步详细地论述一维定位，二维和三维情况是一维定位的简单 延伸。
在获得SNR函数后，校准的第二步骤是从中得出伺服函数，这也 由伺服控制单元14执行。
通过取参考光束3和在存储介质6上存储的校准全息图的两个相 对位置xl和x2的SNR值对，获得优选的伺服函数。相对位置xl和 x2使得在相对位置xl和x2中参考光束3与校准全息图的距离之间的 差为d。例如，如果通过将参考光束代码模式15位移而执行定位，则 相对位置xl和x2对应于在SLM 4上代码^f莫式15的两个位置，并且 d是两个位置之间的距离(优选在多个SLM像素17中测量)。更小的 SNR值随后除以更高的SNR值，因而用于每个相对位置对的结果落 入0与l之间。结果对照相对于原点的相对位置xl和x2之间中点的 移位绘出。在上述示例中，移位s将是在第一与第二代码模式位置(即， 相对位置xl和x2)之间中途的代码模式位置。伺服函数在图8中示出， 并且图9示出如何获得伺服函数。为筒明起见，假定参考光束7和校 准全息图(即，原点)的零相对位置与对应于最大SNR的对准状态相符。 然而，正如本领域技术人员将明白的一样，伺服函数也能通过偏移计
算得出。
在图8和9所示的示例中，SNR函数是以横坐标为中心的高斯分 布，而伺服函数是递減函数，其最大值l(对应于SNR(xl)=SNR(x2))在S:0移位。
要注意的是，伺服函数能以多种不同的方式构建，唯一的条件是 伺服函数是可逆的。在本发明的上下文中，可逆伺服函数是允许从任
何函数值得出移位s的幅度和方向(即，代数符号)的函数。例如，通
过在第一相对位置xl与第二相对位置x2之间对SNR函数积分 (integrate)，对于两个相对位置xl和x2，参考光束3与校准全息图 之间距离的差为d，并对照xl(而不是s)绘出获得的伺服值，能获得可 逆伺服函数。
在使用上述优选伺服函数时，如下为读取存储介质6上存储的全 息图7而执行参考光束3相对于存储介质6的定位。
伺服控制单元14计算在参考光束3与存储介质6的第一相对位置 xl的SNR值。随后，第二相对位置x2设置在参考光束3与存储介质 6之间，第一和第二相对位置xl和x2定义如上所述的差d。随后， 计算在第二相对位置x2的第二 SNR值。较小的SNR值除以较高的 SNR值。结果用于确定给出最高SNR值的对准相对位置，即，参考 光束3与存储介质6的对准位置。在定位参考光束3和全息图7时， 图9中的虚线横坐标将是预期原点，即预期对准相对位置(相信预期对 准相对位置是在两个相对位置xl和x2的中点)。如果预期对准相对位 置对应于实际对准相对位置，则如上所述，SNR(xl)=SNR(x2)。如果 在预期对准相对位置与实际对准相对位置之间存在移位，则两个SNR 值的商不等于1。通过如图8所示在SNR(xl)/SNR(x2)处取伺服函数 的逆，能从以前记录的伺服函数得到移位s。考虑两个SNR值中哪个 被用作除数，也能轻松地确定移位的代数符号。
随后，通过使用获得的移位s,参考光束3和存储介质6的相对 位置i殳为对应于对准相对位置。
具体而言，能通过执;f亍以下步骤而执行上述定位
l)计算在SLM 4上对应于第一相对位置xl的参考光束模式14的 第一位置的SNR值，
182) 将代码模式14在SLM 4上位移数量d个SLM像素17以便获 得第二相对位置x2,
3) 计算在第二相对位置x2的SNR值，
4) 将较小的SNR值(SNR(xl))除以较高的SNR值(SNR(x2)),
5) 从伺服函数值SNR(xl)/SNR(x2)得出移位s,
6) 将代码模式14位移
从第一相对位置xl开始的数量(d/2+s)个SLM像素 17，条件是SNR(xl)<SNR(x2)
从第一相对位置xl开始的数量(d/2-s)个SLM像素 17，条件是SNR(xl)〉SNR(x2)
以获得对准的相对位置，以及
7) 读取在对准相对位置的全息图7。
为改进定位的精确度，能为对应于彼此相距d数量个SLM像素17 处显示的代码;漠式14的其它第一和第二相对位置对重复进行上述步 骤，并且能从为每对获得的对准相对位置计算得出平均值，从而消除 可能的误差。上述实施例只做为说明性示例，不可视为限制本发明。 在不脱离随附权利要求确定的保护范围的情况下，本领域的技术人员 将明白各种修改。
权利要求
1.一种用于使用全息存储系统读取全息存储介质上记录的傅立叶全息图的方法，所述方法包括以下步骤a.根据参考光束和所述存储介质的至少两个相对位置中重构的傅立叶全息图的检测到的图像来计算特征值，每个所述特征值指示所述相应相对位置处所述参考光束和所述存储介质的错位，b.从所述测量的特征值计算伺服值，c.借助使用所述计算得出的伺服值的预定伺服函数，确定所述参考光束和所述存储介质的对准相对位置，d.将所述参考光束和所述存储介质的相对位置设置为所述对准相对位置，以及e.检测在所述对准相对位置处的图像。
2. 如权利要求1所述的方法，其中所述预定伺服函数借助于包括 以下步骤的校准过程生成- 通过更改所述参考光束和校准全息图相对于彼此的相对位 置，获得特征函数，所述校准全息图是傅立叶全息图，并 且在每个相对位置处计算所述重构的校准全息图的检测到 的图像的特征值，所述特征值指示所述相应相对位置处所 述参考光束和所述校准全息图的错位，以及- 从要用作所述预定伺服函数的所述特征函数计算可逆伺服 函数。
3. 如权利要求1或2所述的方法，其中所述傅立叶全息图包括多 个数据代码块，每个数据代码块是数据代码块集合中的一个数据代码 块。
4. 如权利要求3所述的方法，其中所述数据代码块集合的每个数 据代码块为nxm,优选为nxn,甚至更优选为具有独特冲莫式的4 x 4像素阵列。
5. 如权利要求3或4所述的方法，其中所述数据代码块集合通过 使用查找表的调制编码而获得。
6. 如权利要求3到5任一项所述的方法，其中所述校准全息图包 括多个数据代码块，每个数据代码块是所述数据代码块集合中的一个 数据代码块，优选是多个数据代码块代表所述数据代码块集合。
7. 如权利要求3到6任一项所述的方法，其中所述要读取的傅立 叶全息图和所述校准全息图是使用用于创建相位编码物体光束的空 间光调制器(SLM)记录的相位编码全息图。
8. 如权利要求3到7任一项所述的方法，其中所述特征函数是计 算如下的信噪比(SNR)函数S層=_i (S層歸)_其中，E是预期值函数，并且SNRw。ck代表数据代码块的信噪比。
9. 如权利要求8所述的方法，其中为所有所述数据代码块计算 SNRbi。ck。
10. 如权利要求9所述的方法，其中，为至少5%,优选至少15%， 甚至更优选至少35%的所有所述数据代码块计算SNRbl。ck。
11. 如权利要求8到IO任一项所述的方法，其中SNRbM被计算 为重构的数据代码块和所述数据代码块集合的所有所述数据代码块 的最大相关值和平均相关值的比率。
12. 如权利要求8到IO任一项所述的方法，其中SNRw。ek被计算 为重构的数据代码块和所述预定的数据代码块集合的所有可能的数 据代码块的最高相关值与第二高相关值之间的差。
13. 如权利要求2到12任一项所述的方法，其中- 在生成所述预定伺服函数时，从所述特征函数计算得出多 个伺服值，每个计算得出的伺服值指示所述第一参考光束 和所述校准全息图的距离之间具有预给定差的两个相对位置的两个特征值的比率，所述伺服函数的变量是在两个对位置之间的中间点；以及 -在读取所述傅立叶全息图时，根据所述参考光束与要读取 的所述全息图的所述距离之间具有预给定差的两个相对位 置处计算得出的两个特征值的比率，计算所述伺服值。
14. 如权利要求2到13任一项所述的方法，其中通过参考光束代 码所述参考光束进行编码。
15. 如权利要求14所述的方法，其中所述参考光束代码是参考光 束代码集合的 一个参考光束代码。
16. 如权利要求15所述的方法，其中用于所述校准的所述参考光 束代码是所述参考光束代码集合的一个元素，优选是所述参考光束代 码预定集合的代表性元素。
17. 如权利要求15或16所述的方法，其中用于读取所述傅立叶 全息图的所述参考光束代码与用于所述校准的所述参考光束代码相 同。
18. 如权利要求15所述的方法，其中为所述参考光束代码集合的 所有所述参考光束代码执行所述校准，并在读取所述傅立叶全息图时 选择对于给定参考光束代码获得的所述预定伺服函数。
19. 如权利要求14到18任一项所述的方法，还包括在从提供到 所述系统的另外信息读取所述傅立叶全息图时生成所述参考光束代 码。
20. 如权利要求19所述的方法，其中所述另外的信息是用户提供 的代码，优选是pin码。
21. 如权利要求14到20任一项所述的方法，其中通过空间光调 制器(SLM)对所述参考光束进行编码。
22. 如权利要求21所述的方法，其中通过在所述SLM上的不同 位置处显示所述参考光束代码，执行对所述参考光束和所述傅立叶全 息图的所述相对位置的更改。
23. 如权利要求21或22所述的方法，其中所述参考光束通过相 位、振幅和/或偏振调制代码模式进行编码。
24. 如权利要求2到23任一项所述的方法，还包括使用所述系统 在所述全息存储介质上记录要读取的所述傅立叶全息图，并随后在移 除所述存储介质前执行所述校准的步骤。
25. —种用于读取在全息存储介质(6)上记录的傅立叶全息图(7) 的全息存储系统(l),所述系统(1)包括参考光束(3)生成部件、存储介 质(6)接收部件和用于检测重构的全息图的检测器(5),其中所述系统(l) 还包括用于执行如权利要求1到24任一项所述方法的伺服控制单元 (14)。
全文摘要
本发明涉及一种用于使用全息存储系统(1)读取在全息存储介质(6)上记录的傅立叶全息图(7)的方法。方法包括以下步骤根据参考光束(3)和所述存储介质(6)的至少两个相对位置中检测到的重构的傅立叶全息图的图像来计算特征值，每个特征值指示参考光束(3)和所述存储介质(6)在相应相对位置的错位，从测量的特征值计算伺服值，借助使用计算得出的伺服值的预定伺服函数，确定所述参考光束(3)和所述存储介质(6)的对准相对位置，将所述参考光束(3)和所述存储介质(6)的相对位置设置为所述对准相对位置，以及检测在所述对准相对位置处的图像。本发明也涉及用于读取在全息存储介质(6)上记录的傅立叶全息图(7)的全息存储系统(1)，所述系统(1)包括参考光束(3)生成部件、存储介质(6)接收部件及用于检测重构的全息图的检测器(5)。系统(1)还包括用于执行根据本发明的方法的伺服控制单元(14)。
文档编号G11B7/0065GK101669169SQ200880004106
公开日2010年3月10日 申请日期2008年1月24日 优先权日2007年2月6日
发明者A·苏托, G·埃戴 申请人:拜尔创新有限责任公司