TW200540582A - Holographic device - Google Patents

Description

200540582 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明相關於：一光學全像攝影裝置，用以讀出一全像 攝影媒體中記錄的一資料頁；讀出此一資料頁的方法；及 實施此一方法的電腦程式。 【先前技術】 H.J· Coufa卜 D. Psaltis及 G.T· Sincerbox編輯的”全息資 料儲存"（光科學中的起拱石系列（2000年））揭示一光學裝 置’其能在一全像攝影媒體上記錄及讀取。圖1說明此一 光學裝置。此光學裝置包括一輻射源1 〇〇、一校準器丨〇 1、 一第一光束分割器102、一空間光調變器丨〇3、一第二光束 分割态104、一透鏡105、一第一偏向器1〇7、一第一望遠 鏡108、一第一鏡1〇9、一半波板11〇、一第二鏡1U、一第 一偏向态112、一第二望遠鏡113，及一偵測器114。該光 學裝置希望用以在一全像攝影媒體1〇6中記錄資料及從該 全像攝影媒體讀取資料。 在該全像攝影媒體中記錄一 一資料頁期間，由輻射源1〇〇

個及一個資料位元。 器103 5L器103而作空間調變。該空間光調 :區’其對應至一待記錄資料頁的零 該信號光束通過空間光調變器丨 97937.doc 200540582 後’該信號光I i崔古y士上 (βρΜ-Ρ ^ ^ {在全像攝影媒體1〇6中記錄的信號 (即待§己錄的資姐百、 、、。接著將該信號光束藉由透鏡105而聚 焦在全像攝影媒體106上。 :亥:考先束亦藉由第一望遠鏡1〇8而聚焦在全像攝影媒 體10 6上。該咨輕I _ 一 、、稭此而記錄在全像攝影媒體1 〇6中（以 、 圖案的形式，作為該信號光束與該參考光束間干擾 的結果）。-旦在全像攝影媒體1〇6中記錄好一資料頁，即 在王像攝衫媒體106的同一位置記錄另一資料頁。為此目 i請應至此貝料頁的資料傳送至空間光調變器1 。 旋轉第-偏向器107’俾修正該參考信號相對於全像攝影 某體106的角度。旋轉時使用第—望遠鏡⑽將該參考光束 保持在該相同位置。藉此將一干擾圖案以一不同圖案記錄 在全像攝影媒體1〇6的同一位置。此稱為角度多工。全像 攝影媒體106上記錄複數個資料頁的—相同位置稱為一本 書0 ，或者，為在同-本書中記錄不同資料頁，可調節該輕射 光束的波長。此稱為波長多i。亦可使用其他種類的多工 (諸如偏位多工等）在全像攝影媒體1〇6中記錄數個資料頁。 從全像攝影媒體1G6讀出—資料頁期間，使空間光調變 器103完全不為輻射光束穿透，俾使該光束的任何部分無 法通過空間光調變器103。移除第—偏向器107，俾便輻射 源100產生的光束中通過光束分割器102的部分經由第一鏡 109、半波板110及第二鏡U1而到達第二偏向器112。若使 用角度多工在全像攝影媒體106中記錄該等資料頁，及待 97937.doc 200540582 讀出一已知資料頁，則設置第二偏向器112的方式便於豆 相對於全像攝影媒體1〇6的角度與用以記錄此已知全息圖 ◊角度相同。由第二偏向器112偏向及藉由第二望遠鏡113 而聚焦在全像攝影媒體⑽中的信號藉此成為該參考信號 的相位共|€ ’其用以記錄此已知全息圖。例如若使用波長 多工在全像攝影媒體1〇6中記錄該等資料頁，及待讀出一 已知資料頁，則使用相同波長讀取此已知資料頁。 接著該參考信號的相位共輛由該f訊圖案加以繞射，其 產生重建k號光束，其接著經由透鏡1〇5及第二光束分 割器二4而到達偵測器114。藉此在该測器ιΐ4上產生一成 像的資料頁’並由偵測器114偵測該資料頁。偵測器114包 素或㈣11元件’各_器元件對應至該成像資 料頁的一位元。 、 藉此全像攝影媒體1〇6具有複數個資料頁，其具有不同 資料位元分布。在一簡單範例中，一資料頁的資料位元且 :兩個可能的資料狀態’諸如”"及，，〇"。理論上，在谓測 Ί 14上的第一強度對應至一第一資料狀態，卩一第二強 度對應至-第二資料狀態。#’由於多種不同因素，可由 偵測器114上的不同強度代表具有相同資料狀態的數個資 、元政匕等因素特別包括記錄期間在所記錄資料頁的撓 射效率中的變化，或在輻射源1〇〇的輸出功率中的功率波 動。此等變化可如此重[以致由债測器m上的相等強 度代表具有兩個不同資料狀態的資料位元。因此，藉由簡 單地在偵測器U4上監控該成像資料位元的強度，不可能 97937.doc 200540582 偵測到一資料位元的資料狀態。 美國專利第5,995,676號揭示在全像攝影裝置中判定資料 位元的資料狀態的方法。根據此方法，測量一組成像資料 位元的強度。例如，測量一成像資料頁的所有成像資料位 凡的強度。接著，測量此等強度的平均值，並將各成像資 料位元的強度與此平均值比較。若一強度劣於該平均值， 則判定該對應的成像資料位元的資料狀態為〇。若一強度 優於該平均值，則判定該對應的成像資料位元的資料狀態 為1。 〜 此方法的缺點如下。由於記錄期間在所記錄資料頁的撓 射效率中的變化，或在輻射源1〇〇的輸出功率中的功率波 動’可能造成侧器114上的平均強度較低。當㈣器114 上的平均強度低時，該方法會對雜訊敏感。實際上，不同 的雜訊源（諸如偵測器114本身的暗電流等）對一成像資料位 :的強度會有貢獻。此雜訊可與無雜訊的平均強度一樣 At因此"亥方法導致錯誤的結果。例如，應具有資料狀 纟貝料位7C可識別為資料狀態i，原因是對應至該資 料位元的谓測器m的像素，其雜訊較大。 【發明内容】 本發明的目的為提供—全轉影裝£，其對雜訊較不敏 為此目的，本發明猖+ φ m _ 月揭不一先學全像攝影裝置，用以讀 王像攝影媒體中記錄的 不的貝枓頁，該資料頁包括數個 料位70，該裝置包括： 座生構件，用以產生具一強度的 97937.doc 200540582 射光束’導引構件，用以導引該輻射光束朝向該全像攝影 媒體以便使邊資料頁成像；偵測構件，用以在該成像資 料頁中偵測一組成像的資料位元，計數構件，用以在該組 成像的資料位元中計算具有預設資料狀態的成像資料位元 數；及修正構件，用以修正該強度作為此數目的函數。 根據本發明’計算具有一預設資料狀態的成像資料位元 數’及调整該輻射光束的強度作為該數目的一函數。藉此 可將该偵測器上的平均強度保持在一較高位準，其中雜訊 的貢獻較低。 有利的是，該計數構件包括至少一比較器，用以比較一 成像資料位元的值與一預設臨限值。因此可使用一簡單的 判定電路’以計算具有一預設資料狀態的成像資料位元 數。因此，此避免在各偵測器像素後面使用一類比至數位 轉換器。藉此降低該全像攝影裝置的成本，及增加使用者 位元傳輸率。 較佳地，用以修正該輻射光束強度的構件配置成修正該 輻射光束的強度，直到該數目代表該組成像資料位元的成 像貧料位7G數的40%至60%。在習用全像攝影裝置中，該 等貝料位7G僅具有兩個資料狀態。通常依照具第一狀態的 資料位兀數與具第二狀態的資料位元數的差異不超過20% 的方式，將該等資料頁編碼。根據本發明，修正該輻射光 束的強度，直到在該成像資料頁中擷取相同的分布。更佳 地，上述百分比大體上等於50%。實際上，常使用第一及 第二狀態的平均分布將一資料頁編碼。 97937.doc 200540582 本發明亦相關於讀出-全像攝影媒體中記錄的資料頁的 方法’該資料頁包括數個資料位元，該方法包括以下步 驟：藉由具-強度的輻射光束從偵測構件上的該資料頁形 成成像貝料頁，在該成像資料頁中偵測一組成像的資料 位元；在該組成像的資料位元中計算具有—預設資料狀態 的成像資料位元數；及修正該強度作為該數目的一函數。 本發明尚相關於一電腦程式，其包括一組指令，該组指 ▽載入-處理s或-電腦中_，令該處理器或該電腦實施 此方法。 ' 【實施方式】 在本發明中，，，資料位元，，的表達對應至該全像攝影裝置 的一資料頁的一資料位元，然而，，成像的資料位元，，的表達 對應至e亥债測器上一成像資料頁的一資料位元。所測量一 成像資料位元的資料狀態可不對應至該對應資料位元的資 料狀態。本發明的目標為，所測量一成像資料位元的資料 狀態確實對應至該對應資料位元的資料狀態。 圖2根據本發明以略圖說明一全像攝影裝置。該全像攝 影裝置包括··一輻射源200，用以產生一輻射光束；導引 構件201，用以導引該輻射光束朝向一全像攝影媒體2〇2 ; 偵測構件203 ’用以偵測一成像資料頁的數個成像資料位 元的強度；計數構件204 ;及修正構件205，用以修正該轄 射光束的強度。導引構件201係用以導引一輻射束朝向— 資訊載體的習用構件。導引構件201可包括如圖1的第二望 遠鏡113等數個光學元件。 97937.doc -10- 200540582 _射光束係由全像攝影媒體2G2繞射，及在㈣構件 加上形成-成像的資料頁。該成像資料頁包括數個成像 貝枓位疋。谓測構件203係包括數個像素的一痛測哭陣 列。較佳像素的數目等於該成像資料頁的成像資料位元數 (雖然此並非實施本發明所需）。計數構件2〇4調適成在一组 成像資料位元中計算具有一預設資料狀態的成像資料位元 數。依照此數目而修正該輻射光束的強度。為此目的，該 全像攝影裝置包括修正構件2()5，其由計數構件2G4的輸出 加以控制。 一在、下次月中’一貝料位几有兩個可能的資料狀態：高 資料狀態及低資料狀態。惟，可應用本發明的全像攝體裝 置中係以至少二資料狀態編碼資料。 圖3說明根據本發明的方法。在步驟3(H，在㈣構件 203上形成一影像。在步義2，<貞測—組成像資料位元。 次下°兒明°亥組可為该成像資料頁的-部分，或整個成 像貝料頁。在步驟303 ’計算具—預設臨限值的成像資料 位元數。在此範例中，計算具—高狀態的成像資料位元。 系X簡單方式執行，例如藉由具—預設臨限值的成像 資料位元的強度比較。例如，若複數個全像攝影媒體中該 專成像資料位元的強度在數個專用單元中係在0至100間變 化’則可選擇該臨限值等於50。接著比較具一高狀態的成 像貝料位疋數與-數目X ’精應至編碼的該組資料位元 中具-高狀態的資料位元數。例如，若以等於5〇%的具一 高狀態的資料位元比例將該資料頁編碼，則數目χ等於該 97937.doc 200540582 組資料位元中的資料位元數除以2。在以下範例中，該資 料頁包括1〇〇〇*1000資料位元，及該組資料位元亦包括 1000*1000資料位元；在所編碼資料頁中具一高狀態的資 料位元比例等於50%。因此數目乂為5〇〇〇〇〇。若具一高狀 態的成像資料位元N大於500000,則表示所彳貞測具一高狀 態的一些成像資料位元的確對應至具一低狀態的數個資料 位元。因此在步驟304降低該輻射光束的強度。藉此降低 该等成像資料位元的強度。接著在步驟3〇2偵測該組成像 貝料位7G，及在步驟303計算具一高狀態的成像資料位元 數。若此數目N仍大於500000,則在步驟3〇4再降低該輻射 光束的強度。重複此等步驟直到數目N等於5〇〇〇〇〇。 在以下範例中，在步驟303，該成像資料位元的強度如 此低，以致無成像資料位元具有一高狀態。例如，最大強 度為10，然而該預設臨限值為50。若該資料頁的繞射效率 低則可能發生此步驟，其例如可發生在該記錄角度大時。 在此例中，在步驟304，增加該輻射光束的強度。此增加 該等成像資料位元的強度。重覆此步驟直到該等強度的一 半優於50及一半劣於5〇。因此，雜訊未影響到該等成像資 料位元的偵測。例如，若雜訊的強度約為1，則雜訊對具 有平均值5 0的強度影響極小。 在步驟302中僅可偵測該成像資料頁的一部分，而非整 個成像的資料頁。實際上，並非必要 貞測整個成像資料頁 以修正該輻射光束的強度。例如，若該資料頁具有 1000*1000資料位元，僅偵測100*100資料位元的資料頁的 97937.doc -12- 200540582 一部分即已足夠。實際上，在此部分中的高及低狀態的分 布在統計上通常與整個資料頁中的分布相同。 若已知該成像資料頁的一部分具有該資料頁其餘部分不 同的特〖生則僅该测該部分亦為有利。例如，若已知該成 像資料頁一部分中的強度總大於該成像資料頁其餘部分中 的強度，則可有利地利用具一第一強度的輻射光束讀出此 #刀及利用具一第二較大強度的輻射光束讀出該資料頁 的其餘部分。 ' 在所編碼的該組資料位元中具有__高狀態的資料位元數 X主要依該全像攝影媒體而定。通常，具一高狀態的資料 位元比例介於40至60%之間，大體上更常是等於5〇%。 凊注意，為使具一預設資料狀態的成像資料位元達到期 望數目，並非必然要重複步驟3〇2、3〇3及3〇4。反而，可 將該輻射光束的所需強度與具一預設資料狀態的成像資料 位元數儲存在該全像攝影裝置中。例如，該全像攝影裝置 可包括-檢視表，其包括以特定強度輻射光束測量具一預 設資料狀態的資料位元數N時待施加的輕射光束強度。 亦請注意，根據本發明的方法可僅執行於-資料頁，或 僅執仃於數貝料頁。例如，一旦該轄射光束強度設定成讀 出一資料頁，次一資料頁的讀出可不需要修正該輻射光束 強f ’原因是兩連續資料頁的記錄條件相似。惟，依記錄 及喂出條件而疋’亦可選擇執行本發明的方法用於讀出的 各個新資料頁。 圖4龙明&幸乂器’其可用以計算具一預設資料狀態的 97937.doc 200540582 成像資料位元數。此比較器係一習用的比較器，其比較一 成像資料位元的強度Ibit與一參考強度Iref。參考強度Ird係 對應至圖2及3中所述的預設臨限值。 因此，在計數構件204中使用一較簡單的判定電路。相 對於先前技藝，此尤其有利。在習用全像攝影裝置中，在 該偵測器的各像素之後使用一類比至數位轉換器。接著為 判定該成像資料位元是否具有一高或低狀態，將該類比至 數位轉換器的輸出與一判定電路中的一臨限值比較。為取

得足夠的解決方案，在該類比至數位轉換器中需要較大的 位元深度。例如會需要8至12位元的位元深度。既然該偵 測器具有一有限的輸出信號頻寬，採用具較大位元深度的 一類比至數位轉換器並導致所需的頻寬大於該偵測器的可 用頻寬。此方式因此限制此一全像攝影裝置的總使用者位 元傳輸率。

在本發明的全像攝影裝置中，可使用一簡單判定電路 原因是當讀出方法係根據該輻射光束強度的修正時，並 需要準確地測量該成像資料位元的強度。因此，使用本; 明的方法增加了使用者位元傳輸率。 。月注忍’圖4所示I；匕較器可用於該偵測構件的複數個〈 素。例如，該全像攝影裝置在每—列像素可使用一比』 器’或-獨特的比較器。在此等例子中，該等資料位元丨 強度序列地傳送至適當的比較器。 根據本發明以讀出一資料頁的方法可實施在-積體電; 中（冀望其與一全像攝影褒置_體成型）。載入一程式記,丨 97937.doc •14- 200540582 體中的一組指令使該積體電 电路@施該方法以讀出該資料 頁。該組指令可儲存在如磁 ^ ^ 碟寺負料載體上。可從該資料 載體續取該、纟且指令，以便將爱 Λ便财其載入該積體電路的程式記憶 體中’接著該積體電路將完成其作用。 後附清求項中的任何炎去▲ 彳7，考冗琥不應解釋為侷限該請求 項。明顯地，動言司”句杯”芬甘…^ 匕枯及其阔形變化的使用未排除在任 何請求項中界定的it件外仍存在其他任何元件。在一元件 刖的用字’’ 一 ”或” 一個”並未排除複數個此類元件的存在。 【圖式簡單說明】 已參照至數個附圖以範例方式詳細說明本發明，其中： 圖1根據先前技藝說明一全像攝影裝置； 圖2根據本發明說明一全像攝影裝置； 圖3說明根據本發明的方法；及 圖4根據本發明說明用於該全像攝影裝置的一比較器。 【主要元件符號說明】 100, 200 輻射源 101 校準器 102, 104 光束分割器 103 空間光調變器 105 透鏡 106, 202 全像攝影媒體 107, 112 偏向器 108, 113 望遠鏡 109, 111 鏡 97937.doc -15- 200540582 110 半波板 114 偵測器 201 導引構件 203 偵測構件 204 計數構件 205 修正構件 97937.doc - 16-

Claims (1)

1. 200540582 十、申請專利範圍： 1 · 一種光學全像攝影裝置’用以讀出一全像攝影媒體（202) 中記錄之資料頁，該資料頁包括數個資料位元，該裝置 包括： 產生構件（200)，用以產生具一強度之輻射光束； 導引構件（201)，用以導引該輻射光束朝向該全像攝影 媒體，以便使該資料頁成像； 伯測構件（203) ’用以在該成像資料頁中偵測一組成像 之資料位元， 计數構件（204) ’用以在該組成像之資料位元中計算具 有預設資料狀態之成像資料位元數；及 修正構件（205)，用以修正該強度作為此數目之函數。 2.如晴求項1之光學全像攝影裝置，其中計數構件包括至 少一比較器，用以比較一成像資料位元之值與一預設臨 限值。 3·如請求項1之光學全像攝影裝置，其中用以修正該輻射 光束強度之構件設置成修正該輻射光束之強度，直到該 數目代表該組成像資料位元之成像資料位元數之4〇%至 60% 〇 4· ^叫求項3之光學全像攝影裝置，其中用以修正該輻射 光束強度之構件設置成修正該輻射光束之強度，直到該 數目大體上代表言亥組成像資料位元之成像資料位元數之 50% 〇 5·種项出一全像攝影媒體中記錄之資料頁之方法，該資 97937.doc 200540582 料頁包括數個資料位元，該方法包括以下步驟：⑽⑽ 由具一強度之輻射光束從偵測構件上之該資料頁形成2 成像貧料胃；（302)在該成像資料頁中㈣—、挺成像之資 料位元；（303)在該組成像的資料位元中計算具有一預# 資料狀態之成像資料位元數；及（3〇4)修正該強度作為該 數目之一函數。 6·如請求項5之讀出一資料頁之方法，其中該計數步驟包 括比較一成像資料位元之值與一預設臨限值之子步驟。 7·如請求項5之讀出一資料頁之方法，其中該修正步驟包 括修正該輻射光束之強度’直到該數目代表該組成像資 料位元之成像資料位元數之40%至60%。 8·如請求項7之讀出一資料頁之方法，其中該修正步驟包 括修正該輻射光束之強度，直到該數目大體上代表該組 成像資料位元之成像資料位元數之50〇/〇。 9· 一種電腦程式，包括一組指令，其載入一處理器或一電 月®中時令該處理器或該電腦貫施如請求項5之方法。 97937.doc 2-