CN1890756A - 检测器上全息图像的对准 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于读取记录在全息介质中的数据页的光学全息设备(106)。该设备包括用于形成图像数据页的装置(104，105)，用于检测图像数据页的装置(114)，用于检测被检测的图像数据页中的Moiré图案的装置，以及用于按照Moiré图案的函数修改图像数据页的装置。

Description

检测器上全息图像的对准

技术领域

本发明涉及用于读取记录在全息介质中的数据页的光学全息设备，用于读取这样的数据页的方法和用于实现该方法的计算机程序。

背景技术

能够在全息介质上记录数据和从全息介质读取数据的光学设备可从H.J.Coufal，D.Psaltis，G.T.Sincerbox(Eds)于2000年发表在Springer series in optical sciences上的“Holographic datastorage”中得知。图1显示了这样一种使用相位共轭读取的光学设备。该光学设备包含辐射源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，半波板110，第二反射镜111，第二偏转器112，第二望远镜113和检测器114。光学设备将在全息介质106上记录数据并从其中读取数据。

在全息介质上记录数据页时，由辐射源100产生的光束的一半由第一分束器102朝空间光调制器103传送。将这一部分光束称为信号光束。由辐射源100产生的辐射束的一半由第一偏转器107朝望远镜108偏转。这一部分辐射束可称为基准光束。信号光束由空间光调制器103进行空间调制。该空间光调制器包括透射区域和吸收区域，它对应着要记录的数据页的0和1数据位。在信号光束通过空间光调制器103后，它携带着要记录到全息介质106上的信号，例如要记录的数据页。然后信号光束由透镜105会聚到全息介质106上。

基准光束也通过第一望远镜108会聚到全息介质106上。这样数据页就以信号光束和基准光束之间发生干涉得到的干涉图案的形式记录在全息介质106上。一旦数据页被记录在全息介质106上，另一数据页会记录在该全息介质106的同一位置上。其结果是，和该数据页对应的数据被传送至空间光调制器103。旋转第一偏转器107，以使基准信号相对于全息介质106的角度得到调整。第一望远镜108用于使基准光束在旋转的同时保持在同一位置。这样干涉图案就以不同的图案记录在全息介质106的同一位置上。这称为角度多路复用。记录了多个数据页的全息介质106的同一位置称为卷。

可替换地，可调节辐射光束的波长以在同一卷内记录不同的数据页。这称为波长多路复用。其它类型的多路复用，如移位多路复用也可用于在全息介质106内记录数据页。

在从全息介质106中读取数据页期间，使空间光调制器103处于完全吸光的状态，从而没有光束能通过空间光调制器103。将第一偏转器107移走，以使由辐射源100产生的通过分束器102的那部分光束经由第一反光镜109、半波板110和第二反光镜111到达第二偏转器112。如果在全息介质106中记录数据页时采用角度多路复用，并要读出给定的数据页，则第二偏转器112以这样的方式设置：它相对于全息介质106的角度与用于记录该给定的全息图的角度一致。从而由第二偏转器112偏转并由第二望远镜113会聚在全息介质106中的信号是用于记录给定的全息图的基准信号的相位共轭。如果例如波长多路复用已经用于在全息介质106中记录数据页，且要读出给定的数据页，则利用相同的波长读取该给定的数据页。

基准信号的相位共轭被信息图案衍射，产生重构的信号光束，然后经由透镜105和第二分束器104到达检测器114。从而在检测器114上产生了图像数据页，且由上述检测器114检测。检测器114包含像素，每一个像素对应图像数据页的一位。因而，图像数据页应该与检测器准确对准，使图像数据页的一位照射在检测器114的相应像素上。现在，该系统中有多种自由度，因此图像数据页并不总是与检测器准确对准。例如，在垂直于重构信号光束的轴的方向上，全息介质106相对于检测器114的位移会导致平移未对准。全息介质106或检测器114的旋转导致图像数据页和检测器114之间的角度误差。在与重构信号光束的轴平行的方向上，全息介质106相对于检测器114的位移会导致放大误差，这意味着图像数据页的一位的尺寸不同于检测器114的一个像素的尺寸。

已经提出了用于检测上述误差的方法。其中的一种方法是例如使用嵌入全息介质106的对准标记。对它们进行检测并且平移和旋转全息介质，直到在检测器114上重现正确的对准标记。这在例如US 5,838,650中进行了描述。然而，这样的检测方法不适合高密度全息介质，因为这些对准标记在全息介质上需要空间，其降低了可能的数据密度。

发明内容

本发明的目标是提供能读取具有提高的数据密度的全息介质的全息设备。

为此目的，本发明提出一种光学全息设备，用于读取记录在全息介质中的数据页，上述设备包含用于从上述数据页形成成图像数据页的装置，用于检测上述图像数据页的装置，用于在上述被检测的图像数据页中检测Moiré图案的装置以及用于按照上述Moiré图案的函数修改上述图像数据页的装置。

根据本发明，直接在被检测的数据页中检测关于对准误差的信息。因而不需要额外的对准标记，从而允许增加全息介质的数据密度。正如将要在说明书中详细解释的那样，图像数据页中的放大误差、平移误差或旋转误差在被检测的图像数据页中产生Moiré图案。这样，该Moiré图案可提供有关这些误差的信息。检测并分析上述Moiré图案允许通过图像数据页的修改来校正这些误差，例如使全息介质相对于检测器移位。

有利的是，用于检测Moiré图案的装置包括用于过滤被检测的图像数据页的高频分量的装置。这简化了对Moiré图案的检测，因而简化了被检测的图像数据页的信号处理。

优先地，该全息设备进一步包含用于测量被检测的图像数据页的对比度的装置，用于修改图像数据页的装置进一步由上述对比度控制。从而允许进一步校正图像数据页的聚焦误差。

本发明也涉及用于读取记录在全息介质上的数据页的方法，所述方法包含从所述数据页形成图像数据页的步骤，检测所述图像数据页的步骤，在所述被检测的图像数据页中检测Moiré图案的步骤以及按照所述Moiré图案的函数修改上述图像数据页的步骤。

本发明进一步涉及包含一组指令的计算机程序，该程序在载入处理器或计算机时可使处理器或计算机执行该方法。

附图说明

现在参考附图通过例子对本发明作更详细的描述，其中：

图1示出了依据现有技术的全息设备；

图2a示出的是图像数据页，图2b示出的是像素化的检测器；

图3a和图3b图示出如何检测并分析Moiré图案；

图4a至图4c示出了作为角度误差的结果的Moiré图案；

图5a至图5c示出了作为放大误差的结果的Moiré图案；

图6示出了被过滤的检测图像数据页中的Moiré图案；

图7a至图7c示出了作为平移误差结果的Moiré图案；

图8是示出依据本发明的方法的流程图。

具体实施方式

在图2a中描述了图像数据页。该图像数据页包括位，它和在记录数据页期间发送至空间光调制器103的数据对应。在本实施例中，位具有二元密度，但在一个数据页中可以使用多于两个的灰度值。图2b表示图1中的检测器114。该检测器114包括像素，其尺寸等于图像数据页的一个位的尺寸。因此，图像数据页的一位照射在检测器114的相应像素上。可检测这个位的密度，从而检索该数据页。

然而，如果在全息设备中产生平移、旋转或放大误差，则图像数据页的位可能不会照射在它的对应像素上。例如，如果在图像数据页和检测器114之间出现平移误差，其数量等于半个像素，则每一位照射在两个相邻的像素上，导致在数据页的检索中出现误差。

图3a表示放大误差。在图3a中，标记301代表检测器314的像素，标识302代表像素301的有效区域，标识303代表图像数据页的位，且标识304代表位303和有效区域302的交迭区域。在图3的实施例中，由于放大误差，图像数据页在X方向上大于检测器114。因此，可以看出位303不是照射在单个像素301上，而是可以照射在2个像素301上。

图3b示出了图3a中的检测器在X方向上的像素密度。像素密度与交迭区域304的表面成比例。可以看出该密度是周期性的，其周期取决于放大误差。因此，检测被检测的图像数据页的密度周期给出了有关放大误差的信息。图3b示出Moiré图案的简单情形。根据本发明可检测到更复杂的Moiré图案。这样的Moiré图案的例子在下图中给出。

图4a示出了当在全息设备中产生角度误差时检测到的Moiré图案。在图4a中，图像数据页相对于检测器114成10度的角。从图4a可以看出，被检测的图像数据页包含Moiré图案。在图4b中，角度误差为5度，图4c中角度误差为2度。可以看出Moiré图案的周期在这三个图中是不同的。因此，Moiré图案的周期给出了有关角度误差的信息，该角度误差可用于校正图像数据页相对于检测器的位置，以抑制角度误差。在这种情况下，可以旋转全息介质106，直到Moiré图案的周期变得无限大，这意味着在图像数据页和检测器114之间不存在角度误差。

图5a表示当在全息设备中出现放大误差时检测到的Moiré图案。在图5a中，在第一方向上图像数据页的位比检测器114的像素大10％。从图5a可以看出，被检测的图像数据页包含Moiré图案，它具有其方向垂直于上述第一方向的条纹。在图5b中，尺寸差别为5％。可以看出在这两个图中Moiré图案的周期不相同。因此，Moiré图案的周期给出了有关放大误差的信息，其可用于校正图像数据页的放大，以抑制放大误差。在图5c中，在垂直于第一方向的第二方向上，图像数据页10的位比检测器114的像素大10％。从图5c可以看出，检测的图像数据页包含Moiré图案，其具有在方向上垂直于上述第二方向的条纹。

从图5a至5c可知，Moiré图案的方向取决于放大的特性。因而对Moiré图案方向的检测给出了关于要应用的放大校正的类型的信息。

下面描述能够用于校正角度和放大误差的步骤的例子。首先，检测Moiré图案。然后旋转该图像数据页。如果Moiré图案的角度发生变化，则意味着有放大误差。校正水平放大率，直到Moiré图案的周期变为最大值，然后校正垂直放大率，直到Moiré图案的周期变为最大值。最后旋转图像数据页，直到Moiré图案的周期变为无穷。

可采用基于Moiré图案的检测补偿放大和角度校正的多个步骤。上述步骤仅是一个例子。

有利的是，在Moiré图案的检测之前过滤被检测的图像数据页。通过过滤高频分量，能够更容易地检测Moiré图案。图6示出被检测的图像数据页包含角度误差和放大误差，其中高频分量已经过滤。可以看出对Moiré图案的检测更加容易，因而在检测器114之后需要更少的信号处理。

图7a至7c描述了当在全息设备中出现平移误差时检测到的Moiré图案。在图7a中，在图像数据页的位和检测器114的像素之间存在半个像素的移位。在图4b中，移位为四分之一个像素，在图4c中没有移位。可以看出检测器114上的整体密度是不同的。因此，测量检测器114上的密度给出关于平移误差的信息，该信息可用于校正图像数据页相对于检测器114的位置。这也可看作是Moiré图案，但其具有大于检测器114尺寸的周期。因此，在图7a至7c中，也检测到Moiré图案，但仅用该Moiré图案的一部分修改图像数据页。

有利的是，全息设备还包括用于测量被检测的图像数据页的对比度的装置。通过测量被检测的图像数据页中的对比度，可获得图像数据页在上述检测器114上会聚的信息。当图像数据页会聚在检测器114上时，对比度为最大值。

图8描述了依据本发明的读取全息介质的方法。在步骤801，数据页被成像且图像数据页形成在检测器114上。在步骤802检测该图像数据页，并对其分析以在步骤803检测Moiré图案。最后在步骤804修改该图像数据页，所述修改依赖于上述Moiré图案。例如，如果如图4a至4c所述检测到角度误差，可使用偏转器旋转该图像数据页，直到检测不到角度误差。最后，伺服电路分析Moiré图案，并按照上述Moiré图案的函数驱动激励器。

依据本发明读取数据页的方法可在集成电路中实现，其倾向于集成在全息设备中。载入到程序存储器中的一组指令使集成电路执行用于读取数据页的方法。该组指令可以存储在数据载体上，如磁盘中。可从数据载体中读出该组指令，将它载入集成电路的程序存储器中，从而实现其功能。

以下权利要求中的任何标记不应当构成对权利要求的限制。显然使用动词“包含”以及其同类的词并不排除除了任意权利限定的部件之外的任何其它部件的存在。部件前的单词“一个”不排出多个该元件的存在。

Claims (8)

1.一种光学全息设备，用于读取记录在全息介质(106)中的数据页，所述设备包括用于从所述数据页中形成图像数据页的装置(104，105)，用于检测所述图像数据页的装置(114)，用于在所述被检测的图像数据页中检测Moiré图案的装置以及按照所述Moiré图案的函数修改所述图像数据页的装置。

2.如权利要求1中所述的光学全息设备，其中所述用于修改所述图像数据页的装置包括用于改变所述图像数据页的放大率的装置。

3.如权利要求1中所述的光学全息设备，其中所述用于修改所述图像数据页的装置包括用于平移所述图像数据页的装置。

4.如权利要求1中所述的光学全息设备，其中所述用于修改所述图像数据页的装置包括用于旋转所述图像数据页的装置。

5.如权利要求1中所述的光学全息设备，用于检测Moiré图案的装置包括用于过滤被检测的图像数据页的高频分量的装置。

6.如权利要求1中所述的光学全息设备，进一步包括用于测量被检测的图像数据页的对比度的装置，该装置用于修改进一步由所述对比度控制的图像数据页。

7.一种读取记录在全息介质中的数据页的方法，所述方法包括从所述数据页中形成图像数据页的步骤(801)，检测所述图像数据页的步骤(802)，检测所述被检测的图像数据页中的Moiré图案的步骤(803)，以及按照所述Moiré图案的函数修改所述图像数据页的步骤(804)。

8.一种包括一组指令的计算机程序，当其载入到处理器或计算机中时，使处理器或计算机执行如权利要求7所述的方法。

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