[发明专利]用于体全息存储系统实现像素一一匹配的装置及调整方法

说明书

技术领域

本发明属于体全息数据存储技术领域。特别涉及一种用于体全息存储系统实现像素一一匹配的装置及调整方法。

背景技术

全息存储的基本原理是基于全息术。相比于一般的波前记录和重现，全息存储往往不直接记录物光与参考光的干涉图样，而是先对物光做一个变换，比如傅立叶变换，然后再让物光与参考光干涉得到干涉图并记录于介质上。要达到数据存储的目的，只需将数据(一般是二进制数据)排布成一个图像矩阵，然后作为一般图像进行全息存储即可。

体全息存储通常利用布拉格选择性通过改变参考光的角度或波长在同一体积内干涉记录不同的物光，当使用该不同角度的参考光照射存储介质时，即可再现物光。从而通过这一过程实现了大数据量的存储和读取。和其他数据存储技术如CD、DVD光盘以及硬盘存储技术相比，体全息存储在数据存储方式上具有不可比拟的优越性，例如数据容量大，数据密度高以及传输率高等特点。但数据的可靠性仍有待提高，其中像素匹配问题是系统数据能否正确读出的关键。

在体全息存储系统中，空间光调制器(SLM)是一个数据输入器件，其像素阵列对物光进行调制，使物光携带有数据信息。记录时空间光调制器可以被视为一个物，经过傅立叶变换透镜前组变换得到其空间频谱并与参考光干涉被记录在介质中。当用记录时的参考光照射记录介质时，记录在其中的物频谱被再现出来，经傅立叶变换透镜后组逆变换，成像在置于后焦面处像感器接收面上，要使接收到的数据图像和空间光调制器上载的数据图像一致，达到数据正确写入读出的目的，需使空间光调制器的像素阵列所成的像中的像素与像感器的像素阵列中的像素一一对应。形象的理解如图1所示，即使黑圆圈阵列所成的像与像感器的白圆圈阵列相重合。但在实际光路中，会出现一些像素失配情况，如图2(a)所示的图像放大率不匹配；如图2(b)所示物像的方向存在偏差；如图2(c)所示成像模糊；如图2(d)所示的物像的位置存在横向偏差。其中第一种像素不匹配情况与透镜组的焦距有关，后三种像素不匹配情况则与系统中的机械结构密切相关。

像素匹配的最终目的就是让空间光调制器的像素阵列所成的像中的像素与像感器的像素阵列中的像素一一重合。如果空间光调制器的像素阵列所成的像中各像素之间相对位置未发生改变，那么不管成像在什么位置，只要调整像感器接收面的位置就可以达到像素匹配的目的。实际光路中元件位置误差会造成成像质量下降，各像素间的相对位置发生偏差。如果通过机械定位装置保证各元件位置误差在一定范围内，则像素间的相对位置偏差可控制在期望的范围内，若允许像感器有足够的调整自由度，那么像素匹配就可以实现，使读出数据图像达到容易进行软件补偿的程度。

本发明应用的实施例中，体全息存储系统的原理图示于图3，激光透过偏振分光棱镜(PBS)2照射到空间光调制器1上，经空间光调制器1和偏振分光棱镜2反射后被傅立叶变换透镜前组3会聚，再由傅立叶变换透镜后组4还原，最终被像感器5接收。如果各器件位置不准确所引起的像素匹配误差不超过十分之一个像感器像素，则可不需要借助补偿算法在软件层面上对像素匹配误差进行补偿，从而提高系统读出速率。但如果单纯地对系统中位置不准确的器件进行调整，其调整精度要求相当高，在实际机械结构中难以实现。因此，需要一种实现简单快速对准的像素匹配装置和调整方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于体全息存储系统实现像素一一匹配的装置及调整方法，其特征在于，所述实现像素一一匹配的装置的整体支架7为一个U形架，U形架的两支上分别开了两个孔，用于傅立叶变换透镜前组3与傅立叶变换透镜后组4的定位；偏振分光棱镜支架6的基本结构是一个“几”字形，偏振分光棱镜2放置于其槽内，而偏振分光棱镜支架6的侧面的空间光调制器1用螺钉与该支架固定；U形架的底部延伸出一个平台，其上固定有用于调整像感器5的3个平移自由度——上下y、前后z、左右x，以及3个转动自由度——俯仰γ、旋转α、偏摆β共6个自由度的调节架9；而像感器5则通过一个专门的连接架8与调节架9相连。

所述调节架应具有6个自由度，包括3个平移自由度——上下y、前后z、左右x，以及3个转动自由度——俯仰γ、旋转α、偏摆β；并具有平移精度为1μm，转动精度为0.001°的调节精度；调节第一旋钮91、第二旋钮92、第三旋钮93实现平移调节，调节第四旋钮94、第五旋钮95、第六旋钮96实现转动调节。