CN1697037A - 用于全息数字数据存储系统的反射镜角度测量和伺服控制装置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于全息数字数据存储(HDDS)系统的反射镜角度测量和伺服控制装置。该反射镜角度测量装置包括第一反射镜，该反射镜具有使参考光束向全息介质反射的第一反射面和反射控制光束以调整参考光束入射角的第二反射面；透射单元，用于使控制光束到达第二反射面；第二反射镜，用于使控制光束返回到第二反射面；光电检测器单元，用于检测控制光束的量。第一反射镜的角度根据光电检测器单元检测到的控制光束的量之间的比较结果进行调整。

Description

用于全息数字数据存储系统的 反射镜角度测量和伺服控制装置
发明领域
本发明涉及一种全息数字数据存储系统；更特别地，涉及一种用于全息数字数据存储系统的反射镜角度测量和伺服控制装置。
发明背景
近来，用于存储全息数字数据的技术借助于半导体激光器，电荷耦合器件(CCD)，液晶显示器(LCD)等的发展而在各个领域取得进展。例如，用于存储和再现指纹的指纹识别系统已经投入实际使用。也就是说，全息数字数据存储技术应用于需要大存储容量和非常高的数据传输率的各个领域。在用于存储大量数据的全息数字数据存储(HDDS)系统中，将由信号光束和参考光束干涉而产生的干涉图记录在全息介质，如光折变晶体上，其中该全息介质对干涉图的振幅敏感。HDDS系统通过利用几百至几千幅全息图数据能够显示物体的三维(3D)图像，所述全息图数据以二进制二维阵列的形式存储在全息介质上(称作一页)。
图1是显示常规HDDS系统的结构的示意图。参考图1，常规HDDS系统包括光源10，扩束透镜12，偏振光分束器(PBS)14，空间光调制器(SLM)16，聚光透镜18，第一和第二反射镜20和24，延迟透镜22，全息介质26，物镜28和电荷耦合器件(CCD)30。
光源10产生的激光束穿过扩束透镜12，然后由PBS 14分成参考光束和信号光束。信号光束输入到SLM 16，然后由SLM 16调制成为二进制数据(亮和暗)的一页。之后，将已调制的信号光束通过聚光透镜18供给全息介质26。
同时，第一反射镜20将PBS 14提供的参考光束经由延迟透镜22向第二反射镜24反射。之后，第二反射镜24将反射的参考光束可调地向全息介质26反射。在这里，第二反射镜24的角度由一个致动器(未示出)来调整。
将由从SLM 16透射的信号光束和由第二反射镜24反射的参考光束之间的干涉现象产生的干涉图记录在全息介质26的记录层上。在这种情况下，通过响应干涉图的振幅在全息介质26中光致产生流动电荷，而将该干涉图记录在全息介质26的记录层上。
之后，常规的HDDS系统按下面的方式再现全息介质26上记录的数据。为了再现全息介质26上记录的数据，应该只将参考光束照射到全息介质26上，同时阻挡信号光束。为此，可以通过关闭位于PBS 14和SLM 16之间的快门(未示出)来阻挡PBS 14提供的信号光束，并且通过打开位于PBS 14和第一反射镜20之间的另一个快门(未示出)允许PBS 14提供的参考光束入射在第一反射镜20上。依次通过第一和第二反射镜20和24反射的参考光束，以记录操作过程中所用的相同的入射角入射到全息介质26上。然后，在全息介质26的记录层上记录的干涉图使参考光束衍射，从而可以再现原始数据，即该二进制数据页(检查板形图案)。再现的二进制数据页经物镜28供给CCD 30，然后CCD 30接收该再现页的图像以将该图像转变为电数据。
根据常规的HDDS系统，第二反射镜24的角度应该调整为使参考光束在回放过程中入射到全息介质26上。在常规的HDDS系统中，第二反射镜24的角度可以调整为与记录操作过程中的角度相等。但是，在常规的HDDS系统中不包括用于测量第二反射镜24的角度误差并为补偿该误差执行伺服控制的单元。因此，常规的HDDS系统存在问题，该系统难以准确地再现数据。
发明概述
因此，本发明的目的是提供一种用于HDDS系统的反射镜角度测量和伺服控制装置，该装置能够测量用于使参考光束入射到全息介质上的反射镜角度的误差，并通过在反射镜的背面设置反射面，和通过利用该反射镜背面的反射面与面向该反射镜的辅助反射镜之间控制光束的反射现象，来测量控制光束的量，从而执行对上述误差的伺服控制。
依照本发明的一个优选实施方式，提供一种用于全息数字数据存储(HDDS)系统的反射镜角度测量装置，该HDDS系统使参考光束入射到全息介质上，以再现全息介质上记录的数字数据，该反射镜角度测量装置包括：第一反射镜，该反射镜具有在其前表面上的第一反射面、且通过该第一反射面可使参考光束向全息介质反射，和在其后表面上的第二反射面，通过该第二反射面反射控制光束以在使参考光束入射到全息介质上的同时，调整参考光束的入射角；透射单元，用于将控制光束供给第二反射面；第二反射镜，在透射单元提供的控制光束被第二反射面向第二反射镜反射的情况下，用于通过反射该控制光束使控制光束返回到第二反射面；光电检测器单元，用于检测由第二反射面两次反射的控制光束的量，其中第一反射镜的角度，根据光电检测器单元检测到的关于控制光束的量的数据进行调整。
依照本发明的另一个优选实施方式，提供一种用于HDDS系统的伺服控制装置，该HDDS系统使参考光束入射到全息介质上，以再现全息介质上记录的数字数据，该伺服控制装置包括：第一反射镜，该反射镜具有在其前表面上的第一反射面、且该第一反射面使参考光束向全息介质反射，和在其后表面上的第二反射面，通过该第二反射面反射控制光束，以在使参考光束入射到全息介质上的同时，调整参考光束的入射角；透射单元，用于将控制光束供给第二反射面；第二反射镜，在从透射单元提供的控制光束被第二反射面向第二反射镜反射的情况下，用于通过反射该控制光束使控制光束返回到第二反射面；光电检测器单元，用于检测由第二反射面两次反射的控制光束的量；致动器，用于调整第一反射镜的角度；伺服控制部分，用于根据光电检测器单元检测到的关于控制光束的量的数据操纵该致动器。
附图简述
本发明的上述和其他目的和特征将从下面结合附图给出的优选实施方式的描述中更加显而易见，其中：
图1是显示常规HDDS系统结构的示意图；
图2是显示用于依照本发明一个优选实施方式的HDDS系统的反射镜角度测量装置结构的示意图；
图3是显示用于依照本发明另一个优选实施方式的用于HDDS系统的反射镜角度测量装置结构的示意图；
图4是显示用于依照本发明再一个优选实施方式的用于HDDS系统的反射镜角度伺服控制装置结构的示意图。
优选实施方式详述
下面将参考附图详细描述本发明的各个优选实施方式。
图2是显示应用于依照本发明一个优选实施方式的HDDS系统的反射镜角度测量装置结构的示意图。参考图2，该HDDS系统包括光源100，扩束透镜102，第一PBS 104，SLM 106，聚光透镜108，第一和第二反射镜110和114，延迟透镜112，全息介质116，物镜118和电荷耦合器件(CCD)120。此外，反射镜角度测量装置包括第三和第四反射镜122和128，第二PBS 124，λ/4波片126，傅立叶聚光透镜130，和光电检测器集成电路(PDIC)132。在这种情况下，第四反射镜128平行于第二反射镜114放置。
由于依照本发明的HDDS系统中包括的扩束透镜102，第一PBS104，SLM 106，聚光透镜108，第一反射镜110，延迟透镜112，全息介质116，物镜118和CCD 120与图1中常规HDDS系统的相同，因此省略对它们的描述。第二反射镜114可以旋转以调整参考光束使其入射到全息介质116的适当位置，该反射镜以其后表面以及其前表面均具有反射面的方式构成。通过第二反射镜114的前反射面，反射由第一反射镜110提供的参考光束；通过该第二反射镜114的后反射面，向第四反射镜128反射由第二PBS 124提供的控制光束，该第二PBS 124置于用于测量第二反射镜114的角度的控制光路上。
用于依照本发明的HDDS系统的反射镜角度测量装置将要更加详细地描述。
在用于依照本发明的HDDS系统的反射镜角度测量装置中，由光源100产生的具有垂直偏振的控制光束，入射到第三反射镜122上，该第三反射镜向第二PBS 124反射该控制光束。因为该控制光束是垂直偏振的，因此第二PBS 124将第三反射镜122提供的控制光束反射到λ/4波片126。该λ/4波片126通过使垂直偏振的控制光束延迟λ/4而将垂直偏振的控制光束转变为圆偏振控制光束，然后将圆偏振控制光束供给第二反射镜114的后反射面。之后，该圆偏振控制光束由第二反射镜114的后反射面向第四反射镜128反射，同时，第二反射镜114的前反射面用于向全息介质116反射参考光束，由此将数据记录在全息介质116上。
如果全息介质116上记录的数据，通过按照与记录操作过程中相等的角度放置第二反射镜114来再现，那么第四反射镜128设置为垂直于入射到其上的圆偏振控制光束。因此，如果在回放过程中第二反射镜114的角度等于记录操作过程中的角度，那么由第二反射镜114提供的入射到第四反射镜128上的圆偏振控制光束，由第四反射镜128反射，以便通过相同的光束路径返回到第二反射镜114。圆偏振控制光束由第二反射镜114的后反射面反射，然后透射到达λ/4波片126，该λ/4波片将圆偏振控制光束经λ/4延迟转变为水平偏振控制光束。由于第二PBS 124具有使水平偏振控制光束透射的特性，因此第二PBS 124使水平偏振控制光束经聚光透镜130透射到PDIC 132。PDIC 132通过利用分段传感器区域A和B，来检测透过第二PBS 124的水平偏振控制光束。如果两个分段传感器区域检测的水平偏振控制光束的量彼此相等，那么伺服控制部分(图2中未示出)确定第二反射镜114的当前角度是正确的，即停止调整第二反射镜114的角度。与此相反，如果两个分段传感器区域A和B检测的水平偏振控制光束的量互不相同，那么由伺服控制部分测量第二反射镜114的角度误差以对其进行调整。
图3是显示用于依照本发明另一个优选实施方式的HDDS系统的反射镜角度测量装置结构的示意图。参考图3，将图2的第四反射镜128修改为具有多个反射面的多反射镜128a。例如，当多反射镜128a的反射面之间的内角是θ1和θ2(θ1＝θ2或θ1≠θ2)时，由第二反射镜114提供的圆偏振控制光束通过多反射镜128a的多个反射面以不同角度反射。因此，多反射镜128a的位置可响应于第二反射镜114的角度而进行调整，直到通过第二反射镜114的后反射面向多反射镜128a反射的圆偏振控制光束垂直于多反射镜128a的反射面。之后，由PDIC 132中的两个分段传感器区域检测透过第二PBS 124的水平偏振控制光束的量，以确定回放过程中第二反射镜114的角度是否等于记录操作过程中的所述角度。
图4是显示用于依照本发明再一个优选实施方式的HDDS系统的伺服控制装置结构的示意图。参考图4，将包括伺服控制部分134和致动器136的反射镜角度伺服控制装置增加到用于图2的HDDS系统的反射镜角度测量装置中。
在该伺服控制装置中，将由PDIC 132的分段传感器区域A和B检测到的关于水平偏振控制光束的量的两组数据传送到伺服控制部分134。该伺服控制部分134将两组水平偏振控制光束的量互相比较，然后在致动器136上执行伺服控制，用以响应该比较结果来调整第二反射镜114的角度。也就是说，如果PDIC 132的两个分段传感器区域检测到的水平偏振控制光束的量彼此相等，那么伺服控制部分134确定第二反射镜114的角度已经得到正确调整，从而不对致动器136进行操作。与此相反，如果PDIC 132的两个分段传感器区域检测到的水平偏振控制光束的量互不相等，那么伺服控制部分134确定第二反射镜114的角度没有得到正确调整，从而操作致动器136以调整第二反射镜114的角度。
之后，为了证实第二反射镜114的角度是否已经得到正确调整，光源100产生的控制光束再次顺序经过第三反射镜122，第二PBS 124和λ/4波片126入射到第二反射镜114的后反射面上，然后由第二反射镜114向第四反射镜128反射，然后由第四反射镜128反射到第二反射镜114的后反射面，然后从第二反射镜114的后反射面顺序经λ/4波片126，第二PBS 124和聚光透镜130透射到PDIC 132。将PDIC132检测到的关于水平偏振控制光束的量的两组数据传送到伺服控制部分134，然后该伺服控制部分134将水平偏振控制光束的量互相比较，从而控制致动器136的操作。也就是说，伺服控制部分134通过操作致动器136来调整第二反射镜114的角度，直到关于水平偏振控制光束的量的两组数据彼此相等，从而允许参考光束入射到全息介质116的适当位置。
如上所述，依照本发明，后反射面置于第二反射镜114的后表面，第二反射镜114的前反射面用于使参考光束入射到全息介质116上。此外，反射镜角度测量装置检测已经经历在第二反射镜114的后反射面与面向该第二反射镜114的第四反射镜128之间的反射现象的控制光束的量，由此测量第二反射镜114的角度误差。
此外，本发明配有伺服控制装置，用于控制致动器136的操作以调整第二反射镜114的角度。
尽管已经参考优选实施方式显示和描述了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解在不背离如下面权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变和修改。

Claims (11)

1、一种用于全息数字数据存储(HDDS)系统的反射镜角度测量装置，该HDDS系统使参考光束入射到全息介质上，以再现全息介质上记录的数字数据，该反射镜角度测量装置包括：
一个第一反射镜，该反射镜具有在其前表面上第一反射面、且通过该第一反射面使参考光束向全息介质反射，和在其后表面上的第二反射面，通过该第二反射面反射一控制光束，以在使参考光束入射到全息介质上的同时，调整参考光束的入射角；
一个透射单元，用于将该控制光束供给第二反射面；
一个第二反射镜，在从透射单元提供的控制光束被第二反射面向第二反射镜反射的情况下，用于通过反射该控制光束使控制光束返回到第二反射面；
一个光电检测器单元，用于检测由第二反射面两次反射的该控制光束的量，
其中第一反射镜的角度根据该光电检测器单元检测到的关于该控制光束的量的数据而进行调整。
2、根据权利要求1所述的反射镜角度测量装置，其中所述透射单元是PBS。
3、根据权利要求2所述的反射镜角度测量装置，进一步包括在所述PBS和所述第一反射镜之间的一个λ/4波片。
4、根据权利要求1所述的反射镜角度测量装置，其中所述第二反射镜是具有多个反射面的多反射镜。
5、根据权利要求1所述的反射镜角度测量装置，其中所述光电检测器单元是一个具有至少两个分段传感器区域的传感器。
6、一种用于HDDS系统的伺服控制装置，该HDDS系统使参考光束入射到全息介质上，以再现全息介质上记录的数字数据，该伺服控制装置包括：
一个第一反射镜，该反射镜具有在其前表面上的第一反射面、且通过该第一反射面使参考光束向全息介质反射，和在其后表面上的第二反射面，通过该第二反射面反射控制光束，以在使参考光束入射到全息介质上的同时，调整参考光束的入射角；
一个透射单元，用于将该控制光束供给第二反射面；
一个第二反射镜，在从透射单元提供的该控制光束被第二反射面向第二反射镜反射的情况下，用于通过反射该控制光束使控制光束返回到第二反射面；
一个光电检测器单元，用于检测由第二反射面两次反射的控制光束的量；
一个致动器，用于调整该第一反射镜的角度；
一个伺服控制部分，用于根据该光电检测器单元检测到的关于控制光束的量的数据操纵该致动器。
7、根据权利要求6所述的伺服控制装置，其中所述透射单元是PBS。
8、根据权利要求7所述的伺服控制装置，进一步包括在所述PBS和所述第一反射镜之间的一个λ/4波片。
9、根据权利要求6所述的伺服控制装置，其中所述第二反射镜是具有多个反射面的多反射镜。
10、根据权利要求6所述的伺服控制装置，其中所述光电检测器单元是一个具有至少两个分段传感器区域的传感器。
11、根据权利要求10所述的伺服控制装置，其中如果所述伺服控制部分确定在回放过程中第一反射镜的角度不等于在记录操作过程中的所述角度，那么所述伺服控制部分操作所述致动器，其中所述确定是根据所述两个分段传感器区域检测到的所述控制光束的量之间的比较结果做出的。
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