CN1890720A

CN1890720A - 全息阅读设备

Info

Publication number: CN1890720A
Application number: CNA2004800363758A
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: CN1890719A; CN1890723A; CN100533559C

Abstract

本发明涉及用于读出记录在全息媒体(202)中的数据页的光学全息设备。该数据页包括数据比特。该设备包括：用于产生具有强度的辐射束的装置(200)；用于引导辐射束朝向全息媒体以成像数据页的装置(201)；用于检测成像数据页中的成像数据比特组的装置(203)；用于计数成像数据比特组中具有预定数据状态的成像数据比特的数量的装置(204)；和用于作为这个数量的函数修改强度的装置(205)。

Description

全息阅读设备

技术领域

本发明涉及用于读出记录在全息媒体中的数据页的光学全息设备，涉及用于读出这样的数据页的方法，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，这创建了重构信号波束，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。

全息媒体106因而包括具有不同数据比特分布的多个数据页。在一个简单实例中，数据页的数据比特具有2种可能的数据状态，比如“1”和“0”。在理论上，检测器114上的第一强度对应于第一数据状态，以及第二强度对应于第二数据状态。然而，由于各种因素，具有相同数据状态的数据比特可以利用检测器114上的不同强度来代表。这些因素特别包括：在记录期间，已记录的数据页的衍射效率的变化或者辐射源100的输出功率的功率波动。这些变化可能是如此重要的，使得具有两个不同数据状态的数据比特利用检测器114上的相等强度来代表。结果，通过简单地监视检测器114上成像的数据比特的强度来检测数据比特的数据状态是不可能的。

专利US 5995676公开了一种用于确定全息设备中数据比特的数据状态的方法。根据这个方法，测量成像数据比特组的强度。例如，测量成像数据页的所有成像数据比特的强度。然后，测量这些强度的平均值，并且将每个成像数据比特的强度与这个平均值进行比较。如果一个强度低于平均值，则判定对应的成像数据比特的数据状态为0。如果一个强度高于平均值，则判定对应的成像数据比特的数据状态为1。

这个方法的缺点如下所述。由于在记录期间已记录数据页的衍射效率的变化和辐射源100的输出功率的功率波动，有可能检测器114上的平均强度是相对低的。当检测器114上的平均强度低时，该方法对噪声敏感。实际上，不同的噪声源诸如检测器114本身的暗电流都对成像数据比特的强度作出贡献。这个噪声可能与没有噪声时的平均强度一样高。因此，该方法导致错误的结果。例如，应当具有数据状态0的数据比特可能被识别为数据状态1，因为对应于所述数据比特的检测器114的像素的噪声相对大。

发明内容

本发明的目的是提供一种对噪声不太敏感的全息设备。

为此，本发明建议一种用于读出记录在全息媒体中的数据页的光学全息设备，所述数据页包括数据比特，该设备包括用于产生具有强度的辐射束装置、用于把所述辐射束引向所述全息媒体以成像所述数据页的装置、用于检测所述成像数据页中的成像数据比特组的装置、用于计数所述成像数据比特组中具有预定数据状态的成像数据比特的数量的装置、以及用于根据所述数量修改所述强度的装置。

根据本发明，具有预定数据状态的成像数据比特的数量被计数，并且辐射束的强度被作为所述数量的函数进行调节。因而，有可能将检测器上的平均强度保持在相对高的电平上，其中噪声的贡献相对低。

有利地，用于计数的装置包括至少一个比较器，用于比较成像数据比特的值与预定阈值。因而，简单的判决电路可用于计数具有预定数据状态的成像数据比特的数量。因此，这避免了在每个检测器像素之后使用模-数转换器。因而，降低了全息装置的成本，并增加了用户比特速率。

最好，用于修改辐射束强度的装置被安排用于修改辐射束的强度，直至所述数量表示所述成像数据比特组的成像数据比特数量的40％和60％之间。在传统的全息设备中，数据比特可以仅仅具有两个数据状态。通常可以利用这样的方式来编码数据页，使得具有第一状态的数据比特的数量与具有第二状态的数据比特数量的不同大于20％。根据本发明，修改辐射束的强度，直至在成像数据页中检索到相同的分布。更优选地，上述百分比实质上等于50％。实际上，第一和第二状态的相等分布经常用于编码数据页。

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，所述数据页包括数据比特，所述方法包括以下步骤：利用具有强度的辐射束，在检测装置上根据所述数据页形成成像数据页；检测所述成像数据页中的成像数据比特组；计数所述成像数据比特组中具有预定数据状态的成像数据比特的数量；以及作为所述数量的函数，修改所述强度。

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计算机中时使该处理器或者计算机执行这个方法。

附图说明

现在，将参考附图利用实例来更加详细地描述本发明，其中：

图1显示了根据现有技术的全息设备；

图2显示了根据本发明的全息设备；

图3图示了根据本发明的方法；

图4显示了用于根据本发明的全息设备中的比较器。

具体实施方式

在本申请中，表述“数据比特”对应于全息媒体中的数据页的数据比特，而表述“成像数据比特”对应于检测器上成像数据页的数据比特。成像数据比特中测量的数据状态可以不对应于相应数据比特的数据状态。本发明的目的是：成像数据比特中已测量的数据状态真实地对应于相应数据比特的数据状态。

图2图示了根据本发明的全息设备。该全息设备包括：用于产生辐射束的辐射源200；用于把所述辐射束引向全息媒体202的装置201；用于检测成像数据页中成像数据比特的强度的检测装置203；计数装置204；以及用于修改辐射束的强度的装置205。引导装置201是传统的用于把辐射束引向信息载体的装置。它可以包括诸如图1的第二望远镜113的光学元件。

辐射束被全息媒体202衍射，并且在检测装置203上形成成像的数据页。成像的数据页包括成像的数据比特。检测装置203是包括像素的检测器阵列。像素的数量最好等于成像数据页中成像数据比特的数量，尽管这对于实施本发明是不要求的。计数装置204适于计数成像数据比特组中具有预定数据状态的成像数据比特的数量。根据这个数量，修改辐射束的强度。为此，全息设备包括受计数装置204的输出控制的修改装置205。

在以下描述中，对于数据比特，具有两种可能的数据状态，即高数据状态和低数据状态。然而，本发明可应用于利用两个以上的数据状态编码数据的全息设备。

图3图示了根据本发明的方法。在步骤301，在检测装置203上形成图像。在步骤302，检测成像数据比特组。该组成像数据比特可以是成像数据页的一部分或整个成像数据页，如下面将解释的。在步骤303，计数具有预定数据状态的成像数据比特的数量。在这个实例中，具有高状态的成像数据比特的数量被计数。这以一种简单方式来执行，例如通过比较成像数据比特的强度与预定阈值。例如，如果多个全息媒体中的成像数据比特的强度在任意单位的0至100之间变化，则阈值可以选择为等于50。然后，将具有高状态的成像数据比特的数量N与数量X进行比较，其中数量X对应于已编码的数据比特组中具有高状态的数据比特的数量。例如，如果利用具有等于50％的高状态的数据比特的比例来编码数据页，则数量X等于被2除的数据比特组中数据比特的数量。在以下实例中，数据页包括1000*1000数据比特，并且数据比特组也包括1000*1000数据比特；已编码数据页中具有高状态的数据比特的比例等于50％。因此，数量X是500000。如果具有高状态的成像数据比特的数量N大于500000，则这意味着，检测到的具有高状态的某些成像数据比特实际上对应于具有低状态的数据比特。因此，在步骤304，降低辐射束的强度。这由此降低了成像数据比特的强度。然后，在步骤302，检测成像数据比特组，并且在步骤303计数具有高状态的成像数据比特的数量。如果这个数量N仍大于500000，则在步骤304再次降低辐射束的强度。重复这一过程，直至数量N等于500000。

在以下实例中，成像数据比特强度是如此之低，以致于在步骤303没有成像数据比特具有高状态。例如，最大强度是10，而预定阈值是50。这在数据页的衍射效率低时是有可能的，例如，这可能发生在记录角度大时。在此情况下，在步骤304增加辐射束的强度。这增加了成像数据比特的强度。重复这过程，直至强度的一半大于50，并且强度的一半小于50。因此，噪声对于成像数据比特的检测没有影响。例如，如果噪声的强度大约为1，则具有平均值50的强度的噪声的影响可以忽略。

在步骤302，可以仅仅检测成像数据页的一部分，而不是整个成像数据页。实际上，可能不需要检测整个成像数据页来修改辐射束的强度。例如，如果数据页具有1000*1000数据比特，则仅仅检测具有100*100数据比特的数据页的一部分可能就足够了。实际上，这个部分中高和低状态的分布在统计上通常与整个数据页中的分布相同。

仅仅检测成像数据页的一部分也许还是有利的，如果知道所述部分具有不同于该数据页的其余部分的特性的话。例如，如果已知成像数据页的一部分中的强度总是大于该成像数据页中其余部分的强度，则利用具有第一强度的辐射束读出这个部分并利用具有第二较大强度的第二辐射束读出该数据页的其余部分，这可能是有利的。

已编码数据比特组中具有高状态的数据比特的数量X主要取决于全息媒体。通常，具有高状态的数据比特的比例在40％和60％之间，并且更通常地它基本上等于50％。

应当注意，为了达到具有预定数据状态的成像数据比特的预期数量，可能不必重复步骤302、303和304。相反地，可以在全息设备中存储辐射束的需要强度与具有预定数据状态的成像数据比特的数量之间的关系。例如，全息设备可以包括一个查找表，该表包含在利用辐射束的某个强度测量具有预定数据状态的数据比特的数量N时被应用的辐射束的强度。

也应当注意，可以仅仅对于一个数据页，或者仅仅对于一些数据页，执行根据本发明的方法。例如，一旦辐射束的强度已被设置用于一个数据页的读出，则下一个数据页的读出也许不需要修改辐射束的强度，因为两个连续数据页的记录条件是相似的。然而，根据记录和读出条件，也可以选择对于读出的每个新的数据页执行根据本发明的方法。

图4图示了可以用于计数具有预定数据状态的成像数据比特数量的比较器。这个比较器是比较成像数据比特的强度I_bit与参考强度I_ref的常规比较器。参考强度I_ref对应于如图2和图3中所述的预定阈值。

因此，在计数装置204中使用相对简单的判决电路。这较之现有技术是特别有利的。在传统的全息设备中，在检测器的每个像素之后，使用模-数转换器。模-数转换器的输出随后在判决电路中与阈值进行比较，以判定成像数据比特是具有高状态还是具有低状态。在模-数转换器中需要相对大的比特深度，以便获得足够的解像分辨率。例如，也许需要8-12比特的比特深度。现在，检测器具有有限的输出信号带宽，并且引入具有相对大比特深度的模-数转换器导致所需带宽大于检测器的可用带宽。这因而限制了这样的全息设备总的用户比特率。

在本发明的全息设备中，可以使用简单的判决电路，因为不需要精确地测量成像数据比特的强度，这是因为用于读出的方法基于辐射束的强度的修改。因此，根据本发明的方法增加了用户比特率。

应当注意，图4所示的比较器可以用于检测装置的多个像素。例如，全息设备可以每行像素包括一个比较器，或者包括独特的比较器。在这些情况下，数据比特的强度被连续地发送给适当的比较器。

根据本发明的用于读出数据页的方法可以被实施在集成电路中，该集成电路用于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解释为限制权利要求。显然，动词“包括”及其变形的使用并不排除除了在任何权利要求中定义的那些之外的任何其它元素的存在。元素之前的单词“一个”或“一”并不排除多个这样的元素的存在。

Claims

1、一种用于读出记录在全息媒体(202)中的数据页的光学全息设备，所述数据页包括数据比特，该设备包括：

用于产生具有强度的辐射束的装置(200)；

用于引导所述辐射束朝向所述全息媒体以成像所述数据页的装置(201)；

用于检测所述成像数据页中的成像数据比特组的装置(203)；

用于计数所述成像数据比特组中具有预定数据状态的成像数据比特的数量的装置(204)；和

用于作为所述数量的函数修改所述强度的装置(205)。

2、根据权利要求1所述的光学全息设备，其中用于计数的装置包括至少一个比较器，用于比较成像数据比特的值与预定阈值。

3、根据权利要求1所述的光学全息设备，其中用于修改辐射束强度的装置被安排用于修改辐射束的强度，直至所述数量代表所述成像数据比特组的成像数据比特数量的40％和60％之间。

4、根据权利要求3所述的光学全息设备，其中用于修改辐射束强度的装置被安排为修改辐射束的强度，直至所述数量实质上代表所述成像数据比特组的成像数据比特数量的50％。

5、一种用于读出记录在全息媒体中的数据页的方法，所述数据页包括数据比特，所述方法包括：

利用具有强度的辐射束，在检测装置上根据所述数据页形成成像数据页的步骤(301)；

检测所述成像数据页中的成像数据比特组的步骤(302)；

计数所述成像数据比特组中具有预定数据状态的成像数据比特的数量的步骤(303)；和

作为所述数量的函数来修改所述强度的步骤(304)。

6、根据权利要求5所述的用于读出数据页的方法，其中所述计数步骤包括比较成像数据比特的值与预定阈值的子步骤。

7、根据权利要求5所述的用于读出数据页的方法，其中所述修改步骤包括：修改辐射束的强度，直至所述数量代表所述成像数据比特组中的成像数据比特数量的40％和60％之间。

8、根据权利要求7所述的用于读出数据页的方法，其中所述修改步骤包括：修改辐射束的强度，直至所述数量实质上代表所述成像数据比特组的成像数据比特数量的50％。

9、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该计算机执行如权利要求5所述的方法。