CN1890719A

CN1890719A - 全息设备

Info

Publication number: CN1890719A
Application number: CNA2004800363739A
Authority: CN
Inventors: C·列登鲍姆
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-12-08
Filing date: 2004-11-26
Publication date: 2007-01-03
Also published as: CN1890720A; CN100533559C; CN1890723A

Abstract

本发明涉及用于在全息媒体(106)中记录数据比特的光学全息设备。该设备包括：具有可寻址元件(301)的光调制器(103)，每个可寻址元件具有区域和小于所述区域的至少一个旋光子区域(302)；用于朝向光调制器引导辐射束以形成编码辐射束的装置，以便在全息媒体中记录至少第一和第二数据比特(401，402)；用于相对于全息媒体位移编码辐射束的装置(200)；以及用于控制位移装置以便在第一与第二数据比特之间记录第三数据比特(403)的装置。

Description

全息设备

技术领域

本发明涉及用于在全息媒体中记录数据比特的光学全息设备，涉及用于记录数据比特的方法，并且涉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中读取数据。

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103包括可作为透射区域和吸收区域被寻址的可寻址元件，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。

数据页包括多个数据比特。数据页中数据比特的数量等于空间光调制器103的可寻址元件的数量。因此，数据页中数据比特的数量(即，全息媒体106的数据容量)受到限制。实际上，空间光调制器103的可寻址元件的数量受到限制，因为数量的增加导致空间光调制器103的尺寸和成本的增加，以及全息设备的功耗的增加。此外，空间光调制器103的尺寸增加导致用于记录数据比特的辐射束的尺寸的增加。另外，难以生成具有相对大直径的同源辐射束，并且这增加全息设备的尺寸以及光学器件的成本。

发明内容

本发明的目的是提供增加在全息媒体上记录的数据的密度的全息设备。

为此，本发明建议一种用于在全息媒体中记录数据比特的光学全息设备，所述设备包括：具有可寻址元件的光调制器，每个可寻址元件具有区域和小于所述区域的至少一个旋光(optically active)子区域；用于朝向所述光调制器引导辐射束以形成编码辐射束的装置，以便在所述全息媒体中至少记录第一和第二数据比特；用于相对于全息媒体位移所述编码辐射束的装置；以及用于控制所述位移装置以便在所述第一与第二数据比特之间记录第三数据比特的装置。

根据本发明，光调制器中可寻址元件的数量小于数据页中数据比特的数量。为了记录数据页，记录第一部分数据页，仅仅包括数据页的一部分数据比特。为此，这个部分数据页被发送给光调制器，并且利用这些数据来编码辐射束。一旦已记录第一部分数据页，则把第二部分数据页发送给光调制器。用这些数据来编码辐射束，并且以这样的方式来位移已编码辐射束，即，第二部分数据页的数据比特被记录在第一部分数据页的数据比特之间。这被重复，直至记录整个数据页。

这是有可能的，这是因为光调制器的可寻址元件具有区域和小于所述区域的至少一个旋光子区域。这意味着：当两个相邻数据比特利用这个光调制器被记录在全息媒体中时，在两个数据比特之间存在其中可以进一步记录第三数据比特的地方。因此，全息媒体中数据的密度被增加，但不增加光调制器的尺寸、象素计数和成本。

有利地，有效的(旋光)子区域至少小于可寻址元件区域的2倍。在此情况中，至少一个数据比特分段(bay)被记录在两个预记录的数据比特之间。这意味着，数据密度能够至少增加2倍。

有利地，位移装置包括基于电润湿法的偏转设备或者基于液晶的偏转设备。这样的设备可以通过在电极之间施加电压来位移辐射束，因此，为了相对于全息媒体位移已编码辐射束，不需要任何机械装置，这降低了全息设备的尺寸和功耗。

本发明还涉及用于在全息媒体中记录数据比特的方法，所述方法包括：利用已编码辐射束来至少记录第一和第二数据比特的步骤；和位移编码辐射束，以便在所述第一与第二数据比特之间记录第三数据比特的步骤。

有利地，第一数据比特具有沿一个方向的尺寸，并且编码辐射束在所述方向被位移小于所述尺寸的距离。换言之，第一数据比特和被记录在第一与第二数据比特之间的第三数据比特重叠。这允许利用游程长度受限码在全息媒体中记录数据，因而增加能够在同一全息媒体中记录的信息量。

本发明还涉及包括指令组的计算机程序，这些指令在被装载到处理器或计算机中时使该处理器或该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。

附图说明

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显示了根据本发明的全息设备；

图3图示了根据本发明的光调制器；

图4a-图4c显示了根据本发明的方法；

图5显示了根据本发明的有利实施例的方法。

具体实施方式

图2a和图2b显示了根据本发明的全息设备。在图2a中，仅仅显现了信号光束分支，参考光束分支类似于图1的参考光束分支。该全息设备包括：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和透镜105。它还包括位移装置200，在图3和图4中精确描述了其作用。

在图2a和2b的实例中，位移装置200是电润湿(法)(electrowetting)器件。位移装置200被放置在空间光调制器103之后，以便相对于全息媒体106位移已编码辐射束。电润湿器件包括流体室(chamber)和利用弯液面(meniscus)分隔开的两个不同流体，其中弯液面的边缘被流体室约束(constrain)。

电润湿器件200是分段的电润湿器件。图2b是分段的电润湿器件200的截面图。分段的电润湿器件200包括多个电极。不同的电压可以被施加在给定电极和公用电极之间，诸如在图2a中所示的V1和V2。分段的电润湿器件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为对边缘的第一侧起作用的第一电润湿电极以及被安排为单独地对边缘的第二侧起作用的第二电润湿电极。从专利申请WO2004/051323中公知这样的分段电润湿器件200。如在这个公开物中解释的，给第一和第二电极施加不同的电压导致经过分段电润湿器件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全息媒体106转换编码的辐射束。

可以用来相对于全息媒体位移已编码辐射束的电光器件的另一个实例是基于液晶的光劈(wedge)器件，诸如专利申请US5615029中所述的。

这样的作为位移装置使用电光器件避免了使用机械装置，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全息媒体106位移已编码辐射束。例如，全息媒体106可以被安装在滑板(sledge)上并被位移。作为选择，可以通过旋转或者平移空间光调制器103或者透镜105来位移已编码辐射束。重要的是：位移装置能够相对于全息媒体106位移已编码辐射束，而无论用来实现这种位移的实际装置是什么。

全息设备还包括用于控制位移装置的装置。这些控制装置未在图2a中示出。在这个实例中，控制装置对应于电压控制装置，用于控制施加给电润湿器件200的电极的电压。控制装置可以包括适于被编程以便执行下述方法的微处理器。

图3具体显示了图2的光调制器103。该光调制器包括可寻址元件，比如可寻址元件301。每个可寻址元件具有区域和子区域，比如子区域302。子区域302是旋光的，而可寻址元件301的其余部分是不旋光的。在以下实例中，子区域302可以被制成吸收性的或透射性的，而可寻址元件301的剩余部分是吸收性的。

尽管图3的光调制器仅仅包括16个可寻址元件，但是它可以包括更多的可寻址元件，比如1000*1000个元件。每个可寻址元件可单独地进行寻址，即每个子区域可以被制成吸收性的或者透射性的。当辐射束经过吸收性子区域时，它被阻塞；而当辐射束经过透射性区域时，它被透射。

图4a-图4c示意地显示了根据本发明的记录方法。图4a显示了在该方法的第一步骤之后的全息媒体。在第一步骤期间，第一部分数据页被记录。为此，这个第一部分数据页被发送给光调制器103，用这些数据编码辐射束，并且作为参考光束的干涉结果，在全息媒体中记录编码的光束。第一部分数据页包括至少两个数据比特，比如比特401和402。

在第一步骤之后，可以把第二部分数据页发送给光调制器103，并且用这个第二数据页来编码辐射束。然而，这不是强制性的，并且光调制器可以保持为不变。这取决于编码待记录的数据的方式。已编码辐射束被获得，这可以是与第一步骤中相同的已编码束或另一已编码光束。在这个申请中，表述“编码束”因而指已被编码的辐射束，而与它所包含的数据无关。

第二步骤包括相对于全息媒体106位移编码辐射束，以及在这个全息媒体106中记录编码束。以这样的方式位移编码束，即，在第二步骤期间，数据比特被记录在第一步骤期间记录的两个数据比特之间。例如，第三数据比特403被记录在第一与第二数据比特401、402之间。所得到的全息媒体被显示在图4c中。图4b显示了在第二步骤期间记录的数据比特。在图4b中，故意省略了在第一步骤期间已记录的数据比特。

在图4a至图4c的示例中，利用仅仅包括16个可寻址元件的光调制器103在全息媒体106中记录28个数据比特。这比其中仅仅能够记录16个数据比特的现有技术要多。当可寻址元件的数量变大时，可以表明，通过应用图4a至图4c所述的方法，使数据密度加倍。而且，通过在另一方向位移已编码辐射束，有可能不断增加数据密度。例如，如果在垂直于第二步骤中位移方向的方向位移已编码辐射束，则可以在第一数据比特401与第四数据比特404之间记录数据比特。因而，可以表明，在这种情况下，数据密度可以增加4倍。

数据密度的增加依赖于可寻址元件的区域与旋光的子区域之间的比率。如果该比率为X，则可以容易地看到，数据密度可以至少增加X。有效的(旋光)子区域最好至少比可寻址元件的区域小2倍。在此情况下，数据密度可以至少增加2倍。

在图5中，显示了根据本发明方法的另一有利实施例。图5显示了利用这个有利方法记录的全息媒体。如从图5中可以看出的，全息媒体包括具有各种尺寸的图案，这些尺寸可以不同于单一数据比特的尺寸的倍数。获得其中已编码辐射束被位移小于单一数据比特大小的距离的这个结果。因此，在该方法的两个连续步骤期间记录的数据比特重叠。例如，如果已编码辐射束被位移一段距离，而该距离是单一数据比特尺寸的一部分，则有可能记录这样的图案，其尺寸是单一数据比特的尺寸与单一数据比特尺寸的这个部分的x倍之和，其中x是整数。

因此，这个有利方法的使用允许利用游程长度受限码来编码将记录在全息媒体106中的信息。游程长度受限码在传统的光存储器诸如CD和DVD中是公知的，但是它还未使用在全息学中，因为在现有技术仅能够记录其尺寸是单一数据比特倍数的图案。游程长度受限码的使用允许增加能够被记录在全息媒体中的信息的数量。

根据本发明的记录数据比特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得该集成电路执行用于记录数据比特的方法。该指令组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中读出，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任何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。

Claims

1、一种光学全息设备，用于在全息媒体(106)中记录数据比特，所述设备包括：

具有可寻址元件(301)的光调制器(103)，每个可寻址元件具有区域和小于所述区域的至少一个旋光子区域(302)；

用于朝向所述光调制器引导辐射束以形成编码辐射束的装置，以便在所述全息媒体中至少记录第一和第二数据比特(401，402)；

用于相对于全息媒体位移所述编码辐射束的装置(200)；和

用于控制所述位移装置以便在所述第一与第二数据比特之间记录第三数据比特(403)的装置。

2、根据权利要求1所述的光学全息设备，其中所述旋光子区域至少比所述区域小2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或者基于液晶的偏转设备。

4、一种用于在全息媒体中记录数据比特的方法，所述方法包括：

利用编码辐射束，至少记录第一和第二数据比特的步骤；和

位移编码辐射束，以便在所述第一与第二数据比特之间记录第三数据比特的步骤。

5、根据权利要求4所述的用于记录数据比特的方法，其中所述第一数据比特在一个方向具有尺寸，并且编码辐射束在所述方向被位移小于所述尺寸的距离。

6、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该计算机执行如权利要求4所述的方法。