CN100419868C

CN100419868C - 全息记录与再现装置

Info

Publication number: CN100419868C
Application number: CNB2004100682543A
Authority: CN
Inventors: 塚越拓哉; 吉成次郎
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2003-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2008-09-17
Anticipated expiration: 2024-08-27
Also published as: EP1511017A3; US6961161B2; US20050078342A1; JP4442162B2; DE602004029430D1; EP1511017A2; EP1511017B1; CN1591239A; JP2005070675A

Abstract

当只有未调制的信号光应用到其中未记录数据的全息存储器120时，确保由CCD图象传感器108检测到的图象作为噪声图案。当数据被再现时，从由CCD图象传感器108检测到的再现图象中减去先前获得的噪声图案。

Description

全息记录与再现装置

技术领域

本发明涉及全息记录与再现装置，尤其涉及能够在再现数据时除去叠加在再现图象上的噪声的全息记录与再现装置。

背景技术

具有大容量并能执行高速记录与再现操作的全息记录与再现装置一直备受关注。当数据在全息记录与再现装置中进行记录时，根据要记录的数据进行空间调制的信号光和具有干涉特性的参考光应用到作为记录介质的全息存储器，从而在全息存储器中交叉在一起。因此，数据是作为光的干涉图案记录的。

以这种方式记录在全息存储器中的数据用参考光照射，使得数据可以被再现。应用到指定记录位置(下文中称其为页面)的参考光被作为再现图象形成的干涉条纹的格子衍射，其中在指定记录位置形成干涉图案。因此，作为再现图象的参考光是由如CCD图象传感器的光接收单元检测的，以便再现数据。根据这种装置，由于记录到全息存储器中的图象数据通过允许参考光入射在其上面，而在一定时间进行再现，因此可以实现高速再现。

通常，由于有噪声成分包括在全息记录与再现装置中再现的数据中，因此不管采用什么方法，都需要将噪声成分除去。噪声成分源自各种类型的原因，如包括光源或透镜的光学系统、介质本身或包括空间光调制器(SLM)或电荷耦合设备(CCD)的输入输出设备。

作为除去噪声的通用方法，有一种对检测到的再现图象执行图象处理或纠错编码(ECC)处理的方法，或者是对所有页面假定一种公用的噪声图案以执行图象处理的方法。此外，一种降低由记录介质引起的噪声或由外部光线造成的噪声影响的方法也是众所周知的(见专利文档1)。在这种方法中，包括S-偏振光和P-偏振光的光束被偏振并分裂。在信号提供给S-偏振光后，两种偏振光被合成，以便向全息记录介质提供光束。在再现数据的过程中，S与P偏振光成分的图象是独立检测的，以便在两幅图象之间获得不同的信号。因此，公用的噪声成分就被除去了。

[专利文献1]JP-A-13-291242

在上述用于除去噪声的常见方法中，由于S-偏振光同P-偏振光分裂了，因此需要分别为其提供光径，从而使光学系统不期望地增大了。此外，在上述方法中，由S-偏振光光径上提供的空间光调制器(SLM)引起的噪声不能被不期望地除去。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种能够利用简单结构除去叠加在再现图象上的噪声成分的全息记录与再现装置。

本发明的上述目的是通过一种全息记录与再现装置实现的，其中信号光与参考光应用到全息存储器，以便将数据记录为光的干涉图案，而数据是从通过向全息存储器应用参考光获得的再现图象再现的。该全息记录与再现装置包括：用于检测全息存储器指定页面中的噪声图案的噪声图案检测单元；用于将噪声图案记录到全息存储器上的噪声图案记录单元；用于从全息存储器指定页面读出再现图象的数据再现单元；及用于通过利用先前由噪声图案检测单元检测到的噪声图案从再现图象除去噪声成分的噪声消除单元。

优选地，噪声图案检测单元还包括用于将未调制的信号光应用到全息存储器指定页面的信号光应用单元；用于接收通过或反射到全息存储器上的信号光的光接收单元；及用于压缩来自光接收单元的噪声图案的噪声图案处理单元。

优选地，噪声图案记录单元将在全息存储器每个页面中检测到的噪声图案与初始要记录的数据一起记录在页面中。

优选地，噪声图案记录单元将在全息存储器每个页面中检测到的噪声图案集中记录到全息存储器中与初始要记录的数据隔开的指定区域中。

优选地，噪声图案检测单元通过灰度级检测噪声图案。

优选地，当噪声图案检测单元顺序检测全息存储器各页面中的噪声图案时，噪声图案检测单元以指定页面间隔检测噪声图案。

优选地，当数据再现单元将数据再现到其中未记录噪声图案的页面上时，数据再现单元利用通过执行插值处理获得的噪声图案从再现图象除去噪声成分，其中插值处理利用该页面前后页面的噪声图案。

优选地，当多个数据通过相位编码多元记录或波长多元记录记录到同一个位置时，噪声消除单元通过利用对每个数据公用的噪声图案从再现图象除去噪声成分。

如上所述，根据本发明，可以提供一种全息记录与再现装置，其中叠加在再现图象上的噪声成分可以利用一种简单结构除去。

附图说明

图1是显示根据本发明一种优选实施方案的全息记录与再现装置的结构示意图。

图2是用于阐明在本发明该优选实施方案中噪声图案检测的示意图。

图3是用于阐明在本发明该优选实施方案中全息存储器中数据记录的示意图。

图4是用于阐明在本发明该优选实施方案中从全息存储器再现数据的示意图。

图5是显示另一个噪声图案检测例子的示意图。

图6A和6B是显示当执行偏移多元记录处理时检测噪声图案位置的一个例子的示意图。

图7是用于阐明根据本发明另一种优选实施方案在全息存储器中数据记录的示意图。

图8A和8B是用于阐明在全息存储器上同一个位置执行多元记录处理的例子的示意图，特别地，图8A示出了当执行相位编码多元记录时的情况，而图8B示出了当执行波长多元记录时的情况。

具体实施方式

现在，通过参考相应附图，以下将详细描述本发明的优选实施方案。

如图1所示，为全息记录与再现装置100提供了激光源101，用于记录和再现数据并检测噪声图案。作为激光源101，使用其波长高度稳定的固体激光器或气体激光器。在从激光源101输出的光束的前进方向中，提供了光束扩大器102和光束分离器103。

在作为由光束分离器103分离出的一个光束的信号光121的前进方向中，提供了反射镜104。在由反射镜104反射的光束的前进方向中，按顺序提供了空间光调制器(SLM)105、傅立叶变换透镜106、逆向傅立叶变换透镜107及CCD图象传感器108。在傅立叶变换透镜106与逆向傅立叶变换透镜107之间布置了全息存储器120。在SLM 105中，许多象素是以矩阵的形式布置的，而对于每个象素，SLM控制光线通过或被阻断。当象素断开后，光被阻断。但是，但象素开启后，光可以通过。另一方面，在作为由光束分离器103分离出的其他光束的参考光122的前进方向中，提供了遮光器109和反射镜110。反射镜110的朝向设置成使参考光与信号光在全息存储器120的指定位置交叉。作为全息存储器120，使用透射类型。

全息记录与再现装置100还包括用于驱动全息存储器120的驱动设备131、用于控制驱动设备131和SLM 105的控制器132、用于处理由CCD图象传感器108检测到的再现图象以便再现数据的图象处理电路133，及用于记录数据的外部存储设备134。

在如上所述构成的全息记录与再现装置100中，全息存储器120的噪声图案是如下检测的。

图2是用于阐明在本发明一种优选实施方案中噪声图案检测的示意图。

在噪声图案的检测过程中，图1所示的遮光器109首先预设成ON以阻断参考光122，而SLM 105的所有象素都分别设成ON，从而如图2所示，信号光121能完全通过。

然后，光束从激光源101应用。其直径被光束扩大器102扩大成平行光的激光束入射到光束分离器103。入射到光束分离器103的光束被分成信号光121和参考光122。但是，由于参考光122被遮光器109阻断了，因此只有信号光121应用到全息存储器120。在这里，由于SLM 105的象素全部都设成ON，因此信号光121没有进行空间调制，而是直接通过SLM105，被傅立叶变换透镜106会聚并应用到全息存储器120。

应用到全息存储器120的光束通过全息存储器120，通过逆向傅立叶变换透镜107，并应用到CCD图象传感器108。

在这里，当未调制的信号光应用到其中未记录数据的全息存储器时，具有无不匀性统一图案的再现图象最初就检测到了。但是，当噪声存在时，就检测到如图2所示具有不匀性的图案。如上所述，这种噪声图案被看作是源自包括光源或透镜的光学系统、介质本身或包括SLM或CCD的输入输出设备。

CCD图象传感器108检测到的噪声图案是作为分辨率比图象处理电路133中普通分辨率低的图象处理的。例如，在这种实施方案中，2×2点的位图案被视为一个点的数据。因此，如图所示，CCD的所有象素都包括例如12×12个点，噪声图案被视为6×6点的图象图案。在图象处理电路133中处理的噪声图案记录在外部存储设备134中。

当数据被记录时，图1所示的遮光器109首先预设成OFF以便使参考光能够通过，而SLM 105的象素如图3所示依赖于要记录的数据分别设成ON或OFF。

然后，光束从激光源101应用。其直径被光束扩大器102扩大成平行光的激光束入射到光束分离器103。入射到光束分离器103的光束被分成信号光121和参考光122。信号光121反射到反射镜104上，通过SLM 105，然后应用到全息存储器。在这个时候，信号光121是依赖于SLM 105象素的ON和OFF进行空间调制的。信号光被傅立叶变换透镜106会聚并应用到全息存储器120。另一方面，参考光122也反射到反射镜110上并应用到全息存储器120。信号光121与参考光122在全息存储器120中交叉，彼此干涉。因此，在全息存储器120中形成干涉条纹。即，数据是作为光的干涉图案记录的。

当数据被再现时，图1所示的遮光器109首先预设成OFF以便使参考光能够通过，而SLM 105的所有象素都设成OFF以阻断信号光。

然后，光束从激光源101应用。其直径被光束扩大器102扩大成平行光的激光束入射到光束分离器103。入射到光束分离器103的光束被分成信号光121和参考光122。信号光121反射到反射镜104上并入射到SLM 105。但是，由于SLM 105的所有象素都设成OFF，因此信号光121被SLM 105阻断了，只有参考光122应用到全息存储器120。利用在全息存储器120中形成的干涉图案，参考光122就象信号光121一样进行空间调制，并在信号光121的前进方向中被衍射。因此，参考光122通过逆向傅立叶变换透镜107并应用到CCD图象传感器108。

由CCD图象传感器108检测到的再现图象是作为具有图象处理电路133中普通高分辨率的图象数据进行处理的。例如，在这种实施方案中，再现图象被视为12×12点的图案。另一方面，从外部存储设备读取对应的噪声图案。在这里，由于噪声图案被转换成6×6点的低分辨率，因此一个点就扩大成2×2个点，而整个噪声图案扩大成对应于12×12点的分辨率。然后，从由CCD图象传感器108检测到的再现图象中减去通过用一个常数(α倍)秉该噪声图案所获得的噪声图案，以便获得除去噪声的再现图象。解码过程是通过利用该再现图象执行的。

对于每个页面单元，如上所述的噪声图案检测、数据记录及数据再现是顺序执行的。最后，噪声图案检测、数据记录及数据再现是对全息存储器的整个部分执行的。

如上所述，根据这种实施方案，当只有未调制的信号光应用到其中未记录数据的全息存储器时，确保由CCD图象传感器检测到的图象是作为噪声图案。当数据被再现时，从由CCD图象传感器检测到的再现图象中减去先前获得的噪声图案。因此，可以利用简单结构除去叠加在再现图象上的噪声成分。

在上述的噪声图案检测中，噪声图案是作为二进制图案获得的。噪声图案也可以作为多值灰度级获得。

图5是显示另一个噪声图案检测例子的示意图。

如图5所示，作为CCD图象传感器108，使用有5个等级的灰度级。由CCD检测到的灰度级噪声图案直接记录到外部存储设备134中。然后，通过利用该噪声图案从再现图象除去噪声，从而噪声可以更精确地除去。

上述的噪声图案检测可以对全息存储器120的所有页面执行，或者也可以指定页面间隔执行。尤其当数据是通过偏移多元记录处理记录的时候，以指定页面间隔进行的噪声图案检测是更加优选的。

如图6A所示，在这种实施方案中，以5个页面的间隔检测一次噪声图案，从而页面在全息存储器120上重叠。在这里，如图6A和6B所示，噪声图案是在第二页、第七页和第十二页检测的。以这种方式，噪声图案数据量过于庞大的情况可以抑制。

此外，在这种情况下，当记录到其中未检测到噪声图案的页面上的数据被再现时，噪声优选地是利用通过对该页面的前后页面中的噪声图案执行插值处理获得的噪声图案从再现图象除去的。以这种方式，由于噪声图案在某种程度上可以是以获得适当图案所预期的，因此不需要获得所有页面的噪声图案就可以将所有页面中的噪声除去。

此外，在噪声图案的插值处理中，可以使用灰度级。例如，当在图6A所示第二页和第七页中噪声图案是作为二进制图案获得的时候，它们之间第三至第六页的噪声图案是通过插值处理作为灰度级图案获得的。以这种方式，可以执行更精确的插值处理。

在上述实施方案中，检测到的噪声图案记录在外部存储设备134中。但是，噪声图案也可以与实际数据一起记录在介质本身(全息存储器120)当中。在这种情况下，在数据记录到全息存储器120之前，就象图3所示数据记录的情况一样，噪声图案首先如图2所示那样进行检测。然后，记录获得的噪声图案并记录数据。

当数据被记录时，图1所示的遮光器109首先预设成OFF以便使参考光能够通过，而SLM 105的象素如图7所示依赖于要记录的数据分别设成ON或OFF。在这里，在这种实施方案中，在页面中检测到的噪声图案与初始要记录的实际数据都被记录。在这种实施方案中，尽管SLM的所有象素都有12×12个点，但噪声图案有6×6个点。噪声图案占据了所记录数据整个部分的1/4。例如，SLM的象素分别设置成使噪声图案记录在右下角部分的6×6点中，而实际数据记录在剩余区域。

然后，光束从激光源应用。其额外光量被ND过滤器除去且直径被光束扩大器扩大成平行光的激光束反射到反射镜上并入射到光束分离器。入射到光束分离器的光束被分成信号光和参考光。信号光通过SLM，然后应用到全息存储器。在这个时候，信号光是依赖于SLM象素的ON和OFF进行空间调制的。信号光被傅立叶变换透镜会聚并应用到全息存储器。另一方面，参考光也反射到两个反射镜上并应用到全息存储器。信号光与参考光在全息存储器的记录层中交叉，彼此干涉。因此，在全息存储器的记录层中形成干涉条纹。即，数据和噪声图案是作为光的干涉图案记录的。

如参考图4所描述的，当数据被再现时，应用参考光来检测再现图象。由于噪声图案包括在再现图象中，因此噪声图案最初是从再现图象取出来的。然后，从由CCD图象传感器108检测到的再现图象中减去通过用一个常数(α倍)秉该噪声图案所获得的噪声图案，以便获得除去噪声的再现图象。解码过程是通过利用该再现图象执行的。

如上所述，根据这种实施方案，由于指定页面上的噪声图案及真正要记录的数据都记录在该指定页面上，因此具有大容量的外部存储设备是不需要的。

当噪声图案记录在介质中时，噪声图案的数据量优选地尽可能多地减少。因此，在这种情况下，不是所有页面的噪声图案都要检测，也不是都要记录，而噪声图案优选地如图6A所示以指定页面间隔检测。此外，如图6B所示，当数据记录到其中未检测到噪声图案的页面上时，噪声优选地是利用通过对该页面的前后页面中的噪声图案执行插值处理获得的噪声图案从再现图象除去的。当执行偏移多元记录处理时，噪声图案不需要记录到其中未检测到噪声图案的页面上。因此，更多数据可以记录到其中为记录噪声图案的部分。

图8A和8B是用于阐明在全息存储器的同一个位置执行多元记录处理的例子的示意图。图8A示出了执行相位编码多元记录的情况，而图8B示出了执行波长多元记录的情况。

如图8A所示，在相位编码多元记录的情况下，由于数据是通过改变同一位置的相位编码多次记录的，因此对于相位编码多元记录，在相同位置一个噪声图案可以共享。此外，如图8B所示，在波长多元记录的情况下，由于波长是变化的，而不同的数据记录在同一个位置，因此对于波长多元记录，在相同位置一个噪声图案可以共享。当执行相位编码多元记录时，在图1所示的装置中还需要调制参考光的SLM。此外，当执行波长多元记录时，还需要多个具有不同波长的激光源。

本发明不限于上述实施方案。应当理解在权利要求定义的本发明范围之内可以进行各种改变，而且这些改变包括在本发明中。

例如，在上述实施方案中，在每个页面中检测到的噪声图案与初始要记录的数据一起记录到页面中。但是，在每个页面中检测到的噪声图案也可以集中记录到全息存储器中与初始要记录的数据隔开的指定区域中。

此外，在上述实施方案中，作为示例，使用了透射类型的全息存储器。但反射类型的全息存储器也可以使用。在那种情况下，应当理解全息系统整个部分的结构需要适当地修改。

此外，在上述实施方案中，再现图象的噪声是根据从再现图象中减去通过预先用一个常数(α倍)秉噪声图案所获得的噪声图案的差值计算除去的。在这种情况下，α可以是所有介质公用的值。α可以是根据介质中位置、信号光或参考光的入射角、相位编码等优化的常量(组)。此外，不仅简单的差值计算，而且其它任何基于噪声图案的函数，如高阶表达式、指数函数、对数函数、三角函数等，都可以使用。

Claims

1. 一种全息记录与再现装置，其中信号光与参考光应用到全息存储器以便记录作为光干涉图案的数据，该数据是从通过将参考光应用到全息存储器所获得的再现图象再现的；所述全息记录与再现装置包括：

用于检测全息存储器指定页面中噪声图案的噪声图案检测单元；

用于存储噪声图案的噪声图案存储单元；

用户从全息存储器的指定页面读出再现图象的数据再现单元；及

用于通过利用先前由噪声图案检测单元检测到的噪声图案从再现图象除去噪声成分的噪声消除单元。

2. 如权利要求1所述的全息记录与再现装置，其中所述噪声图案存储单元包括用于在其中存储数据的外部存储设备。

3. 如权利要求1所述的全息记录与再现装置，其中所述噪声图案存储单元包括用于将噪声图案记录到全息存储器上的噪声图案记录单元。

4. 如权利要求1所述的全息记录与再现装置，其中噪声图案检测单元包括：

用于将未调制的信号光应用到全息存储器指定页面的信号光应用单元；

用于接收通过或反射到全息存储器的信号光的光接收单元；及

用于压缩来自光接收单元的噪声图案的噪声图案处理单元。

5. 如权利要求4所述的全息记录与再现装置，其中所述噪声图案存储单元包括用于将噪声图案记录到全息存储器上的噪声图案记录单元。

6. 如权利要求1至5任何一项所述的全息记录与再现装置，其中噪声图案记录单元将在全息存储器每个页面中检测到的噪声图案与初始要记录的数据一起记录到该页面中。

7. 如权利要求1至5任何一项所述的全息记录与再现装置，其中噪声图案记录单元将在全息存储器每个页面中检测到的噪声图案集中记录到全息存储器中与初始要记录的数据隔开的指定区域中。

8. 如权利要求1至5任何一项所述的全息记录与再现装置，其中噪声图案检测单元按照灰度级检测噪声图案。

9. 如权利要求1至5任何一项所述的全息记录与再现装置，其中当噪声图案检测单元顺序检测全息存储器各页面中的噪声图案时，该噪声图案检测单元以指定页面间隔检测噪声图案。

10. 如权利要求9所述的全息记录与再现装置，其中当数据再现单元将数据再现到其中未记录噪声图案的页面时，该数据再现单元利用通过执行插值处理获得的噪声图案从再现图象除去噪声成分，其中插值处理利用该页面的前后页面的噪声图案。

11. 如权利要求10所述的全息记录与再现装置，其中当多个数据通过相位编码多元记录或波长多元记录记录到相同的位置时，噪声消除单元通过利用每个数据公用的噪声图案从再现图象除去噪声成分。