ES2219015T3 - Sistema y procedimiento para grabar informacion en un medio de grabacion holografico, preferiblemente en una tarjeta optica. - Google Patents

Sistema y procedimiento para grabar informacion en un medio de grabacion holografico, preferiblemente en una tarjeta optica.

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ES2219015T3
ES2219015T3 ES99921028T ES99921028T ES2219015T3 ES 2219015 T3 ES2219015 T3 ES 2219015T3 ES 99921028 T ES99921028 T ES 99921028T ES 99921028 T ES99921028 T ES 99921028T ES 2219015 T3 ES2219015 T3 ES 2219015T3
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P. S. Ramanujam
Soren Hvilsted
Pal Koppa
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Abstract

Procedimiento para la grabación y lectura de datos en un medio (2) de grabación, que usa un medio de grabación holográfica con una capa delgada (33) de grabación holográfica, teniendo la capa delgada (33) de grabación un espesor del orden de la longitud de onda de una luz de lectura y del orden de la longitud de onda de una luz de grabación, y teniendo una capa reflectora bajo la capa de grabación, y un aparato (1) de escritura/lectura holográficas para el medio de grabación, en el que la grabación de la información es en forma de páginas de datos almacenadas como hologramas (61) de Fourier grabados en la capa (33) de grabación usando holografía de polarización con diferentes longitudes de onda para la luz de grabación y la luz de lectura, caracterizado por usar holografía en modo de transmisión reflejada para la grabación y la lectura, y corregir la distorsión de una imagen reconstruida durante la lectura del canal de lectura, siendo producida la distorsión por la diferencia entre las longitudes de onda de la luz de lectura y la luz de grabación.

Description

Sistema y procedimiento para grabar información en un medio de grabación holográfico, preferiblemente en una tarjeta óptica.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un procedimiento y aparato para el registro y la lectura de datos en un medio de grabación, preferiblemente una tarjeta óptica, mediante holografía. La invención se refiere, también, a un aparato para uso con el método de la invención. El aparato utiliza un medio de grabación holográfica y un sistema óptico de escritura/lectura holográfica. El medio de grabación es, preferiblemente, una tarjeta óptica. Dicha tarjeta óptica tiene una capa delgada para la grabación holográfica, en la que el registro de la información se hace en forma de páginas de datos almacenadas como hologramas delgados de Fourier. La invención se refiere, también, a un método para la codificación de la información registrada en un medio óptico de grabación holográfica. En el método, la información se registra en forma de varios hologramas discretos grabados en diferentes posiciones físicas y/o lógicas de grabación del medio óptico de grabación. Cada holograma contiene grupos de datos y la secuencia del conjunto de los grupos de datos constituye la información grabada.
Antecedentes de la técnica
Las tarjetas de memoria óptica conocidas proporcionan, aproximadamente, 4-6 MB de datos en una tarjeta óptica del tamaño de una tarjeta de crédito, y las unidades de lectura/escritura ofrecen una velocidad de transmisión de datos entre 30 y 10 KB/s. Las velocidades de escritura son normalmente más inferiores a las velocidades de lectura.
La grabación holográfica es conocida por su inherente elevada densidad de datos y, por tal motivo, se ha propuesto para uso con una tarjeta de almacenamiento de datos. Se han propuesto distintas soluciones para incorporar hologramas en tarjetas de almacenamiento de datos, pero los hologramas se usan, principalmente, con fines de autenticación, y no para almacenamiento de datos. El uso de hologramas para almacenar datos en una tarjeta de datos del tamaño de una tarjeta de crédito lleva consigo distintos problemas.
En primer lugar, la mayor parte de las técnicas holográficas requieren que el medio fotosensible que almacene el holograma se ilumine por ambos lados, tanto durante la grabación como durante la lectura. En consecuencia, el medio de grabación, preferiblemente una tarjeta óptica, que contenga los hologramas debe tener una superficie con calidad óptica en ambos lados, y tener un espesor constante. Estos requisitos son difíciles de satisfacer con una tarjeta de plástico convencional. En segundo lugar, para una aplicación de almacenamiento de datos es deseable usar un medio de grabación que pueda borrarse y regrabarse. Existen muy pocos materiales ópticos susceptibles de ser borrados que sean adecuados para grabaciones holográficas, al ser el valor de la relación entre la señal y el ruido, RSR, relativamente baja y precisarse una elevada energía de exposición. En tercer lugar, con cada lectura, los hologramas grabados se borrarán ligeramente. Para asegurar la estabilidad de los hologramas grabados, se requieren longitudes de onda de lectura y escritura diferentes, pero, en este caso, la imagen reconstruida del holograma se distorsiona tanto, que no resulta posible el almacenamiento de alta densidad.
Un método conocido de holografía por reflexión se describe en la publicación DE 195 34 501 A1, y en la publicación "Almacenamiento de alta densidad en disco mediante microhologramas multiplexados", Volumen 3109 de SPIE, páginas 239-244. En estas soluciones se propone un método para crear hologramas por reflexión. Se propone aplicar un espejo bajo la capa de grabación durante la fase de registro, de manera que el haz del objeto reflejado por el espejo actúe como haz de referencia. De ese modo no se necesita una trayectoria óptica separada para el haz de referencia. Se propone multiplicar la capacidad de almacenamiento mediante diferentes formas de multiplexado. Los hologramas se reconstruyen como hologramas por reflexión en volumen. Una desventaja de la solución propuesta es que el espejo tiene que retirarse durante la lectura, lo que hace que este sistema sea inadecuado en la práctica para sistemas de grabación óptica. Además, no se propone usar este método con una tarjeta óptica.
Otra forma de holografía por reflexión se describe en la patente norteamericana nº 5.633.100, que enseña un proceso para formar un holograma por reflexión en volumen. Esta solución conocida requiere, también, el uso de un haz de referencia que incida en la superficie opuesta del medio fotosensible, de modo que la solución no es práctica para una tarjeta óptica. La patente norteamericana nº 4.888.260 describe otro método para la preparación de un holograma por reflexión en volumen-fase. En este caso, el holograma por reflexión en volumen-fase se forma mediante un segundo holograma no axial en el mismo medio de grabación. Este método no es adecuado para formar hologramas que puedan borrarse y regrabarse, y el sistema óptico es muy complicado. La patente norteamericana nº 5.710.645 describe un método y un sistema para grabar un holograma de incidencia rasante, que es soportado en un sustrato con una geometría de borde delgado susceptible de ser iluminado, tal como una tarjeta óptica. Teóricamente, este sistema podría ser usado, también, para almacenamiento de datos, pero de nuevo la iluminación del borde requiere propiedades mecánicas y ópticas muy especiales de la tarjeta que incluya el holograma.
El documento "Poliésteres cristalinos líquidos de cadena lateral para almacenamiento óptico de información", publicado en OPTICS LETTERS, volumen 17, nº 17, septiembre de 1992, páginas 1234-1236, New York, EE.UU., menciona la posibilidad de grabación holográfica por polarización en combinación con longitudes de onda de láser diferentes para escritura y lectura. Sin embargo, este documento no trata el problema de la distorsión provocada por la diferencia de las longitudes de onda. El preámbulo de la reivindicación 1 se basa en este documento.
El documento WO-A-97/02563 describe un sistema óptico para grabación holográfica. Este sistema conocido incluye, también, láseres con longitudes de onda diferentes para lectura y escritura. El medio de almacenamiento de datos propuesto es una tarjeta con una capa de almacenamiento holográfico gruesa (50\mum). Se sugieren diferentes formas de holografía, pero no se menciona la holografía por polarización. Las ópticas de escritura y lectura contienen estructuras de guía de onda en combinación con células detectoras para leer los datos, en lugar de sistemas ópticos tradicionales. La cabeza óptica detecta directamente la modulación de la intensidad provocada por los hologramas grabados, y no hay sistema de formación de imágenes entre el medio de almacenamiento y la cabeza óptica. Por lo tanto, tampoco se trata el problema de la distorsión de la longitud de onda. Por otro lado, la cabeza compleja de guía de onda descrita comprende costosos elementos acústico-ópticos y otros dispositivos electro-ópticos que requieren sistemas de control y alimentación muy sofisticados. Esta cabeza óptica no puede fabricarse de modo rentable con la tecnología actual.
Por lo tanto, el objeto de la invención es proporcionar un método y un sistema para el almacenamiento de datos basándose en la holografía por reflexión, pudiendo los hologramas grabarse y borrarse varias veces, preferiblemente, en un número ilimitado de ciclos, y pudiendo accederse a los hologramas por un lado solamente, tanto en la escritura como en la lectura. Además, los hologramas tienen que almacenarse en un medio de registro óptico, preferiblemente una tarjeta o un disco ópticos, que sea fácil de fabricar, y que soporte el uso diario normal, es decir, que pueda someterse al mismo tratamiento, o similar, que una tarjeta de crédito o un disquete tradicionales. Un objeto adicional de la invención es proporcionar un método y un sistema para el almacenamiento de datos, conteniendo el aparato de lectura-escritura un sistema óptico relativamente pequeño, simple y económico. Otro objeto es proporcionar un método de registro óptico que asegure una densidad de datos elevada y una alta velocidad de trasmisión de datos y, al mismo tiempo, permita la codificación o el cifrado eficaces de los datos y, de ese modo, proporcione una seguridad mejorada.
Sumario de la invención
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un método para el registro y la lectura de datos en un medio de grabación, según la reivindicación 1.
El medio de grabación es, preferiblemente, una tarjeta óptica con una capa delgada para la grabación holográfica. El medio de grabación holográfica puede ser, también, en forma de disco o cinta ópticos. El término "delgada" significa que el espesor de la capa es del orden de la longitud de onda de la luz, y los hologramas grabados no pueden considerarse hologramas en volumen tradicionales, ya que la grabación de la información es en forma de páginas de datos almacenadas como hologramas delgados de Fourier.
El uso de holografía por transmisión reflejada es un elemento clave en el método de grabación de la invención. Dicha holografía ha sido propuesta para superar los problemas que lleva consigo la iluminación del holograma, o el acceso al mismo, desde dos lados, tanto en la grabación como en la lectura. Por lo tanto, se propone usar una forma de holografía por reflexión, que se denominará en lo que sigue holografía por transmisión reflejada. De acuerdo con la invención, en este método de registro holográfico la capa de grabación es relativamente delgada, y hay una capa reflectora debajo de ella. La lectura del holograma se realiza en el modo de transmisión, pero la onda del objeto transmitida se refleja en la capa reflectora, se propaga a través del medio de grabación y se detecta en el mismo lado a partir del cual llega la onda de referencia.
De acuerdo con la invención, se propone usar con el método un medio de grabación holográfica, tal como una tarjeta de memoria con un sustrato portador, una capa de grabación holográfica sensible a la luz, y una capa reflectora entre el sustrato portador y la capa de grabación. En el medio de grabación de la invención la capa de grabación es un material polímero que responda a la polarización, y el espesor de la capa de grabación es 0,5-2 veces la longitud de onda de la luz de lectura y/o grabación.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, se proporciona un aparato para la escritura y la lectura de un medio de grabación holográfica según la reivindicación 13.
De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención, se proporciona un sistema holográfico de almacenamiento de datos según la reivindicación 21.
De acuerdo con la invención, se proporciona, también, un método en el que la distorsión de la longitud de onda se corrige con medios ópticos y/o lógicos. En la realización más preferida la corrección se realiza mediante un sistema de lentes diseñado apropiadamente, y los hologramas se graban como hologramas axiales, usando las ventajas de la grabación por polarización.
Se propone que la grabación y la lectura se hagan mediante multiplexado por polarización y/o multiplexado por código de fase y/o rotacional. Está previsto, especialmente, el denominado multiplexado por código determinístico de fase, que puede aumentar la capacidad en un orden de magnitud y, también, contribuye al cifrado de los datos, como se mostrará a continuación.
En una realización especial del medio de grabación holográfica de la invención la capa de reflexión es un espejo selectivo de longitud de onda que refleja en la longitud de onda de lectura y transmite o absorbe en la longitud de onda de escritura. Esta disposición mejora en gran medida la sensibilidad de la grabación.
En otra realización, el medio holográfico es de escritura única, o bien susceptible de ser borrado-regrabado, preferiblemente un poliéster de cadena lateral (PCL), de modo más preferido azobenceno PCL. El azobenceno PCL es un nuevo material holográfico, que permite la grabación de datos de alta densidad usando holografía por polarización.
Ventajosamente, la longitud de onda de la fuente de luz de escritura del aparato de la invención oscila entre 400 y 550 nm, y la de la fuente de luz de lectura, entre 600 y 700 nm. Tales fuentes de luz son de fácil disponibilidad en forma de diodos láser, permitiendo la construcción de sistemas de lectura/escritura óptica pequeños y robustos. Se consideran otras fuentes de luz, tales como láseres de semiconductores, porque proporcionan niveles de energía más elevados.
En la realización más preferida, los medios de corrección de la distorsión de la longitud de onda de la óptica de lectura comprenden una lente objetivo asférica de plástico.
Se considera que el haz del objeto y el haz de referencia de la óptica de lectura y/o la óptica de escritura tienen un eje óptico común, y está previsto un separador de haz por polarización selectiva en combinación con una placa de onda de polarización y/o un tope de haz para separar el haz de referencia reflejado del haz del objeto reflejado. Ello es factible, porque la técnica de holografía por polarización propuesta permite separar el haz de referencia del haz del objeto y que el valor RSR de la lectura sea elevado.
Ventajosamente, en la trayectoria óptica del haz de referencia están previstos medios codificadores de polarización, en especial moduladores espaciales de luz de cristal líquido (MEL-CL). Estos dispositivos permiten el uso del multiplexado por código de fase.
Se ha encontrado que es práctico y factible que la óptica de lectura y la óptica de escritura tengan una lente objetivo común para transformar en imagen los haces de referencia y del objeto en una capa de grabación y para transformar en imagen los haces del objeto reflejados en el detector de lectura. De ese modo, el sistema óptico puede ser compacto y ligero, y el sistema de posicionamiento es más sencillo. Además, resulta posible la lectura directa después de la grabación, prácticamente sin ningún retraso.
En una realización especialmente preferida del aparato, la lente objetivo común es una lente asférica para la corrección de la distorsión de la longitud de onda, sintonizándose una región central de la lente asférica con la longitud de onda de la fuente de luz de escritura, a fin de enfocar el haz del objeto de escritura en la capa de grabación y sintonizándose, al mismo tiempo, con la longitud de onda de la fuente de luz de lectura, a fin de transformar en imagen, en el detector, el haz del objeto de lectura, y sintonizándose, además, la región anular de la lente con la longitud de onda de la fuente de luz de lectura para transformar en imagen, en el detector, el haz reflejado.
En una realización preferida, adicional, del sistema óptico de la invención, la óptica de grabación y lectura holográficas comprende medios para leer y/o escribir hologramas multiplexados. Por ejemplo, al usar un multiplexado por codificación determinística de fase, la densidad de la información de un holograma puede aumentarse, en teoría, en diferentes medidas. En un sistema viable en la práctica, resulta posible un multiplexado con un factor de 5 a treinta.
El uso de las propiedades ventajosas del método de grabación holográfica y el medio de grabación de la invención se propone, también, para llevar a la práctica un nuevo método para la codificación de la información grabada en el medio óptico de grabación holográfica. El método comprende la grabación de la información en forma de una pluralidad de hologramas y/o sub-hologramas discretos, registrados en diferentes posiciones de grabación físicas y/o lógicas del medio óptico de grabación, preferiblemente una tarjeta óptica. Estos hologramas o sub-hologramas contienen grupos de datos, en los que la secuencia del conjunto de los grupos de datos constituye la información grabada. De acuerdo con el método del invento, los grupos de datos se graban con una secuencia aleatoria de posiciones de grabación. Si no se es capaz de conocer fácilmente la secuencia de la grabación, el acceso a los datos queda bloqueado de manera efectiva. El método requiere un suplemento relativamente pequeño de capacidad de memoria pero, al mismo tiempo, es muy efectivo.
Se contempla, también, que la información se grabe en hologramas multiplexados, y las posiciones lógicas de grabación se identifiquen mediante la dirección de multiplexado. En la realización más preferida, la información se graba mediante holografía por polarización usando multiplexado por código de fase, conteniendo un volumen físico de holograma distintos sub-hologramas multiplexados por código de fase. Las posiciones lógicas de grabación se identifican mediante la dirección del código de fase.
En una ejecución mejorada adicional, se registra la posición del primer grupo de datos, y la posición de los siguientes grupos de datos se almacena en los grupos de datos anteriores. Está especialmente previsto que las grabaciones físicas sean consecutivas, con una secuencia ordenada, pero que las direcciones de código de fase cambien aleatoriamente. De ese modo, la velocidad de lectura de datos puede mantenerse en un nivel elevado, pero la codificación se asegura todavía. En una realización opcional preferida del método, la secuencia aleatoria de los grupos de datos es almacenada y cifrada y/o hecha inaccesible para usuarios no autorizados. Esta última solución puede facilitar una lectura más rápida de los datos.
Breve descripción de los dibujos
La invención se describirá ahora con más detalle en la continuación de este documento con referencia a los dibujos adjuntos, que, a modo de ejemplo solamente, ilustran realizaciones preferidas de los métodos, el aparato y el sistema según la invención, junto con el medio óptico de grabación.
En los dibujos
la figura 1 muestra un diagrama, esquemático, de los bloques funcionales del sistema óptico de almacenamiento,
la figura 2 muestra un diagrama, esquemático, de la óptica de lectura/escritura holográfica del sistema y aparato según una realización preferida de la invención,
la figura 3 muestra un diagrama, esquemático, de la óptica de lectura/escritura holográfica del sistema y aparato según otra realización preferida de la invención,
las figuras 4a-b muestran una sección transversal, esquemática, del medio óptico de grabación, en este caso una tarjeta óptica, utilizado en el sistema óptico de la invención, e ilustra el principio del método de grabación holográfica de acuerdo con la invención,
la figura 5 muestra la configuración de los datos en la tarjeta óptica de la invención, e ilustra el método usado para codificar la información,
las figuras 6a-b muestran las vistas laterales y desde arriba de los medios para la corrección de la distorsión de la longitud de onda de la óptica de lectura/escritura de la figura 3,
la figura 7 muestra un diagrama, esquemático, del sistema mecánico de posicionamiento del aparato según la invención,
la figura 8 es un diagrama, esquemático, de las óptica de lectura/escritura holográfica del sistema y aparato según una realización modificada de la invención.
Mejor manera de realizar la invención
La figura 1 muestra el diagrama de bloques del sistema óptico 1 de almacenamiento de la invención. El sistema óptico 1 de almacenamiento holográfico comprende el medio óptico de grabación. El medio es, preferiblemente, una tarjeta óptica 2, que normalmente está fijada en la unidad 4 de posicionamiento de tarjeta. Debe insistirse que, en lugar de la tarjeta óptica, pueden ser adecuados para llevar a cabo la invención, también, un disco o una cinta ópticos. En la tarjeta óptica 2 se lee, y se escribe (se graba), merced a la óptica 3 de lectura/escritura. Las funciones del sistema óptico 1 de almacenamiento se controlan mediante el controlador principal 5, que, en la práctica, es un microprocesador. El controlador principal 5 controla el procesador 6 de datos y el circuito 8 de sincronización y, además, el controlador 9 de posicionamiento. El controlador principal 5 está conectado, también, con la interfaz 7. La introducción y emisión de datos se consigue mediante la interfaz 7, y los datos son tratados por el procesador 6 de datos. El circuito 8 sincroniza las funciones de lectura/escritura de la óptica 3 de lectura/escritura mediante las funciones de posicionamiento del controlador 9 de posicionamiento.
La figura 2 ilustra el sistema óptico de la óptica 3 de lectura/escritura holográfica de la figura 1. En la realización de la figura 2, la óptica 3 de lectura/escritura holográfica tiene una parte 51 de óptica de escritura y una parte 52 de óptica de lectura. Estas dos partes pueden estar separadas completamente, con sistemas de desplazamiento separados, pero en una realización práctica las dos partes se desplazan juntas mediante un sistema de posicionamiento común. En otra realización preferida, la parte 51 de óptica de escritura y una parte 52 de óptica de lectura son fijas, y la tarjeta óptica 2 se posiciona con respecto a la óptica mediante el mecanismo 4 de posicionamiento de la figura 1 (véase, también, la figura 7).
La parte 51 de óptica de escritura comprende el láser 20 de escritura, que opera en la región azul-verde visible, en torno a 532 nm. El láser 20 de escritura es, preferiblemente, un láser de semiconductor, pero son adecuados, también, otros tipos de láseres. Sin embargo, el láser usado para la grabación debe tener una longitud de coherencia suficiente, es decir, mayor que la diferencia entre la trayectoria del haz del objeto y la del haz de referencia. El haz del láser 20 de escritura es dirigido a través de la placa 24 de semionda, la óptica 22 de configuración de haz y el separador 23 de haz. La óptica 22 de configuración de haz transforma, de manera conocida, la distribución gaussiana de la intensidad del láser 20 en una distribución chi cuadrado. El objeto de esta transformación es proporcionar una iluminación uniforme en todo el espacio del objeto, es decir, en el MEL (modulador espacial de luz) 25 del objeto. El separador 23 de haz polarizante separa el haz para formar el haz 15 del objeto y el haz 16 de referencia. Después del separador 23 de haz, el haz 15 del objeto está polarizado transversalmente, y el haz 16 de referencia está polarizado paralelamente, con respecto al plano de la figura 2. El haz 16 de referencia es enviado hacia el MEL 26 de referencia. El haz 16 de referencia es reflejado por el MEL 26 de referencia y, de ese modo, la polarización cambiará a polarización transversal. El haz 16 de referencia es dirigido, además, a través del separador 23 de haz, de otra placa 35 de cuarto de onda y, a continuación, incide en la superficie de la tarjeta óptica 2 a través de la lente objetivo 27, que será descrita en lo que sigue. Después de pasar a través de la placa 35 de cuarto de onda, la polarización lineal del haz 16 de referencia cambiará a polarización circular.
Después de salir del separador 23 de haz, el haz 15 del objeto incide en el MEL 25 del objeto, con polarización transversal. Desde el MEL 25 del objeto, el haz 15 del objeto es desviado, de vuelta, hacia la tarjeta óptica 2, a través del separador 23 de haz y la placa 35 de cuarto de onda. Debido a la reflexión en el MEL 25 del objeto, el haz 15 del objeto estará polarizado en paralelo cuando entre en el separador 23 y salga de él por segunda vez. De nuevo, la polarización lineal ortogonal del haz del objeto se transforma en polarización circular ortogonal después de la placa 35 de cuarto de onda, pero la dirección de rotación del haz 15 del objeto es inversa a la dirección de rotación del haz 16 de referencia. Finalmente, el haz 15 del objeto incide en la superficie de la tarjeta óptica 2 a través del mismo sistema 27 de lente objetivo, en otros términos, el haz 16 de referencia y el haz 15 del objeto tienen un eje óptico común al acercarse a la tarjeta y al alejarse de ella. Esta configuración del sistema óptico se denomina configuración axial. El haz 15 del objeto y el haz 16 de referencia son modulados mediante sus respectivos moduladores 25 y 26 espaciales de luz, como se describirá en lo que sigue. Los MEL 26 y 25 son, preferiblemente, dispositivos LCD con 1024x1024 o 512x512 segmentos de píxel, en los que la luz que refleje las propiedades de los segmentos individuales puede controlarse individualmente mediante un circuito adecuado, en la invención, el circuito 6 de tratamiento de datos. El MEL 25 del objeto se codifica con los datos, mientras que el MEL 26 de referencia se codifica con la dirección de fase. Con esta realización, el MEL 25 del objeto es un dispositivo que modula la amplitud (intensidad) de la luz transmitida, pero se consideran, también, otros tipos de dispositivos MEL para uso con el aparato de la invención. Pueden aplicarse también, por ejemplo, moduladores matriciales de polarización en los que pueda controlarse el ángulo de polarización. Como se describirá en lo que sigue, el MEL 26 de referencia es un MEL polarizante, que es capaz de incorporar un retraso \pi de fase al haz 16 de referencia. El haz 15 del objeto y el haz 16 de referencia son transformados en imágenes en la tarjeta óptica 2 mediante un sistema de lente objetivo adecuado, preferiblemente mediante lentes de transformada de Fourier, simbolizadas en este documento por el sistema 27 de lente. Debe entenderse que otros componentes ópticos, como lentes, diafragmas, espejos, etc., no descritos en este caso, pueden usarse, también, a fin de obtener una configuración de haz adecuada en los MEL 26 y 25 y en la superficie de la tarjeta óptica 2. En particular, está previsto, también, un servo mecanismo óptico de enfoque y seguimiento conocido, a fin de enfocar el haz 15 del objeto y el haz 16 de referencia en posiciones definidas de la superficie de la tarjeta óptica 2.
Con la realización de la óptica 3 de lectura/es-
critura mostrada en la figura 2, la detección de los hologramas de la tarjeta óptica 2 se hace con la parte 52 de óptica de lectura. La parte 52 de óptica de lectura está configurada de manera similar a la óptica 51 de escritura, pero el láser 21 de lectura es un láser rojo. El láser rojo de esta realización funciona en la región visible del rojo, entre 600-700 nm y, preferiblemente, es otro láser o diodo fotoemisor de semiconductor, o un láser de helio-neón. En consecuencia, la placa 35' de onda se sintoniza con la longitud de onda del láser de lectura. En lugar del MEL 25 del objeto, hay un detector 29 de acoplamiento de carga (DAC). El holograma se transforma en imágenes en el detector DAC 29 con una óptica de formación de imágenes adecuada, preferiblemente lentes de transformada de Fourier, ilustrada, en este caso, mediante la lente objetivo 28.
El detector DAC 29 lee los datos almacenados en el holograma, que contiene la imagen del mapa de bits del MEL 25 del objeto.
La información grabada se encuentra en forma de páginas de datos almacenadas como hologramas delgados de Fourier. Ello significa que los hologramas no pueden tratarse como hologramas tradicionales en volumen. Sin embargo, los hologramas son hasta cierto punto gruesos, de modo que su espesor tampoco puede despreciarse. Estos hologramas según la invención representan un caso intermedio, situándose el modelo de difracción entre la denominada difracción de Bragg, válida para redes de difracción gruesas, y la difracción aplicable en redes de difracción infinitamente delgadas. En la práctica, el espesor de capa usado en la invención oscila entre 300 y 3000 nm, lo que significa que el modelo de difracción resultante es el de espesor finito de capa, con una selectividad de longitud de onda y de ángulo apreciable, pero sin llegar a la selectividad de los hologramas gruesos.
Según la invención, la grabación holográfica se hace mediante holografía por transmisión reflejada. El principio de este método de grabación holográfica se explica con referencia a las figuras 4a-b. Las figuras 4a-b muestran la sección transversal de la tarjeta óptica 2 y la capa relectora 32 bajo la capa 33 de grabación. La capa 33 de grabación es relativamente delgada, y la capa reflectora 32 es una capa selectiva de longitud de onda, que refleja luz en la longitud de onda de lectura, pero absorbe (o, alternativamente, transmite) luz en la longitud de onda de escritura. Durante la grabación (véase la figura 4a), se genera el holograma 61 en la capa 33 de grabación de la tarjeta 2, merced al patrón de interferencia de las polarizaciones de los haces 16 de referencia y 15 del objeto. En las figuras 4a-b los haces de referencia incidente y reflejado 18, 18' se muestran formando un ángulo entre sí, para una mejor ilustración del proceso de lectura, pero debe señalarse que, en realidad, los haces de referencia incidente y reflejado son sustancialmente paralelos, y tienen un eje óptico común, al menos en las realizaciones preferidas mostradas en la descripción. Por el contrario, los haces 15, 17 del objeto y los haces 18, 18' de referencia forman, ciertamente, un pequeño ángulo entre sí, aunque tienen, todavía, un eje común.
Durante la lectura (véase la figura 4b), el haz 18 de referencia incidente genera un haz del objeto, que reproduce el contenido de la información del haz 15 original del objeto de escritura. El haz del objeto reproducido normalmente sale del holograma 61 como haz 19 del objeto transmitido. Pero este haz 19 del objeto transmitido se refleja en la capa reflectora 32, se propaga por la capa 33 de grabación una vez más, y sale de la capa 33 de grabación como el haz 17 del objeto reflejado. Desde luego, el haz 18 de referencia se refleja, también, como haz 18' de referencia reflejado, pero este último puede separarse del haz 17 del objeto reflejado, usando las propiedades de polarización y la diferente difracción de los haces, como se mostrará a continuación.
Tal como se ha expuesto en lo que antecede, en el proceso de holografía por transmisión reflejada de acuerdo con la invención, la lectura del holograma se realiza en el modo de transmisión, pero la onda del objeto transmitida se refleja en la capa reflectora, se propaga a través del medio de grabación, y se detecta en el mismo lado a partir del cual llega la onda de referencia.
El proceso de grabación holográfica utilizado en la invención es la denominada holografía por polarización. La grabación holográfica por polarización se logra mediante dos ondas planas con polarizaciones ortogonales entre sí. En este tipo de grabación el campo de luz resultante no es modulado en intensidad, sino solamente en polarización. La anisotropía óptica inducida (dicroísmo o birrefringencia) es modulada espacialmente de acuerdo con la modulación de la polarización del campo de luz de grabación, es decir, se graba una red de difracción holográfica de polarización. Las distintas posibilidades para grabar redes de difracción holográficas de polarización son conocidas. Se ha demostrado, también, que la eficacia (\eta) de la difracción depende del tipo de patrón de interferencia de polarizaciones, que constituye la base del multiplexado por polarización. Ello se basa en el hecho de que con valores de anisotropía fotoinducida suficientemente grandes es factible grabar redes de difracción de polarización con eficacia elevada, hasta un 25% para la modulación de amplitud y hasta un 100% para la modulación de fase. Cuando la grabación se logra con dos ondas ortogonales polarizadas circularmente, la eficacia \eta depende en gran medida de la configuración elíptica de la onda de reconstrucción. Al modificar la configuración elíptica, el valor de \eta puede variar entre 0 y su valor máximo. Si las ondas del objeto y de referencia tienen polarizaciones paralelas, se produce un patrón ordinario de interferencia de intensidades, es decir, la intensidad del campo de luz resulta modulada sinusoidalmente. Cuando las dos ondas tengan polarizaciones ortogonales entre sí, la intensidad del campo de luz resultante es constante y solamente su polarización es modulada espacialmente de manera periódica de acuerdo con el cambio de la variación de fase entre ellas, que produce un patrón de interferencia de polarizaciones. Ambos efectos de interferencia pueden registrase con materiales adecuados. En las realizaciones del aparato mostradas en las figuras 2 y 3, se considera la utilización de ambos efectos. En la versión preferida, el MEL 25 del objeto proporciona modulación de intensidad, pero el haz 16 de referencia y el haz 15 del objeto, también, son polarizados ortogonalmente, para mejorar el valor RSR de lectura.
Durante la grabación holográfica en un material fotoanisótropo el patrón de interferencia de polarizaciones es grabado a modo de anisotropía óptica modulada espacialmente.
En la realización preferida del método de la invención, se usa un denominado poliéster de azobenceno de cadena lateral (PCL). En el proceso de grabación las moléculas del medio de grabación, por ejemplo un compuesto PCL, se alinean de acuerdo con la polarización del haz de luz incidente. El proceso de escritura utiliza luz azul o verde, y la lectura del holograma se realiza con luz roja. El proceso de grabación en, por ejemplo, material de azobenceno PCL, se describe con detalle en la publicación "Poliésteres cristalinos líquidos de cadena lateral para almacenamiento óptico de información", en: Polímeros para tecnologías avanzadas, volumen 7, páginas 768-776, que se incluye en este documento como referencia. Se conocen, también, materiales similares adecuados para grabación holográfica, y pueden usarse de manera ventajosa. Los principios de la holografía por polarización se describen en la publicación "Holografía por polarización. 1: Un nuevo material orgánico de alta eficacia con birrefringencia fotoinducida reversible", Appl. Opt., volumen 23, nº 23, 1 de diciembre de 1984, páginas 4309-4312, y la publicación "Holografía por polarización.2. Redes de difracción holográficas de polarización en materiales fotoanisótropos con o sin birrefringencia intrínseca", Appl. Opt., volumen 23, nº 24, 15 de diciembre de 1984, páginas 4588-4591. Una importante particularidad de la holografía por polarización es que si el haz 16 de referencia y el haz 15 del objeto reflejado se escogen de modo que estén polarizados ortogonalmente, entonces, pueden ser separados completamente mediante un elemento polarizante. Ello da lugar a un valor de la relación señal/ruido (RSR) excepcional. Como se muestra en la figura 2, los haces polarizados originalmente de modo elíptico del láser 20 de escritura y del láser 21 de lectura, son transformados en un haz 15 de objeto polarizado paralelamente y un haz 16 de referencia polarizado transversalmente (el plano de referencia es el plano de la figura 2) mediante la placa 35 de onda y el separador 23 de haz polarizante. Después de la lectura, el haz 17 del objeto reflejado es separado del haz 18' de referencia reflejado con ayuda de medios polarizantes y medios de filtrado espacial. En este caso, los medios polarizantes y los medios de filtrado espacial incluyen una placa 30 de semionda y un tope 36 de haz. El haz 17 del objeto reflejado está polarizado transversalmente después de pasar por la placa 30 de semionda. La parte central de la placa 30 de semionda está provista de una abertura 37 para el haz 18 de referencia. Antes del detector 29 hay un tope 36 de haz posicionado centralmente, con objeto de filtrar el haz 18' de referencia reflejado, que pasa por la abertura 37 y se refleja, en parte, en el separador 23' en dirección al detector 29. El tope 36 de haz, también, filtra el haz 18 de referencia que llega directamente desde el láser 21 de lectura. Sin embargo, debido a la diferencia de las longitudes de onda de escritura y lectura, el haz 17 del objeto reflejado se difractará en el holograma de la tarjeta holográfica 2 formando un pequeño ángulo con el haz 18' de referencia reflejado. Esta pequeña diferencia en la difracción permite el filtrado espacial del haz 17 del objeto reflejado a partir del haz 18' de referencia reflejado. Como se mostrará más adelante, la lente objetivo 28 mantendrá el haz 17 del objeto reflejado separado espacialmente del haz 18' de referencia reflejado, pero, al mismo tiempo, transformará en imagen el haz 17 del objeto reflejado en las partes periféricas del detector 29, proporcionando corrección de imagen del haz 17 del objeto.
Debe señalarse que la eficacia de la difracción aumenta, también, si la técnica de polarización se usa conjuntamente con el método de grabación por transmisión reflejada. Ello es debido al hecho de que el haz de referencia polarizado variará la fase en \pi en la capa de interfaz de una capa reflectora 32. Ello significa que con un haz polarizado circularmente, la dirección de rotación se invierte, pero, al mismo tiempo, la dirección de propagación del haz, también, se invierte. El resultado será que el haz se difractará en las mismas direcciones al desplazarse, de vuelta, a través de la capa de grabación.
Volviendo a la figura 2, en ella la lente objetivo 28 de lectura está diseñada de modo que corrija la distorsión de la lectura. Esta distorsión se produce por la diferencia entre las longitudes de onda del láser 20 y del láser 21. Debido a la configuración axial del sistema óptico, las distorsiones serán simétricas axialmente y, por lo tanto, pueden corregirse mediante una lente asférica diseñada adecuadamente, que actúe como lente objetivo 28. Esta distorsión es menos significativa para los rayos centrales y más para los rayos junto al borde del espacio de la imagen. Puesto que los rayos centrales de la óptica 52 de lectura están reservados para el haz 18 de referencia, las partes periféricas de la lente 28 objetivo tienen que sintonizarse, solamente, con el haz 17 del objeto.
Las figuras 4a-b son secciones transversales, esquemáticas, del medio óptico de grabación. En este caso, el medio de grabación es una tarjeta óptica 2 usada con el sistema óptico 1 de almacenamiento de la invención. La tarjeta óptica 2 tiene una placa de base 31 de plástico relativamente gruesa, entre 0,5 y 1 mm, hecha de un material de plástico adecuado, por ejemplo, policarbonato o PVC. La placa de base 31 se recubre con una capa reflectora 32 selectiva de longitud de onda, con un espesor aproximado de 100 nm, mediante evaporación en vacío, erosión superficial u otro proceso adecuado. El fin de la capa reflectora 32 es reflejar, durante la lectura, el haz de objeto que atraviese la capa 33 de grabación. En consecuencia, la capa reflectora 32 debe reflejar la longitud de onda de lectura, pero, de modo ventajoso, no debe reflejar en la longitud de onda de escritura. Es deseable suprimir la reflexión de los haces de escritura, a fin de no perturbar los resultados de la interferencia entre la reflexión del haz 16 de referencia y del haz 15 del objeto, durante la escritura. La capa 33 de grabación superpuesta en la capa 32 de reflexión se protege contra los fenómenos mecánicos y químicos mediante una capa 34 protectora.
La figura 5 es una vista, desde arriba, de la tarjeta óptica 2, vista por el lado de grabación, es decir, por el lado de la capa 34 protectora. Como no está previsto proporcionar una superficie de almacenamiento en ambos lados de la tarjeta óptica, en la práctica se usa solamente un lado para grabación de datos, mientras que el otro lado incluye información escrita que pueda leerse a simple vista, es decir, un texto informativo corto acerca del tipo de tarjeta óptica. La grabación de la tarjeta óptica 2 se hace en forma de hologramas 61 muy pequeños, teniendo, cada uno, forma cuadrada y un tamaño de, aproximadamente, 0,8x0,8 mm^{2}. En la figura 5, se muestran varios hologramas adicionales 61_{i}, 61_{j}, 61_{k}, teniendo, todos, la misma estructura que el holograma 61. Hay una separación de, aproximadamente, 200 micras entre los hologramas 61 y, entre ellos, hay previstos marcadores 62 y 63 de posicionamiento y, eventualmente, marcadores 64 de identificación. Un grupo de marcadores 62 se usa para el posicionamiento en dirección X, mientras que el otro grupo de marcadores 63 se usa para alinear la óptica de lectura/escritura en dirección Y. Los marcadores 64 de identificación pueden contener información acerca de la posición del holograma 62 en la tarjeta óptica 2, y pueden contener, también, información acerca del tipo del holograma 62.
La figura 3 muestra una versión modificada de la óptica de escritura/lectura de la invención presentada en la figura 2. Este sistema óptico combina la parte 51 de óptica de escritura con la parte 52 de óptica de lectura para formar una unidad común. La configuración básica contiene todos los elementos de la óptica 51 de escritura, y la trayectoria óptica del haz del objeto de escritura y del haz de referencia de escritura es, esencialmente, la misma. En consecuencia, la óptica de lectura/escritura combinada de la figura 3 comprende el láser 20 de escritura, que funciona en la región azul-verde visible, en torno a 532 nm. El láser de lectura funciona en la región visible del rojo, aproximadamente a 630 nm y, preferiblemente, es otro láser o diodo fotoemisor de semiconductor, o un láser de helio-neón. El haz del láser 20 de escritura es dirigido a través de la placa 24 de semionda, la óptica 22 de configuración de haz y el separador 23 de haz. La luz del láser 21 de lectura se inserta en el sistema óptico a través del separador 41 de haz neutro. Las ópticas 22 y 22' de configuración de haz transforman la distribución gaussiana de la intensidad de los láseres 20 y 21 en una distribución chi cuadrado. Durante la escritura, el separador 23 de haz separa el haz, a fin de formar el haz 15 del objeto y el haz 16 de referencia. El haz 16 de referencia es enviado a través del separador 41 de haz hacia el MEL 26 de referencia. El haz 16 de referencia es reflejado por el MEL 26 de referencia, de vuelta, a través del separador 41 de haz, el separador 23 de haz, una placa 45 de cuarto de onda e incide en la superficie de la tarjeta óptica 2, a través del sistema 47 de lente objetivo, que se describirá en lo que sigue. Es necesario compensar el retraso producido por la inserción del separador 41 de onda neutro en la trayectoria óptica del haz 16 de referencia. Por lo tanto, debe añadirse un elemento adicional en la óptica 3 de lectura/escritura combinada. Se trata del bloque 43 compensador, que proporciona el retardo necesario de la trayectoria óptica del haz 15 del objeto. Debe señalarse que la placa 45 de cuarto de onda de la realización de la figura 3 puede ser controlada electrónicamente, de tal modo que pueda ajustarse a la longitud de onda del haz de escritura o de lectura. Alternativamente, la placa 45 de cuarto de onda puede sintonizarse con la longitud de onda del láser de lectura o del láser de escritura, y el ruido producido por la diferencia de las longitudes de onda puede ignorarse o suprimirse con medios apropiados.
Después del separador 23 de haz, el haz 15 del objeto incide en el MEL 25 del objeto a través del bloque 43 compensador. Desde el MEL 25 del objeto el haz 15 del objeto es reflejado de vuelta hacia la tarjeta óptica 2, a través del bloque 43 compensador, el separador 23 de haz y la placa 45 de cuarto de onda. El haz 15 del objeto incide en la superficie de la tarjeta óptica 2 a través de la misma lente objetivo 47, de tal modo que el haz 16 de referencia y el haz 15 del objeto tengan un eje óptico común al acercarse a la tarjeta óptica 2 y al alejarse de ella. Por lo tanto, la óptica 3 combinada de lectura/escritura se construye, también, con una configuración axial. El haz 15 del objeto y el haz 16 de referencia son modulados por sus respectivos moduladores 26 y 25 espaciales de luz, de manera similar al caso con las partes de óptica de lectura y escritura 52 y 51 separadas. El haz 15 del objeto y el haz 16 de referencia se transforman en imágenes en la tarjeta óptica 2 mediante un sistema 47 de lente objetivo. Pueden usarse también otros componentes ópticos, como lentes, diafragmas, espejos, etc., a fin de conseguir una configuración adecuada de haz en los MEL 26 y 25 y en la superficie de la tarjeta óptica 2. El funcionamiento del sistema 47 de lente objetivo se describe con detalle en relación con las figuras 6a-b.
Volviendo a la figura 3, la lectura de los hologramas se hace con el láser 21 de lectura. El haz del láser 21 de lectura es acoplado con la óptica mediante el separador 41 de haz neutro, y reflejado hacia el MEL 26 de referencia. Desde el MEL 26 de referencia, el haz 18 de referencia es reflejado hacia la tarjeta óptica a través del separador 41 de haz neutro, el separador 23 de haz polarizante, la placa 45 de cuarto de onda y la misma lente objetivo 47 que se usa, también, para escritura.
El haz 18 de referencia incidente se difractará en el holograma de la tarjeta óptica 2, y se generará el haz 17 del objeto reflejado. La detección de los hologramas en la tarjeta óptica 2 se hace mediante el detector DAC 29. El haz 17 del objeto reflejado es reflejado hacia el detector DAC por el separador 41 de haz neutro. Durante la lectura, la placa 45 de onda controlable electrónicamente se sintoniza con la longitud de onda del haz 21 de lectura. Al igual que en el sistema óptico mostrado en la figura 2, el haz 17 del objeto reflejado es separado del haz de referencia reflejado, pero, en este caso, solamente mediante filtrado espacial. El filtrado espacial se logra mediante el tope 36 de haz posicionado antes de la zona central del detector 29.
Con referencia a las figuras 6a-b, se muestra el principio de los medios de corrección de la distorsión de la longitud de onda según una realización preferida. En las realizaciones de las figuras 2 y 3, los medios de corrección de la distorsión de la longitud de onda están incorporados en los sistemas 28 y 47 de lente objetivo. La función de los sistemas 28 y 47 de lente objetivo se explica con referencia a la figura 6a, con ayuda de un esquema simplificado de una disposición óptica similar a la de la figura 3. El sistema 47 de lente objetivo de la figura 3 consiste en una o más lentes asféricas de plástico o de vidrio. Al menos una lente asférica 48 comprende una región central 49 y una región anular 50 en su zona útil. La zona con la región central 49 y la región anular 50 se muestra en la figura 6b. Como se muestra en la figura 6a, durante la grabación, la sección transversal útil del haz 15 del objeto atraviesa la región anular 50, mientras que el haz 16 de referencia atraviesa, solamente, la región central 49. Durante la lectura, el haz 18 de referencia de lectura se mantendrá en los límites de la región central 49, pero el haz de transmisión reflejado, es decir, el haz 17 del objeto reflejado, se difractará con mayor ángulo, porque su longitud de onda es mayor. Por lo tanto, una pequeña fracción del haz 17 del objeto reflejado atravesará la región central 49 y la fracción mayor restante atravesará la región anular 50. En consecuencia, la región anular 50 se configura de modo que compense la distorsión de la longitud de onda del haz 17 del objeto reflejado, y que proporcione al detector DAC 29 una imagen libre de distorsión del holograma 61. La configuración de la región central 49 se lleva a cabo de modo que proporcione una transformación en imagen aceptable de los haces 16 y 18 de referencia, ambos en las longitudes de onda de lectura y escritura. Desde luego, ello constituirá un compromiso entre las configuraciones óptimas de lente para una formación de imágenes ideal, por lo que ambos haces seguirán distorsionados en pequeña medida. Pero esta distorsión es tolerable, porque en la región central 49 los ángulos de incidencia son más pequeños que en la región anular 50.
Debe señalarse que el MEL 26 de referencia, también, puede ser reemplazado por un espejo, tanto en la óptica combinada 3 de la figura 3 como en las partes separadas de lectura y escritura 52 y 51 de la figura 2. El fin de los MEL 26 de referencia es permitir la posibilidad del denominado multiplexado que usa codificación determinística de fase. Este método se describe en la publicación "Multiplexado de hologramas en volumen usando un método de codificación determinística de fase", Opt. Comm. 85 (1991), páginas 171-176. En este método de multiplexado un modulador espacial de luz de cristal líquido MEL-CL, en nuestro caso, el MEL 26 de referencia, se coloca en la trayectoria del haz de referencia. Cada píxel del MEL 26 de referencia puede conmutarse a dos posiciones: o añade \pi a la fase del haz entrante o bien deja la fase inalterada. De ese modo pueden producirse frentes de onda de referencia diferentes. El establecimiento de fases ajustables para un haz de referencia determinado representa la dirección del objeto correspondiente. Puede demostrarse que, durante el proceso de reconstrucción, un haz de referencia determinado reconstruirá, solamente, su haz de objeto correspondiente, pero la intensidad de la señal detectada será menor. El número de sub-hologramas que pueden registrarse de modo independiente en un holograma físico es igual al número de direcciones de fase diferentes. Ciertamente, debido a la disminución de la intensidad de la señal, el valor RSR de los sub-hologramas grabados disminuirá también, de modo que, en la práctica, existe un límite para el multiplexado. Debe hacerse notar que las condiciones para el multiplexado son mejores para hologramas más gruesos, pero con hologramas más gruesos la diferencia de las longitudes de onda de lectura y escritura producirá mayores distorsiones en los bordes del espacio del objeto.
Se ha comprobado que la técnica de multiplexado por código de fase funciona bien con hologramas delgados. La cantidad de hologramas multiplexados puede aumentar con el número de píxeles del MEL-CL. Con objeto de minimizar la diafonía, deben estudiarse los diferentes códigos de fase, y los que tengan la diafonía más baja pueden seleccionarse con fines prácticos. El factor principal de limitación del número máximo de sub-hologramas multiplexados es el tamaño de punto limitado por la difracción de un píxel del MEL-CL. El número de sub-hologramas que puede conseguirse en la práctica es de, aproximadamente, 5 a 30.
Además de la codificación de fase descrita en lo que antecede, puede usarse, también, la denominada técnica de multiplexado por polarización, si la disposición óptica no tiene configuración axial, sino que los haces de referencia y del objeto forman un ángulo entre sí. Es conocido que, para el caso de grabación con dos ondas ortogonales polarizadas circularmente, la eficacia de la difracción depende en gran medida de la polarización de la onda de reconstrucción, en particular de su configuración elíptica. Se puede controlar la configuración elíptica de la onda de lectura con una placa de cuarto de onda. El máximo valor de la eficacia \eta de la difracción de orden +1, se alcanza cuando la polarización de la onda de reconstrucción coincida con la de la onda de referencia durante la grabación, y cae a cero con polarización ortogonal. Al mismo tiempo, la variación de \eta en el orden -1 se describe mediante una relación similar, desplazada en 90º; cuando \eta se encuentre en su máximo del orden +1, en el orden -1 es igual a cero, y viceversa. Por lo tanto, el método de multiplexado por polarización es el siguiente:
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Realizar la primera exposición con un haz de referencia polarizado circularmente a izquierdas (holograma "A").
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Realizar la segunda exposición con un haz de referencia polarizado circularmente a derechas (holograma "B").
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Si se usa un haz de lectura polarizado circularmente a izquierdas, entonces, la eficacia de la difracción del holograma "A" será máxima, y la eficacia de la difracción del holograma "B" será mínima, y se reconstruirá el holograma "A", mientras que el solapamiento del holograma "B" será mínimo.
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Si se usa un haz de lectura polarizado circularmente a derechas, entonces, se reconstruirá el holograma "B", mientras que el solapamiento del holograma "A" será mínimo.
En consecuencia, la sensibilidad de la eficacia \eta a la polarización del haz de grabación hace posible doblar la capacidad de información de la grabación. Resulta claro que en el método óptico de grabación de la invención, el multiplexado por polarización puede combinarse con un multiplexado por codificación determinística de fase. La apropiada codificación de fase del MEL 26 se controla mediante el procesador 6 de datos.
En un sistema práctico que use el método de almacenamiento de información de la invención se contempla un multiplexado de fase con un factor de 5 a treinta y cinco. El multiplexado por polarización necesita elementos ópticos o mecánicos adicionales para hacer girar los planos de polarización de los haces del objeto y de referencia y los elementos polarizantes.
Un sistema de esta clase es también factible, aunque el número de elementos mecánicos y ópticos que lleva consigo harían el sistema más complicado que las realizaciones preferidas ilustradas. En teoría, el multiplexado de longitud de onda es también posible, pero la sensibilidad inherente a los materiales PCL con respecto a las longitudes de onda de escritura y lectura hace que esta solución no sea práctica.
Otra posibilidad es el uso del multiplexado rotacional, es decir, acoplar varias zonas del MEL de objeto, sucesivamente, con el sistema óptico, como si los MEL del objeto fueran hechos girar en torno al eje definido por el haz de referencia y el holograma en la tarjeta óptica. Son posibles, también, la rotación o el desplazamiento mecánicos verdaderos de los MEL del objeto.
La figura 7 es un diagrama, esquemático, de una construcción mecánica posible del sistema óptico 1 de la invención. El sistema óptico 1 tiene dos componentes mecánicos principales, la óptica 3 de lectura/escritura y el mecanismo 4 de posicionamiento de tarjeta. La óptica 3 de lectura/escritura comprende la óptica de lectura/escritura holográfica y el servomecanismo de precisión. El mecanismo de posicionamiento de tarjeta comprende el chasis 55, desplazable en dirección X, accionado por el motor-X 58, preferiblemente un motor por pasos. El chasis 55 desliza sobre carriles con respecto a la base 56. Dentro del chasis 55 hay dispuesto un chasis 59, desplazable en dirección Y, accionado mediante el motor-Y 57. Debe entenderse que otras soluciones son también adecuadas para obtener el posicionamiento de la tarjeta óptica 2 con respecto a la óptica 3 de lectura/escritura. Por ejemplo, pueden preverse mecanismos de traslación para desplazar la óptica 3 de lectura/escritura, mientras que la tarjeta óptica 2 permanece fija, realizando el mecanismo de posicionamiento de tarjeta, solamente, la fijación estable de la tarjeta óptica 2, que es insertada en el dispositivo lector de tarjeta por un usuario externo y expulsando el mecanismo de posicionamiento de tarjeta la tarjeta óptica después de la lectura y/o escritura.
Finalmente, la figura 8 ilustra otra realización del sistema óptico usado en el aparato según la invención. La realización óptica de la figura 8 es similar a la presentada en la figura 2, es decir, se trata, también, de una cabeza óptica con parte 51 de óptica de escritura y parte 52 de óptica de lectura, separadas. La diferencia principal en relación con la realización mostrada en la figura 2 se encuentra en la parte 52 de óptica de lectura. En este caso, el separador 23' de haz polarizante se sustituye por un separador 41 de haz neutro. Se prescinde de la placa 30 de semionda de la figura 2, y la separación del haz 18' de referencia polarizado se hace, solamente, mediante filtrado espacial, es decir, mediante el tope 36 de haz, utilizando la diferencia de la difracción entre el haz 17 del objeto reflejado y el haz 18 de referencia reflejado. Esta solución tiene la ventaja de que se necesitan menos elementos polarizantes pero, al mismo tiempo, hay menos intensidad de luz en el detector 29, lo que puede dar lugar a un valor RSR menor.
El sistema óptico de almacenamiento de información basado en los principios resumidos en la invención presenta parámetros muy favorables en relación con las tarjetas ópticas disponibles. Con una resolución de 256x256 píxeles para la imagen de mapa de bits y una resolución de 1024x1024 píxeles para la imagen real transformada en hologramas de, aproximadamente, 0,8 mm x 0,8 mm, con multiplexado de factor cuatro, la capacidad de datos de una tarjeta óptica del tamaño de una tarjeta de crédito puede alcanzar, perfectamente, 100 Mbytes. Suponiendo una lectura de cuatro hologramas por segundo, que no es imposible, puede lograrse una velocidad de transmisión de datos de 100kBytes/s.
Debe señalarse que la función de los medios de corrección de la distorsión de la longitud de onda puede ser realizada por otros elementos del sistema. En especial, está previsto, también, utilizar un detector DAC 29 de alta resolución, y realizar la corrección de la distorsión mediante una lógica adecuada, que analizaría la imagen en el detector DAC 29. Esta tarea podría ser hecha por el procesador 6 de datos, pero se considera, también el uso de una unidad de procesador dedicada especialmente.
De manera ventajosa, puede usarse el procesador 6 de datos, u otra unidad de codificación, para la codificación de la información grabada en la tarjeta óptica holográfica 2. Inherentemente, la grabación holográfica es más segura comparada con tarjetas ópticas magnéticas tradicionales o de otro tipo. De acuerdo con la invención, se propone usar las propiedades ventajosas de la grabación holográfica para la ejecución de un método de codificación, que se explicará con referencia a la figura 5.
Como se ha puesto de manifiesto en lo que antecede, en un modo preferido del método de grabación de la invención, la información adopta la forma de varios hologramas o sub-hologramas discretos registrados en diferentes posiciones de grabación físicas y/o lógicas de la tarjeta óptica. Estas posiciones distintas se simbolizan mediante los hologramas 61_{i}, 61_{j} y 61_{k}. Los hologramas contienen grupos de datos, constituyendo la secuencia del conjunto de los grupos de datos la información grabada. Por ejemplo, para reproducir el contenido de la información de un archivo específico el orden de lectura de los hologramas puede ser "61_{j}, 61_{k}, 61_{i}". Este orden o secuencia de la posición de los hologramas se determina aleatoriamente, es decir, los grupos de datos contenidos en los hologramas se graban con una secuencia aleatoria de posiciones de grabación. Debe señalarse que el término "aleatoria" puede significar, también, ordenación pseudo-aleatoria, o una ordenación según una secuencia secreta, predeterminada y no evidente.
Aunque en la figura 5 se muestra una secuencia aleatoria de las posiciones físicas de grabación, debe insistirse que las posiciones aleatorias pueden significar, también, posiciones lógicas aleatorias. Con objeto de mantener altas velocidades de lectura y escritura de datos, se considera, en especial, que las posiciones físicas estén en orden natural durante la grabación o la lectura, de modo que el reposicionamiento mecánico rápido de la tarjeta 2 o de la óptica 3 de lectura/escritura desde una posición de grabación a otra no cree problemas. En este último caso la aleatorización de las posiciones se hace solamente en las posiciones lógicas, y las posiciones físicas se ordenan. Si la información se graba en hologramas multiplexados, cada modo de multiplexado representa una dirección de multiplexado. En este caso, las posiciones de grabación lógicas pueden identificarse mediante la dirección de multiplexado. En una realización propuesta para la tarjeta óptica 2 y la óptica 3 de lectura/escritura, la información se graba mediante holografía de polarización usando multiplexado por código de fase. Por lo tanto un volumen físico de holograma puede contener varios, es posible que hasta treinta sub-hologramas multiplexados por código de fase, conteniendo cada sub-holograma un grupo de datos. En este caso, las posiciones de grabación lógicas de los grupos de datos dentro de un holograma 61 se identifican mediante la dirección n de código de fase, siendo n un número que oscila, típicamente entre 1 y 30. El identificador de la posición del enésimo grupo de datos del holograma 61_{i} puede denominarse 61_{i/n}.
Los datos se graban y leen de la manera siguiente: el primer grupo de datos se graba en la posición con el identificador 61_{j/n}. El identificador de esta posición es almacenado en el directorio de la tarjeta 2, y cifrado, de modo que solamente personas autorizadas puedan leerlo. Después, los siguientes grupos de datos son grabados en las posiciones 61_{(j+1)/p}, 61_{(j+2)/q}, 61_{(j+3)/r}, 61_{(j+4)/s}, etc. Las posiciones físicas 61_{j}, 61_{j+1}, 61_{j+2}, 61_{j+3}, 61_{j+4} representan hologramas consecutivos de la misma fila o columna de la tarjeta óptica 2. Las series n, p, q, r, s, etc., representan una secuencia aleatoria. Puede ser factible, también, que el holograma físico 61_{j} se mantenga invariable y solamente las posiciones lógicas 61_{j/n}, 61_{j/p}, 61_{j/q}, 61_{j/r}, 61_{j/s}, etc., se graben con una secuencia aleatoria hasta que todos los sub-hologramas 61_{j/1}-6_{1j/100} estén grabados. La grabación continúa, entonces, con el siguiente holograma físico 61_{j+1} o, alternativamente, con el holograma físico 61_{k} seleccionado aleatoriamente.
El identificador de la posición de los grupos de datos siguientes se almacena en los grupos de datos precedentes. En el ejemplo anterior, el identificador 61_{(j+1)/p} se almacena en el grupo de datos del sub-holograma 61_{j/n}, el identificador 61_{(j+2)/q} se almacena en el grupo de datos del sub-holograma 61_{(j+1)/p}, y así sucesivamente.
Es posible, también, almacenar la secuencia aleatoria de las posiciones del conjunto de los grupos de datos en una zona del directorio de la tarjeta óptica 2. En este caso, la secuencia completa es cifrada y/o hecha inaccesible para usuarios no autorizados. El acceso a la secuencia aleatoria se permite, por ejemplo, con un código PIN. Aunque la invención ha sido presentada con referencia a las realizaciones específicas de los dibujos adjuntos, los expertos en la técnica podrán llevar a cabo otras realizaciones ventajosas. Evidentemente, el medio de grabación de hologramas podría ser en forma de disco o cinta ópticos, y el aparato óptico de grabación podría modificarse en consecuencia con mecanismos apropiados de posicionamiento y rotación/rebobinado de disco o cinta, en lugar del usado para el posicionamiento de la tarjeta óptica 2.

Claims (30)

1. Procedimiento para la grabación y lectura de datos en un medio (2) de grabación, que usa un medio de grabación holográfica con una capa delgada (33) de grabación holográfica, teniendo la capa delgada (33) de grabación un espesor del orden de la longitud de onda de una luz de lectura y del orden de la longitud de onda de una luz de grabación, y teniendo una capa reflectora bajo la capa de grabación, y un aparato (1) de escritura/lectura holográficas para el medio de grabación, en el que la grabación de la información es en forma de páginas de datos almacenadas como hologramas (61) de Fourier grabados en la capa (33) de grabación usando holografía de polarización con diferentes longitudes de onda para la luz de grabación y la luz de lectura, caracterizado por usar holografía en modo de transmisión reflejada para la grabación y la lectura, y corregir la distorsión de una imagen reconstruida durante la lectura del canal de lectura, siendo producida la distorsión por la diferencia entre las longitudes de onda de la luz de lectura y la luz de grabación.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la distorsión de la longitud de onda se corrige con medios ópticos y/o de software.
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 o 2, en el que los hologramas (61) se graban como hologramas axiales.
4. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la grabación y la lectura se hacen con multiplexado por polarización y/o multiplexado por código de fase y/o rotacional.
5. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el medio de grabación holográfica es una tarjeta óptica (2).
6. Procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que los datos son grabados en forma de información codificada.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la información es grabada en forma de varios hologramas discretos (61) y/o varios sub-hologramas discretos grabados en diferentes posiciones físicas y/o lógicas del medio óptico (2) de grabación, conteniendo los hologramas (61) o sub-hologramas grupos de datos, constituyendo la secuencia del conjunto de grupos de datos la información grabada y, además, los grupos de datos son grabados con una secuencia aleatoria de posiciones de grabación.
8. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, en el que la información es grabada en hologramas multiplexados (61), y las posiciones de grabación lógicas se identifican mediante las direcciones de multiplexado.
9. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que la información es grabada mediante holografía por polarización usando multiplexado por código de fase, conteniendo un holograma (61) varios hologramas multiplexados por código de fase, e identificándose las posiciones de grabación lógicas mediante direcciones de código de fase.
10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que se almacena la posición del primer grupo de datos, y las posiciones de los siguientes grupos de datos se almacenan en los grupos de datos precedentes.
11. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10, en el que la secuencia aleatoria de los grupos de datos es almacenada y cifrada y/o hecha inaccesible para usuarios no autorizados.
12. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que el espesor de la capa (33) de grabación es 0,5-2 veces la longitud de onda de la luz de lectura y/o grabación.
13. Aparato para la escritura y lectura de un medio de grabación holográfica, preferiblemente una tarjeta óptica (2), siendo el medio de grabación del tipo que tiene una capa delgada (33) de grabación holográfica, teniendo la capa delgada (33) de grabación un espesor del orden de la longitud de onda de la luz de lectura y del orden de la longitud de onda de la luz de grabación, y teniendo una capa reflectora bajo la capa de grabación, teniendo el aparato un mecanismo (4) de retención y/o posicionamiento del medio de grabación, ópticas (3) de lectura y escritura móviles o fijas, comprendiendo la óptica de escritura una fuente de luz (20) polarizada de escritura, medios (23) selectores polarizantes para separar y/o combinar un haz (16, 18) de referencia y un haz (15, 17) del objeto, medios (25) moduladores del haz del objeto, una placa (24, 35) de onda polarizante, una lente objetivo (27, 47) para formar el haz (15) del objeto en imagen sobre una capa (33) de grabación, y comprendiendo la óptica de lectura, además, una fuente de luz (21) polarizada de lectura, un selector polarizante (23') y/o medios de filtrado espacial para separar y/o combinar el haz (18) de referencia y un haz (17) de imagen, un detector (29) de luz y una lente objetivo (28, 47), para formar en imagen el haz (17) de imagen sobre un detector (29) de luz, siendo la longitud de onda de la fuente de luz (21) de lectura diferente de la de la fuente de luz (20) de escritura, y estando adaptada la óptica (3) de lectura y escritura para grabar y leer hologramas por transmisión reflejada y por polarización, y comprendiendo la óptica de lectura medios de corrección de la distorsión de la longitud de onda de la imagen reconstruida producida por la diferencia de las longitudes de onda de la luz de lectura y escritura.
14. Aparato según la reivindicación 13, en el que la longitud de onda de la fuente de luz (20) de escritura está entre 400 y 550 nm, y la longitud de onda de la fuente de luz (21) de lectura está entre 600 y 700 nm.
15. Aparato según las reivindicaciones 13 o 14, en el que los medios de corrección de la distorsión de la longitud de onda de la óptica de lectura comprenden una lente objetivo (48) asférica de plástico.
16. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, en el que el haz del objeto y el haz de referencia de la óptica de lectura y/o la óptica de escritura tienen un eje óptico común, y los medios selectores de polarización comprenden un separador (23) de haz por polarización selectiva y/o los medios de filtrado espacial comprenden un tope (36) de haz para separar el haz (18') de referencia reflejado del haz (17) del objeto reflejado.
17. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en el que unos medios (26) codificadores polarizantes están provistos en la trayectoria óptica del haz (18) de referencia.
18. Aparato según la reivindicación 17, en el que los medios codificadores de polarización comprenden un modulador espacial de luz de cristal líquido.
19. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que la óptica de lectura y la óptica de escritura tienen una lente objetivo (47) común a fin de formar en imagen, sobre una capa de grabación, los haces de referencia y del objeto (18, 16), y para formar en imagen, sobre el detector (29) de lectura, los haces (17) del objeto reflejados.
20. Aparato según la reivindicación 19, en el que la lente objetivo común es una lente asférica (48) para la corrección de la distorsión de la longitud de onda, teniendo la lente asférica (48) una región central (49) y una región anular (50) en su apertura, sintonizándose la región central (49) de la lente asférica con la longitud de onda de la fuente de luz (20) de escritura, a fin de enfocar el haz (17) del objeto de escritura sobre la capa (33) de grabación, y sintonizándose, al mismo tiempo, con la longitud de onda de la fuente de luz (21) de lectura, a fin de transformar en imágenes, sobre el detector (29), el haz (17) del objeto de lectura, y sintonizándose, también, la región anular (50) de la lente (48) con la longitud de onda de la fuente de luz (21) de lectura, a fin de formar en imagen, sobre el detector, el haz (17) del objeto reflejado.
21. Sistema de almacenamiento holográfico de datos con un medio (2) de grabación holográfica, comprendiendo el medio (2) de grabación holográfica una capa delgada (33) de grabación holográfica, teniendo dicha capa delgada (33) de grabación un espesor del orden de la longitud de onda de una luz de lectura y del orden de la longitud de onda de una luz de grabación, y teniendo una capa reflectora bajo la capa de grabación, estando adaptada la capa (33) de grabación holográfica a ser leída con una luz de lectura con una longitud de onda determinada y/o siendo sensible la capa (33) de grabación holográfica a una luz de grabación con una longitud de onda determinada, comprendiendo el sistema de almacenamiento de datos, además, un aparato (3) de lectura/escritura, para grabar y leer datos sobre el medio (2) de grabación holográfica, comprendiendo el aparato (3) de lectura/escritura una óptica de escritura para la grabación de hologramas (61) sobre la capa (33) de grabación holográfica, comprendiendo la óptica de escritura una fuente de luz (20) de escritura, comprendiendo el sistema de almacenamiento de datos, además, una óptica de lectura a fin de reconstruir la imagen de un holograma (61) grabado en la capa (33) de grabación holográfica, comprendiendo la óptica de lectura una fuente de luz (21) de lectura, caracterizado porque la longitud de onda de la fuente de luz (21) de lectura es diferente de la de la fuente de luz (20) de escritura, y estando destinada, además, la óptica (3) de lectura-escritura a grabar y leer hologramas por transmisión reflejada y por polarización y comprendiendo la óptica de lectura, además, medios (47) de corrección de distorsión, a fin de corregir la distorsión de la longitud de onda de la imagen reconstruida producida por la diferencia de las longitudes de onda de las luz de lectura y escritura.
22. El sistema según la reivindicación 21, en el que se multiplica la capacidad de almacenamiento de datos mediante el multiplexado por polarización y/o por código de fase y/o rotacional.
23. El sistema según las reivindicaciones 21 o 22, en el que el medio de grabación es una tarjeta óptica (2), teniendo dicha tarjeta óptica (2) un sustrato portador (31).
24. El sistema según la reivindicación 23, en el que el medio de grabación comprende, además, una capa (32) de reflexión entre el sustrato portador (31) y la capa (33) de grabación.
25. El sistema según la reivindicación 24, en el que la capa (32) de reflexión es un espejo de longitud de onda selectiva que refleja en la longitud de onda de lectura y transmite o absorbe en la longitud de onda de escritura.
26. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 25, en el que la capa (33) de grabación es un material polímero que responde a la polarización.
27. El sistema según la reivindicación 26, en el que la capa (33) de grabación es una capa de azobenceno PCL.
28. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 27, en el que el espesor de la capa (33) de grabación es 0,5-2 veces la longitud de onda de la luz de lectura y/o grabación.
29. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 28, en el que el espesor de la capa (33) de grabación está entre 300 y 3000 nm.
30. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 21 a 29, en el que la capa (33) de grabación está cubierta por una capa (34) protectora.
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