TW200842850A - Method of reading a fourier hologram recorded on a holographic storage medium and a holographic storage system - Google Patents

Description

200842850 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001]本叙明係針對一種讀取傅立葉全像圖(F〇urier H〇i〇grams)之 系統，尤其針對一種讀取記錄在全像儲存媒介上之傅立葉全像圖 的方法以及一種全像儲存系統(H〇i〇graphic storage System)。 【先前技術】 [0002】全像資料儲存(Holographic Data St〇rage)係立基於將一攜載 資料的資料編碼§扎號光束(Data-Encoded Signal Beam)(亦稱為物件 光束(Object Beam)以及一參考光束之干涉圖樣(Interference pattem) 记錄於一全像儲存媒介(H〇i0graphic storage Medium)之觀念上。廣 泛而言’空間光線調變器以押如匕化扮““⑴对沉：见厘^系用以產 生上述物件光束，而全像儲存媒介，舉例來說，可為光聚合物 (Ph〇t〇P〇lymer)、光折射晶體(ph〇t〇refractive ^如丨），或是任何 其他適合躲靖餐光束與參考光权姆振滅相位差異的 材料。當-全像圖(H〇l〇gram)於儲存媒介中產生後，參考光束當 投射至館存媒介内即會交互侧，而重建出原始的·編碼物: 光束’並且此請編碼物件光束可錢用伽彳^來加以偵測，此 偵測器例如是CCD _相解等。於本技藝中，斜遍將所重建 之資料編碼物#光束本身即稱作重建的全像瞭咖伽咖 H〇l〇g職）。根據這個專業術語，重建全像圖即意謂著重建原始的 貧料解碼物件光U讀取全細係意指翻難建的全像圖， 200842850 或特別是侧射_全侧之f彡像。本酬㈣期此專業術 吞吾0 γ_]全像圖寫人係強烈受到物件光束與參考光束於空間上重疊 部分的影響’而全像圖讀關受到重建參考光束以及儲存媒介; 所儲存之全像_者之相對位置的強烈影響。假使參考光束盘物 件光束兩者於儲存媒介表面上皆覆蓋了相當大面積的光點 (Spot) ’那麼就能夠極輕易地讀取全像儲存媒介。全像圖中心與參 考光束中心間的偏移裕度值⑽erance 〇f加咖⑽⑽約為^ ^尺寸的概，其巾該偏移裕度值往往介於習知系統之機械極限 乾圍内H將全侧尺寸縮減將會導致讀取齡時對於表考 光束與全侧的解織要求更高。例如在對·存之全像圖資 料進行夕工(Multiplexing)及/或安全加密（Security 之 情況下，亦可能需要高精確㈣準。有眾多已知的全像圖資料多 工及/或安全加密方法。賴絲可能⑽顺真實伟及/或傅 立葉平面（F〇Urier-Plane)内將物件光束及/或參考光束兩者進行相 位編碼(Phase Coding)。W0 02/05270 A1係揭露了一種藉由將參 考光束進行相位編碼，以實行的相位編碼多工及加密的方法及裝 置。當應用到相位編碼多工或加密時，於重建全像圖期間，光束 中心與全像圖中心兩者間的偏移裕度值會跌落至光束直徑之ι%。 光束與全像圖間的失準通常與系統光學元件間的失準有連帶關 係，而後者可能導因於機械震動、溫度變化等等因素。這對绪如 7 200842850 全像圖身分證等設計來接收可移性儲存齡的系制言，亦是廣 泛存在的問題。 闺US 7，116,6細係教導了 —種微 (MiCn>P〇sitiGningmethGd) ’时克服±制絲問題。此方法所 述的目標是希望增加全像_存系統之性能，亦即所調變影像之 品質，而達成方式乃是確㈣統之不同元件能夠正確地對準，其 中這些系統元件，舉例而言，例如是—具備許多不同裝置的_ 而這些裝置例如是光源、透鏡、_器，以及财齡。此對準 技術乃聚焦於「像素匹配」上，即將一 SLM之像素、所儲存全像 影像’以及伽彳n加輯準，贿SLM之每—像树以投射到該 制器之單-像素上，而導致較佳之資料恢復效率。此方法係牽 涉到物理性的移動部分或全部的前述元件，並建議1服機 (Se_eehanism) ’ 服機構縣於由勤爾彡像難導 其相關聯之峨’輯上述元件之粒加以朗。 ’ _5】以下·料乡決定所侧職之失準的朗方法 範例中’失準的基礎在崎—與所侧影像相_之通道^ (Ch_el me*)㈣測。此通道尺度普遍场-個·像素失^ 之純量(SeakQuantity)，舉贿說，是悄騎綠 通道尺度指出失準的大小或程度，但並不指出失準的方^ ° 為了使像素登錄誤差(pixel registrati〇n err〇r)最 統的至少-個元件，以及必須於新的元件位置重新多= 200842850 度。這樣可能花費許多步驟以找尋元件相對彼此的最佳位置，耗 時甚為可觀。 _6]在另-範例中，失準的基礎在於對一與所領測影像相關聯 之頁面尺度(Page Metric)進行量測。此頁面尺度普遍上係包含參 考像素，亦即已知的像素型樣（pixel Pattems)或登錄記號 (Registration Marks)，例如是位於使用者編碼資料内或位於使用者 編碼資料周圍之邊界區域内的像素區塊。這些已知的像素型樣可 能被偵測並用來決定全像儲存系統之眾多元件的失準。這種解決 方法的缺點在於必須制參考像素區塊來提供全侧，而參考像 素區塊如果太大，就會佔據珍貴的資料空間，但如果太小，則可 雜以於影仙定位。參考像素區塊制作計算线的點擴散函 數(Point Spread Function ; PSF)，PSF是一種已知用來對準系統元 件之伺服方法所使用的關鍵資訊。然而，值得擁有不需要系統之 PSF的伺服方法。 4. 【發明内容】 [0007】本發明之目的在於提供 之失準的解方法，這種方法侧制參考像素區塊，也不需要 重複地對元件再度定位。 [0008】上述目的係依據申請專利範圍第i項所述之方法以及申請 專利範圍第25項所述之全像儲存系統來達成。 月 9 200842850 【實施方式】 第la _顯示韻本發明之—全雜存系統丨之__實施例 之示意圖。系統1係包含一光源2，其提供-參考光束3。該光源 2大體上係由—雷射與—光擴束器所組成。在—較佳實施例中，光 源2的後面係設置一空間光線調變器物_ _ M〇duiat〇r;⑽) 八將為參考光束3加以編碼。系統丨更包含—偵測器$與用來 接收i像儲存媒介6之工具(未顯示於圖中》其中該全像儲存媒 介6係攜载著一全像圖7。上述偵測器5可為- CCD照相機、一 CM„〇S、一光二極體矩陣，或任何其他已知的债測器種類，這類偵 測為係包含排置為一個像素陣列之感應元件。 [0010】全像圖7係一種傅立葉全像圖(F〇urier_H〇l嗯㈣原因在 其她於影像平面全像圖，對於儲存媒介之表面缺陷乃具有較小 的敏感度。在傅立葉全像圖之情況下，用來對參考光束3編碼之 Μ 4所頌示之相位編碼型樣(phase p姐ern)於建立全像圖 7時係於—物件縣之傅立葉轉換上成像。例如是_偏極I (Polarisation)全像圖可作為全像圖7，原因在於其散射效率良好以 及波長選擇性低。而合適的全像儲存媒介，舉例而言，係偶氮— 苯型(Az〇-Benzene Type)的光異向性聚合物(ph〇她㈤喊 Polymers) ° [0011】此實施觸取反賴灯的全像齡媒介6.夫考 光束3係從-位於媒介6後面的反射鏡8反射，而所重建的杨件 200842850 光束9則被反傅立葉轉換(Inverse F〇urier Transf〇rmed)至偵測器5 之影像平面上以捕捉所重建之全像圖7的影像。反射光束9與參 考光束3係藉由一光束分離器(BeamSplitter) 1〇來彼此分離，在偏 極化全像圖的情況下，該光束分離ϋ 10可為-中性絲分離器 ( 故啦）或疋一偏極化光束分離器（Polarisation Beam

Splitter)，或是其他光束分離元件，舉例而言，如Ep ! 492 〇95 A2 所揭露，其可為一種具有中心層不連續之光束分離器。 [0012】所編碼的參考光束3係利用_ 4來產生，並藉由一成像 系、、先而成像至全像圖7之平面内。較佳之情況是，此成像系統係 包含第-傅立葉_ U及第二傅立葉透鏡12，並且如本技藝所 知’第-傅立葉透鏡U及第二傅立葉透鏡12係安排於光束分離 Ί0的鈾面與後面。此外，一孔徑(Ap_代)13係設置於第一傅 立葉透鏡11與光束分離器1〇兩者之間，用以藉由限制光束直徑 之方式來改善成像品質，以下並將描述，孔徑13更提供了限制 v SLM4之定義的另一項優點。 ’3】參考妹_可為—__PhaSe Ceding)、-振幅編碼 (Amplitude Codmg)、一偏極化編碼(p〇larizati〇n ㈤ 技藝所知的光調變編碼(Light Modulation

Coding)。於一較佳實施 7中’參考光束編碼是相位編碼，'以避免振幅編碼所出現的資訊 =相位編碼，舉例而言，可為一密錄⑼⑶卿㈣以讀取一 加在後的全像圖7 ’錢―用來讀取經多卫化之全像圖7的錄匙 200842850 (Key)。然而’本發了與加密或多工有關外，亦與其他應用有 關。本發财销_無勒_朗雜純_ aear_) =所有H &些情況乃導致所插人之齡媒介s的位置具有一 疋的不確定性，_儲存齡6必需重複地相對彼此再度定位， 尤”疋假如儲存媒介6往往被移除或是要彻魏1來讀取儲存 媒介6之情況。 卿4】除了辦光束她編碼料，SLM 4亦可作為—孔徑，其 係建立出-種定位_參考光束3的㈣方式。在數個全像圖^ 彼此相近地寫入至錯存媒介6時，這種方式對於降低全像圖重建 之内部全像圖之串音(Cross-Talk)係相當有用。 [】如果'又有任何參考光束編碼被應用到，則可將SLM 4完全 3省^ ^SLM 4可作為—隸赠Μ —歡侧形參考光^ [0016]^弟lb圖係顯示_本發明所提供之全像儲存系統工之另— 較佳實施例，其係採用以對全像儲存媒介6進行讀取及寫入。在 此實施例中，儲存媒介6係在傳輸模式下被讀取。因此，偵測器5 係女排在儲存媒介6之相反侧，以對所重建的物件光束9進行偵 、-中彳重建的物件光束係經由—第三傅立葉透鏡11 傅立葉變換至_器5之成像平面上。在這種情況下，當系= 用來魏—位於館存媒介6上的全像圖7時，光束分離器10係用 12 200842850 來將參考光束3以及一來自一物件光束SLM4，之物件光束3,加以 ^合。如本技藝所知，可藉由分離的光源(圖中未顯示)來提供物件 光束3 ’或疋使用上述提供參考光束3之同一光源2來提供光束3 及3,。 _7】偵測器5係連接至一伺服控制單元14，後者係負責參考光 束3及儲存媒介6相對彼此之定位。伺服控制單幻*係分析侧 為5所制的影像，並計算—鍊峨，射該他訊號將於以 下解釋。於第一實施例中，可以藉由在SLM4上之不同位置顯示 參考光束編碼型樣(Reference Beam Code Pattern)之方式，來改變 參考光束3與儲存媒介6之相對位置。此舰訊號係用來控制slm 4所顯不之編碼型樣之位置。舉例而言，伺服控制單元14可以是 一電腦或是一内嵌系統，該電腦或内嵌系統並包含數位訊號處理 器(Digital Signal Processor ; DSP)或是對SLM 4進行操作之現場可 編程閘陣列(Field Programming Gate Array ; FPGA)。 [0018]第2圖係顯示SLM 4所顯示之一參考光束編碼型樣15。參 考光束編碼型樣15較佳的情況是一相位編碼型樣(Phase c〇de Pattern)。如本實施例所示’每一參考光束編碼像素16係由$ χ $ 個SLM像素π所構成。用來顯示單一之編碼像素16的SLM像 素17係可根據應用來改變其個數。利用一個以上SLM像素17所 組成的編碼像素16乃造就了一種將編碼型樣15加以移位之簡單 方法之可行性。舉例而言，如第3圖所示，為了將編碼型樣15往 13 200842850 们SLM像素17,每一個編碼像素10a係移動一列的SLM ^17。新的編石馬像素16b係藉由一個新的具有5χ5個賴像 勺八τΓΐ物^ ’其中該新的5 X 5個咖像素17之區塊係 = 相重疊的W 以及 心 '、扁碼雜15可能沿任何方向偏移，包含^SLM_17r 或列不相平行之方向。 一 _像素17之盯 ::二？定的參考光束編碼型樣15所記錄的全像_僅 編崎型樣15^用來5己錄全像圖7完全相同或高度相似之參考光束 密=來加以重建，因而對參考光束3之編碼提供心 山5夕工之可仃性。舉例而言’參考光束編碼型樣μ可能且有1〇 個編碼像素16，這會導致2⑴。種可能的編碼組合。缺而，為 安全加密與多工之目的，除非是用來紀錄全像圖7的參考 =碼型樣丨5，全像圖7不應該在使用其他參考光 =的粒下挪讀取。因此，在所有可能之編碼型樣中，僅能使 目異私度夠焉的編碼型樣丨5之組合，然而實際上此數量仍相木 高，例如約有225個的編竭組合能夠使用。W〇_527〇係; 一種產生互異的編碼型樣15的方法。 路 _〇]使用孔徑13係具有對SLM4之定義加以限制的乂 如此一來’在_器5 _測之影像上，個別的SLM像素^ 法分辨’然而編碼像素16之編碼效應卻仍可察覺。為了避&、、、 生 200842850 在SLM 4接近邊緣處的週邊漸晕效應⑺明她笆職帅孔徑^ 係女排於SLM 4之傅轉平_(歧赫近處），用以過濾傅立 葉平面上會使最終影像_掉的高頻成分。 [〇〇21]於使用SLM為-孔徑以建立出一種定位圓形光束之簡易 方法的應财，如第4圖所示，參考光束編碼型樣15可以是一個 簡單的光線傳輸關18，該规傳輸關18具有—不透明的外邊 界區域19。而達成的方式，舉條言，可以是把slm4用作一振 幅調變器’降低邊界區域19之振幅，並同時維持傳輸内圓18内 之光線的振巾I，從而建立出上述定位_參考光束3之簡易方法。 藉由改變侧SLM像素π醜_變，崎於隨4之另一位 置產生上述光線傳細圓18，可以簡單地對_參考光束3進行 定位。 [0022】-種已㈣來貫現振幅調變模式之方法係提供_偏極化器 ,(P〇lariser)於SLM4之前以及提供一分析器於SLM4之後。可以使 用SLM 4來使落於内圓18内之參考光束3之偏極化不改變，同時 使遠參考光束3於外邊界區域19旋轉90度。由於只有未改變的 偏極化能夠通過分析器，因此建立出上述圓形參考光束3的簡易 定位方法。 【0023】無論使用的是相同的參考光束，或是使用另一沿著參考光 束3之光學路徑來設置並對SLM 4編碼之參考光束，這種圓形參 15 200842850 考光束3之簡易定位方式皆可與相位編碼一同加以提供。相同的 SLM可以同時用作相位與振幅調變，舉例而言，在特別的SLM4 之三元調變模式(Ternary Modulation Mode)下。利用兩個SLM以 分別進行相位及振幅調變，乃需要額外的光學元件以使這兩個 SLM能夠成像於彼此上。 [0024】在第二實施例中，伺服控制單元14係作用於一或更多之移 位工具20、21及22上(參考第ia圖），以分別將系統j的一或更 多的元件(儲存媒介6、SLM4以及光源2)相對彼此進行機械上地 移位。移位工具20、21及22可包今微致動器(Micr〇_Actuat〇rs)或 其他用來對純1之元件進行物理性移位之裝置。與上述實施例 相似’舰糊單元η齡析制！| 5 之影像，並計算 一伺服訊號，該伺服訊號係用來控制上述移位工具20、21及22， 其中移位工具20、21及22係分別安絲_存媒介6、㈣4 及光源2移位。三個移位工具2〇、21及22可能全部存在，或僅 有部分存在。亦有可能提供更多的光學或物理元件，以對入射參 考光束3相對於齡媒介6之位置來產生影響。這些光學或物理 元魏I驗由伺難财元14來減控制。亦存在將上述第一 及第二實施例加以結合的另一可能性。 _5】全侧7在為多卫全像_情況下，乃可包含—個資料員 =或是更多㈣料頁面。這些龍頁面較佳之情況是复偏 _貝料編碼區塊24來構成。第5圖係顯示—個資料編碼區塊^ 200842850 範例。資料編碼區塊24係由4 χ 4個資料編碼像素25來組成，其 中每-資料編碼像素係代表一個二元變數(「開㈣」或「關㈣士 雖…、有2個可ι的型樣’但這些型樣當中僅有部分型樣能對館存 於王像圖7上之貧訊單元(例如是文字、數字或符號等等)進行編 碼。-般使用數百個不同資料編碼區塊24以對資訊進行編碼已經

足夠舉例而Q，256個資料編碼區塊24的組合可以用來對ASCII 編碼表進行編碼。 [嶋]資料編碼區塊24之產生方式，舉例而言，可以是使用常數 ^tHt^,|(Constant Weight Modulation Coding)( 碼像素25和「關」資料編碼像素25間的比例約為⑼來達成， 或著也可以使用稀疏調變編碼(Sparse Modulati〇n c〇dinn資 料編碼像素之比例實質上稍低，如第5圖所示，「開」資料編崎 像素25之個數為3 ’以及「關」資料編碼像素μ之個數為⑼來 達成。資料編碼區塊24之集合於較佳的情況下是經由稀疏調變編 碼來產生’並且集合中的資料編碼區塊24係選擇為彼此儘量不 同。產生這樣集合的資料編碼區塊％的方法於本技藝中係為人所 周知的。舉例而言，A.S祕等人係描述利職料編碼區塊來實行 資料編碼及解碼，其中該資料編碼區塊係利用一查表以藉由調變 扁I之方式來產生(傅立葉全像綠巾彻钟光線碱及稀疏調 變編碼之資料密度最佳化(〇ptimisati〇n 〇f _ holographic system using spatial light filtering and sparse modulation 17 200842850 coding )，0pitlk，光及電子光學國際期刊(1脱_加1加 Light and Electron Optics) . V〇l. ! 15? 12? pp. 541-546, 2004) 〇 [〇〇27]當對全像圖7進行讀取時，伺服控制單元14係對偵測器所 _之部分或所有的重建f料編碼區塊26(麟於第6圖中^及 貝料編碼區塊24集合的元素加以味，其巾資料編碼區塊集 口係用來寫人全像圖7所攜載之資料頁面，比較目的係為了決定 哪二個特別的資料編碼區塊24正被讀取。如果參考光束3及儲存 媒介6之相對位置以及參考絲編碼(如果存在任何參考光束編碼 的活)與全像g 7被記錄的時候相同，則每—個所重建的編碼區塊 26係僅與資料編碼區塊24集合當中一個元素相匹配。然而，如果 :考光束3與儲存媒介6互失準，或是正讀取之參考光束3之編 碼’與記錄參考絲3之編碼私目同時，職师面之重建資料 編碼區塊26就不與雜編碼區塊26集合之任—元素完全匹配， 然而仍可與這些元素當中—個以上的元素相似。 【_]伺服控制單元14係於參考光束3與儲存媒介6之一給定的 才對位置處’計#出侧器5所偵測之影像之-特徵值。該特徵 值可為雜像的任何適合來指出參考光束3與儲存齡$互失準 的影像量化特性。 _9]在—較佳實施例巾，上述特徵值是多個重建資料編瑪區塊 26 的5fl戒對雜訊比(Signal to Noise Ratio ; SNR): 200842850 (1) SNR一 E(SNRblock) E(SNRbi〇ck2)-E(SNRbl〇ck)2 八 值函數’以及SNR_k係代表—重建資料編碼區塊 26之訊號對雜訊比。 [0〇3〇] 了對所有的重建資料編碼區塊26或僅對—肖定數量之重建 編碼區塊26來計算SNW。舉例.而言，在資料頁面約由麵個 育料編碼區塊24所組成之情況下，可以挑選至少1〇〇個重建編碼 區塊26,或較佳的情況為至少3〇〇個重建編碼區塊％，或更佳的 情況為至少600個重建編碼區塊26，來計算上述之SNR。對技術 者明顯可知的事情是’可以由所侧之影像的相同區域來取得所 檢視的重建資料編碼區塊26，或是對這些重建資料編碼區塊26 中加以挑每’以使所挑選的重建資料編碼區塊％能代表資料頁面 之重要區域。 [0031】可以經由種種不同方式來計算一重建資料編碼區塊26之訊 號對雜§il比’而當中獲得SNRbl()ek之較佳方式是計算重建資料編碼 區塊26以及資料編碼區塊24集合之所有可能元素之間的最大相 關值(Correlation Value)及平均相關值之比率： max(6y* vj) (2) SNRbl0Ck =纖零[ί) 其中max(.)係代表橫越該索引之自變量(argument)之最大值 200842850 averageG)係代表橫越該索引之自變量之平均值， *符號係代表純量乘積， 之係代表所重建資料編碼區塊26之第j個元素，其於一般情況下 係一 nxm維的向量，以及在上述資料編碼區塊24是4义4的像素 陣列的特別範例中，其為一 維的向量， v;係代表資料編碼區塊24集合之第i個資料編碼區塊24之第j個 元件，並且與bj類似，在上述特定的情況下其係一 16維的向量。 [0032】舉例而言，代表第5圖所示之資料編碼區塊24的第丨個^向 1係[0 00〇1〇1〇〇〇〇〇01〇〇]，而此向量第5個元素是1；卜1。 [0033] 在另一範例中，係計算重建資料編碼區塊％及資料編碼區 塊24集合中所有可能區塊之間的最大相關值及第二大相關值之差 值以作為SNRbiock : 貧 (3) SNRblock = max(6y * vj)- max2 (bj * v^.) ’ i关k 其中max/·)係代表橫越索引丨所取得之自變量之第二大值，其並 可藉由省略被發現給出max( )函數最大值之索引]^而獲得。 [0034] 對一技術者明顯可知的事情是，計算SNR& 之眾 多其他的可能性係隨手可得。 20 200842850 _5】在獲轉辦光束3及齡齡6於—給定相對位置之 SNR值以後趣㈣單元14似定參考光束 對彼此是職至-鱗狀_是—失雜態，並且錢準 下，該舰控卿元決定參考光束3及齡媒介6 = 置，從㈣予一讓人滿意的影像品質。一旦決定了對準相對位Γ 伺服U早70 14係產生一伺服訊號，該祠服訊號係 之所有或部分元件，以藉著上述方式，將所有或部分元件谁j 體或光學偏移，從而將參考光束3及儲存 = ，相對，。-旦參考光束3及儲存媒介6位於對準參置考=為 讓人滿思之影像品質即可_得到，以供日後使用。 態與失準狀態間的差別，以及為了決定失 用_灸|、/、、、、料對—特定應_預先鮮。此校準可以使 二先束3與—被記錄在—齡齡6上的鮮全像圖來實 :中魏該鱗全侧之齡齡6職人的 載 :==6稍後將—^ 石馬，/束3 _用—通用參考光束編碼型樣15來編 參考光走總通用參考光束編碼型樣15係代表用來記錄全像圖7之 係_個利用輕樣15之集合，並且較佳之情況下，該校準全像圖 利用—次粗物件光束3,來記錄之全像圖，其中該物件光束3,係 上之次Γ、頁面來編碼，而該資料頁面係代表了用以對全像圖7 貝錢行編資料顺塊24集合之元素。在特定之應用 21 200842850 中’ i存媒介6集合當中將被讀取的—個儲存媒介可以用來提 i、該；k準全像圖，核是每—儲存媒介6皆用作校準之目的，以 便利日後對儲存媒介6之加速讀取。這在使_ _祕】來對 錄圖7進行寫人和讀取之情況下，尤其有所助益，舉例而言， 即第lb圖所緣製之系統卜在這種情況中，校準可於寫入全像圖 7之後且於將其由系統1第-次移除之前執行。 ’除此之外，在僅使用少數參考光束編碼型樣Η之應用中， 了以對所有可能_的參考光束編碼型樣15來執行校準。這可能 全侧之情況，在多工全像财，僅有少數的資料頁面被 ^於相同的全像财。_地，在僅可能有少數資料頁面的應 可以對攜载這些資料頁面的所有可能的校準全像圖皆 校準。 ==可㈣白的事情是’―或更多個校準全賴以及糊系統1 來重建的-或更多個全像圖7，可以是一致的。 第—步驟係藉由緣製多個特徵數值來獲得一 特徵函數，其中該等特徵數值乃針對該參考光束3與該校準全像 =相對位置來計算得到。此校準值之計 式兩者係相同或貫質上相同。 22 6 —— 200842850 [0040]在以上討論的較佳實施例中，特徵值係對於所有或一特定 數量的重建資料碼區塊26之SNRbk)ek所計算得到之SNR。舉一個 藉由將SLM2所顯示之參考光束編碼型樣15來進行光學性偏移， 以口又疋參考光束3與全像圖/校準全像圖的相對位置的實施例，可 針對SLM晝素％内所測量的編碼型樣15的偏移，來描綠出不同 相對位置所獲得的SNR值。第7圖係顯示一範例SNR函數，其 乃針對SLM像素的偏移來描繪SNR函數。此SNR函數實質上係 一對稱的高斯曲線，在假設所使用之重建資料編碼區塊26之數量 夠大而能夠給出資料頁面之資料編碼區塊24的代表樣本時，此高 斯曲線大體上係與個別SNRbbck數值的確切計算方式以及重建資 料碼區塊26的確切數量沒有關係。第7圖中係利用方程式⑺並針 對所有重建資料碼區塊26而獲得的SNR函數。 _1】須注意，可以將數軸之原點設定為對應至最大的_值， 然而並非強制性的，原因在於相對位置及相對位置之變化也可以 利用一偏移值來描述。 [0042J弟7圖所繪製的SNR值係與一維定位問題有關。舉例而 。儲存媒介6可以結合至一信用卡或一身份證内，而當該信用 卡⑽分證插入到全像儲存系統i内時，沿著兩垂直軸之方柯 保持著緊^地，而其可以沿著—個與所插人直線相對應之第三垂 直轴作偏移。在此情況中，倚存媒介6與參考光束3之相對位置 僅沿著該第三軸來作變化，從而產生—個—維定位問題。如果被 23 200842850 插入的儲存媒介6雜置又可以沿著第一軸及第二軸來移動，則 必須分別於二維或三維中來實施此定位。可以藉由沿著所有轴循 序地改變儲存媒介6及參考光束3之相對位置，而沿著每—轴循 序地找尋之對準相對位置，以沿著一個以上的軸來對儲存媒介^ 相對於參考光束3進行定位。齡將SLM 4之參考光束碼型樣15 進行偏移’可贱齡媒介6與參考絲3之靖位置僅沿兩個 軸作變化。對三較位而言’編碼型樣15之偏移，以及館存媒介 Γ 沿著光軸之實魏偏移，可赠此結合，歧#由移_統】之 焦點來實施。或著’也可靖得—個雙變數或三變數_函數。 以下將僅對—維定位做進—步的詳細探討，而二維或三維的情況 是一維定位之簡單延伸。 _3】在獲得上述之SNR函數後’校準的第二步驟是從中推導一 祠服函數，而此步驟同樣由伺服控制單元14來執行。 、_4】較佳的伺服函數的獲得方式’係採用參考光束3與儲存於 一儲存媒介6中之校準全像圖的兩個相對位置幻及χ2上所產生 的-對SNR值。相對位置χ1及a係使得參考光束3與校準全像 圖間的距離之差值等於〇!。舉例而言，如果是藉由偏移參考光束編 碼型樣來完成定位，則相對位置xl及x2係對應於編碼型樣Μ於 SLM 4上之兩個位置’以及❻這兩個位置_距離(d較佳的情 況是利錄Μ像素7之數量來測量）。接下來，係將較小的= 值除以較高的SNR值，@此對每-相對位置對所得的結果皆落於 24 200842850 0與1的Ιϋ15内。這些結果係針對相對位置xl及以之間的中點相 對'原—的偏移值s來描綠。在上述範例中，此偏移s可能是介於 第 第、、扁瑪型樣位置半途上的編碼型樣位置(亦即相對位置 xl及X2)第8圖係描緣出此飼服函數，以及第9圖係顯示如何得 j /飼服㈡數之過程。為了簡日胁見，係假定參考光束3及校準 全像圖之零相對位置(即原點），以及對應於最大SNR的對準狀離 係彼此相重疊。鈇而祖^ 丁千㈣ …、而，對一技術人員來說，明顯可知的事情是， 也可使用-偏移來計算飼服函數。 ==圖所示之範例中，S_是-個中蘭 ㈣刀佈，而伺服函數是一個於s=〇偏移處且有最大信 為職於咖㈣餐歐遞減函數。4取大值 主意’可以採用數種不同的方式來建構伺服函數，唯一 罐是峨數_是可娜祕⑹。在她 了:的伺服函數是-種允許能夠經由任-函數值來推導偏移 小及方_代數符號)之函數。舉例而言，可藉由將^移S大 —第一相對位置X1及一第二相對位置 函數於 出所獲得的相對於X1(而非s)的値數值的方式進並贿 伺服函數’其中於兩相對位置心2參考先= 間的距離之差值鱗於d。 从準全像圖 25 200842850 剛以下將描述’當使用以上所解釋的較佳伺服 讀取館存在健存媒介6上之全像困7,而相對於錯存媒介6對^ 光束3進行定位的方式。 參考 _】此SNR值係使用伺服控制單元14而於 媒介6之-第-相對位置幻處計算而得。勝將相= 置如定於參考光束3及錯存媒介6之間，針此第二= 對位置X!及X2係定義出以上卿入之差值d。結果，—第二弟= 值係於第二相對位置χ2計算而得。較小的舰值係 的歸值。在給定舰之最高值下，所得的結果係用來決^ 準相對位置，亦即參考光束3與儲存媒介6之對準位置。，對夫 考光束3與全像圖7進行定位時，第9圖内的虛線的橫座 準相對位置與真實的對準相對位置能夠相對應，伽=== 釋的，，。如果所希望的對 ： 準相對位置之間有所偏差，則兩_值之商數將 ^圖所指出之SRN(X1)/S释2)之伺服函數的反函數，並 前所記錄的伺服縫，來獲得偏差s。考慮兩SNR值當中何者作 為除數，亦可以輕易地決定偏差s之代數符號。接下來，可 ，用所獲得之偏差s，來將參考絲3及齡媒介6之相對位置設 疋為與對準的相對位置相對應。 26 200842850 可完成以上所述之定位·· [0049】尤其特別的是，藉由實施下述步驟 14的 υ於該SLM4上與第一相對位置χ1相對應之參考光束型樣 第一位置處，計算SNR值， 2)藉由將SLM4上之該編碼型樣14偏心個㈣情素^ 獲得一第二相對位置x2， 3) 於上述第二相對位置χ2處計算SNR值， 4) 將較小的SNR值(SNR⑽除以較高的·值(說㈣）， 5) 由伺服函數SNR(xl)/SNR(x2)推導出偏差s， Q如果驗⑽<snr(x2)，則將編石馬型樣14從第一相對位置χΐ 處偏移(d/2+s)個SLM像素17 ; 如果驗(X1)>驗(X2) ’騎編，樣丨_-姉位置xl 處偏移(d/2-s)個SLM像素17 ; 以得到對準相對位置，以及 7)於所對準的相對位置處讀取全像圖7。 [】為了&加植之精確度，可崎對其他對應於編碼型樣Μ 的第一及第二相對位置對，重複執行上述步驟，其中該等編碼型 樣Μ所顯示之位置彼此之_目差為d個⑽像素，並且可以 27 200842850 對每一第一及第二相對位置對所獲得之對準相對位置，計算出一 平均值，因而消除了可能的誤差。熟習此技藝者係明顯可知，當 可有眾多不同之修改，而不悖離後附之申請專利範圍所界定之保 護範圍。 【圖式簡單說明】 [0051】根據本發明的各種特點、功能以及實施例，皆可以從上述 詳細說明’並同時參考所關式而達較佳之瞭解，該等圖式係包 [〇〇52】第la圖係依照本發明所提供之—反射型全像儲存系統之一 示範性實施例之示意圖； 之一種傳輸型全像儲存系統之 [0053】第lb圖係依照本發明所提供 另一示範性實施例。 二間光線調變器所產生之一範例參考光 [0054】第2圖係顯示由一 束編碼型樣。 樣偏移一個SLM像素。 态所產生之另一範例參考 [〇〇55】第3 _說鴨參考光束編碼到 [0056】第4圖係顯示由一空間光線調變 光束編碼型樣。 碼之範例資料編碼區塊。 [0057】$5圖係、顯#一個使用稀疏調變編 28 200842850 【8】第6圖係顯示第5圖所示之資料編碼區塊的重建資料編碼 區塊。 [獅]第7圖係顯示-針對SLM像素偏移所描緣之一範例咖 函數。 [0060]第8圖係一範例伺服函數圖。 [⑽61】第9圖係第7 _之SNR函數之註解圖，說明如何得到第 ^ 8圖之伺服函數。 【主要元件符號說明】 1〜全像儲存系統 3〜參考光束 4〜空間光線調變器 5〜偵測器 7〜全像圖 9〜所重建的物件光束 11〜第一傅立葉透鏡 13〜孔徑 15〜參考光束編碼型樣 16a〜原始編碼像素 17〜SLM像素 19〜外邊界區域 2〜光源 3’〜物件光束 4’〜物件光束SLM 6〜儲存媒介 8〜反射鏡 10〜光束分離器 12〜第二傅立葉透鏡 14〜伺服控制單元 16〜編碼像素 16b〜新編碼像素 18〜光線傳輸内圓 20〜移位工具 29 200842850 21〜移位工具 24〜貢料編碼區塊 26〜重建貧料編碼區塊 22〜移位工具 25〜資料編碼像素 111〜第三傅立葉透鏡 30

Claims (1)

1. 200842850 十、申請專利範園·· 1. 一種讀取記齡全射轉騎上之傅轉全侧的方法， 該方法係彻—全射轉_，財紗含τ述步驟·· a. ^位於—參考光束及該儲存媒介之至少兩個相對位置 之重建傅立葉全像圖之一偵測影像，計算一特徵值， 一個該特徵值係㈣__相對位置處該參考光束與 该儲存媒介之一失準， b. 由所測量得到的該特徵值來計算一伺服值， c. ，用所計算得到的該伺服值，藉由一預定伺服函數，來 決定該參考光束與該儲存媒介之一對準的相對位置， d. 將杯考光束與該儲存媒介間之該相對位置設定為該 對準的相對位置，以及 … e.於該對準的相對位置處制-影像。 如申請專利範圍第i項所述所述之方法，其中該預定錬 函數係藉由—校軸序來赴，該校準料包含下述步驟： -藉由改變該參考絲與—校準全像圖彼此之一相對位 錄獲得-特徵函數，其中該校準全像__傅立葉全像圖， 以及計算該重建鮮全側於每—相對位置處之—_影像之 -特徵值，_徵值如於棚助對位置處該參考光束與該 校準全像圖之一失準，以及 —由要用作該縱特徵函數之該特徵函數來計算―可反 31 200842850 轉飼服函數。 3·如申請專利範圍第1或2項所述之方法，其中該傅立葉全 像圖係包含複數個資料編碼區塊，其中每一資料編碼區塊係資 料編碼區塊一集合當中之一個。 4.如申請專利範圍第3項所述之方法，其中該資料編碼區塊 集合當中之每一資料編碼區塊係一具有一獨特型樣之nxm像 素陣列，較佳是ηχη像素陣列’或更佳是4χ4像素陣列。 ; 5.如申請專利範圍第3或4項所述之方法，其中資料編碼區 塊集合係藉由使用一查表之調變編碼所獲得。 6. 如申請專利範圍第3至5項當中任何一項所述之方法，其 中該校準全像圖係包含複數個資料編碼區塊，每一資料編碼區 塊係該資料編碼區塊集合當中之一個，較佳的情況是複數個資 料編碼區塊係代表該資料編碼區塊集合。 7. 如申請專利範圍第3至6項當中任何一項所述之方法，其 (中要被讀取之該傅立葉全像圖與該校準全像圖，係使用一空間 光線調變器(SLM)產生之相位編碼物件光束攸錄而得的相位 編碼全像圖。 8. 如申請專利範圍第3至7項當中任何一項所述之方法，其 中該特徵函數係一訊號對雜訊比(SNR)，計算方法為 八 SNR=-^i^bjock) E(SNRblock2)-E(SNRblock)2 32 200842850 其中E是期望值函數，以及SNRbl〇ck係代表一資料編碼區塊之 訊號對雜訊比。 9. 如申請專利範圍第8項所述之方法，其中係對所有 的該等資料編碼區塊來計算。 10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中SNR驗係對所有 的該等資料編碼區塊之至少5%、較佳是至少15%，或更佳是 至少30%來計算。 11. 如申請專利範圍第8至10項當中任何一項所述之方法，其 block係冲异為.-重建資料編碼區塊與該資料編碼區塊 集合之所有的轉賴編砸塊的最大_健平均相關值的 比率值。 12.如申請專利範圍第8至10項當中任何一項所述之方法，其 中SNRbbek^計算為：—重建資料編碼區塊與該資料編碼區塊 之預定集合的财可能的資料編顺塊，最高_值及次高相 關值之間的差值。 1 中3.如申請專利範圍第2至12項當中任何-項所述之方法，其 函數二ί生數時，細晴函數係由該特徵 位晉夕π 母—打所得_服函數係指示出兩個相對 位置之兩個特徵值之比率，苴 束鱼人 〃中_相對位置為該第-參考光 屬梅__置，且蝴_收距離具有一 33 200842850 預先、、’之差值’以及_服函數之變數係該兩個相對位置之 中點；以及 當棘該傅立葉全像圖時，該飼服值係由兩個特徵值之 比率來# ’其巾辆個特徵值係於兩個相對位置處計算，其 中該兩個減位置驗參考縣與要被讀_全賴之相對位 置，且該兩鍊對位置之距_—縣給定之差值。 4·如申明專利範圍第2至13項當中任何一項所述之方法，其 中該參考絲係由-參考光束編碼來加以編碼。 K如申請專利範_ 14項所述之方法，其中該參考光束編碼 係一參考光束編碼集合當中之一個。 此如申請專利範圍第15項所述之方法，其中用作該校準之該 考光束、’扁碼係5亥參考光束編碼集合之—元素，以及較佳的情 況是該預㈣合之參考光束編碼之—代表元素。 如申凊專利範圍第15或16項所述之方法，其中用作讀取 該傅立葉全像圖之該參考光束編碼，係等於用作該校準之該參 考光束編碼。 .、如申π專她圍第B項所述之方法，其中該鮮係對該參 考光束編碼集合之所有賴等參考光束編碼來實施，並且當讀 取_立葉全像_係選擇該預定伺服函數，其中該預定伺服 α數係對-給定的參考光束編碼而獲得。 19.如申請專利範圍第14至18項當中任何一項所述之方法， 34 200842850 更包含··當由一提供給該系統之額外資訊，以讀取該傅立葉全 像圖時，產生該參考光束編碼。 2〇·如申請專利範圍帛^項所述之方法，其中該額外資訊係一 編碼’較麵情況是—獅—使用者所提供之個人識別數字編 碼(pin_code)。 μ.如申請專利範圍第14至2〇項當中任何一項所述之方法， 其中該參考光束係藉由-空間光線調變離M)來加以編碼。 及如申請專利範圍第^項所述之方法，其中係藉由將該來考 光束編碼顯祕該SLM上之不同位置上，核魏參考光束與 该傅立葉全像圖之相對位置。 、 23.如申請專利範圍第21⑽項所述之方法，其中該等泉考 先束係由-相位調變編碼歸、振幅調變編碼型樣 化調變編碼鶴來加關碼。 3偏極 24人如申請專利_ 2至23項當中任何一項所述之方法，更 W下述步驟·糊該祕以將紐讀取之轉 執行該校準。 j循序地 1置碩取記錄在, ZD. … 仔螺；I (6)上之一傅立葉 之全像儲存系統(1)，齡統⑴包含：參考:圖⑺ =咖…咖(㈣編 王象圖’其中該系統⑴更包含—词服控制單元(14)以執行申 35 200842850 請專利範圍第1至24項當中任何一項所述之方法。 36