具有放大率校正的全息設備的製作方法

2023-09-13 06:56:40

專利名稱：：具有放大率校正的全息設備的製作方法
技術領域：
：本發明涉及用於讀出在全息媒體中記錄的數據頁的光學全息設備。
背景技術：
：從H.J.Coufal、D.Psaltis、G.T.Sincerbox(Eds.)的「Holographicdatastorage(全息數據存儲)」，Springerseriesinopticalsciences，(2000)中獲知能夠在全息媒體上記錄並從全息媒體中讀取的光學設備。圖1顯示了這樣的光學設備。這個光學設備包括輻射源100、準直儀101、第一分束器102、空間光調製器103、第二分束器104、透鏡105、第一偏轉器107、第一望遠鏡108、第一反射鏡109、半波片110、第二反射鏡111、第二偏轉器112、第二望遠鏡113和檢測器114。該光學設備用於在全息媒體106中記錄數據並從該媒體106中讀取數據。在全息媒體中記錄數據頁期間，由輻射源100生成的輻射束的一半利用第一分束器102朝向空間光調製器103發送。這部分的輻射束被稱為信號光束。由輻射源100生成的輻射束的一半利用第一偏轉器107朝向望遠鏡108偏轉。這部分的輻射束被稱為參考光束。信號光束通過空間光調製器103在空間進行調製。空間光調製器包括透射區域和吸收區域，這對應於待記錄的數據頁的0和1數據比特。在信號光束已通過空間光調製器103之後，它攜帶將被記錄在全息媒體106中的信號，即待記錄的數據頁。信號光束隨後利用透鏡105被聚焦在全息媒體106上。參考光束也利用第一望遠鏡108被聚焦在全息媒體106上。數據頁由此作為信號光束和參考光束之間幹涉的結果以幹涉圖(interferencepattern)的形式被記錄在全息媒體106中。一旦數據頁已被記錄在全息媒體106中，則在全息媒體106的相同位置上記錄另一個數據頁。為此，把對應於這個數據頁的數據發送給空間光調製器103。第一偏轉器107被旋轉，以修改參考信號相對於全息媒體106的角度。第一望遠鏡108用於在旋轉的同時把參考光束保持在相同位置上。因而，在全息媒體106的相同位置上利用不同的圖案記錄幹涉圖。這被稱為角度多路復用(anglemultiplexing)。其中記錄多個數據頁的全息媒體106的相同位置被稱作書(book)。作為選擇，可以調諧輻射束的波長，以便在相同的書中記錄不同的數據頁。這被稱作波長多路復用。其它種類的多路復用(比如，移位多路復用)也可以用於在全息媒體106中記錄數據頁。在從全息媒體106讀出數據頁期間，使空間光調製器103完全是吸收性的，以致於沒有光束部分能夠通過空間光調製器103。除去第一偏轉器107，使得通過分束器102的輻射源100所生成的光束部分經由第一反射鏡109、半波片110和第二反射鏡111到達第二偏轉器112。如果角度多路復用已用於在全息媒體106中記錄數據頁，並且給定的數據頁將被讀出，則第二偏轉器112以這樣的方式進行安排，使得其相對於全息媒體106的角度與用於記錄這個給定全息圖的角度相同。被第二偏轉器112偏轉並利用第二望遠鏡113被聚焦全息媒體106中的信號因而是用來記錄這個給定全息圖的參考信號的相位共軛。如果例如波長多路復用已用於在全息媒體106中記錄數據頁，並且給定數據頁將被讀出，則相同的波長用於讀取這個給定數據頁。參考信號的相位共軛隨後利用該信息圖進行衍射，這創建了重構信號光束，其隨後經由透鏡105和第二分束器104達到檢測器114。由此成像的數據頁在檢測器114上被創建，並被檢測器114檢測。檢測器114包括像素，每個像素對應於成像的數據頁的比特。因此，全息設備必須以這樣一種方式來設計，即成像的數據頁與檢測器114以這樣的方式仔細地進行對準，使得已成像的數據頁的比特撞擊(impingeon)檢測器114的相應像素。在其它的全息設備中，存在比成像數據頁的比特更多的像素。例如，設計該全息設備，使得比特撞擊四個像素。因此，這樣的全息設備不能讀取不是為它設計的全息媒體。例如，如果全息設備以一個像素對應於一個比特的方式來設計，並且被設計為讀出包括1500*1500比特的數據頁的全息媒體，則它將不能夠讀取包括1000*1000比特的數據頁的全息媒體，因為在此情況中，將在一個以上的像素上成像一個比特。這是一個缺點，因為具有較高數據容量的新的全息設備將不能夠讀取利用較舊的全息設備記錄的全息媒體。然而，在設計新的全息設備時，反向兼容性是一個關鍵問題。
發明內容本發明的目的是提供能夠讀取多個不同的全息媒體的全息設備。為此，本發明建議一種用於讀出記錄在全息媒體中的數據頁的光學全息設備，所述設備包括用於接收所述全息媒體的裝置；用於成像所述數據頁的裝置；用於檢測所述成像數據頁的裝置；以及位於所述接收裝置與所述檢測裝置之間的電光系統，通過在電極之間施加電壓，可以改變該電光系統的放大率。根據本發明，作為插入全息設備中的全息媒體的類型的函數，修改電光系統的放大率。例如，如果具有1000*1000像素的數據頁的全息媒體被插入這樣的全息設備中，其中該全息設備被設計用來讀取具有包括1500*1500像素的數據頁的全息媒體，並且以一個比特撞擊一個像素的方式進行設計，則以在檢測器的一個像素上成像數據頁的一個比特的這樣一種方式來設置電光系統的放大率。在這種情況中，檢測器的一部分不用於讀出該全息媒體。電光系統的使用是特別有利的，因為其降低了高成本、體積龐大並且消耗相對大的電功率的機械裝置的使用。本發明還能夠有利地用於修改成像數據頁的放大率，即使該全息設備被設計為讀取這個數據頁。實際上，在全息設備中，經常存在放大率錯誤，因為全息媒體不總是被定位在已為之設計全息設備的地方，這是由於在製造全息媒體期間的機械間隙或缺陷引起的。放大率差錯導致例如在一個以上像素上成像比特，儘管該設備以一個比特衝撞一個像素的方式進行設計，這導致數據頁檢測中的差錯。根據本發明，可以校正這些放大率差錯。應當注意，專利US6414296描述了一種全息設備，包括用於操控全息數據頁的光學成像系統。然而，這個光學成像系統的放大率不能被改變。此外，這個光學成像系統利用機械裝置來操控全息數據頁。也應當注意，專利申請US2003/0223101公開了一種全息裝置，其在全息媒體與檢測器之間包括透鏡，透鏡的聚焦長度可以通過施加電壓來改變。然而，在這個專利申請中所公開的透鏡不具有可變的放大率。這用於與諸如CD或DVD的其它光學存儲媒體的兼容性。優選地，電光系統包括電潤溼(法)(electrowetting)器件。電潤溼法器件包括利用彎液面(meniscus)分隔開的兩個不同流體，其中彎液面的形狀可以通過在封閉(enclose)液體的電極之間施加合適的電壓來改變。該彎液面形狀的變化是迅速的，並且不需要大的功率量。有利地，電潤溼器件包括流體室(chamber)、利用彎液面分隔開的兩個不同流體、第一電潤溼電極、第二電潤溼電極和電壓控制裝置，其中彎液面的邊緣利用流體室來限定(constrain)，第一電潤溼電極被安排成對邊緣的第一側起作用，第二電潤溼電極被安排成對邊緣的第二側單獨地起作用，電壓控制裝置用於把不同的電壓提供給所述第一和第二電潤溼電極。這樣的電潤溼器件的使用允許成像數據頁相對於檢測器的翻譯(translation)。這允許校正作為機械間隙的結果而出現在全息設備中的解碼錯誤。因而，這改善了數據頁的檢測。本發明的這些和其它方面從下面所述的實施例中將是顯而易見的，並將參照這些實施例進行闡述。現在，將參考附圖利用例子詳細描述本發明，其中圖1顯示了根據現有技術的全息設備；圖2a和圖2b顯示了根據本發明修改的圖1的全息設備的檢測部分；圖3a和圖3b顯示了根據本發明優選實施例的全息設備；圖4a和圖4b顯示了根據本發明有利實施例的全息設備。具體實施例方式圖2a和圖2b中顯示了根據本發明的全息設備。該全息設備包括用於檢測成像數據頁的檢測器114；和電光系統200，通過在電極之間施加電壓，可以改變其放大率。在這個實例中，電光系統200包括液晶器件201和會聚透鏡202。該全息設備還包括用於接收(容納)全息媒體106的裝置，其位於所述全息媒體106的位置上。這些接收裝置例如是可以在上面放置記錄媒體的工作檯(table)。例如，可以使用諸如常規地用於CD或者DVD中的工作檯。液晶器件201包括兩個電極，封閉(密閉)以這樣的方式安排的液晶材料和玻璃，使得液晶材料和玻璃利用凸面分隔開。液晶材料具有普通折射率no以及非常折射率ne。選擇玻璃的折射率ne，以便等於n0。在圖2a和2b的實例中，液晶材料按照這樣一種方式來選擇，即在電極之間未施加電壓時，使液晶彎液面方向平行於電極。這可以利用液晶器件201中的適當對準層(alignmentlayer)來實現。在圖2a和2b的實例中，來自第二偏振分束器104的輻射束的偏振平行於液晶器件201的電極。在圖2a中，在液晶器件201的電極之間不施加電壓。因此，液晶彎液面平行朝向輻射束的偏振。液晶材料的折射率因而是ne。由於ne高於no，所以液晶器件201用作正透鏡。會聚透鏡202以這樣一種方式被安排在輻射束的路徑上，即在這個配置中，電光系統200的放大率為1。在圖2b中，電壓被施加在液晶器件201的電極之間。因此，液晶彎液面轉向垂直於所述電極的方向，並且液晶材料的折射率降低。結果是液晶器件201的焦距增加。這例如被描述在H.R.Stapert、J.Lub、E.J.K.Verstegen、B.M.I.vanderZande以及S.Stallinga的「Photoreplicatedanisotropicliquidcrystallinelensesforaberrationcontrolandduallayerreadoutofopticaldisks(用於光碟的像差控制和雙層讀出的照片複製的各向異性液晶透鏡)」，Adv.FunctionalMaterialsvol.13，第732-738頁，2003。因此，電光系統200的放大率降低。應當注意，波束的質量可以通過以液晶器件201的焦點與會聚透鏡202的焦點相一致的方式位移會聚透鏡202來改善。在此情況下，並行光束衝撞檢測器114。在此情況下，利用用於位移會聚透鏡202的機械裝置。然而，只有一個光學部件需要進行位移。這能夠用於補償全息設備中的放大率誤差。放大率誤差可以例如利用諸如US5838650中所述的全息媒體106中的對準標記來檢測。如果放大率誤差被檢測，則修改液晶器件201的電極之間的電壓，直至消除放大率誤差。雖然在圖2a和圖2b的全息設備中，通過改變電光系統200的電極之間的電壓變化，僅僅能夠獲得放大率的降低，有可能設計其放大率可以被增加和/或降低的電光系統200。例如，如果按照在未施加電壓時像圖2b那樣定向液晶材料的這樣一種方式來選擇液晶材料，則施加正電壓降低放大率，而施加負電壓則增加放大率。電光系統200還可以用於兼容性目的。如果包括1000*1000比特的數據頁必須在包括1500*1500像素的檢測器上進行成像，並且按照一個像素對應於一個比特的方式來設計全息設備，則放大率必須小於1，因為數據頁的比特區域大於檢測器的像素的區域。可以利用放大率誤差檢測系統，諸如使用對準標記的系統，檢測必須應用的放大率。作為選擇，數據頁的比特的數量可以被記錄為全息媒體106中的數據，並且利用檢測器114來檢測。根據這個比特數量和檢測器的像素數量，全息設備確定應當應用哪個放大率，以及然後應當施加哪個電壓。這些數據可以被存儲在查找表中。應當注意，可以使用另一個液晶器件來替代會聚透鏡202。這兩個液晶器件可以被分隔開，或者可以是同一個電光元件的一部分。例如，兩個液晶器件可以具有共用電極。使用兩個液晶器件避免了使用任何機械裝置，因為這兩個液晶器件的焦距可以獨立地進行改變。圖3a和圖3b中示出了根據本發明優選實施例的全息設備。除了用包括電潤溼法器件301和會聚透鏡302的電光系統300替代電光系統200之外，該全息設備包括與圖2a和2b的全息設備相同的元件。電潤溼法器件包括流體室和利用彎液面分隔開的兩個不同流體，彎液面的邊緣被流體室限定。施加給流體室中電極的電壓使彎液面變得更加凹入或凸起，這取決於施加的電壓。電潤溼法器件對於本領域普通技術人員是公知的。例如，在專利申請WO99/18456中描述了這樣的電潤溼法器件。在圖3a的實例中，在電潤溼法器件301的電極之間不施加電壓。彎液面具有凸面形狀，這取決於流體室中兩個流體的特性。在這個實例中，兩個流體的折射率按照這樣一種方式來選擇，即在未施加電壓時，電潤溼法器件301用作正透鏡。在圖3b中，電壓被施加在電潤溼法器件301的電極之間。因此，彎液面變得不太凸起，以及電潤溼法器件301因此變得不太(欠)會聚。因此，降低了電光系統300的放大率。如圖2a的描述中所提到的，可以位移會聚透鏡302，以改善檢測器114上光束的質量。應當注意，會聚透鏡302可以利用另一個電潤溼法器件來替代。在此情況下，兩個電潤溼法器件可以是同一個電光元件的一部分。例如，在專利申請WO2004/038480中描述的可變焦距透鏡可以被用作電光系統300。作為選擇，電光系統300可以包括電潤溼法器件和液晶器件，諸如圖2a和2b中所描述的。這些器件的焦距可以獨立地進行改變，以致於不利用機械裝置就能夠改變電光系統300的放大率。圖4a和圖4b中描述了根據本發明有利實施例的全息設備。除了利用包括分段電潤溼法器件401和會聚透鏡402的電光系統400替代電光系統300之外，這個全息設備包括與圖3a和3b的全息設備相同的元件。圖4b是分段電潤溼法器件401的截面圖。分段電潤溼法器件401包括多個電極。不同的電壓可以被施加在給定電極和公用電極之間，比如在圖4a中表示的V1和V2。分段電潤溼法器件401因而包括電壓控制裝置，用於把不同的電壓提供給被安排為對邊緣的第一側起作用的第一電潤溼法電極以及被安排為單獨地對邊緣的第二側起作用的第二電潤溼法電極。這樣的分段電潤溼法器件401可以從專利申請WO2004/051323中獲知。如在這個公開中解釋的，不同的電壓施加給第一和第二電極導致通過分段電潤溼法器件401的輻射束的角度偏轉。因而，有可能校正全息設備中的解碼誤差。如果成像數據頁的比特相對於檢測器114的像素被位移，則把合適的電壓施加給分段電潤溼法器件401的電極，直至成像數據頁仔細地與檢測器114對準。這避免使用機械裝置來翻譯例如檢測器114，以校正解碼錯誤。在隨後的權利要求中的任何參考符號不應被解釋為限制權利要求。顯然，動詞「包括」以及變形的使用並不排除任何除了任一權利要求中定義的那些之外的任何其它元件的存在。元件之前的單詞「一個」或「一」並不排除多個這樣的元件的存在。權利要求1.一種光學全息設備，用於讀出記錄在全息媒體(106)中的數據頁，所述設備包括用於接收所述全息媒體的裝置；用於成像所述數據頁的裝置；用於檢測所述成像數據頁的裝置(114)；和位於所述接收裝置與所述檢測裝置之間的電光系統(200，300，400)，通過在電極之間施加電壓，可以改變該電光系統的放大率。2.根據權利要求1所述的光學全息設備，其中該電光系統(300)包括電潤溼器件(301)。3.根據權利要求2所述的光學全息設備，其中所述電潤溼器件(401)包括流體室；利用彎液面分隔開的兩個不同流體，其中彎液面的邊緣利用流體室來限定；第一電潤溼電極，被安排為對邊緣的第一側起作用；第二電潤溼電極，被安排為對邊緣的第二側單獨地起作用；和電壓控制裝置，用於把不同的電壓提供給所述第一和第二電潤溼電極。4.根據權利要求1所述的光學全息設備，其中該電光系統(200)包括液晶器件(201)。全文摘要本發明涉及用於讀出記錄在全息媒體(106)中的數據頁的光學全息設備。該設備包括用於接收全息媒體的裝置；用於成像數據頁的裝置；和用於檢測成像數據頁的裝置(114)。該設備還包括在接收裝置與檢測裝置之間的電光系統(200，300，400)，通過在電極之間施加電壓，可以改變電光系統的放大率。文檔編號G03H1/22GK1890757SQ200480036383公開日2007年1月3日申請日期2004年11月26日優先權日2003年12月8日發明者C·列登鮑姆申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司