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制造方法及图纸

本发明专利技术公开了属于体全息数据存储技术领域的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。该装置包括六自由度调节架、像感器连接架、整体支架、偏振分光棱镜ＰＢＳ支架等。其调整方法为，在空间光调制器ＳＬＭ、傅立叶变换透镜前后组、像感器等元件已确定的情况下，采用所设计的装置将这些元件组装起来，保证ＳＬＭ位于傅立叶变换透镜前组的前焦面上，通过只调整像感器的六个自由度以实现像素一一匹配，得到尽可能小的像素匹配误差，使读出数据图像达到容易进行软件补偿的程度。实现像素一一匹配的装置结构简单，实施效果显著，解决了体全息存储系统中的像素匹配问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于体全息数据存储
特别涉及一种。
技术介绍
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SLM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SLM上载的数据图像一致，达到数据正确写入读出的目的，需使SLM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SLM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SLM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。 本专利技术应用的实施例中，体全息存储系统的原理图示于图3，激光透过PBS(偏振分光棱镜)2照射到SLM 1上，经SLM 1和PBS 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。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种，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；PBS支架6的基本结构是一个“几”字形，PBS 2放置于其槽内，而侧面的SLM 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各自由度的调节架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。 所述用于体全息存储系统实现像素一一匹配的调整方法为，激光透过PBS 2照射到SLM 1上，经SLM 1和PBS 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，其中SLM、PBS、傅立叶变换透镜前后组和像感器几个器件的位置误差都通过调整六自由度调节架的各个自由度来加以纠正，使像素匹配误差达到读出数据图像容易进行软件补偿的程度。 所述几个器件的位置误差调整是在保证SLM位于傅立叶变换透镜前组的前焦面上的前提下，把SLM、PBS、傅立叶变换透镜前后组这几个器件的位置误差所需要的调整综合到像感器上，通过调整像感器的6个自由度来加以纠正，像感器各自由度所需调整量与SLM、PBS、傅立叶变换透镜前后组的位置误差关系由式(1)～(6)给出 dx＝-dxSLM+dx3+dx4+MsinθzPBScosθzPBS-MsinθyPBS(1) dy＝dzSLM-dzPBS-dyPBS+dy3+dy4-Msin2θzPBS+Msin2θxPBS(2) dz＝-dySLM+dzPBS+dyPBS-dz3+dz4+ M(1-cosθzPBS)+M(1-cosθyPBS)+M(1-cos2θxPBS)+ (3) f(1-cosθy3)+f(1-cosθx3)+f(1-cosθy4)+f(1-cosθx4) θy＝θzSLM-arctan(sinθzPBS)+θyPBS-θy3-θy4 (5) θz＝θySLM-θzPBS-θyPBS(6) 其中M为SLM的对角线长度，f为傅立叶变换透镜的焦距，d表示平移，θ表示旋转，下标x、y、z分别表示沿着相应的方向或绕着相应的轴，下标3、4分别表示傅立叶变换透镜前组与傅立叶变换透镜后组。 所述用于体全息存储系统实现像素一一匹配的调整方法的具体步骤如下 1)调节像感器沿轴向的坐标位置z先使像感器离傅立叶变换透镜后组尽可能的远，然后逐渐地靠近，观察何时接收到的棋盘格边缘最清晰，一般往复进行两三次就可以确定像感器的轴向位置； 2)调节像感器的俯仰γ与偏摆β这两个自由度位于垂轴方向，像素匹配对此并不敏感，可以通过目测及借助游标卡尺测量进行调节； 3)调节像感器的轴向旋转α这是像感器最重要的一个维度调节，如果旋转方向没有匹配，则会出现明显的莫尔条纹，轴向旋转调好后莫尔条纹应当基本消失； 4)调节平移方向，包括上下y和左右x如果在平移方向不准，本应是白色的区域由于照射的能量有一部分分散在黑色的区域，会变成灰色，同样本来黑色的区域也会变成灰色，平移方向调整后应当尽可能消除灰色区域； 5)综合调节经过前面的4个步骤调节，基本上可以实现像素一一匹配，但由于第3步骤、第4步骤的调节之间会有微量的相互影响，所以需要重复第3步骤、第4步骤的调节。其中第3步骤的调节应当依据图像两侧像素的偏离量，而不仅依据莫尔条纹，重复第3步骤、第4步骤的调节，逐渐逼近最佳像素匹配。 本专利技术的有益效果是结构简单，实施效果显著，解决了体全息存储系统中的像素匹配问题，可以使像素匹配误差很小，达到读出数据图像容易进行软件补偿的程度。 附图说明 图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于体全息存储系统实现像素一一匹配的装置，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ＰＢＳ支架（６）的基本结构是一个“几”字形，ＰＢＳ（２）放置于其槽内，而侧面的空间光调制器ＳＬＭ（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）各自由度的调节架（９）；而像感器（５）则通过一个连接架（８）与调节架（９）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾华荣，曹良才，谭峭峰，何庆声，金国藩，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]