DE69737407T2

DE69737407T2 - Verfahren, Gerät und Medium für ein holographisches Datenspeichersystem

Info

Publication number: DE69737407T2
Application number: DE69737407T
Authority: DE
Inventors: Scott Patrick Chatham Campbell; Thomas J. South Orange Richardson; Kevin Richard Summit Curtis
Original assignee: Inphase Technologies Inc
Current assignee: Inphase Technologies Inc
Priority date: 1996-06-26
Filing date: 1997-06-17
Publication date: 2007-11-15
Anticipated expiration: 2017-06-18
Also published as: JP3220054B2; DE69737407D1; EP0817201B1; JPH1097792A; KR980004526A; EP0817201A2; US5838650A; KR100521660B1; TW336315B; US5920536A; EP0817201A3

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich auf holographische Datenspeichersysteme.
Hintergrund der Erfindung
Forscher haben berichtet, dass holographische Speichersysteme im Vergleich zu herkömmlichen Magnetplatten-Speichersystemen oder Compakt-Disk-Nur-Lese-Speichern (CD-ROMs) eine verhältnismäßig schnelle Wiedergewinnung großer Datenmengen schaffen können. In einem holographischen Speicher werden die Daten üblicherweise als ein in einem lichtempfindlichen Speichermedium gebildetes Hologramm gespeichert. Das Hologramm repräsentiert die Daten in dem Speichermedium als ein Muster veränderlicher Brechungsindizes, Absorptionsindizes, Polarisationsindizes und/oder Reflexionsindizes.
Üblicherweise wird das Hologrammmuster dadurch gebildet, dass veranlasst wird, dass sich zwei bestimmte Lichtstrahlen in einem Gebiet des Speichermediums kreuzen. Diese zwei Lichtstrahlen werden als der Signalstrahl und als der Referenzstrahl bezeichnet. Der Signalstrahl wird häufig dadurch gebildet, dass Laserlicht durch einen räumlichen Lichtmodulator (SLM) wie etwa durch einen Flüssigkristallanzeigeschirm (LCD-Schirm) geleitet werden. Der LCD-Schirm umfasst ein Muster durchsichtiger und undurchsichtiger Gebiete, die einer zweidimensionalen Darstellung der zu speichernden digitalen Daten entsprechen. Das von dem LCD-Schirm ausgehende Laserlichtsignal wird daraufhin durch Linsen weitergeleitet, um den Signalstrahl zu erzeugen.
In Systemen, die die Bragg-Selektivität als ein Mittel zum Aufzeichnen des Hologramms verwenden, ist der Referenzstrahl ein kollimierter Lichtstrahl mit bestimmten Eigenschaften wie etwa mit einer bestimmten Wellenlänge und mit einem bestimmten Einfallswinkel in Bezug auf das Speichermedium. In solchen Systemen können die aufgezeichneten Daten durch Beleuchten des Speichermediums mit einem kollimierten Lichtstrahl mit den gleichen Charakteristiken wie der zum Aufzeichnen des Hologrammmusters verwendete Referenzstrahl ausgelesen oder wiedergegeben werden. Das Speichermedium beugt, absorbiert und/oder polarisiert den Wiedergabereferenzstrahl in der Weise, dass auf einem Photodetektor-Array wie etwa auf einer ladungsgekoppelten Vorrichtung (CCD) ein projiziertes Bild der ursprünglichen Datendarstellung veranlasst wird.
Ein typisches CCD-Array umfasst ein Array von Abtastelementen, die durch gleichzeitiges Abtasten heller und dunkler Muster des projizierten Datenbilds arbeiten. Obgleich die Menge des Lichts durch jedes Sensorelement des CCD-Arrays gleichzeitig erfasst wird, können daraufhin elektrische Signale, die dieses erfasste Licht repräsentieren, nur sequentiell nach Zeilen oder Spalten ausgelesen werden. Diese elektrischen Signale können daraufhin von einem Verarbeitungssystem wie etwa von einem Computersystem verwendet werden. Digitale holographische Speicher sind allgemein beschrieben in D. Psaltis und F. Mok, „Holographic Memories", Scientific American, S. 70-76 (November 1995).
Dadurch, dass aufeinanderfolgender Datenseiten auf gemeinsame Gebiete eines holographischen Speichermediums aufgezeichnet werden, werden mit holographischen Speichersystemen verhältnismäßig große Informationsdichten erzielt. Diese Aufzeichnung verschiedener Seiten kann unter Verwendung der Bragg-Selektivität zum Differenzieren zwischen aufeinanderfolgend aufgezeichneten Seiten wie etwa durch Ändern des Einfallswinkels oder der Wellenlänge des Referenzstrahls erzielt werden.
Dennoch sind kommerzielle Anwendungen holographischer Speichersysteme zum Speichern und Wiedergewinnen von Daten gegenwärtig nicht verfügbar. Beim Auslesen einer aufgezeichneten Datenseite aus dem Speichermedium muss die bestimmte Systemcharakteristik, die zum Speichern der Datenseite genutzt wurde, im Wesentlichen genau reproduziert werden, um das Datenseitenbild auf das Photodetektor-Array zu projizieren. In Systemen, die die Bragg-Selektivität zum Aufzeichnen mehrerer Datenseiten nutzen, hängt die geforderte Genauigkeit des Referenzstrahls zum Auslesen von der Dicke des Speichermediums ab. Dickere Medien erfordern eine höhere Genauigkeit. Falls das Speichermedium z. B. 1 cm dick ist und der Referenzstrahlwinkel um 0,001° oder näherungsweise 2·10^-5 rad abweicht, kann die projizierte Datenseite effektiv verschwinden.
Während der Wiedergabe können die Wärmeausdehnung und andere Wärmeeffekte sowie physikalische und optische Störungen der mechanischen Beziehung zwischen den Komponenten des holographischen Systems Änderungen der Systemcharakteristiken gegenüber den ursprünglich zur Aufzeichnung verwendeten verursachen. Solche Änderungen neigen dazu, bei der Unterscheidung des Lesens einer Datenseite von einer anderen zu stören. Bekannte Systeme stellen keine effektive Kompensation für solche Änderungen bereit. Darüber hinaus sind solche Änderungen oder Differenzen besonders unangenehm bei Bewegung des Speichermediums von einem holographischen System zu einem anderen wie etwa von einem Aufzeichnungssystem zu einem Wiedergabesystem.
Ferner stellen berichtete Systeme keine Technik zur Kompensation einer Fehlausrichtung zwischen Photodetektor-Array-Sensorelementen und den projizierten Pixelbildern eines Datenseitenbilds bereit. Ohne eine solche Ausrichtung oder Pixelregistrierung können sich die projizierten Pixel der Datenseite mit angrenzenden Sensorelementen überlappen. Eine solche Überlappung macht das Lesen der Daten sehr schwierig.
Im Ergebnis besteht ein Bedarf an einer Technik, die einen schnellen und effizienten Zugriff auf und ein schnelles und effizientes Auslesen einer Datenseite in einem holographischen System schafft.
WO 97/43669, die hier nur gemäß Paragraph 54(3) EPC entgegengehalten werden kann, offenbart ein Verfahren zum Lesen von Daten in einem holographischen Speichersystem, das die Verwendung eines Differenzsignals zum Identifizieren des Orts eines gespeicherten Hologramms umfasst.
DE-A1-27 40 076 offenbart ein Verfahren in Übereinstimmung mit dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein erstes Verfahren gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 dargelegt.
Die überwachte Qualität kann die Intensität der Seitenindikatorprojektion sein.
Der Schritt des Lesens der projizierten Datenseite kann auf der Grundlage der Erfassung einer Schwellenqualität des projizierten Seitenindikatorbilds ausgeführt werden. Alternativ kann der Schritt des Lesens der projizierten Datenseite auf der Grundlage der Erfassung eines näherungsweisen Spitzenwerts der Qualität des projizierten Seitenindikatorbilds ausgeführt werden.
Der Schritt des Überwachens des Seitenindikators kann durch wenigstens einen Sensor ausgeführt werden, der von einem Sensor-Array für den Detektor getrennt ist. Der Überwachungsschritt kann durch eine Schaltungsanordnung ausgeführt werden, die in einem Halbleiterchip angeordnet ist, der das Aktivpixelsensor-Array umfasst. Das Seitenbild kann in dem Speichermedium als eine Transformation mit dem Seitenindikator aufgezeichnet werden, der der Datenseite im Wesentlichen überlagert aufgezeichnet wird, wobei der Schritt des Überwachens eine Projektion des Seitenindikators in einer Ebene der Transformation überwacht.
Der Detektor kann ein Aktivpixelsensor-Array sein, wobei der Schritt des Überwachens des Seitenindikators durch wenigstens ein Sensorelement in einem Gebiet des Sensor-Arrays ausgeführt wird.
Der Schritt des Änderns eines Systemparameters kann wenigstens teilweise auf der überwachten Seitenindikator-Bildqualität beruhen.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Lesen von Seitenidentitätsinformationen von dem projizierten Bild auf der Grundlage einer erfassten Qualität des Seitenindikatorbilds, wobei die Seitenidentitätsinformationen in der Weise in dem Medium gespeichert sind, dass sie auf den Detektor projiziert werden, wenn der Seitenindikator auf den Detektor projiziert wird; und ferner Ändern des Systemparameters um einen Relativbetrag auf der Grundlage der gelesenen Seitenidentitätsinformationen, um eine gewünschte Datenseite zu projizieren, falls eine derzeit projizierte Datenseite nicht die gewünschte Datenseite ist. Die Seitenidentitätsinformationen können in der Weise projiziert werden, dass der Schritt des Lesens der Seitenidentitätsinformationen im Wesentlichen in Abwesenheit eines Pixelregistrierungsschritts ausgeführt wird.
Das Verfahren kann ferner umfassen: Erfassen eines Pixelregistrierungsschlüssels; und Bewegen des projizierten Datenseitenbilds und/oder des Detektors auf der Grundlage der erfassten Position des Pixelregistrierungsschlüssels in der Weise, dass eine Relativbewegung des projizierten Datenbilds auf dem Detektor veranlasst wird, um die Pixel des projizierten Datenseitenbilds im Wesentlichen auf die Sensorelemente des Detektors auszurichten. Der Bewegungsschritt kann das projizierte Datenseitenbild oder den Detektor in der Weise bewegen, dass eine Relativbewegung des projizierten Datenbilds auf dem Detektor veranlasst wird, um eine wesentliche Ausrichtung der projizierten Daten der Datenseite und des im Wesentlichen nächsten Sensorelements des Detektors zu erzielen. Ferner kann das Verfahren das Bestimmen von Differenzen der erfassten Pixelregistrierungsschlüssellage und einer erwarteten Lage des Pixelregistrierungsschlüsselbilds umfassen, wobei der Bewegungsschritt auf den bestimmten Differenzen beruht. Ferner kann das Verfahren das Bestimmen einer näherungsweisen Mittellage des projizierten Schlüssels auf der Grundlage der erfassten Schlüssellage umfassen, wobei der Bewegungsschritt auf einer Differenz der bestimmten näherungsweisen Schlüsselmittellage und einer erwarteten Schlüsselmittellage beruht.
In Anspruch 10 ist ein erstes Datenspeichersystem gemäß der Erfindung dargelegt.
Der Detektor kann ein Aktivpixelsensor-Array sein und der Seitenindikatorsensor kann wenigstens ein Sensorelement in einem Gebiet des Arrays sein. Die Steuereinheit kann eine Schaltungsanordnung umfassen, die in einem Halbleiterchip angeordnet ist, der das Aktivpixelsensor-Array umfasst.
Ferner kann das System einen Seitenidentitätssensor umfassen, der dem Detektor zugeordnet und mit der Steuereinheit gekoppelt ist, wobei der Seitenidentitätsdetektor zum Lesen von Seitenidentitätsdaten-Informationen in dem projizierten Bild dient. Der Detektor kann ein Aktivpixelsensor-Array sein und der Seitenidentitätssensor kann mehrere der Sensorelemente in einem Gebiet des Detektor-Arrays umfassen.
Ferner kann das System umfassen: wenigstens einen Pixelregistrierungssensor, der dem Detektor zugeordnet ist und der mit der Steuereinheit gekoppelt ist, wobei der Pixelregistrierungssensor zum Erfassen eines Pixelregistrierungsschlüssels eines projizierten Bilds dient; und wenigstens eine Antriebseinrichtung, die mit dem Detektor gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit dazu dient zu veranlassen, dass die Antriebseinrichtung den Detektor auf der Grundlage der erfassten Lage des Pixelregistrierungsschlüssels relativ zu einem projizierten Datenseitenbild bewegt, um die Pixel des projizierten Datenseitenbilds im Wesentlichen auf entsprechende Sensorelemente des Detektors auszurichten. Der Detektor kann ein Aktivpixelsensor-Array sein und der Pixelregistrierungssensor kann mehrere der Sensorelemente in einem Gebiet des Detektor-Arrays umfassen.
Die Erfindung beruht auf einer neuen und nicht offensichtlichen Verwendung einer Rückkopplung in einem holographischen Speichersystem, um den Zugriff auf Informationen in einer gespeicherten Datenseite zu erleichtern. Die Rückkopplung der Erfindung kann eine Kompensation thermischer, optischer und/oder mechanischer Änderungen der Beziehung zwischen Systemkomponenten schaffen, die dazu neigen, die Projektion eines Datenseitenbilds zu verschlechtern. Eine Datenseite ist eine codierte ein- oder zweidimensionale Darstellung wenigstens eines Datenbits, die in einem Zeilen- und Spaltenformat oder auf andere Weise organisiert sein kann.
Die Erfindung nutzt einen Seitenindikator oder ein Seitenzeichen, der/das in einer zugeordneten Datenseite oder in der Nähe einer zugeordneten Datenseite in dem Speichermedium gespeichert ist. Der Seitenindikator wird in der Weise gespeichert, dass während der Wiedergabe die Bildqualität, z. B. die Intensität oder die Schärfe, des projizierten Seitenindikators die Bildqualität der entsprechenden projizierten Datenseite auf einem Detektor angibt. Während der Wiedergabe wird dann die Bildqualität des projizierten Seitenindikators überwacht, während ein Parameter des Systems geändert wird. Dieser geänderte Systemparameter ist ein Parameter, der ursprünglich zum Aufzeichnen oder Multiplexieren der Datenseite und des Seitenindikators in dem Speichermedium verwendet wurde. Falls z. B. zum Aufzeichnen der Datenseite und des Seitenindikators die Bragg-Selektivität genutzt wurde, wird der Systemparameter, der die Referenzstrahlcharakteristiken steuert, wie etwa der Einfallswinkel und/oder die Wellenlänge geändert. Auf der Grundlage der überwachten Bildqualität des projizierten Seitenindikators wird dann der Parameter entweder weiter geändert oder nicht geändert, wobei die Daten von der zugeordneten Datenseite gelesen werden, die auf den Detektor projiziert werden.
Da der Seitenindikator und die Datenseitenbilder in der Weise gespeichert werden, dass die Bildqualität des projizierten Seitenindikators die Bildqualität der entsprechenden projizierten Datenseite angibt, kann auf die Erfassung der Bildqualität des projizierten Seitenindikators als Rückkopplung Bezug genommen werden, um anzugeben, wann das Datenseitenbild auf den Detektor mit einem ausreichenden Signal/Rausch-Verhältnis zum Lesen seiner Daten projiziert wird. Da die Rückkopplung auf einem projizierten Bild beruht, kann sie ferner vorteilhaft verwendet werden, um effizient thermische, optische und/oder mechanische Änderungen der Beziehung zwischen Systemkomponenten oder dem Speichermedium zu kompensieren, die ansonsten die Projektion einer Datenseite auf den Detektor verschlechtern würden.
Auf der Grundlage der Erfassung einer ausreichenden Bildqualität für den projizierten Seitenindikator können Seitenidentitätsinformationen wie etwa eine Seitennummer, die in das Datenseitenbild oder in die Nähe des Datenseitenbilds projiziert werden, erfasst werden. Solche Seitenidentitätsinformationen liefern eine Rückkopplung, um zu identifizieren, ob die projizierte Datenseite die gewünschte Datenseite ist, wenn ein Speichermedium mehrere Datenseiten umfasst. Falls die projizierte Seite nicht die gewünschte Seite ist, kann eine Systemcharakteristik weiter geändert werden, um eine Projektion der gewünschten Datenseite zu veranlassen.
Unter Verwendung einer ähnlichen Rückkopplungstechnik kann eine Pixelregistrierung zwischen den Sensorelementen und den Datenpixeln in dem Datenseitenbild erzielt werden. Zum Beispiel wird in dem Speichermedium an einer bekannten Lage in oder in der Nähe einer Datenseite wenigstens ein Registrierungsschlüsselmuster aufgezeichnet. Die Erfassung dieses Registrierungsschlüssels kann verwendet werden, um den Betrag der Rotations- und Translationsbewegung der Sensorelemente relativ zu dem projizierten Datenseitenbild zu bestimmen, die zum Erzielen der Pixelregistrierung erforderlich ist. Eine solche Bestimmung kann z. B. auf der Grundlage einer relativen Differenz der Position und Orientierung eines projizierten Schlüssels und eines erwarteten Orts und einer erwarteten Orientierung für die Projektion des Schlüssels vorgenommen werden.
Obgleich es möglich ist, getrennte Detektoren zum Überwachen des Seitenidentifizierers und zum Lesen der Identitätsinformationen sowie einen CCD-Array-Sensor zum Lesen der Datenseite zu nutzen, ist es vorteilhaft, für die zuvor aufgeführten Sensoren ein einziges CMOS-Aktivpixelsensor-Array (CMOS-APS-Array) zu verwenden. APS-Arrays erfordern wenig Leistung, sind verhältnismäßig preiswert herzustellen und stellen einzeln adressierbare Sensorelemente bereit, die das Auslesen von einzelnen Sensoren oder Gruppen von Sensoren ermöglichen. Solche Arrays schaffen eine wesentliche Verbesserung gegenüber kostspieligeren und nicht einzeln adressierbaren herkömmlichen CCD-Arrays. Da die APS-Arrays Sensorelemente besitzen, die einzeln adressierbar sind, können die jeweiligen Gebiete des APS-Arrays außerdem vorteilhaft verwendet werden, um die Seitenindikator-, die Seitenidentitätsinformations- und die Pixelregistrierungsschlüsselbilder ohne Verwendung getrennter Sensoren zu erfassen. Diese Erfassung durch den APS kann üblicherweise schneller als mit herkömmlichen LCD-Arrays ausführt werden.
Zusätzliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen leichter aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm eines beispielhaften holographischen Speichersystems zum Aufzeichnen und Lesen von Datenseiten und zugeordneten Seitenindikatoren in Übereinstimmung mit der Erfindung;
2 veranschaulicht ein beispielhaftes Ausgangssignal eines Seitenindikatorsensors aus 1;
3 veranschaulicht eine beispielhafte Projektion von Seitenindikator- und Datenseitenbildern von einem holographischen Speichermedium auf entsprechende Detektoren des Systems aus 1;
4 veranschaulicht eine beispielhafte Projektion eines Datenseitenbilds und optionaler Pixelregistrierungsmusterbilder auf einen Datenseitendetektor aus 2 zur Verwendung beim Erzielen einer Pixelausrichtung; und
5 veranschaulicht Mustermittendiagramme für die Konfiguration aus 4.
Ausführliche Beschreibung
Die Erfindung beruht auf einer neuen und nicht offensichtlichen Verwendung einer Rückkopplung in einem holographischen Speichersystem, um den schnellen Zugriff auf Informationen in einer gespeicherten Datenseite zu erleichtern. Eine Datenseite ist eine codierte ein- oder zweidimensionale Darstellung von Daten, die digitale Daten sein können, die in einem Zeilen- und Spaltenformat oder auf andere Weise organisiert sind. Die Rückkopplungstechniken schaffen während der Wiedergabe die Möglichkeit der Kompensation thermischer, optischer und/oder mechanischer Änderungen der Beziehung zwischen Systemkomponenten, die dazu neigen, die Bildqualität eines projizierten Datenseitenbilds auf einem Detektor zu verringern, was die Bitfehlerrate (BER) erhöht.
Die Erfindung nutzt einen Seitenindikator oder ein Seitenzeichen, der/das in dem holographischen Speichermedium in einem Bild oder in der Nähe eines Bilds einer zugeordneten Datenseite gespeichert wird. Der Seitenindikator wird so gespeichert, dass während der Wiedergabe die Bildqualität, z. B. die Intensität oder die Schärfe, des projizierten Seitenindikators die Bildqualität der entsprechenden projizierten Datenseite auf einem Detektor angibt. Daraufhin wird während der Wiedergabe die Qualität des projizierten Seitenindikators überwacht, und wenn die überwachte Qualität angibt, dass die entsprechende projizierte Datenseite mit einem ausreichenden Signal/Rausch-Verhältnis (SNR) zum Lesen projiziert wird, wird die Datenseite durch Sensorelemente des Detektors gelesen.
Die Bestimmung eines angemessenen SNR, das zum Lesen der projizierten Datenseite erforderlich ist, hängt vom Typ des Sensors, vom Speichermedium und von anderen Charakteristiken des Systems ab und kann auf jeweiligen Probemessungen für den Typ des Detektors, für das Speichermedium, für die Lichtquelle und/oder für andere Komponenten des Systems beruhen. Darüber hinaus kann die besondere für den projizierten Seitenindikator überwachte Bildqualität, die angibt, dass für die projizierte Datenseite ein ausreichendes SNR vorhanden ist, ebenfalls auf dem Typ der Sensoren, auf dem Speichermedium und auf anderen Charakteristiken des Systems beruhen und außerdem z. B. ein Maß der Intensität oder Helligkeit und/oder Schärfe des projizierten Bilds umfassen. Solche Qualitätsmaße können z. B. auf den zuvor beschriebenen Probemessungen oder auf zusätzlichen Probemessungen beruhen. Außerdem beruht das SNR eines projizierten Bilds auf der relativen Ausrichtung des Speichermediums in Bezug auf die anderen Komponenten des holographischen Speichersystems und auf der Systemcharakteristik, die verwendet wird, um das Bild auf multiplexierte Weise aufzuzeichnen.
Somit kann während der Wiedergabe in Übereinstimmung mit der Erfindung ein Systemparameter, der ursprünglich zum Aufzeichnen oder Multiplexieren der Datenseiten- und Seitenindikatorbilder in dem Speichermedium genutzt wurde, geändert werden, während die Bildqualität des projizierten Seitenindikators überwacht wird. Wenn eine Bildqualität erfasst wird, die angibt, dass die zugeordnete Datenseite mit einer ausreichenden Bildqualität oder mit einem ausreichenden SNR projiziert wird, wird das zugeordnete Datenseitenbild von dem Detektor gelesen und werden die entsprechenden gelesenen Daten zur Verarbeitung an weitere Systemkomponenten geliefert. Auf diese Weise stützt sich die Erfindung vorteilhaft auf die Überwachung der Bildqualität des projizierten Seitenindikators, um anzugeben, wann ein zugeordnetes Datenseitenbild angemessen auf die Sensorelemente projiziert wird, um die darin enthaltenen Daten zu lesen. Eine solche Technik schafft die Möglichkeit der effizienten Kompensation thermischer, optischer und/oder mechanischer Änderungen zwischen Systemkomponenten, die dazu neigen, die Bildqualität des projizierten Datenseitenbilds zu verschlechtern.
Da die Erfindung auf der Erfassung des Seitenindikatorbilds beruht, das einem projizierten Datenseitenbild zugeordnet ist, ist das besondere Verfahren, das zum Aufzeichnen der Datenseite gewählt wird, nicht entscheidend für die Verwirklichung der Erfindung. Die Erfindung wird hinsichtlich eines beispielhaften holographischen Speichersystems 1 aus 1 beschrieben, das Parameter, die sich auf die Bragg-Selektivität beziehen, etwa jene Parameter, die die Referenzstrahlwellenlänge oder den Referenzstrahlwellen-Einfallswinkel zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer Datenseite steuern, verwendet. Allerdings sollte leicht verständlich sein, dass in Übereinstimmung mit der Erfindung weitere Systemparameter und weitere Aufzeichnungstechniken genutzt werden können. Zum Beispiel ist es möglich, eine Datenseite unter Verwendung anderer Bragg-Selektivitätstechniken wie etwa durch Verschieben des Aufzeichnungsmediums relativ zu dem Signal- und zu dem Referenzstrahl zwischen Seitenbelichtungen aufzuzeichnen.
Außerdem können die Datenseite und der Seitenindikator durch eine ähnliche Technik aufgezeichnet werden, die als „Verschiebungsholographie" bezeichnet wird, die Hologramme, die durch Verschieben des Aufzeichnungsmediums relativ zu dem Signal- und zu dem Referenzstrahl zwischen Seitenbelichtungen erzeugt werden, teilweise überlappt. Die Verschiebungsholographie ist ausführlicher beschrieben in „1995 OSA Conf. an Optical Computing", OSA Technical Digest Series, Bd. 10, S. 219-221 (1995). In einem solchen System kann der zum Aufzeichnen verwendete Systemparameter die relative Lage des auf das Speichermedium auftreffenden Referenzstrahls sein. Eine weitere Speichertechnik, die die Verwendung eines verhältnismäßig dünnen Aufzeichnungsmediums, z. B. üblicherweise 1 mm oder weniger, ermöglicht und die Speicherdichten in der Größenordnung der Verschiebungsholographie oder höher erzielt, ist die Phasenkorrelations-Multiplexierungsholographie (PCMH), die in der US-Patentanmeldung lfd. Nr. 08/435,705 (veröffentlicht als US 5.719.691 ) beschrieben ist, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen ist. Die PCMH nutzt als den Systemparameter, auf den sie sich zum Differenzieren aufeinanderfolgend aufgezeichneter Bilder stützt, anstelle des Bragg-Winkels relative Lagen des Speichermediums und der Lichtstrahlen.
In dem System 1 dient ein einfallender Lichtstrahl 5, üblicherweise wenigstens teilweise eine ebene Welle, als der Referenzstrahl. Dieser Referenzstrahl 5 wird an einem Spiegel 9 reflektiert und durch Linsen 10 und 25 auf ein holographisches Speichermedium 25 4-F-abgebildet. Es ist möglich, dass das Speichermedium z. B. mit Eisen dotiertes LiNbO₃ oder irgendeine andere für die optische Informationsspeicherung geeignete Werkstoffzusammensetzung ist. Die Linsen 10 und 20 sind in einer 4-F-Konfiguration angeordnet, um ein entsprechendes Referenzstrahlbild auf dem Medium 25 zu erzeugen. Die Vergrößerung des Strahlbilds ist durch die Brennweiten der Linsen 10 und 20 bestimmt.
Ein zweiter einfallender Strahl 30 wird durch einen räumlichen Lichtmodulator (SLM 35) moduliert. Es ist möglich, dass der SLM 35 ein LCD-Schirm ist, der ein ein- oder zweidimensionales Muster durchsichtiger und undurchsichtiger Gebiete umfasst, die eine ein- oder zweidimensionale digitale Datenseite zu speichernder Informationen 37 repräsentieren. Außerdem umfasst der SLM 35 einen Seitenindikator 39, der in Übereinstimmung mit der Erfindung verwendet wird und im Folgenden ausführlich anhand der 2 und 3 beschrieben wird. Obgleich das Bild des Seitenindikators 39 außerhalb des Datenseitenbilds 37 gezeigt ist, ist leicht verständlich, dass der Seitenindikator 39 in Übereinstimmung mit der Erfindung in dem Datenseitenbild 37 oder überlappend mit ihm angeordnet sein kann.
Das von dem SLM 35 ausgehende Lichtsignal wird durch Linsen 40, 45 und 50 weitergeleitet, um einen Signalstrahl 55 zu erzeugen, der auf das Medium 25 auftrifft. Ein entsprechender Satz von Linsen 60, 65 und 70 leitet ein Datenseitenbild von einer entsprechenden Projektion 75 auf einen Detektor 80 weiter. Der Detektor 80 umfasst mehrere Sensorelemente 81, um die Daten des projizierten Datenseitenbilds zu lesen, sowie einen Seitenindikatorsensor 83, um das zugeordnete Seitenindikatorbild zu erfassen. Ferner ist es möglich, dass die Sensorelemente 81 in einem wie in 3 gezeigten Array angeordnet sind.
Um in dem Speichermedium 25 verschiedene Datenseitenbilder aufzuzeichnen, ist es möglich, diese Bilder auf eine winkelmultiplexierte Weise aufzuzeichnen. In Übereinstimmung mit einer solchen Aufzeichnungstechnik können zum Aufzeichnen jeweiliger Datenseitenbilder verschiedene Referenzstrahl-Einfallswinkel in Bezug auf das Speichermedium 25 verwendet werden. Zum Beispiel kann der Spiegel 9 gedreht werden, um für jedes Seitenbild den gewünschten Einfallswinkel zu erzeugen. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben wird, kann alternativ eine akustooptische Zelle genutzt werden, um den gewünschten Referenzstrahl-Einfallswinkel bereitzustellen.
Der Satz der Linsen 40, 45 und 50 und der Linsensatz 60, 65 und 70 sind beide in einer 4-F-Konfiguration angeordnet. Auf diese Weise wird eine Fourier-Transformierte des Datenseiten- und des Seitenindikatorbilds als ein Hologramm in dem Medium 25 aufgezeichnet und auf rekonstruierte Weise auf den Detektor 80 projiziert. Eine 4-F-Konfiguration erfordert einen besonderen Brennweitenabstand, so dass z. B. der Abstand vom Datenmusterschirm 35 bis zur Linse 40 gleich der Brennweite der Linse 40 ist, der Abstand von der Linse 70 bis zum Detektor 80 gleich der Brennweite der Linse 70 ist und die Abstände zwischen den Linsen der entsprechenden Linsenpaare 45 und 50 sowie 60 und 65 die Summen der Brennweiten der jeweiligen Linsen in den Paaren sind.
Die Verwendung der Fourier-Transformation erleichtert die Fehlererfassung und -korrektur beim Lesen der Informationen von der Datenseite. Allerdings ist diese Transformation nicht entscheidend für die Verwirklichung der Erfindung. Das Weglassen einer einzelnen Linse aus dem Linsensatz 40, 45 und 50 ersetzt die Fourier-Transformierte bei dem Medium 25 durch die durch den SLM 35 erzeugte zweidimensionale Datenseite. In einer solchen Anordnung führt eine entsprechende Weglassung einer Linse aus dem Satz 60, 65 und 70 zur richtigen Rekonstruktion der Datenseite bei dem Detektor 80. In Übereinstimmung mit der Erfindung kann das Datenseitenbild in dem Medium 25 als ein ein- oder zweidimensionales Daten-Array, als Fourier-transformierte Bildebene oder als eine andere vollständig oder teilweise transformierte Bildebene gespeichert werden, solange das gewünschte Datenseitenformat auf den Detektor 80 projiziert wird.
Es ist möglich, mehrere Datenseiten in dem Speichermedium aufzuzeichnen, indem wenigstens ein Systemparameter zum Aufzeichnen der jeweiligen Seiten geändert wird. Für die Bragg-Selektivität ist es möglich, verschiedene Systemparametereinstellungen zu verwenden, die entsprechende verschiedene Referenzstrahlwellenlängen oder -einfallswinkel zum Aufzeichnen jeder jeweiligen Datenseite erzeugen. Falls z. B. das Speichermedium 25 in der Größenordnung von 1 cm dick ist und die Referenzstrahlwellenlänge näherungsweise 500 nm beträgt, können in dem Speichermedium 25 z. B. an fünf Sync-Null-Abständen, die der Nutzung von Referenzstrahlwellenlängen, die sich zwischen den aufgezeichneten Datenseiten um näherungsweise 0,25 nm unterscheiden, oder von Referenzstrahl-Einfallswinkeln, deren Winkel sich zwischen den aufgezeichneten Datenseiten um näherungsweise 10 unterscheiden, entsprechen, mehrere Datenseiten aufgezeichnet werden.
Eine beispielhafte Technik zum Ändern des Einfallswinkels für die Aufzeichnung ist die Verwendung einer herkömmlichen akustooptischen Zelle. Eine solche Zelle kann üblicherweise über eine Zeitdauer in der Größenordnung von näherungsweise 10 μs eine Winkelverschiebung von näherungsweise 1° erzielen. Allerdings kann dieser Winkel daraufhin ohne zusätzliche Zeitverzögerung optisch multipliziert werden, um eine Änderung von bis zu näherungsweise 10° zu liefern, um eine solche Änderung zu erzielen. Ferner ist es für die PCMH möglich, verschiedene relative Lagen einer Phasenmaske und des Speichermediums 25 zu nutzen, um die jeweiligen Seiten aufzuzeichnen. In einem beispielhaften PCMH-System ist es möglich, jeweilige Datenseiten unter Verwendung von Differenzen in solchen relativen Lagen, um Abstände in der Größenordnung von 10 μm zwischen den Datenseiten aufzuzeichnen.
Während der Wiedergabe oder während des Auslesens kann der Referenzstrahl 5 verwendet werden, um ein Datenseitenbild auf den Detektor 80 zu projizieren. Somit kann aus dem System 1 aus 1 durch Weglassen des SLM 35, der Linsen 40, 45 und 50 sowie des einfallenden Strahls 30 in Übereinstimmung mit der Erfindung ein reines Wiedergabesystem hergestellt werden. Um während der Wiedergabe ein Bild einer gewünschten Datenseite aus dem Medium 25 zu erzeugen, muss die zum Aufzeichnen dieser Datenseite verwendete Systemparametereinstellung genau reproduziert werden. Zum Beispiel kann in einem System, das die Bragg-Selektivität nutzt, die Reproduktion des Bragg-Selektivitätsparameters wie etwa der Referenzstrahlwellenlänge mit einer Änderung in der Größenordnung von üblicherweise 0,01 oder weniger veranlassen, dass ein projiziertes Datenseitenbild verschwindet. Darüber hinaus ist die Reproduktion des genauen Systemparameters häufig schwierig zu erzielen, was durch thermische, optische und/oder mechanische Änderungen der Beziehung zwischen den Systemkomponenten sowie optischen Änderungen in dem Speichermedium 25 verschärft wird.
Allerdings stützt sich das System 1 während der Wiedergabe vorteilhaft auf die Rückkopplung der Erfassung der Qualität der Seitenindikatorprojektion 39, um anzugeben, wann die zugeordnete Projektion der Datenseite ein angemessenes SNR zum Lesen durch den Detektor 80 besitzt. Da sich das System 1 auf diese Rückkopplung stützt, kann es dementsprechend die thermischen, optischen und/oder mechanischen Änderungen in dem System, die häufig eine Verschlechterung und Verringerung des SNR der projizierten Datenseite an dem Detektor 80 verursachen, kompensieren.
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung wird der ursprünglich zum Aufzeichnen der Bilder der Datenseite und des Seitenindikators in dem Speichermedium verwendete Systemparameter innerhalb eines Bereichs geändert, der an den zum Aufzeichnen einer oder mehrerer jeweiliger Datenseiten genutzten Bereich angepasst ist. Somit sollte dann, wenn über einen Bereich von z. B. 10° mehrere Datenseiten aufgezeichnet würden, während der Wiedergabe derselbe Bereich von 10° verwendet werden. Wenn während der Wiedergabe der Referenzstrahl-Einfallswinkel einschließlich irgendwelcher thermischer, optischer und/oder mechanischer Änderungen an den zur Aufzeichnung verwendeten Winkel angepasst ist, werden die entsprechenden Bilder 110 und 120 des Seitenindikators und einer Datenseite wie in 3 gezeigt auf den Seitenindikatorsensor 83 bzw. auf das Sensor-Array 81 projiziert, was im Folgenden ausführlich beschrieben wird. Daraufhin erzeugt der Seitenindikatorsensor 83 auf der Grundlage der Qualität des Seitenindikatorbilds 110, das ihn beleuchtet, ein Signal.
In 2 ist ein beispielhaftes normiertes Ausgangssignal 200 für den Seitenindikatorsensor 83 gezeigt. Das Signal 200 wurde während des Änderns des Referenzstrahl-Einfallwinkels für ein beispielhaftes Speichermedium 25 erzeugt. In 2 erfasste der Sensor 83 die Intensitätsqualität oder Helligkeit des Indikatorbilds. Außerdem trat in 2 bei näherungsweisen Spitzenwerten 205 des Signals 200, die Referenzstrahl-Einfallswinkeln von 22°, 24° und 26° entsprechen, eine relativ helle Beleuchtung des Sensors 83 auf. Diese Winkel entsprechen den zum Aufzeichnen der jeweiligen Datenseitenbilder und der entsprechenden Seitenindikatoren in dem Speichermedium 25 aus 1 verwendeten Referenzstrahl-Einfallswinkeln.
Während das System den Referenzstrahl-Einfallswinkel von einem der Winkel 22°, 24° und 26° ändert, wird die entsprechende Intensität des Seitenindikatorbilds, das den Seitenindikatorsensor 83 beleuchtet, verringert. Wie in dem Signal in den Gebieten 210 aus 2 gezeigt ist, veranlasst eine solche Verringerung der Intensität eine ebensolche Verringerung der Größe des Signals 200. Während der Referenzstrahl-Einfallswinkel weiter geändert wird, setzt sich die Verringerung der Intensität des projizierten Seitenindikatorbilds fort, bis das projizierte Datenseitenbild, wie durch die Gebiete 220 des Seitenindikatorsensorsignals 200 angegeben ist, im Wesentlichen verschwindet.
Indem erfasst wird, wann die Bildintensität des Seitenindikators einen Schwellenwert erfüllt, ist es möglich zu identifizieren, wann durch die Sensorelemente 81 ein Datenseitenbild mit ausreichenden SNR zum Lesen projiziert wird. Ein beispielhafter Schwellenwert ist in 2 als Strichlinie 230 gezeigt. Dementsprechend kann auf folgende Weise ein Datenseitenbild auf die Sensorelemente 81 aus 1 projiziert werden: (1) der Referenzstrahl-Einfallswinkel wird für eine gewünschte Datenseite innerhalb eines bestimmten Bereichs geändert, (2) bei Erzeugung eines Seitenindikatorsensor-Ausgangssignals 200 mit einem größeren Betrag als dem Schwellenwert 230 werden die Daten von dem entsprechenden projizierten Datenseitenbild durch die Sensorelemente 81 gelesen.
In einem beispielhaften Wiedergabesystem gemäß der Erfindung, das sich auf die Bragg-Selektivität stützt, kann der Referenzstrahl-Einfallswinkel über den für die Aufzeichnung verwendeten Bereich, der in der Größenordnung von 10° liegen kann, abgestuft oder im Wesentlichen kontinuierlich geändert werden, während die Intensität des projizierten Seitenindikators mit einer näherungsweisen Frequenz in der Größenordnung von 1000-mal/s erfasst wird. In einem solchen System, das abgestufte Winkeländerungen nutzt, kann eine beispielhafte Schrittweite in der Größenordnung von 10^-5 rad liegen, die durch eine herkömmliche akustooptische Zelle erzielt werden kann. Ferner kann in einem solchen System die Helligkeit des projizierten Seitenindikators in jedem Schritt oder in einer aufeinanderfolgenden Anzahl von Schritten oder periodisch während der Änderung des Referenzstrahlwinkels überwacht werden.
Ferner ist es möglich, auf einen Signalspitzenwert der Bildqualität zu überwachen, um zu bestimmen, wann die Datenseitenprojektion das ausreichende SNR zum Lesen durch die Sensorelemente 81 besitzt. Außerdem kann das Signal 200 als eine Grundlage zum Ändern der Wiedergabesystemparameter verwendet werden, um, gleich, ob ein Schwellenmaß, ein Spitzenwerterfassungsmaß oder etwas Anderes erfüllt wird, ein im Wesentlichen hochwertiges Bild des auf den Sensor 83 zu projizierenden Seitenindikators zu bewirken.
In einer kombinierten Anordnung ist es in dem System 1 aus 1 möglich, für den Seitenindikatorsensor 83 und für das Sensor-Array 81 getrennte Sensoren zu verwenden. Zum Beispiel kann für das Datenseitenindikator-Sensorarray 81 ein herkömmliches CCD-Sensorarray verwendet werden und kann für den Seitenindikatorsensor 83 ein herkömmlicher Photodetektor genutzt werden. Der Seitenindikatorsensor 83 kann eine Detektionsfläche haben, die größer oder kleiner als die entsprechende Fläche des Seitenindikatorbilds ist. Allerdings ist es vorteilhaft, einen Sensor mit einer größeren Detektionsfläche zu verwenden, um eine Fehlausrichtung zwischen der Projektion und dem Detektor 80 zu kompensieren. Ein so großer Sensor 83 kann außerdem vorteilhaft eine Erfassung des Seitenindikatorbilds 110 mit einem niedrigeren SNR ausführen, als es ansonsten für die Sensorelemente 130 zum Lesen der Datenseite 120 verwendet würde.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn das Seitenindikatorbild 110 größer als ein Datenpixel in dem Datenseitenbild 120 und in den entsprechenden Sensorelementen 130 ist. Es ist möglich, dass das Seitenindikatorbild 110 in der Größenordnung des 10- bis 100-fachen größer ist. Das größere Seitenindikatorbild 110 veranlasst, dass eine größere Lichtmenge auf dem Sensor 83 projiziert wird, was ermöglicht, dass der Sensor 83 das Licht schneller erfasst und die entsprechende Rückkopplung liefert.
Außerdem ist es möglich, für den Seitenindikatorsensor 83 und für das Datenseitenindikator-Sensor-Array 81 ein einziges großes Sensor-Array mit getrennt adressierbaren Gebieten zu nutzen. Sensorgebiete, die einzeln adressierbar sind, können getrennt aktiviert werden, um ein Ausgangssignal zu liefern, ohne dass das gesamte Array der Elemente gelesen werden muss, wie es in CCD-Arrays erforderlich ist. Dementsprechend kann für den Seitenindikatorsensor 83 ein Gebiet wenigstens eines einzeln adressierbaren Sensorelements genutzt werden und kann für das Datenseitenindikatorsensor-Array 81 ein weiteres Gebiet mit mehreren einzeln adressierbaren Sensorelementen verwendet werden.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Seitenindikatorbild verwendet werden, um die relative Lage des Speichermediums 25 und dementsprechend seine Ausrichtung in Bezug auf das System anzugeben. Das Seitenindikatorbild kann in dem Speichermedium 25 im Wesentlichen z. B. über einer Fourier-Transformierten eines Datenseitenbilds überlagert gespeichert sein. Auf diese Weise liefert eine entsprechende Projektion der Fourier-Transformierten des Speichermediums 25 durch eine ungerade Anzahl von Linsen in einer 4-F-Konfiguration das wiederhergestellte Datenseitenbild, während eine im Wesentlichen gleichzeitige Projektion des Bilds durch eine gerade Anzahl von Linsen in einer 4-F-Konfiguration ein Bild des abgerufenen Ausrichtungsseitenindikators liefert.
Dieses Datenseitenbild und dieses Ausrichtungsseitenindikatorbild können optisch Z. B. unter Verwendung eines Strahlteilers, Z. B. eines teilweise reflektierenden Spiegels, voneinander getrennt werden. Ein solcher Strahlteiler kann nach einer ungeraden Anzahl der Linsen positioniert sein, so dass ein Teil der Energie der projizierten Bilder durch den Strahlteiler auf ein Sensor-Array des Detektors 80 reflektiert wird, um das Datenseitenbild zu lesen, während der verbleibende Teil der Energie der projizierten Bilder durch den Strahlteiler und durch eine zusätzliche ungerade Anzahl von Linsen auf einen Seitenindikatorsensor 83 zur Speichermediumausrichtungserfassung durchgelassen wird.
Diese Verwendung eines Seitenindikators zur Ausrichtung kann ein direktes Maß der relativen Lage des Speichermediums 25 liefern. Somit kann die zuvor beschriebene Messtechnik Z. B. in einem System, das einen Multiplexierungssystemparameter verwendet, der der relativen Verschiebung zwischen dem Speichermedium 25 und dem Referenzstrahl 5 zum Aufzeichnen der Datenseitenbilder entspricht, die relative Lage des Speichermediums 25 während der Wiedergabe erfassen und auf der Grundlage der relativen Verschiebung den Zugriff auf die gewünschte Datenseite erleichtern. Darüber hinaus ermöglicht eine solche Messtechnik außerdem eine verbesserte Wiedergabeausrichtung, die zu einem entsprechend verbesserten SNR und zu einer hohen Beugungseffizienz führt.
Somit kann der Seitenindikator allein in Kombination mit der Bereitstellung eines weiteren Maßes der Qualität wie etwa der projizierten Bilddichte verwendet werden, um die relative Lage des Speichermediums 25 anzugeben. Es sollte leicht verständlich sein, dass das Seitenindikatorbild für die Messung der relativen Lage des Speichermediums 25 durch den Sensor 83 in der transformierten Ebene erfasst werden sollte, in der das zugeordnete Datenseitenbild in dem Speichermedium 25 aufgezeichnet wurde. Allerdings ist es für weitere Qualitätsmaße wie etwa für die Projektionsintensität möglich, den Seitenindikator durch den Detektor 80 in der transformierten Ebene oder in der Ebene des Datenseitenbilds lesbar zu erfassen.
Ein vorteilhaft großes Einzelsensor-Array zur Verwendung als der Detektor 80 ist ein Aktivpixelsensor-Array (APS-Array) wie etwa ein CMOS-APS-Array. Ein CMOS-APS-Array umfasst Sensorelemente oder -gebiete, die einzeln adressierbar sind und die jeweilige elektrische Signale erzeugen, die dem Betrag des erfassten Lichts entsprechen. APS-Arrays können zu niedrigen Kosten hergestellt werden und verbrauchen üblicherweise verhältnismäßig kleine Mengen an Leistung, z. B. üblicherweise 1 der Leistung, die von vergleichbaren CCD-Sensor-Arrays verbraucht wird, und liefern bei Zimmertemperatur eine bessere Leistungsfähigkeit als CCD-Arrays. Außerdem kann sich die CMOS-Schaltungsanordnung für die Verarbeitung der durch den APS erzeugten elektrischen Signale auf demselben CMOS-Chip wie das APS-Array befinden, was zu einer kompakten Detektoranordnung führt. Da ein APS-Array einzeln adressierbare Sensorgebiete oder -elemente besitzt, ist es darüber hinaus vorteilhaft möglich, bestimmte Abschnitte einer projizierten Datenseite wesentlich schneller als mit einer CCD, die die gesamte Datenseite lesen muss, zu lesen. Außerdem ermöglicht die Verwendung eines CMOS-APS-Sensors die Erfassung eines Seitenindikators mit einer ausreichenden Rate wie etwa z. B. 5000 Abtastwerten pro Sekunde, um den Datenzugriff und die Datenwiedergewinnung in einer Zeitdauer in der Größenordnung, die jener für herkömmliche Magnetspeichervorrichtungen entspricht, zu erleichtern.
Derzeit ist es möglich, CMOS-APS-Detektoren mit Sensorelementen mit Detektionsflächen in der Größenordnung von 5 μm × 5 μm bis 200 μm × 200 μm herzustellen. Darüber hinaus ist es möglich, dass CMOS-APS-Detektoren z. B. in der Größenordnung von 10⁶ Sensorelemente haben, was zum Lesen einer Datenseite mit bis zu näherungsweise 1 MBit Informationen ausreicht. CMOS-APS-Detektoren sind ausführlicher beschrieben in A. Dickinson u. a., „Standard CMOS Active Pixel Image Sensors for Multimedia Applications", Sixteenth Conference an Advanced Research in VLSI, S. 214-224 (Chapel Hill, N. Carolina, 27.-29. März 1995).
In 3 ist die Vorderseite eines beispielhaften CMOS-APS-Array-Detektors 80 gezeigt, der ein Array einzeln adressierbarer Sensorelemente 130 oder Gebiete von Sensorelementen 130 umfasst. In 3 wirkt eine Gruppe von wenigstens einem Sensorelement 130 als der Seitenindikatorsensor 83 aus 1, wobei sie mit einem entsprechenden gestrichelten Umriss gezeigt ist. Auf ähnliche Weise wirkt eine weitere Gruppe von Sensorelementen 130 als das Datenseitensensor-Array 81 aus 1, wobei sie in einem entsprechenden gestrichelten Umriss enthalten sind. Das Seitenindikatorbild 110 und das zugeordnete Datenseitenbild 120 sind über diese entsprechenden Gruppen von Sensoren 130 projiziert gezeigt. Um eine mögliche Fehlausrichtung der Pixelregistrierung zu kompensieren, ist es erwünscht, für den Seitenindikator 83 eine Gruppe von Sensorelementen 130 oder einen verhältnismäßig großen Sensor zu verwenden, die/der eine Fläche bedecken/bedeckt, die größer als ein entsprechendes Seitenindikatorbild 110 ist. Zum Beispiel kann eine Gruppe von 30 × 30 Sensorelementen 130 verwendet werden, um ein Seitenindikatorbild 110 zu erfassen, das üblicherweise eine Fläche von 20 × 20 Sensorelementen abdeckt. Ein so großer Sensor 83 kann außerdem die Erfassung des Seitenindikatorbilds 110 mit einem niedrigeren SNR ausführen, als es ansonsten für die Sensorelemente 130 zum Lesen der Datenseite 120 verwendet würde.
Eine optionale Gruppe von Sensoren in dem gestrichelten Umriss 140 erfasst ein Bild von Seitenidentitätsinformationen 145 wie etwa eine Seitenzahl, die die entsprechende projizierte Datenseite 120 betrifft. Die Seitenidentitätsinformationen sind in der gleichen multiplexierten Weise wie die zugeordnete Datenseite und die Seitenindikatorinformationen gespeichert und sind erfassbar, wenn der Seitenindikator und die Datenseitenbilder projiziert werden. Dementsprechend können die Seitenidentitätsinformationen z. B. dann, wenn ein Seitenindikator 110 mit einer Intensität über einem Schwellenpegel erfasst wird, lesbar sein, bevor die Datenseite 120 gelesen wird, wobei der Systemparameter zum Multiplexieren auf der Grundlage der erfassten Seitenidentitätsinformationen 145 dementsprechend geändert werden kann, falls das projizierte Datenseitenbild nicht die gewünschte Datenseite ist. Falls die gewünschte Datenseite z. B. als Seite Nummer 4 identifiziert ist und die projizierte Datenseite die Seite Nummer 2 ist, kann eine näherungsweise erforderliche Änderung in dem Systemparameter zum Multiplexieren bestimmt werden, um zu veranlassen, dass das Bild der Datenseite 4 projiziert wird. Auf alternative Weise kann daraufhin der Referenzstrahl-Einfallswinkel über Signalspitzenwerte, die einer relativen Verschiebung von der zweiten Datenseite zu der vierten Datenseite entsprechen, geändert werden.
Es ist möglich, die Seitenidentitätsinformationen 145 z. B. unter Verwendung größerer Codesymbole zu codieren, als sie für Informationen in der Datenseite 120 oder für die Sensorelemente 130 verwendet werden. Falls auf diese Weise eine Fehlausrichtung der Pixelregistrierung zwischen den projizierten Pixeln des Datenseitenbilds 120 und den Sensorelementen 81 auftritt, sind die Seitenidentitätsinformationen 145 weiter lesbar, was zur Projektion der gewünschten Seite führt, bevor irgendeine Pixelregistrierungskorrektur ausgeführt wird. Um vorteilhaft die Seitenidentität trotz potentieller Fehlausrichtung der Pixelregistrierung zu lesen, können üblicherweise für die Seitenidentitätsinformationen 145 Datenbits verwendet werden, die z. B. die ein- bis fünffache Größe der Datenbits der Datenseite 110 haben. Außerdem ist es möglich, dass die Seitenidentitätsinformationen 145, wie in 3 gezeigt ist, in der Nähe der Datenseite 120 angeordnet sind oder alternativ in der Datenseite 120 angeordnet sind. Wenn das Seitenindikatorbild mit einer Frequenz in der Größenordnung von näherungsweise von 5 kHz überwacht wird, ist es erwünscht, die Seitenidentitätsinformationen üblicherweise mit einer Frequenz in der Größenordnung von näherungsweise 1 kHz zu erfassen.
Die Pixelregistrierung oder -ausrichtung der projizierten Datenpixel der Datenseite auf die Sensorelemente 81 kann durch eine weitere Rückkopplungstechnik in Übereinstimmung mit der Erfindung erzielt werden. In 3 werden Gruppen 170 von Sensorelementen 130 als Pixelregistrierungssensoren zum Erfassen von Pixelregistrierungsschlüsseln oder -zeichen verwendet, die unter Verwendung derselben Aufzeichnungssystemcharakteristik wie der zur Aufzeichnung der zugeordneten Datenseite und des zugeordneten Seitenindikators in dem Speichermedium gespeichert worden sind. Da die Pixelregistrierungsschlüssel 160 in derselben Weise wie die zugeordnete Datenseite und der zugeordnete Indikator gespeichert worden sind, werden die Bilder 160 der Schlüssel auf die Pixelregistrierungssensoren 170 projiziert, wenn das Datenseitenbild und die Seitenindikatorbilder 120 und 110 projiziert werden. Die Pixelregistrierungsschlüssel 160 sind außerdem in einer bekannten Registrierung mit den Datenpixeln in der zugeordneten projizierten Datenseite 120. Diese Pixelregistrierungsschlüsselbilder 160 erleichtern die Ausrichtung zwischen den Sensor-Array-Elementen 130 und den Datenpixeln in dem Datenseitenbild, um das Lesen der darin enthaltenen Daten zu ermöglichen.
Auf der Grundlage eines Vergleichs des erfassten Orts und der erfassten Orientierung der projizierten Pixelregistrierungsschlüsselbilder mit den erwarteten Projektionsorten dieser Bilder ist es möglich, den Betrag der Fehlausrichtung in Bezug auf die Pixelregistrierung zu bestimmen. Im Ergebnis sind mit dem Detektor 80 oder mit anderen Komponenten des Systems 1 gekoppelte Antriebsmechanismen nutzbar, um die relative Rotations- und/oder Translationsbewegung zwischen der projizierten Datenseite 120 und den Sensorelementen 130 zu liefern, um diese bestimmte Fehlausrichtung zu kompensieren. Es ist er wünscht, dass der Antriebsmechanismus eine Bewegungsauflösung von wenigstens einem Viertel der Breite oder Höhe eines Sensorelements 130 und einen Gesamtbewegungsbereich von wenigstens der Hälfte der Breite oder Höhe eines Sensorelements 130 besitzt.
In Bezug auf die in 4 gezeigten vergrößerten Ansichten der Pixelregistrierungsschlüssel 160 in den Sensorelementgruppen 170 wird nun eine beispielhafte Technik zum Ausführen der Pixelregistrierungsausrichtung beschrieben. Zur Erleichterung der Darstellung sind in 4 nur vergrößerte Abschnitte nahe den gegenüberliegenden Ecken 310 des projizierten Datenbilds 120 des Detektors 80 gezeigt. Die durch die Umrisse 320 gezeigten Gruppen von Sensorelementen entsprechen den erwarteten Projektionsorten für die Bilder der Pixelregistrierungsschlüsselmuster 160 für eine bekannte Pixelausrichtung.
In Übereinstimmung mit der beispielhaften Pixelregistrierungstechnik werden die Sensorelemente in den Gruppen 170 aktiviert, wobei sie auf der Grundlage ihrer erfassten Beleuchtung Signale erzeugen. Aus diesen Signalen werden die Orte der projizierten Schlüssel 160 erfasst und die Orte der entsprechenden Mitten dieser Schlüssel geschätzt. Daraufhin können aus den jeweiligen Entfernungen zwischen diesen geschätzten projizierten Schlüsselmitten und den entsprechenden Mitten der erwarteten Projektionsorte 320 die Beträge der Rotation und der Translation bestimmt werden, die für die Antriebseinrichtung erforderlich sind.
Abgesehen davon, dass die projizierten Pixelregistrierungsschlüssel 160 und die erwarteten Projektionsorte 320 durch entsprechende Umrisse dargestellt worden sind, entspricht
5 4. Die Mitten dieser Umrisse sind durch die Bezugszeichen 330 bzw. 340 gezeigt. Es sind Vektoren 350 gezeigt, die die zwei Mitten 330 und 340 verbinden und die Fehlausrichtung zwischen den Pixeln des projizierten Bilds und den Sensorelementen 130 repräsentieren. Diese Vektoren 350 liefern ebenfalls die Beträge der Rotations- und der Translationsbewegung, die zum Ausrichten der Pixel und Sensorelemente 130 erforderlich sind.
Auf der Grundlage der beiden Vektoren 350 können der Betrag der Rotationsbewegung sowie der entsprechende Drehpunkt bestimmt werden. Es ist möglich, dass diese Bewegung die projizierten Pixelregistrierungsschlüssel 160 direkt über den erwarteten Projektionsorten 320 ausrichtet. Falls der Detektionsbereich der Sensorelemente 130 größer als das projizierte Bild ist, ist es allerdings ebenfalls möglich, eine Rotations- und Translationsbewegung zu liefern, die eine Pixelausrichtung auf resultierende projizierte Pixelregistrierungsschlüsselorte erzielt, die nicht den erwarteten Projektionsorten entsprechen. In diesem Fall können die Sensorelemente 130 auf ein im Wesentlichen nächstes mit der Datenseite 120 projiziertes Pixel ausgerichtet sein, was nicht notwendig die Lage der erwarteten Datenseitenprojektion ist. Da APS-Arrays einzeln adressierbare Gebiete oder Sensorelemente haben, können die Daten von der projizierten Datenseite 120 im Wesentlichen unabhängig von der Stelle gelesen werden, an der die Datenseite 120 auf das Array projiziert wird.
Dementsprechend kann eine Pixelregistrierung in Übereinstimmung mit der Erfindung in einem einzigen Prozess erzielt werden, indem eine Fehlausrichtung auf der Grundlage der geschätzten Mitte des projizierten Schlüssels erfasst und korrigiert wird. Der Pixelregistrierungsschlüssel 160 kann für diese Ausrichtungstechnik Pixelgruppen mehrerer verschiedener Formen und Pixelmusterkonfigurationen einschließlich z. B. ganzer Blöcke umfassen. Allerdings erleichtert die Verwendung von Pixelregistrierungsschlüsselmustern mit Konfigurationen heller Pixel und dunkler Pixel wie etwa z. B. Streifengruppen mit Streifen gleicher oder verschiedener Breiten und Abstände, Schachbrettern oder dünn besiedelten Schachbrettern mit wiederholten Mustern eines hellen Pixels, das von acht dunklen Pixeln umgeben ist, die Verwendung eines zweiten Prozesses, der die Ausrichtung der Sensorelemente und die Pixelregistrierung fein abstimmen kann.
In Übereinstimmung mit diesem zweiten Ausrichtprozess schätzt das System 1 innerhalb einer Genauigkeit, die kleiner als die Größe eines Sensorelements 130 ist, die Differenz zwischen dem Ort des projizierten Schlüsselbilds und dem erwarteten Ort. Diese Differenzen entsprechen der Pixelfehlausrichtung, die durch die Rotations- und Translationskorrekturbewegung korrigiert wird. Mit dieser Technik kann z. B. ein Pixelregistrierungsschlüssel verwendet werden, der Streifengruppensätze nutzt, die Streifen dunkler Pixel veränderlicher Breite und mit veränderlichem Abstand auf einem Hintergrund heller Pixel umfassen. Wenn der Pixelregistrierungsschlüssel auf die Sensorelemente 130 projiziert wird, wird die erfasste Intensität der projizierten Pixel in der Nähe der Ränder der Streifen mit der erfassten Stärke der projizierten Pixel in der Mitte der Streifen sowie mit dem Hintergrund des Schlüssels 160 verglichen. Die Differenzen der auf der Grundlage solcher Vergleiche erfassten Intensitäten geben innerhalb einer Genauigkeit, die kleiner als die Größe eines Sensorelements 130 ist, die Fehlausrichtung der Streifenränder an. Dementsprechend kann eine solche Fehlausrichtung daraufhin unter Verwendung der Antriebsmechanismen korrigiert werden.
Auf ähnliche Weise kann als der Registrierungsschlüssel 160 ein dünn besiedeltes Schachbrettmuster mit einer wiederholten Folge heller Pixel, die von acht dunklen Pixeln umgeben sind, genutzt werden. Die Pixelausrichtung hängt bei solchen Schlüsseln mit dem projizierten Kontrast zwischen der dunklen Mitte und dem helleren umgebenden Ring zusammen. Dementsprechend kann die Ausrichtung so eingestellt werden, dass dieser Kontrast erhöht oder im Wesentlichen maximiert wird.
Der zuvor beschriebene Zweischrittprozess zum Erzielen der Pixelregistrierung dient nur für Veranschaulichungszwecke und ist nicht als Beschränkung der Erfindung gedacht. Alternativ ist es gemäß der Erfindung möglich, jeden Prozess einzeln oder in Kombination mit anderen Registrierungstechniken zu nutzen, um eine Pixelausrichtung zu erzielen. Ferner können ein einzelner Pixelregistrierungsschlüssel oder mehrere Registrierungsschlüssel innerhalb der Datenseite oder angrenzend an sie genutzt werden. Mit der Erfindung können andere Muster als die zuvor beschriebenen genutzt werden, um auf der Grundlage von Differenzen des Orts des projizierten Schlüssels gegenüber seiner erwarteten Orientierung und Lage eine Bestimmung der Fehlausrichtung zu ermöglichen. Eine solche erwartete Orientierung und Lage kann durch das System 1 auf der Grundlage des erfassten Orts des Bilds des Pixelregistrierungsschlüssels festgesetzt oder bestimmt werden.
Die Pixelregistrierungsschlüssel 160, die Seitenidentitätsinformationen 145 und der Seitenindikator 110 stellen die notwendige Rückkopplung bereit, um eine gewünschte Datenseite effizient auf den Detektor 80 zu projizieren und auszurichten, um die darin enthaltenen Daten zu lesen. Wenn die Sensoren 83, 140 und 170 als jeweilige Gebiete eines CMOS-APS-Arrays realisiert sind, ist es darüber hinaus möglich, die notwendige Schaltungsanordnung zum Verarbeiten der Signale von diesen Sensoren vorteilhaft in demselben Halbleiterchip oder in derselben Gruppe von Chips zu realisieren, der/die das APS-Array umfasst. Auf diese Weise kann eine einzige, verhältnismäßig preiswerte, leistungsarme integrierte Schaltung das Auslesen von Datenseiten sowie die Steuerung der Projektion und der Ausrichtung der gewünschten zu lesenden Datenseite erzielen. Außerdem machen die einzeln adressierbaren Gebiete oder Sensorelemente eines APS-Arrays es besonders geeignet für die Pixelregistrierung unter Verwendung der zuvor beschriebenen Ausrichtprozedur im Wesentlichen nächster Pixel.
Obgleich der jeweilige Seitenindikator 110, die Seitenidentifizierungsinformationen 145 und die Pixelregistrierungsschlüssel 170 als getrennt projizierte Bilder veranschaulicht sind, ist es gemäß der Erfindung möglich, die Funktionen zweier oder mehrerer dieser Bilder zu einer kleineren Anzahl von Zeichen zu kombinieren. Außerdem ist es möglich, eines oder mehrere solcher Zeichen, gleich, ob mit kombinierten Funktionen oder auf andere Weise, in einem oder in mehreren Gebieten zu nutzen, das/die näherungsweise 0,1 % bis 10 % der projizierten Bildfläche von dem Speichermedium 25 bildet/bilden. Der verbleibende Saldo der projizierten Bildfläche kann vorteilhaft die Datenseiteninformationen umfassen.
Um die Daten einer gewünschten Datenseite zu lesen, wird in einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zunächst auf der Grundlage der durch den Seitenindikatorsensor wie anhand der 1, 2 und 3 beschrieben gelieferten Rückkopplung die Multiplexierungssystemcharakteristik zuerst geändert, um eine Datenseite auf die Sensoren zu projizieren. Um die gewünschte Seite wie anhand von 3 beschrieben zu projizieren, werden daraufhin die Seitenidentitätsinformationen gelesen, wobei dann die Multiplexierungssystemcharakteristik um einen relativen Betrag weiter geändert wird, wenn die projizierte Seite nicht die gewünschte Seite ist. Daraufhin wird unter Verwendung des projizierten Pixelregistrierungsschlüssels und der Pixelregistrierungsschlüsselsensoren wie anhand der 4 und 5 beschrieben die Pixelregistrierung erzielt.
Obgleich oben ausführlich mehrere Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden sind, können viele Änderungen vorgenommen werden, ohne von dem wie durch die folgenden Ansprüche definierten Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel ist es möglich, die Rückkopplungstechniken zum Projizieren von Seiten, zum Identifizieren von Seitenzahlen und für die Pixelregistrierung einzeln oder mit anderen nicht zuvor beschriebenen Teilkombinationen zu nutzen. Obgleich die zuvor beschriebenen Ausführungsformen für den Detektor 80 aus 1 entweder CCD- oder CMOS-APS-Sensoren nutzen, können in Übereinstimmung mit der Erfindung außerdem selbstverständlich weitere Typen von Detektoren 80 mit einzeln adressierbaren Sensorelementen oder andere verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Lesen von Daten in einem holographischen Speichersystem, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Richten eines Lichtstrahls (5) bei einem holographischen Speichermedium (25) zum Projizieren eines Bilds auf einen Detektor (80), wobei das Speichermedium ein Bild (120) wenigstens eine Seite von Daten (37) umfasst; Überwachen einer Eigenschaft der Projektion; Ändern eines Parameters des Systems, der ursprünglich zum Speichern der Datenseite verwendet wurde; und weiteres Ändern des Parameters und Lesen von Daten von der auf den Detektor projizierten Seite auf der Grundlage der überwachten Eigenschaft der Projektion; dadurch gekennzeichnet, dass die überwachte Eigenschaft die Qualität der Projektion eines Seitenindikatorbilds (110) ist, das ebenfalls in dem Speichermedium (25) gespeichert ist, so dass die Qualität des projizierten Seitenindikatorbilds die projizierte Qualität des entsprechenden Datenseitenbilds (120) auf dem Detektor angibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die überwachte Qualität die Intensität der Projektion eines Seitenindikatorbilds ist.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Lesen der projizierten Datenseite auf der Grundlage der Erfassung einer Schwellenqualität der Projektion eines Seitenindikatorbilds ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Lesen der projizierten Datenseite auf der Grundlage der Erfassung eines näherungsweisen Spitzenwerts der Qualität der Projektion eines Seitenindikatorbilds ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner Folgendes umfasst: Lesen von Seitenidentitätsdaten-Informationen von dem projizierten Bild auf der Grundlage einer erfassten Qualität des Seitenindikatorbilds, wobei die Seitenidentitätsinformationen in der Weise in dem Medium gespeichert sind, dass sie auf den Detektor projiziert werden, wenn der Seitenindikator auf den Detektor projiziert wird; und weiteres Ändern des Systemparameters um einen relativen Betrag auf der Grundlage der gelesenen Seitenidentitätsinformationen zum Projizieren einer gewünschten Datenseite, falls eine gegenwärtig projizierte Datenseite nicht die gewünschte Datenseite ist.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Seitenidentitätsinformationen in der Weise projiziert werden, dass der Schritt des Lesens der Seitenidentitätsinformationen im Wesentlichen in Abwesenheit eines Pixelregistrierungsschritts ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: Erfassen eines Pixelregistrierungsschlüssels; und Bewegen des projizierten Datenseitenbilds und/oder des Detektors auf der Grundlage der erfassten Lage des Pixelregistrierungsschlüssels in der Weise, dass eine Relativbewegung des projizierten Datenbilds auf dem Detektor veranlasst wird, um die Pixel des projizierten Datenseiten bilds im Wesentlichen auf die Sensorelemente des Detektors auszurichten.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem der Bewegungsschritt das projizierte Datenseitenbild oder den Detektor in der Weise bewegt, dass eine Relativbewegung des projizierten Datenbilds auf dem Detektor veranlasst wird, um eine wesentliche Ausrichtung der projizierten Daten der Datenseite und des im Wesentlichen nächsten Sensorelements des Detektors zu erzielen.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner das Bestimmen von Differenzen der erfassten Pixelregistrierungsschlüssellage und einer erwarteten Lage des Pixelregistrierungsschlüsselbilds umfasst, wobei der Bewegungsschritt auf den bestimmten Differenzen beruht.
Datenspeichersystem, das umfasst: einen Detektor (80); eine Lichtquelle zum Richten eines Lichtstrahls (5) bei einem holographisches Speichermedium (25) mit wenigstens einer Datenseite (37) und einem entsprechenden darin gespeicherten Seitenindikatorbild (110), wobei der Seitenindikator in der Weise in dem Medium gespeichert ist, dass seine projizierte Bildqualität eine projizierte Bildqualität der Datenseite auf dem Detektor angibt; einen Seitenindikatorsensor (83), der dem Detektor zugeordnet ist, wobei der Lichtstrahl ein projiziertes Bild auf dem Detektor veranlasst, wobei der Seitenindikatorsensor eine Qualität des projizierten Bilds des Seitenindikatorbilds erfasst; und eine Steuereinheit, die mit dem Seitenindikatorsensor gekoppelt ist, wobei die Steuereinheit eine Qualität des durch den Sensor erfassten Seitenindikatorbilds überwacht und auf der Grundlage der überwachten Qualität der Seitenindikatorbildprojektion den Parameter weiter ändert oder den Parameter nicht ändert und Daten von der auf den Detektor projizierten Datenseite liest.