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TWI755096B - 全像系統讀寫方法及全像儲存系統 - Google Patents

全像系統讀寫方法及全像儲存系統 Download PDF

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TWI755096B
TWI755096B TW109135784A TW109135784A TWI755096B TW I755096 B TWI755096 B TW I755096B TW 109135784 A TW109135784 A TW 109135784A TW 109135784 A TW109135784 A TW 109135784A TW I755096 B TWI755096 B TW I755096B
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余業緯
孫慶成
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國立中央大學
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Abstract

一種全像系統讀寫方法包含以下步驟：提供第一參考光及第一訊號光；將第一參考光及第一訊號光傳遞至光儲存媒介以記錄第一干涉光柵；提供第二參考光及第二訊號光；將第二參考光及第二訊號光傳遞至光儲存媒介以記錄第二干涉光柵；以此類推，直到記錄了M個干涉光柵於光儲存媒介；提供讀取光至光儲存媒介並將第一干涉光柵到第M干涉光柵同時讀取以產生從第一干涉光柵的繞射訊號到第M干涉光柵的繞射訊號的彼此干涉結果；以及改變讀取光之讀取狀態以獲得N個預先設定好的第一干涉光柵的繞射訊號到第M干涉光柵的繞射訊號的彼此干涉結果。

Description

全像系統讀寫方法及全像儲存系統
本案涉及一種光學系統及方法。詳細而言，本案涉及一種全像儲存系統及全像系統讀寫方法。
現有全像儲存技術，大多數採用基於單位頁面的儲存方式，每一單位頁面包含大量資料，且單位頁面與單位頁面之間的訊號彼此互相獨立，彼此不互相干涉，導致繞射效率極低。因此上述技術尚存諸多缺陷，而有待本領域從業人員研發出其餘適合的全像讀取方式。
本案的一面向涉及一種全像系統讀寫方法。全像系統讀寫方法包含以下步驟：(a)提供參考光及訊號光；(b)將參考光及訊號光傳遞至光儲存媒介以記錄干涉光柵；(c)改變參考光及訊號光並重複步驟(a)至(b)，直到記錄M個干涉光柵於光儲存媒介上；(d)提供讀取光至光儲存媒介以將M個干涉光柵同時讀取以產生干涉結果，其中干涉結果為M個干涉光柵之繞射訊號互相干涉的結果；以及(e)改變讀取光並重複步驟(d)以獲得N個干涉結果。
本案的另一面向涉及一種全像儲存系統。全像儲存系統包含空間調製裝置、光儲存媒介、影像接收裝置、第一透鏡及第二透鏡及狀態控制器。空間調製裝置用以調製複數個光線。光儲存媒介用以儲存光干涉結果。影像接收裝置用以接收訊號。第一透鏡設置於空間調製裝置及光儲存媒介之間並用以傳遞光線。第二透鏡設置於光儲存媒介及影像接收裝置之間並用以傳遞光線。狀態控制器用以於寫入狀態時，用於控制複數個光線與光儲存媒介間之空間關係，於讀取狀態時，用以於產生讀寫相位偏差量。狀態控制器控制參考光與光儲存媒介間之空間關係。空間光調製器提供訊號光。第一透鏡將參考光及訊號光傳遞至光儲存媒介以記錄干涉光柵。狀態控制器及空間光調製器改變參考光及訊號光並重複在光儲存媒介中共記錄M組光柵。於讀取狀態中，狀態控制器控制讀取光與光儲存媒介間之空間關係，並將M個干涉光柵同時讀取以產生干涉結果。狀態控制器改變讀取光以獲得共N個干涉結果。第二透鏡將M個干涉光柵的繞射訊號的彼此干涉結果傳遞至影像接收裝置。
以下將以圖式及詳細敘述清楚說明本案之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本案之實施例後，當可由本案所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本案之精神與範圍。
本文之用語只為描述特定實施例，而無意為本案之限制。單數形式如“一”、“這”、“此”、“本”以及“該”，如本文所用，同樣也包含複數形式。
關於本文中所使用之『包含』、『包括』、『具有』、『含有』等等，均為開放性的用語，即意指包含但不限於。
關於本文中所使用之用詞（terms），除有特別註明外，通常具有每個用詞使用在此領域中、在本案之內容中與特殊內容中的平常意義。某些用以描述本案之用詞將於下或在此說明書的別處討論，以提供本領域技術人員在有關本案之描述上額外的引導。
本案係創造一全像系統或全像光儲存系統，其中被讀取出來的特定空間光電場訊號
Figure 02_image001
會隨狀態控制量u之變化而產生變化,其可以被表達為
Figure 02_image003
…式1
且其中
Figure 02_image005
對u的二次微分不等於零,即
Figure 02_image007
…式2
式1中r為空間參數、u為狀態控制量，u j為第j個寫入狀態之u值，
Figure 02_image009
為當狀態控制量為u時，其繞射訊號與u=u j處之繞射訊號之間之讀寫相位偏差量，
Figure 02_image011
。(在此須注意，
Figure 02_image005
可以隨空間參數r而變，即為
Figure 02_image013
，但若能讓
Figure 02_image005
不隨空間參數r而變，此一系統較為簡單)，式1之物理意義為：於空間參數等於r時，若狀態控制量等於u，被讀取出來的B r(u)為各被寫入訊號
Figure 02_image015
被讀出之訊號彼此疊加之結果。則我們可以選定
Figure 02_image015
，以逼近我們所預計要讀出的B r(u)。
第1A圖為根據本案一些實施例繪示的全像系統或全像光儲存系統之架構及記錄狀態示意圖。第1B圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之讀取記錄狀態示意圖。第2A圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之記錄狀態示意圖。第2B圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之讀取狀態示意圖。在一些實施例中，請參閱第1A圖至第1B圖，全像系統100包含面鏡110及光儲存媒介120。
在一些實施例中，光儲存媒介120包含參雜過渡金屬和稀土元素並對光敏感之媒介，光儲存媒介120用以儲存參考光R與訊號光S之干涉結果，並於光儲存媒介120結構形成特定光柵。
在一些實施例中，光儲存媒介120包含參雜光敏感單體之高分子媒介，光儲存媒介120用以儲存參考光R與訊號光S之干涉結果，並於光儲存媒介120結構形成特定光柵。
在一些實施例中，訊號光S係由空間光調製器(圖中未示)來調變訊號光S在特定位置下之振幅(強度)或相位或振幅(強度)及相位，並藉由光學系統傳送至光儲存媒介120，成為受空間光調製器(圖中未示)控制特定入射角度之振幅(強度)或相位或振幅(強度)及相位
Figure 02_image017
。
在一些實施例中，訊號光S係由空間光調製器(圖中未示)來調變訊號光S在特定位置下之振幅(強度)或相位或振幅(強度)及相位，並藉由光學系統傳送至光儲存媒介120，成為受空間光調製器(圖中未示)控制特定入射位置與之振幅(強度)或相位或振幅(強度)及相位
Figure 02_image019
。
在一些實施例中，狀態控制器130係為一旋轉致動器，其沿x 1軸或y 1軸旋轉面鏡110以改變參考光R入射光儲存媒介120之角度(如第1A圖所示)，且參考光R之波前係為包含球面像差之球面波前，以使該面鏡被旋轉到不同角度下之點光源深度彼此皆不相同，進而使得當面鏡110改變角度時，照射碟片之波前之相位改變量
Figure 02_image005
對於角度改變量之兩次微分不等於零，
Figure 02_image007
。則在寫入狀態下，我們可控制狀態控制器130造成第一狀態控制量(參考光R入射光儲存媒介120之角度)u 1，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image021
(可以是
Figure 02_image023
或
Figure 02_image025
)，並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第一組光柵，接著控制狀態控制器130造成第二狀態控制量(參考光R入射光儲存媒介120之角度)u 2，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image027
並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第二組光柵，接著以此類推，在光儲存媒介120中記錄共M組光柵。則在讀取狀態下，我們可以控制狀態控制器130以改變讀取光的狀態控制量u(讀取光P入射光儲存媒介120之角度)，使其照射光儲存媒介120以進行讀取，最終產生上述式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的特定空間光電場訊號F，其特定空間光電場訊號F之物理量表示為
Figure 02_image001
。
在一些實施例中，狀態控制器130係為一旋轉致動器，其沿x 2軸或y 2軸旋轉光儲存媒介120以改變參考光R入射光儲存媒介120之角度(如第2A圖所示)，且參考光R之波前係為包含球面像差之球面波前，以使其在不同角度下之點光源深度彼此皆不相同，進而使得當面鏡(圖中未示)改變角度時，照射碟片之波前之相位改變量
Figure 02_image005
對於角度改變量之兩次微分不等於零，
Figure 02_image007
。則在寫入狀態下，我們可控制狀態控制器130造成第一狀態控制量u 1(參考光R入射光儲存媒介120之角度)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image021
(可以是
Figure 02_image023
或
Figure 02_image025
)，並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第一組光柵，接著控制狀態控制器130造成第二狀態控制量u 2(參考光R入射光儲存媒介120之角度)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image027
並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第二組光柵，接著以此類推，在光儲存媒介120中記錄共M組光柵。則在讀取狀態下，我們可以控制狀態控制器130以改變讀取光的狀態控制量u(讀取光P入射光儲存媒介120之角度)，使其照射光儲存媒介120以進行讀取，最終產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的特定空間光電場訊號F，其特定空間光電場訊號F之物理量表示為
Figure 02_image001
。
在一些實施例中，狀態控制器130係為一旋轉致動器，其沿z 1軸旋轉面鏡110以改變參考光R入射光儲存媒介120之位置，且參考光R之波前係為球面波前，進而使得當面鏡110改變角度時，照射碟片之波前之相位改變量
Figure 02_image005
對於角度改變量之兩次微分不等於零，
Figure 02_image007
。則在寫入狀態下，我們可控制狀態控制器130造成第一狀態控制量u 1(參考光R入射光儲存媒介120之位置)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image021
(可以是
Figure 02_image023
或
Figure 02_image025
)，並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第一組光柵，接著控制狀態控制器130造成第二狀態控制量u 2(參考光R入射光儲存媒介120之位置)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image027
並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第二組光柵，接著以此類推，在光儲存媒介120中記錄共M組光柵。則在讀取狀態下，我們可以控制狀態控制器130以改變讀取光的狀態控制量u(讀取光P入射光儲存媒介120之位置)，使其照射光儲存媒介120以進行讀取，最終產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的特定空間光電場訊號F，其特定空間光電場訊號F之物理量表示為
Figure 02_image001
。
在一些實施例中，狀態控制器130係為一旋轉致動器，其沿z 2旋轉光儲存媒介120以改變參考光R入射光儲存媒介120之位置，且參考光R之波前係為球面波前，進而使得當光儲存媒介沿z 2旋轉角度時，照射碟片之波前之相位改變量
Figure 02_image005
對於角度改變量之兩次微分不等於零，
Figure 02_image007
。則在寫入狀態下，我們可控制狀態控制器130成第一狀態控制量u 1(參考光R入射光儲存媒介120之位置)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image021
(可以是
Figure 02_image023
或
Figure 02_image025
)，並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第一組光柵，接著控制狀態控制器130造成第二狀態控制量u 2(參考光R入射光儲存媒介120之位置)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image027
並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第二組光柵，接著以此類推，在光儲存媒介120中記錄共M組光柵。則在讀取狀態下，我們可以控制狀態控制器130以改變讀取光的狀態控制量u(讀取光P入射光儲存媒介120之位置)，使其照射光儲存媒介120以進行讀取，最終產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的特定空間光電場訊號F，其特定空間光電場訊號F之物理量表示為
Figure 02_image001
。
在一些實施例中，狀態控制器130係為一位移致動器，其在空間中沿特定方向移動光儲存媒介120以改變參考光R入射光儲存媒介120之位置，且參考光R之波前係為球面波前，進而使得當光儲存媒介120沿此特定方向移動時，照射碟片之波前之相位改變量
Figure 02_image005
對於角度改變量之兩次微分不等於零，
Figure 02_image007
。則在寫入狀態下，我們可控制狀態控制器130造成第一狀態控制量u 1(參考光R入射光儲存媒介120之位置)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image021
(可以是
Figure 02_image023
或
Figure 02_image025
)，並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第一組光柵，接著控制狀態控制器130造成第二狀態控制量u 2(參考光R入射光儲存媒介120之位置)，並控制空間光調製器(圖中未示)產生
Figure 02_image027
並使參考光R與訊號光S在光儲存媒介120中記錄第二組光柵，接著以此類推，在光儲存媒介120中記錄共M組光柵。則在讀取狀態下，我們可以控制狀態控制器130以改變讀取光的狀態控制量u(讀取光P入射光儲存媒介120之位置)，使其照射光儲存媒介120以進行讀取，最終產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的特定空間光電場訊號F，其特定空間光電場訊號F之物理量表示為
Figure 02_image001
。
第3A圖為全像儲存系統之架構及記錄狀態示意圖。在一些實施例中，請參閱第3A圖，全像儲存系統100包含面鏡110、狀態控制器130、空間光調製器170、第一透鏡140、光儲存媒介120、第二透鏡150及影像接收裝置160。
在一些實施例中，面鏡110包含平面鏡、凸面鏡及凹面鏡。須說明的是，面鏡110之形狀、位置及大小不以圖式為限。
在一些實施例中，由第一透鏡140所構成的光學系統造成空間光調製器170與光儲存媒介120之間的關係為傅式轉換關係時，空間光調製器170在光儲存媒介120所調製的空間光場分布
Figure 02_image015
為角度分布，此120時
Figure 02_image001
與
Figure 02_image015
當中的下標r代表特定角度，即其可被表示成
Figure 02_image029
在一些實施例中，由第一透鏡140所構成的光學系統造成空間光調製器170與光儲存媒介120之間的關係為物像關係時，空間光調製器170在光儲存媒介120所調製的空間光場分布
Figure 02_image015
為位置分布，此時
Figure 02_image001
與
Figure 02_image015
當中的下標r代表特定位置，即其可被表示成
Figure 02_image031
在一些實施例中，第一透鏡140係為一個由數組透鏡所組成之光學系統。
在一些實施例中，空間光調製器170包含液晶空間光調變裝置(Liquid-Crystal spatial light modulator, LC-SLM)並用以調變空間中複數個位置上的光之振幅(強度)及相位。
在一些實施例中，光儲存媒介120包含參雜過渡金屬和稀土元素並對光敏感之媒介，光儲存媒介120用以儲存光干涉結果並於光儲存媒介120結構形成繞射光柵。
在一些實施例中，影像接收裝置160包含電荷耦合元件（Charge-coupled Device, CCD），影像接收裝置160用以接收干涉訊號以重構影像。
在一些實施例中，第一透鏡140設置於空間光調製器170及光儲存媒介120之間。
在一些實施例中，第二透鏡150設置於光儲存媒介120及影像接收裝置160之間。
在一些實施例中，狀態控制器130包含驅動面鏡轉動之馬達或運動控制器。
在一些實施例中，為使第3A圖之全像儲存系統100的操作易於理解，請一併參閱第3B圖及第4圖，第3B圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之記錄狀態示意圖。第4圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之讀取狀態示意圖。第3B圖及第4圖之全像儲存系統係對應於第3A圖之全像儲存系統100，僅表達出不同時序下不同光之寫入狀態如第3B圖所示及讀取狀態如第4圖所示。在一些實施例中，狀態控制器130可位於如3A圖中面鏡110後方，並用以控制面鏡110。在一些實施例中，狀態控制器130可位於如第3B圖中光儲存媒介120之位置，並用以控制光儲存媒介120。須說明的是，第4圖之狀態控制器130同樣可位於如3A圖中面鏡110之位置或如第3B圖中光儲存媒介120之位置。
接著，請參閱第3A圖，狀態控制器130產生第一參考光R1與光儲存媒介120間之空間關係，空間光調製器170提供第一訊號光S1。第一透鏡140將第一參考光R1及第一訊號光S1傳遞至光儲存媒介120以記錄第一干涉光柵。
再者，請參閱第3B圖，狀態控制器130產生第二參考光R2與光儲存媒介120間之空間關係，空間光調製器170提供第二訊號光S2。第一透鏡140將第二參考光R2及第二訊號光S2傳遞至光儲存媒介120以記錄第二干涉光柵，接著以此類推，在光儲存媒介120中記錄共M組光柵。
隨後，請參閱第4圖，狀態控制器130改變讀取光P1與光儲存媒介120之間的空間關係，透過第一透鏡140將讀取光P1傳遞至光儲存媒介120並將M組光柵的繞射訊號同時讀出以產生干涉訊號I1，其中
Figure 02_image033
。以狀態控制器130改變讀取光的狀態控制量u(讀取光P1與光儲存媒介120間之空間關係量)以產生相對應之
Figure 02_image035
，並藉由影像接收裝置160將經過第二透鏡150之干涉訊號I1接收以獲取影像。
第5圖為根據本案一些實施例繪示的全像系統讀取方法之步驟流程圖。在一些實施例中，此全像系統讀取方法500可由第3A圖至第4圖所示的全像儲存系統100所執行。
於步驟(a)中，提供參考光及訊號光。
在一些實施例中，請參閱第3A圖，狀態控制器130產生第一參考光R1與光儲存媒介120間之空間關係量，空間光調製器170提供第一訊號光S1之強度及相位的其中至少一者。在一些實施例中，第一參考光R1自位置r1出射。
於步驟(b)中，令將參考光及訊號光傳遞至光儲存媒介以記錄干涉光柵。
在一些實施例中，請參閱第3A圖，第一透鏡140將第一參考光R1及第一訊號光S1傳遞至光儲存媒介120後，第一參考光R1及第一訊號光S1兩道光之波前互相干涉，光儲存媒介120將干涉結果記錄為第一干涉光。在一些實施例中，第一參考光R1及第一訊號光S1與光儲存媒介120之間運動關係於紀錄時必須接近停止。
於步驟(c)中，改變參考光及訊號光並重複步驟(a)至(b)，直到記錄M個干涉光柵於光儲存媒介上。
在一些實施例中，請參閱第3B圖，狀態控制器130產生第二參考光R2與光儲存媒介120間之空間關係量，空間光調製器170提供第二訊號光S2之強度及相位的其中至少一者，第3B圖之第二訊號光S2與第3A圖之訊號光S1不同。在一些實施例中，第二參考光R2自位置r2出射。在一些實施例中，位置r1不同於位置r2。
在一些實施例中，請參閱第3B圖，由於第二參考光R2自位置r2出射，第二參考光R2與自位置r1出射第一參考光R1之間具有一相位差。在一些實施例中，第二參考光R2與光儲存媒介120之間運動關係必須接近停止以執行紀錄動作。
在一些實施例中，重複步驟a至步驟b，直到記錄M個干涉光柵於光儲存媒介120上。
於步驟(d)中，提供讀取光P至光儲存媒介以將M個干涉光柵同時讀取以產生干涉結果，其中干涉結果為M個干涉光柵之繞射訊號互相干涉的結果。
於步驟(e)中，改變讀取光P並重複步驟(d)以獲得N個干涉結果。
在一些實施例中，請參閱第4圖，狀態控制器130改變讀取光P1與光儲存媒介120間之空間關係量，透過第一透鏡140將自位置r3出射之讀取光P1傳遞至光儲存媒介120，此時光儲存媒介120上已經儲存第一干涉光柵、第二干涉光柵、一直到第M干涉光柵，接著，透過讀取光P1照射光儲存媒介120，並將第一干涉光柵、第二干涉光柵、一直到第M干涉光柵同時讀取，讀取出來的光訊號彼此互相干涉以形成干涉訊號I1，其中
Figure 02_image033
。則在讀取狀態下，我們可以控制狀態控制器130以改變參考光R的狀態控制量u，使其照射光儲存媒介120以進行讀取，最終產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的空間場輸出結果
Figure 02_image033
。
在一些實施例中，使用讀取光P進行讀取並控制狀態控制器130以改變參考光R的狀態控制量u的方式為使用一旋轉致動器沿x 1軸或y 1軸旋轉面鏡(圖中未示)，以改變讀取光P入射光儲存媒介120之角度，且參考光R之波前係為包含球面像差之球面波前，則可產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的空間場輸出結果
Figure 02_image037
。(注意，
Figure 02_image039
可以是
Figure 02_image041
或
Figure 02_image043
)。
在一些實施例中，使用讀取光P進行讀取並控制狀態控制器130以改變參考光R的狀態控制量u的方式為使用一旋轉致動器沿x 2軸或y 2軸旋轉光儲存媒介120，以改變讀取光P入射光儲存媒介120之角度，且參考光R之波前係為包含球面像差之球面波前，則可產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的空間場輸出結果
Figure 02_image037
。(注意，
Figure 02_image039
可以是
Figure 02_image041
或
Figure 02_image043
)。
在一些實施例中，使用讀取光P進行讀取並控制狀態控制器130以改變參考光R的狀態控制量u的方式為使用一旋轉致動器沿z 1軸旋轉面鏡110以改變讀取光P入射光儲存媒介120之位置，且參考光R之波前係為球面波前，則可產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的空間場輸出結果
Figure 02_image037
。(注意，
Figure 02_image039
可以是
Figure 02_image041
或
Figure 02_image043
)。
在一些實施例中，使用讀取光P進行讀取並控制狀態控制器130以改變參考光R的狀態控制量u的方式為使用一旋轉致動器沿z 2旋轉光儲存媒介120，以改變讀取光P入射光儲存媒介120之位置，且參考光R之波前係為球面波前，則可產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的空間場輸出結果
Figure 02_image037
。(注意，
Figure 02_image039
可以是
Figure 02_image041
或
Figure 02_image043
)。
在一些實施例中，使用讀取光P進行讀取並控制狀態控制器130以改變參考光R的狀態控制量u的方式為使用一位移致動器在空間中沿特定方向(如圖式中光儲存媒介在Z2方向上的位移量ΔZ或光儲存媒介在Y2方向上的位移量ΔY)移動光儲存媒介120，以改變讀取光P入射光儲存媒介120之位置，且參考光R之波前係為球面波前，則可產生式1中隨狀態控制量u之變化而產生變化的空間場輸出結果
Figure 02_image037
。((注意，
Figure 02_image039
可以是
Figure 02_image041
或
Figure 02_image043
)。
在一些實施例中，由第二透鏡150所構成的光學系統造成光儲存媒介120及影像接收裝置160如第3A圖至第4圖所示之物理關係為傅式轉換關係，第二透鏡150將光儲存媒介120繞射出的角度分布函數
Figure 02_image033
轉換成位置分布函數
Figure 02_image045
，接著使用影像接收裝置160接收干涉訊號I1以獲取全像影像。
在一些實施例中，由第二透鏡150所構成的光學系統造成光儲存媒介120及影像接收裝置160如第3A圖至第4圖所示之物理關係為物像關係，則讀取時從光儲存媒介120繞射出的
Figure 02_image035
為位置分布函數
Figure 02_image045
(注意，非
Figure 02_image041
)，第二透鏡150將光儲存媒介120繞射出的位置分布函數
Figure 02_image045
維持為位置分布函數
Figure 02_image045
，接著使用影像接收裝置160接收干涉訊號I1以獲取全像影像。
在一些實施例中，第二透鏡150係為一個由數組透鏡所組成之光學系統。
第6圖為根據本案一些實施例繪示的光儲存媒介之儲存位置示意圖。在一些實施例中，第6圖之光儲存媒介120系對應至第1A圖至第4圖之光儲存媒介120。
在一些實施例中，若光學系統如第1A圖至第4圖所示，讀取時第一干涉光柵及第二干涉光柵為相鄰的資料頁，且第一干涉光柵及第二干涉光柵之儲存位置必須交疊於同一位置上。舉例而言，儲存第一干涉光柵及第二干涉光柵之位置為如第6圖所示之儲存點L1及儲存點L2至少其中之一者，但儲存位置不以圖示為限，可為光儲存媒介120上任意處。
在一些實施例中，請參閱第4圖，全像儲存系統100可單次讀取狀態控制器130控制參考光R之狀態控制量為特定u值時之單次繞射訊號
Figure 02_image035
，及可連續讀取當狀態控制器130控制參考光R之狀態控制量為連續變化u值時之連續繞射訊號I 1(u)。
在一些實施例中，請參閱第3A圖至第3B圖，相比第一參考光R1與光儲存媒介120之間及第二參考光R2與光儲存媒介120之間物理關係不相同，然而上述步驟(a)至步驟(e)之間，讀取狀態與記錄狀態間的變化量小於光學系統的角度容忍度或位移容忍度，於步驟(e)中，同時讀取第一干涉光柵及第二干涉光柵一直到第M干涉光柵，其中各光柵由讀寫相位偏差量Ø(u-u j )增加所導致的繞射效率下降程度小於90%(即繞射效率最低降至10%)。
在一些實施例中，為使讀取時，狀態控制器130引入更大範圍的狀態控制量u，且各光柵由讀寫相位偏差量Ø(u-u j )增加所導致的繞射效率下降程度小於90%，則因狀態控制器130所造成的讀寫相位偏差量Ø(u-u j )，其波向量與第一干涉光柵及第二干涉光柵一直到第M干涉光柵的波向量之間的關係為布拉格簡併關係。
在一些實施例中，請參閱第4圖，全像儲存系統100同時讀取M個干涉光柵，且M的數值大於3，小於10萬。
在一些實施例中，請參閱第4圖，為使影像接收裝置160接收到影像中的特定畫素輸出使用者所設定的干涉訊號，因此，當空間光調製器170與光儲存媒介120之間的物理關係為物象關係時，存在一種訊號轉換式子如下：SLM xy (j)=H xy B xy T (p)...式3
當空間光調製器130與光儲存媒介120之間的物理關係為傅式轉換關係時，存在一種訊號轉換式子如下：
Figure 02_image049
(p)…式4
以r來統一表達特定空間參數時，式3和式4皆可以被表達為
Figure 02_image051
(p)…式5
如式5所示，
Figure 02_image053
為特定位置調製電場，
Figure 02_image055
為訊號轉換矩陣，
Figure 02_image057
(p)為使用者所設定的特定位置干涉電場。
Figure 02_image059
為空間參數。j為記錄光柵的計數。
在一些實施例中，調製電場
Figure 02_image053
可為純強度調製並表示為
Figure 02_image061
。在一些實施例中，調製電場
Figure 02_image053
可為純相位調製並表示為
Figure 02_image063
。在一些實施例中，調製電場
Figure 02_image053
可為強度及相位皆調製並表示為
Figure 02_image065
。
在一些實施例中，使用優化法或人工智能演算法獲取逼近
Figure 02_image057
(p)之訊號轉換矩陣
Figure 02_image055
。
在一些實施例中，使用經驗最佳值決定最逼近
Figure 02_image057
(p)之訊號轉換矩陣
Figure 02_image055
。
在一些實施例中，訊號轉換矩陣
Figure 02_image055
的大小為M×N，M為調製電場
Figure 02_image053
的元素總數，N為使用者所設定的
Figure 02_image057
(p)的元素總數。
在一些實施例中，為使用者所設定的
Figure 02_image057
(p)的元素為二值化訊號，即其中包含代表1的高位訊號與代表0的低位訊號，為使訊雜比大於1，
Figure 02_image057
(p)的N個元素當中所包含的高位訊號總數小於調製電場
Figure 02_image053
的元素總數M。
在一些實施例中，若輸入電場調製方式
Figure 02_image053
使用空間光調製器(spatial light modulator, SLM)進行調製，需藉由式3中的訊號轉換矩陣
Figure 02_image055
分別算出各個畫素位置(
Figure 02_image067
)的調製電場
Figure 02_image053
，組成一個三維矩陣
Figure 02_image069
，接著，分別取出第j個記錄狀態下的輸入電場空間調製函數
Figure 02_image071
，隨後，使空間調製裝置隨著不同的j值輸出對應
Figure 02_image071
，並藉由第3A圖之全像儲存系統100寫入光儲存媒介120中。
在一些實施例中，各光柵的繞射光因為讀寫相位偏差量
Figure 02_image009
增加而產生空間參數偏移量，則各個畫素位置(
Figure 02_image067
)的調製電場
Figure 02_image053
須隨著j增加而偏移，以補償各光柵之間彼此不同之空間參數偏移量。
依據前述實施例，本案提供一種全像系統讀寫方法及全像儲存系統，藉以改善在光儲存媒介的同一位置記錄越多頁面而導致繞射效率隨之下降的問題。
雖然本案以詳細之實施例揭露如上，然而本案並不排除其他可行之實施態樣。因此，本案之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準，而非受於前述實施例之限制。
對本領域技術人員而言，在不脫離本案之精神和範圍內，當可對本案作各種之更動與潤飾。基於前述實施例，所有對本案所作的更動與潤飾，亦涵蓋於本案之保護範圍內。
100:全像儲存系統
110:面鏡
120:光儲存媒介
x1,y1,z1:三維座標系
x2,y2,z2:三維座標系
R:參考光
S:訊號光
F:光電場訊號
P:讀取光
130:狀態控制器
140:第一透鏡
150:第二透鏡
160:影像接收裝置
170:空間光調製器
R1:第一參考光
S1:第一訊號光
R2:第二參考光
S2:第二訊號光
P1:讀取光
r1~r3:光出射位置
I1:干涉訊號
ΔZ:光儲存媒介在Z2方向上的位移量 ΔY:光儲存媒介在Y2方向上的位移量 500:方法 (a)~(e):步驟 L1:儲存點 L2:儲存點
參照後續段落中的實施方式以及下列圖式，當可更佳地理解本案的內容： 第1A圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之架構及記錄狀態示意圖； 第1B圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之讀取狀態示意圖； 第2A圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之記錄狀態示意圖； 第2B圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之讀取狀態示意圖； 第3A圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之記錄狀態示意圖； 第3B圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之記錄狀態示意圖； 第4圖為根據本案一些實施例繪示的全像儲存系統之讀取狀態示意圖； 第5圖為根據本案一些實施例繪示的全像系統讀取方法之步驟流程圖；以及 第6圖為根據本案一些實施例繪示的光儲存媒介之儲存位置示意圖示意圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
100:全像儲存系統
110:面鏡
120:光儲存媒介
130:狀態控制器
140:第一透鏡
150:第二透鏡
160:影像接收裝置
170:空間光調製器
P1:讀取光
r3:光出射位置
I1:干涉訊號
ΔZ:光儲存媒介在Z2方向上的位移量
ΔY:光儲存媒介在Y2方向上的位移量

Claims (17)

  1. 一種全像系統讀寫方法，包含以下步驟：(a)提供一參考光及一訊號光；(b)將該參考光及該訊號光傳遞至一光儲存媒介以記錄一干涉光柵；(c)改變該參考光及該訊號光之一第一狀態控制量並重複步驟(a)至(b)，直到記錄M個該干涉光柵於該光儲存媒介上；(d)提供一讀取光至該光儲存媒介以將M個該干涉光柵同時讀取以產生一干涉結果，其中該干涉結果為M個該干涉光柵之繞射訊號互相干涉的結果；以及(e)改變該讀取光之一第二狀態控制量並重複步驟(d)以獲得N個該干涉結果，其中該第一狀態控制量及該第二狀態控制量皆包含一入射角度、一相位及一振幅的至少其中一者。
  2. 如請求項1所述之全像系統讀寫方法，其中同時讀取M個該干涉光柵，M的數值大於3且小於10萬。
  3. 如請求項2所述之全像系統讀寫方法，其中同時讀取M個該干涉光柵，M個該干涉光柵之繞射效率的下降程度小於90%。
  4. 如請求項3所述之全像系統讀寫方法，其中 該干涉結果之總數N大於該干涉光柵之總數M。
  5. 如請求項4所述之全像系統讀寫方法，其中N個該干涉結果之一高位訊號之總數小於該干涉光柵之總數M。
  6. 如請求項1所述之全像系統讀寫方法，其中使用一空間光調製器調製一特定空間參數下M個該干涉光柵中的第j個時，該空間光調製器之一調製量SLM r1,r2(j)可使用N個該干涉結果B r1,r2 T (p)與一訊號轉換矩陣H r1,r2計算，j是正整數，計算式表示如下：SLM r1,r2(j)=H r1,r2 B r1,r2 T (p)。
  7. 如請求項6所述之全像系統讀寫方法，其中M個該干涉光柵的繞射光為一讀寫相位偏差量Ø(u-u j )增加而產生一空間參數偏移量，則複數個畫素位置(ξ,η)的一調製電場SLM r1,r2(j)須隨著j增加而偏移，以補償M個該干涉光柵之間彼此不同之該空間參數偏移量。
  8. 如請求項7所述之全像系統讀寫方法，其中改變該讀取光之該第二狀態控制量並重複步驟(d)以獲得N個該干涉結果之步驟包含：改變該讀取光與該光儲存媒介間之一空間關係，以產生隨該第二狀態控制量之變化而產生變化的一輸出結果。
  9. 如請求項8所述之全像系統讀寫方法，提供該讀取光至該光儲存媒介以將M個該干涉光柵同時讀取以產生該干涉結果之步驟更包含：其中該參考光包含一第一參考光及一第二參考光；改變該讀取光入射該光儲存媒介間之該空間關係，以使該讀取光與該第一參考光之間產生一第一讀寫相位偏差量及使該讀取光與該第二參考光之間產生一第二讀寫相位偏差量，其中該第一讀寫相位偏差量與該第二讀寫相位偏差量對於該第二狀態控制量的兩次微分不為零。
  10. 如請求項9所述之全像系統讀寫方法，其中該讀寫相位偏差量之一波向量與M個該干涉光柵之一波向量之間的關係為布拉格簡併關係。
  11. 一種全像儲存系統，包含：一空間調製裝置，用以調製複數個光線；一光儲存媒介，用以儲存光干涉結果；一影像接收裝置，用以接收干涉訊號以重構影像；一狀態控制器，於一寫入狀態時，用於控制複數個光線與該光儲存媒介間之空間關係，於一讀取狀態時，用於產生一讀寫相位偏差量；一第一透鏡，設置於該空間調製裝置及該光儲存媒介之間並用以傳遞光線；以及 一第二透鏡，設置於該光儲存媒介及該影像接收裝置之間並用以傳遞光線；其中該狀態控制器控制一參考光與該光儲存媒介間之空間關係，該空間光調製器提供一訊號光，該第一透鏡將該參考光及該訊號光傳遞至該光儲存媒介以記錄一干涉光柵，該狀態控制器及該空間光調製器改變該參考光及該訊號光並重複在該光儲存媒介中共記錄M組光柵；在該讀取狀態中，該狀態控制器控制一讀取光與該光儲存媒介間之空間關係，並將M個該干涉光柵同時讀取以產生以產生一干涉結果，該狀態控制器改變該讀取光以獲得N個該干涉結果，該第二透鏡將該M個該干涉光柵的繞射訊號的彼此干涉結果傳遞至該影像接收裝置。
  12. 如請求項11所述之全像儲存系統，其中由該狀態控制器產生該參考光與該光儲存媒介間之空間關係，並記錄該干涉光柵。
  13. 如請求項11所述之全像儲存系統，其中更透過該第一透鏡將該讀取光傳遞至該光儲存媒介，並將M個該干涉光柵的繞射訊號同時讀取，該狀態控制器改變該讀取光與該光儲存媒介間之空間關係以產生相對應之干涉訊號，並藉由該影像接收裝置將經過該第二透鏡之干涉訊號接收以獲取影像。
  14. 如請求項11所述之全像儲存系統，其中該光儲存媒介與該影像接收裝置之間物理關係為傅式轉換關係。
  15. 如請求項11所述之全像儲存系統，其中該光儲存媒介與該影像接收裝置之間物理關係為物像關係。
  16. 如請求項11所述之全像儲存系統，其中該第一透鏡及該第二透鏡可為一個由複數組透鏡所組成之光學系統。
  17. 如請求項11所述之全像儲存系統，其中該狀態控制器可單次改變該讀取光與該光儲存媒介間之空間關係以產生單次干涉訊號，該狀態控制器亦可連續改變該讀取光與該光儲存媒介間之空間關係以產生之連續變化干涉訊號。
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