CN1450427A - 记录/复制光学信息的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

在一个全息数字数据存储器系统中，全息页面数据具有至少两个同心图样，该光学信息被排列在至少两个同心图样的一个最外层图样之中。因为该全息页面数据的至少两个同心图样被变形为由该参考光束的照射引起的衍射光束中的至少两个椭圆图样，所以从该衍射光束中提取至少两个椭圆图样，然后对至少两个椭圆图样进行估计来产生至少两个估计的同心图样。上述至少两个椭圆图样与上述至少两个估计的同心图样之间的一个补偿向量被用来从该衍射光束恢复该光学信息。

Description

记录/复制光学信息的方法和装置
发明领域
本发明涉及一个全息数字数据存储系统；更特别的是，涉及利用至少两个同心图样来作为一个伺服图样以便在一个全息数字数据存储系统中记录/复制光学信息的一种方法和装置。
背景技术
众所周知，对能储存大量数据(譬如一部电影的数据)的光学存储系统的需求与日俱增。所以近来研制了其中包括由光折射晶体(譬如铌酸锂等等)构成的存储介质的各种类型的全息数字数据存储系统来实现高密度光学存储容量。
全息数字数据存储系统能够使其中一个带有信息的信号光束和一个参考光束发生干涉以便产生它们之间的一个光干涉图样，然后控制将要被储存在诸如光折射晶体那样的存储介质中的该光干涉图样，其中该光折射晶体是一种对光干涉图样会根据它们各自的幅值和相位而有不同反应的材料。在该参考光束的入射角、幅值或相位变化的情况下，成百上千的二进制数据能够按逐页形式重叠记录在一个位置中。
在该全息数字数据存储系统中，一个信号光束是用矩形页面数据调制的，以便该被调制信号光束可以具有一个与显示设备形状一样的矩形形状。然而一个圆形激光光束的高斯分布可以导致该矩形页面数据变形。在这种情况下，该矩形页面数据的一个外围区域可能受到相当大的损害。尽管环形页面数据可以用来对该信号光束进行调制，但一个矩形伺服图样已经被用来产生一个修正该参考光束照射位置的伺服信号，因此该环形页面数据的复制效率很低。
发明内容
因而本发明的一个主要目的是提供利用至少两个同心图样来作为一个伺服图样以便有效记录/复制全息数字数据存储系统中光学信息的一种方法和装置。
根据本发明的一个希望的实施例，提供了一种记录全息数字数据存储系统中光学信息的方法，该存储系统包括一个由光折射晶体构成的全息存储器；一个参考光束发生器；用来产生一个具有某一波长的、将要提供给该全息存储器的参考光束；一个编码器，用于对该光学信息编码以便产生全息页面数据；一个信号光束供应器，向该全息存储器提供一个用该全息页面数据调制的、该波长的信号光束以使得该参考光束与该信号光束干涉而产生它们之间的一个光干涉图样；一个探测器，用于从由该参考光束对该全息存储器的照射所引起的该全息存储器的光干涉图样中探测一个衍射光束；以及一个分析器，用来分析该衍射光束以便复原该光学信息，该方法包括如下步骤：
(a)产生至少两个同心图样用来作为一个伺服图样；
(b)将该光学信息排列在上述至少两个同心图样的最外层图样之中以便产生环形页面数据来作为该全息页面数据。
根据本发明的另一个希望的实施例，提供了一种复制全息数字数据存储系统中的光学信息的方法，该系统包括一个由光折射晶体构成的全息存储器，一个参考光束发生器，用来产生一个具有某一波长的、将要提供给该全息存储器的参考光束；一个编码器，用来将该光学信息编码以便产生全息页面数据；一个信号光束供应器，用于向该全息存储器提供一个用该全息页面数据调制的、该波长的信号光束以使得该参考光束与该信号光束干涉而产生它们之间的一个光干涉图样；一个探测器，用于从由该参考光束对该全息存储器的照射而引起的该全息存储器的光干涉图样中探测一个衍射光束；以及一个分析器，用来分析该衍射光束以便复原该光学信息，其中该全息页面数据具有至少两个同心图样，该光学信息被排列在上述至少两个同心图样的最外层图样之中，该全息页面数据的上述至少两个同心图样被变形为该衍射光束的至少两个椭圆图样，该方法包括如下步骤：
(a)从该衍射光束中提取上述至少两个椭圆图样；
(b)估计上述至少两个椭圆图样来产生至少两个估计的同心图样，以便在上述至少两个椭圆图样和上述至少两个估计的同心图样之间产生一个补偿向量；
(c)利用该补偿向量由该衍射光束恢复该光学信息。
根据本发明的另一个方面，提供了一个光学信息记录/复制装置以便在一个由光折射晶体构成的全息存储器中记录光学信息，并从该全息存储器复制该光学信息，该装置包括：
产生一个具有某一波长的、提供给该全息存储器的参考光束的设备；
对该光学信息进行编码以便产生全息页面数据的设备；
向该全息存储器提供一个该波长的信号束、以使该参考光束与该信光号束干涉而产生它们之间的一个光干涉图样的设备，其中该信号光束用该全息页面数据调制；
从由于该参考光束对该全息存储器照射而引起的该全息存储器的光干涉图样中探测衍射光束的设备；和
分析该衍射光束以便复原该光学信息的设备，
其中该编码设备包括：
产生至少两个同心图样用来作为一个伺服图样的设备，和
将该光学信息排列在上述至少两个同心图样的一个最外层图样之中、以便产生环形页面数据来作为该全息页面数据的设备，并且
其中该分析设备包括：
从该衍射光束中提取至少两个椭圆图样的设备，其中该全息页面数据中的上述至少两个同心图样被变形为该衍射光束中的上述至少两个椭圆图样，
对上述至少两个椭圆图样进行估计来产生至少两个估计的同心图样，以便产生上述至少两个椭圆图样与上述至少两个估计的同心图样之间的一个补偿向量的设备，和
利用该补偿向量来从该衍射光束恢复该光学信息的设备。
附图说明
根据如下对希望实施例的描述并连同所附的例图，本发明的上述和其他目的和特征会变得显而易见，这些例图为：
图1代表一幅说明按照本发明的全息数字数据存储系统的方框图；
图2表示按照本发明的具有两个同心图样的环形页面数据；
图3描述一个按照本发明的记录光学信息的流程图；
图4提供一个按照本发明的从该全息存储器来恢复全息页面数据以便复原该光学信息的流程图。
具体实施方式
参考图1，这里显示了一个方框图来说明一个按照本发明希望实施例的全息数字数据存储系统，其中该系统包括一个编码电路110、一个记录以及恢复电路120和一个解码电路130。
编码电路110具有一个同心图样发生器114和一个光学信息排列单元112。编码电路110对光学信息进行编码来产生将要提供给记录和恢复电路120的环形页面数据，其中该光学信息具有一个l×m的象素阵列，l和m分别为正整数，每个象素有一个二进制值来代表象素亮度。
同心图样发生器114产生同心图样来作为一个伺服图样。参考图2，这里画了一个环形页面数据20来说明两个同心图样。两个同心图样，即最外层图样200和一个最内层图样204，是分别具有预定带宽w1和w2的带状图样。两个同心图样200和204中的每一个都包括一组以带状图样排列的不连续的象素。
光学信息排列单元112在该最外层图样200中排列该l×m象素阵列中的光学信息来产生环形页面数据20。该光学信息可以不和两个同心图样200以及204本身重叠。再回到图2，这里画了3个其中不记录信息的分隔带201、203以及205，还有两个记录该光学信息的数据区域202和206。3个分隔带201、203和205最好分别沿最外层图样200的内圆、最内层图样204的外圆和内圆插入，以便使环形页面数据20可以被分成两个同心图样200与204以及两个数据区域202与206。譬如，两个同心图样200和204由具有象素值‘1’的白象素构成，而三个分隔带201、203和205由具有象素值‘0’的黑象素构成。在另一个示例中，关于该光学信息的地址信息可以排列在最内层图样204之中。
记录和恢复电路120具有一个激光器121、一个光束分裂器122、一个第一和一个第二光圈123A和123B、一个第一和一个第二反射镜124和127、一个执行器126、一个空间光调制器(SLM)125、一个存储介质128和一个电荷耦合器件(CCD)129。在记录和恢复电路120中，从激光器121发射的一束激光通常具有一种圆形，它撞击到能对该激光光束进行部分反射从而获得一个参考光束和一个信号光束的光束分裂器122，其中该参考光束是该激光光束通过光束分裂器122传输的的一部分，而该信号光束是该激光光束从光束分裂器122反射的其余部分。
该参考光束在被由执行器126控制的第一反射镜127反射后通过一条参考光束通道(S1)进入存储介质128。同时，在被第二反射镜124反射后，该信号光束通过一条信号光束通道(S2)进入SLM 125，在SLM中该信号光束被由编码电路110中的光学信息排列单元112馈送的环形页面数据调制。
然后，该信号光束被聚焦到存储介质128。在存储介质128中，该信号光束与该参考光束干涉，从而产生它们之间的一个光干涉图样，其中该光干涉图样包含关于该信号光束的信息，即关于该环形页面数据的信息。该光干涉图样被转换成存储介质128内的一个光学指数图样，它的衍射指数图样随该光干涉图样而变，从而将该信号光束记录到存储介质128。存储介质128是一个由光折射晶体构成的全息存储器。
为了阅读记录在存储介质128中的该信号光束，只需要第一光圈123B保持打开而将第二光圈123A关闭，以便只有该参考光束能够被引入到存储介质128作为恢复参考光束。如果该恢复参考光束被引入到存储介质128，那么就可以在存储介质128中产生一个衍射光束，即一个与该光学指数图样相应的衍射光束，其中该衍射光束是由于该恢复参考光束照射到该存储介质而引起的该存储介质中的光干涉图样产生的。该衍射光束进入能够检测该衍射光束能量的CCD 129来恢复该环形页面数据。该恢复的环形页面数据被传输到解码电路130。
解码电路130具有一个椭圆图样提取器132、一个椭圆图样估计器134和一个光学信息恢复单元136。该恢复的环形页面数据被传输到椭圆图样提取器132和光学信息恢复单元136。
椭圆图样提取器132从该衍射光束中提取两个椭圆图样。已经建议该全息页面数据中的两个同心图样可以被分别变形为该衍射光束中的两个椭圆图样。
椭圆图样估计器134估计两个椭圆图样以便产生两个估计的同心图样。根据投影同心圆圆心的投影不变性原理，在任何投影变换下，该投影同心圆圆心，即该投影同心图样中心，一定在一条由该同心圆(即该同心图样)投影得到的椭圆(即该椭圆图样)的椭圆中心构成的直线上。准确地讲，从两个椭圆图样的每一个椭圆来检测该椭圆中心以便构成通过该椭圆中心的直线。检测出该直线和该椭圆图样的交点后，就可以用这些交点的交比来估计该投影同心圆的圆心，于是可以产生两个估计的同心图样。然后，向该光学信息恢复单元136提供两个椭圆图样与两个估计的同心图样之间的一个补偿向量。
光学信息恢复单元136利用该补偿向量来恢复该光学信息。该恢复的光学信息被输出作为输出数据。该补偿向量可以被用来产生一个修改该参考光束照射位置的伺服信号，以便能够得到被该补偿向量移位的另一个衍射光束。在另一个示例中，该补偿向量可以被用来补偿该衍射光束本身。
参考图3，这里显示一幅按照本发明的记录该光学信息的流程图。
在步骤S310，产生至少两个同心图样来作为伺服图样信息。如图2所示，两个同心图样，即最外层图样200和一个最内层图样204，是分别具有带宽w1和w2的带状图样。
在步骤S320，该l×m象素阵列中的光学信息被排列在最外层图样200之中来产生环形页面数据20。该光学信息可以不与两个同心图样200和204本身重叠。
在步骤S330，环形页面数据20被用来调制该信号光束。
在步骤S340，该信号光束与该参考光束干涉，以使该信号光束与该参考光束之间的一个光干涉图样能够被记录到该全息存储器中。
参考图4，这里显示一幅按照本发明的、能恢复全息页面数据以便从该全息存储器复原该光学信息的流程图。已经建议该全息页面数据具有至少两个同心图样，该光学信息被排列在至少两个同心图样的一个最外层图样之中。还建议，该全息页面数据中的两个同心图样被变形为该衍射光束中的两个椭圆图样。
在步骤S410，从该衍射光束中提取两个椭圆图样。
在步骤S420，对两个椭圆图样进行估计来产生两个估计的同心图样。准确地讲，从两个椭圆图样的每一个椭圆来检测一个椭圆中心，以便构造一条通过两个椭圆中心的直线。在检测出该直线与该椭圆图样的交点之后，可以利用这些交点的一个交比来估计该投影同心圆的圆心，于是可以产生两个估计的同心图样。然后，可以产生两个椭圆图样与两个估计的同心图样之间的一个补偿向量。
在步骤S430，利用该补偿向量来恢复该光学信息。该恢复的光学信息被输出作为输出数据。该补偿向量可以被用来产生一个修改该参考光束照射位置的伺服信号，以便获得被该补偿向量移位的另一个衍射光束。在另一个示例中，该补偿向量可以被用来补偿该衍射光束本身。
尽管已经针对希望的实施例对该发明进行了展示和描述，但那些熟悉技术的人员将会理解，可以进行各种变更和修改而不偏离如下权利要求所定义的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1、一种记录全息数字数据存储系统中光学信息的方法，该系统包括一个由光折射晶体构成的全息存储器；一个参考光束发生器，用来产生一个具有某一波长的、可以提供给该全息存储器的参考光束；一个编码器，用来对该光学信息进行编码以便产生全息页面数据；一个信号光束供应器，用于向该全息存储器提供一个具有该波长的、用该全息页面数据调制的信号光束以使该参考光束与该信号光束干涉而产生它们之间的一个光干涉图样；一个探测器，用于从由该参考光束对该全息存储器照射而引起的该全息存储器的光干涉图样中检测一个衍射光束；以及一个分析器，用来分析该衍射光束以便复原该光学信息，该方法包括如下步骤：
(a)产生至少两个同心图样用来作为一个伺服图样；
(b)在上述至少两个同心图样的一个最外层图样中排列该光学信息以便产生环形页面数据用来作为该全息页面数据。
2、按照权利要求1的方法，其中该光学信息与上述至少两个同心图样不重叠。
3、按照权利要求1的方法，其中上述至少两个同心图样的每一个都是具有预定带宽的带状图样。
4、按照权利要求1的方法，其中关于该光学信息的地址信息排列在上述至少两个同心图样的一个最内层图样之中。
5、一种复制全息数字数据存储系统中光学信息的方法，该系统包括一个由光折射晶体构成的全息存储器；一个参考光束发生器，用来产生一个具有某一波长的、可以提供给该全息存储器的参考光束；一个编码器，用来对该光学信息进行编码以便产生全息页面数据；一个信号光束供应器，用于向该全息存储器提供一个具有该波长的、用该全息页面数据调制的信号光束以使该参考光束与该信号光束干涉而产生它们之间的一个光干涉图样；一个探测器，用于从由该参考光束对该全息存储器的照射而引起的该全息存储器的光干涉图样中探测一个衍射光束；以及一个分析器，用来分析该衍射光束以便复原该光学信息，其中该全息页面数据至少有两个同心图样，该全息信息排列在上述至少两个同心图样的一个最外层图样之中，该全息页面数据中的上述至少两个同心图样被变形为该衍射光束的至少两个椭圆图样，该方法包括如下步骤：
(a)从该衍射光束提取上述的至少两个椭圆图样；
(b)对上述至少两个椭圆图样进行估计来产生至少两个估计的同心图样，以便产生上述至少两个椭圆图样与上述至少两个估计的同心图样之间的一个补偿向量；
(c)利用该补偿向量从该衍射光束恢复该光学信息。
6、按照权利要求5的方法，其中上述至少两个椭圆图样用投影同心圆圆心的投影不变性原理进行估计。
7、按照权利要求5的方法，其中该补偿向量被用来产生一个修改该参考光束照射位置的伺服信号以便获得另一个被该补偿向量移位的衍射光束。
8、按照权利要求5的方法，其中该补偿向量被用来补偿该衍射光束。
9、一种在由光折射晶体构成的全息存储器中记录光学信息、并从该全息存储器复制该光学信息的光学信息记录/复制装置，该装置包括：
产生一个可以提供给该全息存储器的、具有某一波长的参考光束的设备；
对该光学信息进行编码以便产生全息页面数据的设备；
向该全息存储器提供一个该波长的信号光束、以使该参考光束与该信号光束干涉而在其间产生一个光干涉图样的设备，其中该信号光束用该全息页面数据调制；
从由于该参考光束对该全息存储器照射而引起的该全息存储器的光干涉图样中探测衍射光束的设备；和
分析该衍射光束以便复原该光学信息的设备，
其中该编码设备包括：
产生至少两个同心图样用来作为一个伺服图样的设备，和
将该光学信息排列在上述至少两个同心图样的一个最外层图样之中、以便产生环形页面数据用来作为该全息页面数据的设备，并且
其中该分析设备包括：
从该衍射光束中提取至少两个椭圆图样的设备，其中该全息页面数据中的上述至少两个同心图样被变形为该衍射光束中的上述至少两个椭圆图样，
对上述至少两个椭圆图样进行估计来产生至少两个估计的同心图样，以便在上述至少两个椭圆图样与上述至少两个估计的同心图样之间产生一个补偿向量的设备，和
利用该补偿向量以便从该衍射光束恢复该光学信息的设备。
10、按照权利要求9的方法，其中该光学信息不与上述至少两个同心图样重叠。
11、按照权利要求9的方法，其中上述至少两个同心图样中的每一个图样都是具有预定带宽的带状图样。
12、按照权利要求9的方法，其中关于该光学信息的地址信息被排列在上述至少两个同心图样中的一个最内层图样之中。
13、按照权利要求9的方法，其中上述至少两个椭圆图样利用投影同心圆圆心的投影不变性原理来估计。
14、按照权利要求9的方法，其中该补偿向量被用来产生修改该参考光束的照射位置的一个伺服信号，以便获得另一个被该补偿向量移位的衍射光束。
15、按照权利要求9的方法，其中该补偿向量被用来补偿该衍射光束。
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