專利名稱：用于全息記錄和讀出數(shù)據(jù)的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在媒體上分布數(shù)據(jù)標(biāo)記以及讀出光記錄中的數(shù)據(jù)的方法。本發(fā)明的方法可以應(yīng)用于這種情況，其中，用具有二維矩陣結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)源產(chǎn)生用具有至少兩種狀態(tài)的數(shù)據(jù)標(biāo)記編碼的數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)源的圖像記錄在光學(xué)媒體上，在讀出過(guò)程中，通過(guò)光學(xué)方法再生數(shù)據(jù)源的圖像，用二維檢測(cè)器檢測(cè)再生圖像，借助于檢測(cè)圖像上的標(biāo)識(shí)標(biāo)記從再生圖像中讀出數(shù)據(jù)。
本發(fā)明還涉及用于全息記錄和讀出數(shù)據(jù)的改進(jìn)的方法和裝置。本發(fā)明是這種類型的，其中，二維數(shù)據(jù)源的圖像記錄在光學(xué)媒體上的全息圖中，所述全息圖是在與數(shù)據(jù)源圖像相關(guān)的傅里葉平面(成像系統(tǒng)的焦平面)中由物體光束與參考光束之間干涉而產(chǎn)生的，而且在讀出過(guò)程中，通過(guò)二維檢測(cè)器來(lái)檢測(cè)所記錄的全息圖。
背景技術(shù)：
其中，WO 99/57719講述了一種方法和裝置，其中二維數(shù)據(jù)陣列是通過(guò)全息技術(shù)記錄和讀出的。這類系統(tǒng)的實(shí)際實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了若干問(wèn)題。一個(gè)此類問(wèn)題是重新插入可移去可替換的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體的準(zhǔn)確性，這極大地影響讀出的成功與否。確保讀出位像的各個(gè)圖像像素總是準(zhǔn)確地落在一個(gè)、且僅僅是一個(gè)檢測(cè)器像素上是非常困難或者往往無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。若重新插入的媒體相對(duì)于其原始位置旋轉(zhuǎn)了小的角度，而且讀出圖像也會(huì)在讀出檢測(cè)器上旋轉(zhuǎn)，則這個(gè)問(wèn)題就特別嚴(yán)重。由于光學(xué)系統(tǒng)的成像誤差，單個(gè)圖像像素之間的距離也可能在像空間的不同部分有所變化。大數(shù)據(jù)密度使得具有大量像素的檢測(cè)器和數(shù)據(jù)源的使用變得必要，因此，即使旋轉(zhuǎn)了小的角度，也會(huì)導(dǎo)致位像的某些像點(diǎn)與檢測(cè)器像素之間的“漂移”，或者插到其它行或列上，那么數(shù)據(jù)的再生就非常困難或者無(wú)法實(shí)現(xiàn)。為此，需要用適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)為讀出位圖的像點(diǎn)確定相關(guān)的數(shù)據(jù)源像點(diǎn)。
還存在這樣的問(wèn)題，即在寫(xiě)入(記錄)和讀出緊密排列的全息圖的過(guò)程中，成像光束的邊緣也落在相鄰全息圖上(所謂的頁(yè)間干擾)。為了避免這種情況，應(yīng)當(dāng)用適當(dāng)?shù)目讖娜D的面中濾除干擾光束。實(shí)際上這無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是提供對(duì)上述問(wèn)題的解決方案，或者至少部分地消除上述問(wèn)題。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明，由再次插入(重定位)引起的問(wèn)題通過(guò)上述類型的方法來(lái)解決，其中a，通過(guò)一種編碼方法對(duì)要記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，該編碼方法禁止具有一致?tīng)顟B(tài)的數(shù)據(jù)的緊密相連超過(guò)預(yù)定的次數(shù)，b，在數(shù)據(jù)源的矩陣中，定義具有預(yù)定尺寸和位置的陣列，所述陣列含有標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)記和用戶數(shù)據(jù)標(biāo)記，c，標(biāo)識(shí)陣列的尺寸是以這樣的方式確定的，使得編碼不在含有用戶數(shù)據(jù)標(biāo)記的陣列內(nèi)產(chǎn)生這樣的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集含有大小和狀態(tài)與標(biāo)識(shí)陣列的數(shù)據(jù)標(biāo)記相同的數(shù)據(jù)標(biāo)記，以及d，標(biāo)識(shí)陣列用具有相同狀態(tài)的標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)記填滿。
最好將數(shù)據(jù)以這樣的方式編碼，使得單數(shù)據(jù)源矩陣元的圖像包含至少一個(gè)、但最好是一個(gè)以上的數(shù)據(jù)位，1字節(jié)是較為有利的，用灰度對(duì)數(shù)據(jù)位進(jìn)行編碼。
根據(jù)本發(fā)明，建議從含有通過(guò)本發(fā)明的方法記錄的數(shù)據(jù)標(biāo)記的媒體中讀出數(shù)據(jù)是通過(guò)以下步驟來(lái)執(zhí)行的搜索標(biāo)識(shí)陣列，并確定它們的位置，以及確定含有數(shù)據(jù)標(biāo)記的陣列相對(duì)于標(biāo)識(shí)陣列的位置。
經(jīng)證明，如果所選擇的檢測(cè)器沿著一維的矩陣元數(shù)目是數(shù)據(jù)源的矩陣元的數(shù)目的倍數(shù)，最好是其2-5倍，則特別有利。在這種情況下，可以預(yù)見(jiàn)，識(shí)別出屬于數(shù)據(jù)源的矩陣元的檢測(cè)器矩陣元的陣列，這樣識(shí)別的陣列的中心區(qū)中的一個(gè)檢測(cè)器單元或多個(gè)單元所檢測(cè)的值被認(rèn)為是讀出值。這具有以下優(yōu)點(diǎn)從過(guò)抽樣的大數(shù)據(jù)集中濾出最小噪聲、充滿差錯(cuò)的數(shù)據(jù)，并且進(jìn)行按照10-100的因子的數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化。
此外，按照本發(fā)明，提出一種用于避免全息圖之間串?dāng)_的方法，在介紹中提及的方法的意義上，其中在成像期間，除全息圖的傅里葉平面之外，在成像設(shè)置中，在數(shù)據(jù)源與全息圖之間建立另一個(gè)傅里葉平面，并且在這另一個(gè)傅里葉平面中進(jìn)行空間濾波。最好是，用孔來(lái)完成空間濾波。為了提供一種緊湊的光學(xué)系統(tǒng)，已經(jīng)證明，如果在另一傅里葉平面中放置鏡子而且由鏡子構(gòu)成所述孔，則特別有利。
本發(fā)明還涉及用于全息記錄和讀出數(shù)據(jù)、特別是用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所建議的空間濾波方案的裝置。本發(fā)明的裝置包括二維數(shù)據(jù)源，以及光學(xué)系統(tǒng)，用于使數(shù)據(jù)源通過(guò)物體光束和參考光束在光學(xué)媒體上成像，并且用于在所述媒體上建立物體光束與參考光束的干涉圖樣。光學(xué)媒體被定位在與數(shù)據(jù)源的圖像相關(guān)的傅里葉平面內(nèi)。在本發(fā)明的意義上，除全息圖的傅里葉平面以外，光學(xué)系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)源與全息圖之間的另一個(gè)傅里葉平面，并且在另一個(gè)傅里葉平面中有空間濾波裝置。
所述光學(xué)系統(tǒng)最好還包括另一個(gè)與作為物體的數(shù)據(jù)源相關(guān)的像平面，并且還包括中和裝置，用于至少部分地中和由數(shù)據(jù)源的周期性和數(shù)據(jù)源的孔徑衍射引起的傅里葉波峰。所述中和裝置最好是隨機(jī)相位掩蔽。
附圖簡(jiǎn)介現(xiàn)在參照附圖更詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明，圖中示出本發(fā)明的非限定性實(shí)施例。


圖1是用于執(zhí)行本發(fā)明的數(shù)據(jù)組織方法的裝置中的卡的透視圖，圖2是圖1中所示卡的側(cè)視圖和俯視圖，圖3以剖視圖表示圖1中所示卡的媒體的結(jié)構(gòu)，圖4a-d說(shuō)明媒體上采用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的一些具體情況，圖5是表示實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的成像改善方法的光學(xué)系統(tǒng)的原理圖，圖6a-b是圖5中所示光學(xué)系統(tǒng)中物體光束和參考光束的光線傳播的原理圖，圖7說(shuō)明采用所述成像改善方法的讀出頭的光學(xué)系統(tǒng)，圖8是類似于圖5的修改的光學(xué)系統(tǒng)的示意光學(xué)布局圖，圖9是圖5的光學(xué)系統(tǒng)中偏振層的示意說(shuō)明，圖10是圖8的光學(xué)系統(tǒng)中使用的檢測(cè)器的示意說(shuō)明，圖11是圖10中所示檢測(cè)器的另一實(shí)施例，圖12和13說(shuō)明用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)據(jù)組織方法的光學(xué)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)源和檢測(cè)器的比例。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式通過(guò)用在圖1中所示的光卡1上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)明實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的數(shù)據(jù)組織方法。卡1具有適合于全息記錄的光學(xué)媒體2。光學(xué)媒體2還用作機(jī)械基底層，它支撐光學(xué)層結(jié)構(gòu)3。具體的物理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體實(shí)際上是光學(xué)層結(jié)構(gòu)3。由此處未示出的光記錄裝置對(duì)光卡1進(jìn)行記錄和讀出。該裝置包括適當(dāng)?shù)膶?xiě)/讀光學(xué)單元。下文會(huì)結(jié)合第二發(fā)明方法的描述來(lái)說(shuō)明讀-寫(xiě)光學(xué)單元的具體細(xì)節(jié)。
卡1可以被多次寫(xiě)入(記錄)、讀出和擦除，后者是通過(guò)光學(xué)層結(jié)構(gòu)3中存儲(chǔ)層的材料來(lái)確保的。在光學(xué)媒體2上的光學(xué)層結(jié)構(gòu)3內(nèi)有分開(kāi)的載體(襯底)層5。載體層5提供光學(xué)質(zhì)量的表面，并且通過(guò)粘合層4與卡表面相連。載體層5上覆蓋了鏡面層6、存儲(chǔ)層7和保護(hù)層8?？?的大小如同標(biāo)準(zhǔn)信用卡，但是其它尺寸也是適用的。圖中，層結(jié)構(gòu)3從卡1的表面突出來(lái)，但這不是必需的。作為選擇，層結(jié)構(gòu)3的頂層、即保護(hù)層8可以完全與卡1的面平齊，或者甚至低于這個(gè)面。在這種情況下，媒體2陷入卡1中。
環(huán)繞著為寫(xiě)入準(zhǔn)備的方塊10的是大約0.5毫米寬的框11。如稍后說(shuō)明的，框11用于卡1的定位。定位框11以外是也大約0.5毫米寬的另一區(qū)域12，這里，光學(xué)裝置當(dāng)搜索定位框11時(shí)仍會(huì)移動(dòng)。不使用媒體2上的方塊12之外的區(qū)域。方塊12的大小是大約12×12毫米。為媒體2規(guī)定的機(jī)械和光學(xué)公差應(yīng)該保持在12×12毫米的這個(gè)區(qū)域內(nèi)。將光學(xué)層結(jié)構(gòu)3設(shè)在方塊10內(nèi)是足夠的，而且層結(jié)構(gòu)3不需要超過(guò)方塊10的邊界。
把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在組織成各個(gè)塊13(頁(yè))的系統(tǒng)中。各個(gè)塊13物理上由單個(gè)全息圖9構(gòu)成，該圖是通過(guò)單個(gè)寫(xiě)入脈沖記錄的。光學(xué)系統(tǒng)同時(shí)在整個(gè)決13上記錄或讀出。在塊13內(nèi)，數(shù)據(jù)被組織成簡(jiǎn)單的文件結(jié)構(gòu)。
在方塊10內(nèi)，塊13按照預(yù)定的方式幾何排列。在這種情況下，示出方陣排列，它實(shí)際上填滿了方塊10。但是，塊13可以是其它形式的，例如六邊形的，因此，它們可以蜂巢形式填滿整個(gè)媒體2。
最好保留塊13a用于卡的實(shí)際系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，該塊13a位于邊界明確的位置、例如在記錄區(qū)的一角上。這是所謂的描述塊，它含有與卡1有關(guān)的數(shù)據(jù)，比如在每個(gè)寫(xiě)操作期間記錄的各塊以及故障塊。同時(shí)相鄰記錄的塊構(gòu)成簡(jiǎn)單的文件系統(tǒng)，文件的名稱、長(zhǎng)度和物理位置記錄在描述塊中。當(dāng)插入卡1時(shí)，系統(tǒng)首先讀出這個(gè)塊，如果卡已被記錄，則系統(tǒng)刪除和重寫(xiě)這個(gè)數(shù)據(jù)塊?？刂瞥绦虮Ｗo(hù)已記錄的區(qū)域。
第一發(fā)明思想實(shí)際上涉及記錄有單個(gè)全息圖9的這種塊13的數(shù)據(jù)分布。圖4b、4c和4d說(shuō)明了這一點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明，用具有至少兩種狀態(tài)的數(shù)據(jù)標(biāo)記對(duì)數(shù)據(jù)編碼，換言之，存儲(chǔ)在全息圖中的圖像像素表示至少一位。最容易檢測(cè)這些，因?yàn)榕c圖像像素相關(guān)的檢測(cè)光強(qiáng)度只需要與閾值比較。通過(guò)具有較大動(dòng)態(tài)范圍和/或較小散射的全息材料，理論上有可能在單個(gè)圖像像素中存儲(chǔ)若干位。如圖4c所示，在此實(shí)施例中，采用四級(jí)灰度(白、淺灰、深灰和黑)，這允許在每個(gè)圖像像素中存儲(chǔ)兩位。通過(guò)適當(dāng)?shù)牟牧?，有可能在每個(gè)圖像像素中存儲(chǔ)多達(dá)一字節(jié)。
現(xiàn)在回到全息圖9中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，圖4b和4c表示通過(guò)具有二維矩陣結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)源產(chǎn)生數(shù)據(jù)。圖4b可視為數(shù)據(jù)源本身的示意說(shuō)明，或者在寫(xiě)讀系統(tǒng)的檢測(cè)器上成像的全息圖9中存儲(chǔ)的重構(gòu)圖像，它作為圖像(強(qiáng)度分布)出現(xiàn)在檢測(cè)器上。二維數(shù)據(jù)源是SLM(空間光調(diào)制器)矩陣，其圖像被記錄在光學(xué)媒體上，即卡1上的全息圖中。在讀出期間，通過(guò)光學(xué)方法再生數(shù)據(jù)源的圖像，通過(guò)具有矩陣結(jié)構(gòu)的二維檢測(cè)器檢測(cè)再生圖像，即從全息圖中再生由SLM產(chǎn)生的位圖，并成像在CCD(電荷耦合器件)檢測(cè)器上。任務(wù)是識(shí)別成像的位圖上像素的位置，因?yàn)楸仨殢倪@樣產(chǎn)生的圖像中恢復(fù)原始數(shù)據(jù)。
因此，可以預(yù)見(jiàn)如下進(jìn)行由SLM產(chǎn)生的位圖中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)、即被直接物理記錄的數(shù)據(jù)用這樣的編碼方法來(lái)編碼，即禁止具有相同狀態(tài)的數(shù)據(jù)的緊密相聯(lián)超過(guò)預(yù)定次數(shù)。其中，已知的漢明和里德-索羅蒙糾錯(cuò)碼禁止這種特性。這防止位圖上出現(xiàn)僅由深色或者僅由淺色像素構(gòu)成的區(qū)域。
此外，在數(shù)據(jù)源的矩陣中，定義具有預(yù)定大小和位置的陣列，該陣列包含標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)記和用戶數(shù)據(jù)標(biāo)記。如圖4b和4c中清楚看到的，整個(gè)圖像9b由若干相同的子塊14構(gòu)成。在塊13的中心部分中，由于稍后說(shuō)明的光學(xué)設(shè)置而省去四個(gè)子塊(2×2)。由數(shù)據(jù)陣列15構(gòu)成子塊14的較大部分，但在子塊14的角上的某個(gè)區(qū)域被指定為標(biāo)識(shí)陣列16。實(shí)際數(shù)據(jù)、即用戶數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)陣列15中。以這樣的方式確定標(biāo)識(shí)陣列16的大小，使得編碼決不會(huì)在數(shù)據(jù)陣列15中產(chǎn)生這樣的數(shù)據(jù)集，該數(shù)據(jù)集可能含有與標(biāo)識(shí)陣列16的數(shù)據(jù)標(biāo)記大小一樣的數(shù)據(jù)標(biāo)記，而標(biāo)識(shí)陣列16中所有數(shù)據(jù)標(biāo)記會(huì)具有一樣的狀態(tài)。
標(biāo)識(shí)陣列16中填滿具有同樣狀態(tài)的數(shù)據(jù)標(biāo)記。這些是標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)記，而且沒(méi)有有用的用戶數(shù)據(jù)與標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)記相關(guān)。換言之，標(biāo)識(shí)陣列16中的圖像像素17統(tǒng)一具有相同的狀態(tài)，例如它們都是淺色的(見(jiàn)圖4d)。在所示實(shí)施例中，整個(gè)SLM矩陣含有320×240像素(像點(diǎn)或圖像像素)。其中，300×200像素的區(qū)域用于數(shù)據(jù)編碼。子塊14的大小為25×22像素，而其中又定義了5×5像素構(gòu)成的標(biāo)識(shí)陣列16(在圖4c所示子塊14的左上角)。
根據(jù)本發(fā)明用以下方法讀出以這種方式分布的數(shù)據(jù)，其中，搜索標(biāo)識(shí)陣列16并確定它們的位置，然后確定數(shù)據(jù)陣列15相對(duì)于標(biāo)識(shí)陣列16的位置。這是這樣完成的首先用光學(xué)裝置搜索框11，從而以一定的精度固定光學(xué)系統(tǒng)相對(duì)于卡1的媒體2上的方塊10的坐標(biāo)系。此后，讀出光學(xué)裝置的移動(dòng)和控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)能夠找到具有某個(gè)地址的全息圖。讀出光學(xué)裝置的定位精度足以使讀出光學(xué)裝置找到具有任意地址的塊13，并使其內(nèi)容成像、即所存儲(chǔ)的全息圖9在寫(xiě)/讀系統(tǒng)的檢測(cè)器上的圖像。此后，相關(guān)算法識(shí)別出具有5×5像素并且具有一致內(nèi)容的標(biāo)識(shí)陣列16的位置。更準(zhǔn)確地說(shuō)，相關(guān)算法識(shí)別出與標(biāo)識(shí)陣列16的像點(diǎn)相關(guān)的那些CCD檢測(cè)器像素。知道了標(biāo)識(shí)陣列16的位置，就有可能通過(guò)線性內(nèi)插法，根據(jù)兩個(gè)相鄰標(biāo)識(shí)陣列16的像點(diǎn)17的數(shù)據(jù)，計(jì)算出與兩個(gè)相鄰標(biāo)識(shí)陣列16之間的像點(diǎn)18相關(guān)的那些CCD檢測(cè)器像素的位置。
各標(biāo)識(shí)陣列16最好是彼此足夠接近，使得對(duì)于內(nèi)插而言，兩個(gè)相鄰標(biāo)識(shí)陣列16之間的失真小得足以明確定義與各像點(diǎn)18相關(guān)的檢測(cè)器像素。
如果確實(shí)知道卡的旋轉(zhuǎn)足夠小，則可以僅根據(jù)單個(gè)標(biāo)識(shí)陣列16來(lái)圍繞標(biāo)識(shí)陣列16定義單個(gè)像點(diǎn)18的位置。在這種情況下，標(biāo)識(shí)陣列16不是定義在子塊14的角上，而是定義在其中心，因?yàn)橐赃@種方式，從給定的標(biāo)識(shí)陣列16到距離該標(biāo)識(shí)陣列16最遠(yuǎn)的像點(diǎn)18的距離最小，其中根據(jù)標(biāo)識(shí)陣列16的位置已計(jì)算了像點(diǎn)18的位置。在給定的情況下，像點(diǎn)18的位置可以這樣確定，使得它的位置是根據(jù)兩個(gè)相鄰標(biāo)識(shí)陣列16來(lái)確定的，但與其它標(biāo)識(shí)陣列的位置無(wú)關(guān)，而且，如果兩個(gè)結(jié)果之間的距離保持在預(yù)定值以內(nèi)，則兩個(gè)之間的位置被認(rèn)為是實(shí)際位置。如是差異太大，則卡被相對(duì)于光學(xué)裝置機(jī)械地重新放置。
根據(jù)本發(fā)明，如果檢測(cè)器沿著一維的矩陣元的數(shù)目選擇為數(shù)據(jù)源的矩陣元數(shù)目的倍數(shù)，最好是其2-5倍，則可以大大提高讀出的精度。這導(dǎo)致用一組檢測(cè)器像素覆蓋從全息圖恢復(fù)的某個(gè)像點(diǎn)。
因此，可以預(yù)見(jiàn)，識(shí)別屬于數(shù)據(jù)源的矩陣元的檢測(cè)器矩陣元的陣列，特別是與標(biāo)識(shí)陣列16的像點(diǎn)17相關(guān)的檢測(cè)器矩陣元的陣列。這可以通過(guò)如上述為了找到標(biāo)識(shí)陣列16的位置而執(zhí)行的相關(guān)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)。在像素決的中心區(qū)域中的檢測(cè)器的一個(gè)或多個(gè)單元所檢測(cè)的值被視為讀出值。例如，如果讀出CCD檢測(cè)器像素的數(shù)目是數(shù)據(jù)源SLM沿一側(cè)的像素?cái)?shù)目的五倍(即在整個(gè)面上為5×5＝25倍)，則單個(gè)像點(diǎn)17落在CCD檢測(cè)器上5×5像素的區(qū)域上。這參考具有同樣比例的圖12和13來(lái)說(shuō)明。圖12所示的數(shù)據(jù)源像點(diǎn)18或17的圖像(實(shí)際上是數(shù)據(jù)源SLM的單個(gè)單元)成像在一組像素27上，見(jiàn)圖13。顯然，數(shù)據(jù)源像點(diǎn)18或17對(duì)應(yīng)于由5×5像素構(gòu)成的像素組27。由于成像的不準(zhǔn)確性，通過(guò)邊緣像素檢測(cè)的強(qiáng)度值可能相當(dāng)不確定。如圖13所示，角上的像素檢測(cè)的強(qiáng)度與理論強(qiáng)度值不同(在圖13中，檢測(cè)強(qiáng)度用像素27的顏色來(lái)說(shuō)明)。但是，3×3像素的內(nèi)部像素組28很有可能僅檢測(cè)到白像點(diǎn)(在所示實(shí)例中，僅內(nèi)部組28的右上角受到噪聲影響)。最里面的單個(gè)像素29實(shí)際上確實(shí)檢測(cè)了相關(guān)像點(diǎn)的強(qiáng)度。如果光學(xué)成像足夠好，則至少一個(gè)3×3像素的像素集可根據(jù)5×5像素的理論像素集來(lái)識(shí)別。將其中的中心像素用于線性內(nèi)插，則可以足夠精確地確定與中間像點(diǎn)18相關(guān)的CCD像素，至少是這么精確，使得3×3(或5×5)像素的檢測(cè)器像素組的中央像素確實(shí)檢測(cè)到所找像點(diǎn)的強(qiáng)度，其中像素組通過(guò)計(jì)算與像點(diǎn)相關(guān)。
如上所述，含有數(shù)據(jù)的全息圖9被框11圍繞。在搜索期間，首先，找到這個(gè)框11，隨之使卡與移動(dòng)系統(tǒng)的坐標(biāo)系和固定到移動(dòng)系統(tǒng)的光學(xué)裝置的坐標(biāo)系彼此相關(guān)。然后，尋找相對(duì)于檢測(cè)器矩陣一角的標(biāo)識(shí)陣列16。標(biāo)識(shí)陣列16然后標(biāo)識(shí)出從全息圖9重構(gòu)的圖像9b的準(zhǔn)確位置。
外部或內(nèi)部微處理器控制寫(xiě)/讀單元，微處理器與實(shí)現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)軟件一起工作。寫(xiě)和讀指令、要寫(xiě)的數(shù)據(jù)以及用于寫(xiě)入的區(qū)域被從微處理器發(fā)到寫(xiě)/讀系統(tǒng)。糾錯(cuò)編碼和解碼可以由微處理器來(lái)執(zhí)行，但是，更為可取的是采用適當(dāng)?shù)膶Ｓ糜布?例如用于漢明和/或里德-索羅蒙編碼的硬件，以便維持適當(dāng)?shù)膫鬏斔俾?。這種專用硬件用于把最終數(shù)據(jù)讀出BER(誤碼率)從大約10-2-10-3的原BER提高到至少10-12的值。
寫(xiě)-讀單元可包含保護(hù)模塊，它防止在讀出期間擦除數(shù)據(jù)。這可能是必要的，因?yàn)閷?duì)于某些存儲(chǔ)材料，參考光束可能在讀出期間會(huì)刪除一部分已記錄的信號(hào)。在一定次數(shù)的讀出之后，信號(hào)電平可能惡化，使得無(wú)法讀取數(shù)據(jù)。保護(hù)模塊負(fù)責(zé)在讀出期間測(cè)量全息圖的信號(hào)電平的任務(wù)，若讀出信號(hào)電平低于臨界電平，則保護(hù)模決對(duì)全息圖中的信息進(jìn)行刷新(刪除和重寫(xiě))。
下面，提供根據(jù)本發(fā)明用于數(shù)據(jù)的全息記錄和讀出的方法。這是這樣的方法，其中，把二維數(shù)據(jù)源的圖像記錄在光學(xué)媒體上的全息圖中。(在以上所示實(shí)例中，二維數(shù)據(jù)源是SLM矩陣)。記錄的全息圖是從與數(shù)據(jù)源的圖像相關(guān)的傅里葉平面中物體光束與參考光束之間的干涉圖樣得來(lái)的。在本實(shí)例中，光學(xué)媒體是光卡1。在讀出期間，通過(guò)二維檢測(cè)器檢測(cè)所記錄的全息圖9，更準(zhǔn)確地說(shuō)是從全息圖9中恢復(fù)的圖像9b。根據(jù)本發(fā)明的方法，除了全息圖的傅里葉平面之外，在成像設(shè)置中還在數(shù)據(jù)源與全息圖之間建立又一個(gè)傅里葉平面。在這又一個(gè)傅里葉平面中，執(zhí)行空間濾波。本發(fā)明是通過(guò)提出實(shí)現(xiàn)該方法的裝置來(lái)說(shuō)明的。
這里不再詳細(xì)表示上述實(shí)例中提到的卡的寫(xiě)/讀系統(tǒng)的寫(xiě)/讀單元，它包括圖5中簡(jiǎn)單示出的光學(xué)系統(tǒng)。光學(xué)系統(tǒng)的光源是由激光器31構(gòu)成的，在本實(shí)例中是綠色二極管激光器。激光器31的光束具有高斯分布，而且通過(guò)球面光束擴(kuò)展器32把光束擴(kuò)展到適當(dāng)?shù)某叽纭榱说玫捷^好的波陣面，還可能通過(guò)針孔法把空間濾波運(yùn)用在這個(gè)位置中。
不用綠色激光器，也可以設(shè)想采用藍(lán)色二極管激光器，特別是DPSS(二極管抽運(yùn)固態(tài))激光器。
中性分束器立方體34把光束分成具有適當(dāng)強(qiáng)度的兩個(gè)光束、即物體光束35和參考光束26。作為選擇，物體光束與參考光束之間的強(qiáng)度比可以通過(guò)分束器立方體34的分割比來(lái)修改。
物體光束35和參考光束36沿著矩形的邊傳播，矩形的相對(duì)各邊構(gòu)成干涉儀的兩條臂。矩形的三個(gè)角上的光束轉(zhuǎn)向是由具有介質(zhì)鏡面層的平面反射鏡37、38和40完成的。通過(guò)適當(dāng)?shù)卣{(diào)整矩形的邊長(zhǎng)，可以確保物體和參考光束到層結(jié)構(gòu)3的光路等長(zhǎng)。
在物體光束臂中，通過(guò)光束成形光學(xué)裝置39把具有高斯分布的擴(kuò)展的物體光束35轉(zhuǎn)換成全息平面波。所述光學(xué)裝置39是具有兩個(gè)非球面的單片透鏡。類似地，在參考臂中，通過(guò)光束成形光學(xué)裝置40把擴(kuò)展的高斯光束轉(zhuǎn)換成全息平面波。通過(guò)球面光束轉(zhuǎn)換器41把全息光束壓縮為適當(dāng)?shù)某叽纭Ｗ鳛檫x擇，可以省略非球面光束成形光學(xué)裝置40，或者用平面平行板來(lái)代替，該板允許在參考臂中使用具有高斯分布的照明光束。在這種情況下，在設(shè)計(jì)光束轉(zhuǎn)換器41時(shí)必須把這個(gè)因素考慮進(jìn)去。
在參考臂中，在光束轉(zhuǎn)換器41之后有另一個(gè)鏡子43，接著是方孔42?？?2通過(guò)參考光束36在卡1上成像。在本實(shí)例中，所用的孔42是方形的，但是圓形或其它形狀的孔同樣能夠適用。物體光束35和參考光束36的耦合是沿著矩形一邊完成的。通過(guò)鏡子38把物體光束35耦合到SLM 44上。SLM 44構(gòu)成二維數(shù)據(jù)源(在本實(shí)施例中，采用基于LCD傳輸模式的SLM)。SLM 44的有效區(qū)域的全息圖被記錄在卡1上的層結(jié)構(gòu)3的記錄層7中。
提供物體/圖像成像的傅里葉全息光學(xué)裝置的光軸垂直于照著SLM 44和孔42的光束。SLM 44構(gòu)成全息光學(xué)系統(tǒng)的物體，而孔42用作全息光學(xué)系統(tǒng)的參考。
這種傅里葉全息系統(tǒng)的原理表示在圖6a和6b的折疊(folded-out)位置中。由物體光束35構(gòu)成的物體/圖像臂被以所謂的8f系統(tǒng)的形式實(shí)現(xiàn)，這表示在圖6a中。這個(gè)物體臂還包括偏振分束棱鏡45和46(偏振分束棱鏡未在圖6a和6b中示出，因?yàn)樗鼈儗?duì)成像本身不起作用，而僅用于把物體光束和參考光束耦合到光路中。寫(xiě)/讀系統(tǒng)包括兩個(gè)一樣的傅里葉物鏡47和48。在傅里葉物鏡47和48的每個(gè)傅里葉平面(焦平面)49和50中有一個(gè)鏡子，所以這樣有可能為8f系統(tǒng)僅使用兩個(gè)傅里葉物鏡，而不是理論上所需的四個(gè)物鏡。第一個(gè)鏡子是鏡子51，它也用作空間濾波裝置。另一個(gè)鏡子是記錄在全息卡的層結(jié)構(gòu)3中的全息圖9本身、以及層結(jié)構(gòu)3中全息圖9下面的鏡面層6(也見(jiàn)于圖3)。如從圖5中清楚看到的，分束棱鏡45和46在兩個(gè)傅里葉物鏡47和48之間。
由參考光束36構(gòu)成的參考臂是所謂的4f系統(tǒng)(同樣見(jiàn)于圖6b)，它使參考孔42的圖像成像在全息圖9上。該系統(tǒng)包括在設(shè)計(jì)和焦距上有所不同的兩個(gè)傅里葉物鏡。第一傅里葉物鏡52是單件光學(xué)裝置，它設(shè)置在參考孔42與耦合偏振分束棱鏡45之間。第二物鏡與物體/圖像臂的第二傅里葉物鏡48共用。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇傅里葉物鏡52和48的焦距，參考孔42可以經(jīng)適當(dāng)放大或縮小而在全息卡1上成像。
物體光束35和參考光束36通過(guò)第一偏振分束棱鏡45耦合在一起。偏振分束層53使物體光束35向上朝著第一傅里葉物鏡47偏轉(zhuǎn)，而把參考光束36向下引向傅里葉物鏡52和48的共同焦平面。
構(gòu)成物體的SLM 44位于由第一傅里葉物鏡47實(shí)現(xiàn)的光學(xué)成像系統(tǒng)的第一焦平面中。鏡子51位于后焦平面中，在所謂的傅里葉平面中。在本實(shí)施例中，鏡子51是具有預(yù)定大小的平面反射鏡。與以前知道的方案相比，除產(chǎn)生全息圖本身所必需的傅里葉平面以外，通過(guò)產(chǎn)生另一傅里葉平面來(lái)修改光學(xué)系統(tǒng)。這另一個(gè)傅里葉平面是在全息圖之前在光路上形成的。鏡子51設(shè)置在這另一個(gè)傅里葉平面中。
在寫(xiě)入全息圖的過(guò)程中，鏡子51在全息光學(xué)系統(tǒng)中起到空間濾波裝置的作用，換言之，起到孔徑光闌的作用。這種空間濾波裝置的重要性在于它實(shí)際上代替了全息圖9的平面中的孔，否則，由于光學(xué)系統(tǒng)的尺寸限制，則不可能設(shè)置一個(gè)孔。因此，鏡子51作為限定孔，減少了落在相鄰全息圖上的光。換言之，這種空間濾波減小了所謂的頁(yè)間干擾。此外，孔徑效應(yīng)有助于濾除散射光，而且限制了記錄物體光束的錐角。
另一個(gè)好處是，通過(guò)適當(dāng)尺寸的鏡子51和適當(dāng)設(shè)計(jì)的光學(xué)系統(tǒng)，可以從物體光束35中濾除干擾的傅里葉分量。例如，SLM 44的周期性結(jié)構(gòu)在成像光學(xué)裝置中像格柵一樣。這種格柵導(dǎo)致傅里葉平面內(nèi)大的波峰。如果這些大波峰落在全息圖上，則它們會(huì)明顯降低可達(dá)到的全息圖的SNR(信噪比)。但是，有可能用鏡子51濾除這些大波峰中的一些。
另一優(yōu)點(diǎn)是，這種空間濾波還影響可獲得的數(shù)據(jù)密度，因?yàn)殓R子51的尺寸剛好等于記錄全息圖的尺寸。換言之，較小的鏡子產(chǎn)生較小的全息圖。在同等尺寸的SLM下，較小的全息圖意味著較大的數(shù)據(jù)密度。當(dāng)然，通過(guò)此方法能達(dá)到的數(shù)據(jù)密度有一個(gè)上限，因?yàn)殡S著傅里葉分量的濾除，也降低了成像的分辨率。
最后，必須要提到的是，所述系統(tǒng)允許設(shè)計(jì)具有兩個(gè)完全相同的傅里葉物鏡的光學(xué)系統(tǒng)。因此，光學(xué)系統(tǒng)的具體制造成本會(huì)少一些。一般，與已知方案、例如WO99/57719中已知的光學(xué)系統(tǒng)相比，分束棱鏡還具有更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
傅里葉物鏡47和48、鏡子51和全息圖9構(gòu)成對(duì)稱的光學(xué)系統(tǒng)，并且在此系統(tǒng)的中部(在偏振分束棱鏡45和46之間)，產(chǎn)生SLM 44的實(shí)像。在此像平面內(nèi)，設(shè)置具有某種像素安排的隨機(jī)分布相位掩蔽53。相位掩蔽53的像素的位置、尺寸和數(shù)目與SLM 44的相應(yīng)數(shù)據(jù)一樣。相位掩蔽53在物體光束35中添加在每個(gè)像素中改變的隨機(jī)相移。通過(guò)這種相位掩蔽53，防止了由寫(xiě)在SLM 44上的位像的周期性產(chǎn)生的大的傅里葉分量的出現(xiàn)，而且還消除了由SLM 44的孔上的衍射產(chǎn)生的、出現(xiàn)在零空間頻率周圍的那些大的分量。
參考臂中的孔42的傅里葉變換出現(xiàn)在相位掩蔽53的中間。為此，在相位掩蔽53的中心區(qū)中沒(méi)有相位調(diào)制。
但是，還有可能為了參考光束36的傅里葉濾波，在相位掩蔽53的表面上采用第二相位和/或振幅掩蔽，使得這個(gè)第二掩蔽獨(dú)立于物體光束35所用的周邊相位掩蔽。
在相位掩蔽53之后，物體光束和參考光束透過(guò)第二偏振分束棱鏡和第二傅里葉物鏡48，以便產(chǎn)生/重構(gòu)/擦除卡上的全息圖。在讀出期間，全息圖9的重構(gòu)圖像是通過(guò)第二傅里葉物鏡48成像的，并且通過(guò)第二偏振分束棱鏡46使其轉(zhuǎn)向檢測(cè)器矩陣。在本實(shí)施例中由CCD檢測(cè)器矩陣54來(lái)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)器矩陣或陣列。在偏振分束棱鏡之后，設(shè)有λ/4片55和56，用于分別完成線-圓和圓-線偏振轉(zhuǎn)換。因此，穿過(guò)λ/4片55、在鏡子51上反射、然后又穿過(guò)λ/4片55的光會(huì)具有與其以前的偏振狀態(tài)垂直的線偏振。
在與卡1較近的第二分束棱鏡46的偏振層57中，具有未設(shè)分束層的小的中心區(qū)域61。這也示于圖9中。這個(gè)中心區(qū)域61用于引導(dǎo)參考光束36通過(guò)。以這種方式，具有相對(duì)于物體光束35正交的偏振、向卡1傳播的參考光束36會(huì)無(wú)反射地穿過(guò)分束層57。換言之，在光學(xué)裝置中有用于傳播參考光束36的單獨(dú)通道，這個(gè)通道包括兩個(gè)要素在相位掩蔽53中心的非調(diào)制區(qū)域60和在偏振分束棱鏡46的偏振分光層中形成的沒(méi)有分束層的區(qū)域61。
未經(jīng)衍射地從卡1反射的參考光束36和從透鏡表面反射的其它分量不會(huì)到達(dá)檢測(cè)器，因?yàn)檫@些會(huì)兩次穿過(guò)λ/4片。即使這樣，也可以在CCD檢測(cè)器矩陣54之前設(shè)置另一個(gè)偏振濾波器，以便濾除最后的散射光。
在光學(xué)系統(tǒng)中，各種光束的偏振狀態(tài)如下從激光器31發(fā)出的光具有線偏振。這種偏振在物體臂和參考臂中作為線偏振最初都不變。
在第一λ/4片55之后，光變成圓偏振的，而在第一偏振分束棱鏡45之后，會(huì)使物體光束35和參考光束36互相垂直地線偏振。經(jīng)過(guò)第二λ/4片56之后，會(huì)使物體光束35和參考光束36也互相垂直地圓偏振。經(jīng)過(guò)第二偏振分束棱鏡46之后，會(huì)使從全息圖返回的物體光束38線偏振。
如上所述，為了確定全息圖9的位置，在全息存儲(chǔ)卡1的數(shù)據(jù)區(qū)之外有定位框11。當(dāng)插入卡1時(shí)，讀取頭測(cè)量框11的位置，而這被當(dāng)作移動(dòng)期間的參考框。確定記錄的各個(gè)全息圖9相對(duì)于這個(gè)框11的位置，并且在讀出期間，完成相對(duì)于框11對(duì)其它記錄全息圖9的搜索。這個(gè)框11可以具有在反射背景中的不反射表面，或者框11可以與不反射背景一起被反射。在搜索定位框11期間，僅使用SLM 44的中心區(qū)域60(還參見(jiàn)圖4b)。中心區(qū)域60中的像素是在相位掩蔽53的中心區(qū)域、即參考光束36穿過(guò)的區(qū)域上成像的那些像素。在搜索框11期間，這些像素被“點(diǎn)亮”，即全部光強(qiáng)度穿過(guò)這些像素。因?yàn)樵谙辔谎诒?3的中心區(qū)域中沒(méi)有相位調(diào)制，所以在卡1上有一個(gè)銳聚焦點(diǎn)(傅里葉波峰)。這個(gè)焦點(diǎn)由SLM 44的照亮的中心區(qū)域60確定。這個(gè)焦點(diǎn)的直徑大約為5-10μm。借助于這個(gè)焦點(diǎn)以下列方式完成對(duì)框11的搜索移動(dòng)焦點(diǎn)經(jīng)過(guò)框11，監(jiān)測(cè)落在檢測(cè)器矩陣上的總強(qiáng)度。當(dāng)光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)到達(dá)框11時(shí)，在CCD 54上測(cè)得的總強(qiáng)度明顯增大(或減小，取決于對(duì)框11及其背景的設(shè)計(jì))。根據(jù)CCD檢測(cè)器矩陣54在卡1上的媒體2的不同點(diǎn)中測(cè)量的最大總強(qiáng)度，可以高精度地(±2μm)確定框11的位置。
圖7表示用于讀出存儲(chǔ)在光卡1上的信息的讀出頭的光學(xué)系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)在若干方面不同于圖5中所示的系統(tǒng)。首先，沒(méi)有物體臂，因此沒(méi)有SLM。這個(gè)光學(xué)系統(tǒng)僅用于讀出。其次，用單獨(dú)的激光器來(lái)相對(duì)于光學(xué)媒體定位光頭。
參考光束36以類似于上述光學(xué)系統(tǒng)的方式、即借助于具有偏振層57的偏振分束棱鏡46耦合到全息圖9上，偏振層57具有中心區(qū)域61，其中中心區(qū)域61不具有偏振特性(見(jiàn)圖9)。
圖7的光學(xué)系統(tǒng)工作如下參考激光器模塊131發(fā)出高斯光束，通過(guò)任選的光束擴(kuò)展器132可以將其擴(kuò)展到適當(dāng)尺寸。這個(gè)光束是線偏振的，具有適當(dāng)?shù)姆较?，所以參考光?6會(huì)被反射到分束棱鏡45的偏振層53上。通過(guò)鏡子37和43使參考光束偏轉(zhuǎn)到參考孔42中。參考孔42具有矩形光圈，但是其它形狀也是適用的。一般，圓形孔也是適用的。
校準(zhǔn)的參考光束通過(guò)球面透鏡52聚焦到傅里葉物鏡48的焦平面153中。在透鏡52之后，使用面平行的片143來(lái)調(diào)整參考光束36的光軸。這是通過(guò)略微傾斜的面平行片143來(lái)實(shí)現(xiàn)的。以這種方式，可以高精度地調(diào)整參考光束36的光軸。
設(shè)有單獨(dú)的激光二極管133，僅用于在以上參考圖5描述的初始設(shè)置期間搜索框11。由于參考光束36不聚集在卡1的媒體2上，在沒(méi)有物體光束時(shí)，需要另一個(gè)通過(guò)透鏡147聚焦在框11的平面上的光源?？?51限制了搜索光束的光束尺寸。
激光二極管133的光束是線偏振的，具有適當(dāng)?shù)姆较?，因此，搜索光?5會(huì)透過(guò)分束棱鏡45的偏振層53。
搜索光束35和參考光束36通過(guò)偏振分束棱鏡45耦合在一起。偏振層53使搜索光束35透過(guò)，同時(shí)使參考光束36向卡1偏轉(zhuǎn)。
參考臂實(shí)現(xiàn)為4f光學(xué)系統(tǒng)，該系統(tǒng)使參考孔42的圖像成像到全息圖9上。該系統(tǒng)包括具有不同焦距的兩個(gè)不同的傅里葉物鏡。第一物鏡52是在孔42與耦合棱鏡45之間的單件透鏡。第二物鏡是與4f系統(tǒng)的物體/圖像臂的第二物鏡48共用的。通過(guò)適當(dāng)?shù)剡x擇傅里葉物鏡的焦距，可以使參考孔以所需的放大倍數(shù)在全息卡1上成像。
用傅里葉物鏡28對(duì)參考光束36進(jìn)行校準(zhǔn)，以便在卡上產(chǎn)生面波陣面。參考孔12的像在卡上起到光圈的作用。
在第一分束棱鏡45之后，搜索光束35和參考光束穿過(guò)第二分束棱鏡46(搜索光束僅在位置設(shè)置期間、即當(dāng)找到并定位框11時(shí)使用)。從全息圖9反射參考光束，并且重構(gòu)全息圖中存儲(chǔ)的圖像。反射光束再次穿過(guò)第二分束棱鏡46，并且被向著檢測(cè)器矩陣54偏轉(zhuǎn)，同時(shí)，參考光束會(huì)穿過(guò)偏振層57的中心區(qū)域61。中繼透鏡系統(tǒng)141用來(lái)將檢測(cè)器矩陣54定位在距分束棱鏡46有利的距離處。
在第二分束棱鏡46下面，設(shè)有λ/4層56，它執(zhí)行線-圓以及相反的圓-線偏振轉(zhuǎn)換。結(jié)果，從分束棱鏡46出來(lái)的光束被線偏振，與其以前的偏振方向垂直。
從上述內(nèi)容中顯而易見(jiàn)，對(duì)于參考光束36，在所述光學(xué)系統(tǒng)中有分立的通道，類似于圖5中所示設(shè)置。
圖8表示光學(xué)系統(tǒng)的修改實(shí)施例，它起到類似于圖5的系統(tǒng)的作用。這是包含物體光束35和參考光束36的光學(xué)系統(tǒng)，但是，數(shù)據(jù)源是反射模式SLM 144。因此，不可能把物體光束36通過(guò)SLM 144耦合到系統(tǒng)中。相反，為此目的而采用第一分束棱鏡45。因此，參考光束36必須在別處耦合到系統(tǒng)中。在提出的實(shí)施例中，檢測(cè)器矩陣154用于此目的。這個(gè)檢測(cè)器矩陣154包括中心區(qū)域中的開(kāi)口62，參考光束36可以從中穿過(guò)。這也是8f系統(tǒng)，具有空間濾波元件，在其中一個(gè)傅里葉平面中的鏡子51。在中間的像平面中，設(shè)置隨機(jī)相位掩蔽53，它具有與圖5中掩蔽53相同的功能。光束成形光學(xué)裝置的一部分未在圖8中示出。具有相同標(biāo)號(hào)的其它元件與圖5中那些功能相同。
在圖11所示結(jié)構(gòu)中，檢測(cè)器矩陣154可以用四個(gè)截然不同的矩形檢測(cè)器154A-D來(lái)實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明不限于所示實(shí)施例。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)媒體可以是盤(pán)或磁帶而不是卡，根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)識(shí)別方法還可以與非全息的光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器一起使用。二維數(shù)據(jù)源和二維檢測(cè)器可以具有多個(gè)適當(dāng)?shù)奶娲鷮?shí)施例，這對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的，例如用微鏡裝置作為數(shù)據(jù)源，或者用CMOS檢測(cè)器作為檢測(cè)器陣列。標(biāo)識(shí)陣列不需要在用戶數(shù)據(jù)陣列的角落上，可以在中心位置。在另一傅里葉平面中的用于空間濾波的孔可以具有各種形狀，例如矩形、特別是方形，或者圓形、六邊形或其它復(fù)雜的形狀。
權(quán)利要求
1.用于全息記錄和讀出數(shù)據(jù)的方法，它包括以下步驟把二維數(shù)據(jù)源的圖像記錄在光學(xué)媒體上的全息圖中，其中所述全息圖是由在與所述數(shù)據(jù)源圖像相關(guān)的傅里葉平面內(nèi)物體光束和參考光束之間的干涉而產(chǎn)生的，除所述全息圖的所述傅里葉平面之外，在成像設(shè)置中建立另一個(gè)傅里葉平面，在讀出期間，在所述另一個(gè)傅里葉平面中用孔進(jìn)行空間濾波，用二維檢測(cè)器檢測(cè)所記錄的全息圖，其特征在于在所述數(shù)據(jù)源與所述全息圖之間的物體光束中建立所述另一個(gè)傅里葉平面，以及通過(guò)位于所述另一傅里葉平面中的所述孔的大小調(diào)整所述全息圖的大小，從而調(diào)整數(shù)據(jù)密度。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述全息圖的大小是通過(guò)參考孔的大小來(lái)調(diào)整的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于在所述另一個(gè)傅里葉平面中放置鏡子而且由所述鏡子構(gòu)成所述孔。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一個(gè)所述的方法，其特征在于包括以下步驟通過(guò)位于所述另一個(gè)傅里葉平面中的所述孔的大小減少所記錄的全息圖之間的頁(yè)間干擾。
5.用于全息記錄和讀出數(shù)據(jù)的裝置，它包括二維數(shù)據(jù)源，以及光學(xué)系統(tǒng)，用于使所述數(shù)據(jù)源通過(guò)物體光束和參考光束在光學(xué)媒體上成像，并且用于在所述媒體上建立所述物體光束與所述參考光束的干涉圖樣，其中所述光學(xué)媒體被設(shè)置在與所述數(shù)據(jù)源的圖像相關(guān)的傅里葉平面內(nèi)，除所述全息圖的所述傅里葉平面以外、在所述數(shù)據(jù)源與所述全息圖之間的另一個(gè)傅里葉平面，以及位于所述另一傅里葉平面中的空間濾波裝置，其中所述空間濾波裝置是孔，其特征在于所述另一傅里葉平面位于所述數(shù)據(jù)源與所述全息圖之間的所述物體光束的路徑中，所述另一傅里葉平面中的所述空間濾波孔的大小對(duì)應(yīng)于要通過(guò)所述物體光束和所述參考光束的干涉記錄在所述光學(xué)媒體上的全息圖的大小。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于所述另一傅里葉平面中的所述孔是由鏡子構(gòu)成的。
7.如權(quán)利要求5或6所述的裝置，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)還包括與作為物體的所述數(shù)據(jù)源相關(guān)的另一個(gè)像平面，以及中和裝置，用于至少部分地中和由所述數(shù)據(jù)源的周期性和所述數(shù)據(jù)源的孔徑衍射引起的傅里葉波峰，所述中和裝置位于所述另一像平面中。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述中和裝置是隨機(jī)相位掩蔽，所述相位掩蔽包括缺少相位調(diào)制的位于中心的區(qū)域，所述參考光束被引導(dǎo)穿過(guò)所述相位掩蔽的這個(gè)中心區(qū)域。
9.如權(quán)利要求5至8中任何一個(gè)所述的裝置，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)包括具有偏振層的偏振分束棱鏡，并且所述偏振層包括不具有偏振和/或分束特性的中心區(qū)域，引導(dǎo)所述參考光束穿過(guò)所述偏振層的這個(gè)中心區(qū)域。
10.如權(quán)利要求5至9中任何一個(gè)所述的裝置，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)包括具有中心開(kāi)口的檢測(cè)器裝置。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于所述檢測(cè)器裝置包括設(shè)置在中心開(kāi)口周圍的四個(gè)矩形檢測(cè)器。
12.如權(quán)利要求5至11中任何一個(gè)所述的裝置，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)的物體臂是包括兩個(gè)相同的傅里葉透鏡的8f系統(tǒng)。
13.如權(quán)利要求5至12中任何一個(gè)所述的裝置，其特征在于所述光學(xué)系統(tǒng)的參考臂是包括兩個(gè)不同的傅里葉透鏡的4f系統(tǒng)。
14.一種用于全息讀出數(shù)據(jù)的裝置，它具有一種配備了參考臂的光學(xué)系統(tǒng)，所述參考臂用于使參考光束在全息媒體上成像，并且用于從所述光學(xué)媒體中記錄的全息圖中重構(gòu)數(shù)據(jù)源圖像，以及用于使所述數(shù)據(jù)源圖像在檢測(cè)器矩陣上成像，其中，所述光學(xué)系統(tǒng)包括具有偏振層的偏振分束棱鏡，所述偏振層包括不具有偏振和/或分束特性的中心區(qū)域，以及引導(dǎo)所述參考光束穿過(guò)所述偏振層的所述中心區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在媒體上分布數(shù)據(jù)標(biāo)記的方法。數(shù)據(jù)源(44)的圖像被記錄在光學(xué)媒體(2)上。借助于檢測(cè)圖像上的標(biāo)識(shí)標(biāo)記來(lái)讀出數(shù)據(jù)。要記錄的數(shù)據(jù)用禁止具有相同狀態(tài)的數(shù)據(jù)的緊密相連超過(guò)預(yù)定次數(shù)的編碼方法來(lái)編碼。在數(shù)據(jù)源的矩陣中，定義具有預(yù)定大小和位置的陣列，所述陣列包含標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)標(biāo)記和用戶數(shù)據(jù)標(biāo)記。還公開(kāi)了具有二維數(shù)據(jù)源(44)和用于把數(shù)據(jù)源通過(guò)物體光束(35)和參考光束(36)在光學(xué)媒體(2)上成像的光學(xué)系統(tǒng)的裝置。所述光學(xué)媒體位于與數(shù)據(jù)源(44)的圖像相關(guān)的傅里葉平面內(nèi)。除全息圖的傅里葉平面之外，所述光學(xué)系統(tǒng)還包括在數(shù)據(jù)源(44)和全息圖(9)之間的另一個(gè)傅里葉平面(51)，并且在另一傅里葉平面中設(shè)有空間濾波裝置。
文檔編號(hào)G11C13/04GK1681015SQ20041010224
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2001年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月4日
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