背景技术
随着信息业的发展,需要大容量的存储设备以及高速的数据处理。在用于记录数字数据的设备中,众所周知的全息只读存储器(ROM)能够在对应于存储介质(例如致密盘(CD)和数字通用盘(DVD))的一个比特的每个区域上存储大容量的信息,并且具有高输入和输出速度,因为它并行地处理数据。由于这些优点,全息ROM吸引人们的注意力,将其作为未来大容量存储设备。
同时,例如典型CD或者DVD系统的光盘系统采用寻轨伺服和聚焦伺服,以将光会聚成轨道尺寸的光,并且检测由例如CD或者DVD等光盘的数据轨道所反射的信号光。更具体地,寻轨伺服用来控制会聚光在光盘径向的位置,以将会聚光准确地放置在光盘的数据轨道内,以及聚焦伺服控制光在光轴方向的聚焦位置,以将光准确地聚焦到光盘的反射表面上。
相反,采用全息ROM的全息ROM读出器将参考光照射到盘状全息存储介质上。在这种情况下,参考光的尺寸远大于被旋转的全息存储介质的数据轨道的尺寸,使得对于全息ROM读出器来说,没有必要准确地控制参考光在径向的位置。即,即使在全息存储介质旋转期间,发生了在径向方向的偏移,期望的数据轨道也可以被定位在照射参考光内,使得全息ROM读出器不需要正如在光盘系统中所使用的寻轨伺服。另外,具有较大直径的参考光的聚焦深度是大的(例如,100μm直径光的聚焦深度为大约4.7mm)。因而,即使在存储介质旋转期间在光轴方向发生了一些偏移,存储介质的数据轨道也位于参考光的聚焦深度内,并且因此,在全息ROM读出器中并不需要聚焦伺服,不像光盘系统那样。
因此,用于全息ROM读出器的寻轨和聚焦伺服的操作仅仅是使信号光准确地穿过针孔板的针孔,不像光盘系统那样,其中信号光从存储介质上轨道的数据凹坑被反射。但是,针孔的尺寸与存储介质的轨道间距是相同的,使得由特定轨道的数据凹坑形成的信号光很难准确地入射到针孔板的针孔上,这是由于存储介质的旋转所引起的径向或者光轴方向的偏移造成的。因而,用于全息ROM读出器的伺服控制应当检测穿过针孔的信号光,并且控制该信号光,使得根据检测结果,信号光准确地穿过针孔。
图1显示了常规全息ROM读出器的示意图。常规全息ROM读出器包括:反射镜40,用于通过反射由光源10产生的参考光而使该参考光以预定角度入射到存储介质1上;针孔板70,用于仅仅使从存储介质1衍射的具有直径(对应于一个比特数据)的一部分信号光穿过其针孔75,以及光检测器集成电路(PDIC)90,用于检测通过针孔板70的针孔75入射的信号光。
全息ROM读出器还包括:缩小器(reducer)20,用于在光源10和反射镜40之间变换光,以及光孔板30,用于将穿过缩小器20的光通过其光孔照射到反射镜40上。另外,物镜60放置在存储介质1和针孔板70之间,以将来自存储介质的信号光会聚到针孔75,以及聚光镜80设置在针孔板70和PDIC 90之间,以聚焦穿过针孔板70的针孔的光。
下面将描述常规全息ROM读出器的操作。由光源10产生的激光经由缩小器20和光孔板30入射到反射镜40上。反射镜40将参考光以一个入射角度反射到存储介质1上,其中上述参考光对应于在将数据记录到存储介质1上时所使用的参考光的相位共轭波,上述入射角度等于光入射到存储介质1上的角度。
入射到存储介质1上的参考光经由存储介质1的记录材料层被衍射为信号光。衍射的信号光然后通过物镜60被聚焦在针孔板70上。在这种情况下,入射到存储介质1上的参考光的直径是大约100μm,使得从存储介质1衍射的并且经由物镜60聚焦的信号光携带从存储介质的若干轨道再现的数据。信号光穿过针孔板70的针孔75,由聚光镜80会聚,并且然后被传送到PDIC 90。在这种情况下,针孔板70的针孔75具有对应于存储介质1的轨道间距,即一个比特数据的尺寸,使得对应于轨道数据比特的信号光的仅仅一部分穿过针孔75,并且通过聚光镜80会聚到PDIC 90。
PDIC 90检测信号光量。但是,常规全息ROM读出器存在的问题在于:很难根据由PDIC 90测量的光量来精确地确定信号光是穿过针孔板70的针孔75的中心还是穿过针孔75的侧面。因而,常规全息ROM读出器不能执行精确的控制,以使信号光穿过针孔板的针孔的中心。
具体实施方式
参考附图,现在将详细地描述本发明的优选实施例,其中,出现在附图中的类似部件由类似的参考数字来表示。
参考图2,其中示出了根据本发明实施例的全息ROM读出器的结构示意图。
如图2所示,根据本发明实施例的全息ROM读出器包括光源200;反射镜206,用于通过反射参考光而使由光源200产生的激光以预定角度入射到存储介质1上;针孔板210,具有针孔和衍射光栅212,其中从存储介质1上再现的信号光的仅仅一部分(具有对应于一个比特数据的半径的信号光)通过该针孔,以及衍射光栅212嵌入到针孔板210的针孔的位置并且具有脊和槽;光检测器216,用于检测通过衍射光栅212产生的0级衍射光、+1级衍射光以及-1级衍射光的光量;以及伺服控制器100,用于根据通过光检测器216检测的光量执行伺服控制。
光检测器216包括由可以作为集成电路实现的光电二极管形成的两段传感器(称为PDIC)。伺服控制器100响应于由光检测器216检测的光量执行伺服控制,以使用推拉(push-pull)方法来控制物镜208或者针孔板210的位置,使得从存储介质1再现的信号光精确地通过衍射光栅212的中心。
物镜208放置在存储介质1和针孔板210之间,以将信号光聚焦到针孔板210的衍射光栅212上,以及聚光镜214设置在针孔板210和PDIC216之间,以会聚透过设置在针孔板210中的衍射光栅212的信号光。
另外,全息ROM读出器还包括:缩小器202,用于变换光源200和反射镜206之间的参考光;以及光孔板204,用于将透过缩小器202的光通过其孔径(没有示出)照射在反射镜206上。
图3描述了设置在图2所示针孔板210中的衍射光栅212的详细结构。如图3所示,衍射光栅212包括槽310和脊320,它们具有相同的深度“d”和相同的宽度“w”,其中脊320设置在衍射光栅212的中心。衍射光栅212具有与存储介质1之轨道间距对应的一位比特数据的尺寸。槽310和脊320用作衍射和传送从物镜208提供的信号光,以产生0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光。使用在图2中的衍射光栅212由用于传送光通过其中的传送型衍射光栅形成。可替换地,用于从其中反射光的反射型衍射光栅可以用作如图8所示的本发明的另一个实施例。
下面将描述图2所示的本发明的全息ROM读出器的伺服操作。
首先,由光源200产生的参考光通过缩小器202和光孔板204入射到反射镜206上。反射镜206将参考光的相位共轭波的参考光以一个入射角反射到存储介质1上,该入射角等于在存储介质1上记录时参考光的入射角。
入射到存储介质1上的参考光由存储介质1的记录材料层衍射,以由此变成携带存储介质1的轨道数据的信号光。然后,信号光由物镜208聚焦到嵌入在针孔板210中的衍射光栅212上。在这种情况中,入射在存储介质1上的参考光的直径具有大约100μm的尺寸,使得由物镜208聚焦的信号光包括从存储介质1的若干轨道再现的数据。
此后,在衍射光栅212中的槽310和脊320衍射从物镜208提供的信号光,以通过其产生0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光,如图4所示。0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光由聚光镜214会聚,并且传送到PDIC 216上。
PDIC 216将在两段光电二极管的传感器区域A和B中检测的光量传送到伺服控制器100。伺服控制器100确定是否由传感器区域A和B检测的光量彼此相等。具体地,伺服控制器100将0级衍射光和+1级衍射光的重叠区域的光量与0级衍射光和-1级衍射光的重叠区域的光量进行比较。伺服控制器100执行伺服控制,以控制针孔板210或者物镜208的位置,使得如果光量彼此不相等时,信号光透过衍射光栅212的中心。参考图4,描述伺服控制的原理,其中图4显示了由根据本发明的全息ROM读出器的衍射光栅212所衍射的光。
如图4所示,当信号光提供给衍射光栅212中的槽310或者脊320时,槽310或者脊320衍射信号光,以根据衍射角产生0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光。更具体地,入射在衍射光栅212上的信号光被分成在几何光传送方向上的0级衍射光,以及分成+1级和-1级衍射光,其中+1级和-1级衍射光相对于0级衍射光隔开一特定角度。
但是,入射到衍射光栅212上的信号光不是平行波而是由物镜208聚焦的球面波,使得当信号光穿过衍射光栅212时,产生0级衍射光与+1级衍射光的重叠区域和0级衍射光与-1级衍射光的重叠区域,如图4所示。如果信号光准确地入射到衍射光栅212中的槽310和脊320的中心,那么两个重叠区域彼此对称,使得在重叠区域中的光量彼此相等。
在图2所使用的传送型衍射光栅212的情况下,传送通过槽310和脊320的衍射光之间的相位差由等式1定义:
其中t是脊的透射率,teiФ是槽的透射率,n是反射系数,以及d是槽的深度。
推拉信号Ipush-pull(即0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光的信号α0、α+1、α-1之间的差异)由等于2表示,其中然后等式2如等式3来计算。根据等式4可以理解,推拉信号Ipush-pull是变量t的正弦函数,其中入射光的中心偏移槽或者脊的中心。
为了获得推拉信号的幅度,在具有等式1或者等式2的透射率的衍射光栅中的0级衍射光α0的场幅度以及+1级/-1级衍射光的场幅度如等式4和5所示来计算:
用等式4和5替代等式3中相应的各项来获得等式6:
在等式6中,T是透射系数,w是槽的宽度,以及p是槽的间距。
根据等式6,正弦函数在最大值时的情况被表示为如等式7和8所示:
根据等式7可以理解,当衍射光栅的脊和槽具有相同宽度(即w=p/2)时,推拉信号的振幅处于最大值。而且,根据等式8可以理解,当衍射光栅的直径Ф等于π/2(即槽的深度等于λ/2)时,推拉信号的振幅处于最大值。
图5是描述检测通过根据本发明的全息ROM读出器的针孔板210中设置的衍射光栅212衍射的光的例子的示意图。
如图5所示,在本发明的全息ROM读出器中,由衍射光栅212衍射的0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光由PDIC 216来检测。例如,在入射光透过衍射光栅212的脊320或者槽310的中心的情况中,在PDIC 216的光电传感器的区域A和B中检测的光量彼此相等,0级衍射光和+1级衍射光的重叠区域等于0级衍射光和-1级衍射光的重叠区域。
图6A到图6C是显示在根据本发明的全息ROM读出器中的光检测的各种例子的示意图。
如图6A所示,当入射光通过衍射光栅212,同时与衍射光栅212的中心偏移时,在两个传感器区域A和B中检测的光量(即0级衍射光与+1级衍射光重叠以及0级衍射光和-1级衍射光重叠的两个重叠区域的光量)是不对称的。即,在传感器区域B检测的光量大于在传感器区域A中检测的光量。相比较,如图6C所示,当入射光通过衍射光栅212的侧面时,在传感器区域A中检测的光量大于在传感器区域B中检测的光量。
而且,如图6B所示,当信号光通过衍射光栅212的中心时,在传感器区域A中检测的光量等于在传感器区域B中检测的光量。
图7是显示当信号光通过衍射光栅212的中心时以及当入射光通过衍射光栅212的侧面时由PDIC 216所检测的光的分布的曲线图。如图7所示,可以理解,如果入射光通过衍射光栅212的中心,光分布被描绘为原始位置“0”,而否则光分布沿着从原始位置增加或者减少的正弦曲线变化。
因此,根据本发明的全息ROM读出器的伺服控制器218控制物镜208或者衍射光栅212的位置,使得0级衍射光与+1级衍射光的重叠区域的光量等于0级衍射光与-1级衍射光的重叠区域的光量。
图8是显示根据本发明另一个实施例的全息ROM读出器的结构的示意图。参考图8,根据本发明另一个实施例的全息ROM读出器包括:光源200;反射镜206,用于将由光源200产生的参考光以预设定角度反射以使其入射到存储介质1上;针孔板210,具有针孔和衍射光栅213,其中从存储介质1上再现的信号光的仅仅一部分(具有对应于一个比特数据的半径的信号光)通过该针孔,衍射光栅213嵌入到针孔板210的针孔的位置;平行光透镜220,用于将由衍射光栅212衍射的0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光变换成平行光;λ/4板222,用于将平行光变换成λ/4光;以及PDIC 216,用于检测λ/4光。根据本发明另一个实施例的全息ROM读出器还包括:分光器224,用于反射λ/4光;聚光镜226,用于会聚由分光器224反射的光,并且用于将光传送到PDIC216;以及伺服控制器218,用于根据通过PDIC 216获得的检测结果执行伺服控制。
设置在针孔板210中的衍射光栅213具有一个比特的数据尺寸,并且包括槽和脊,它们具有相同的深度d和相同的宽度,如图3所示。在这种情况中,槽设置在衍射光栅213的中心部分。使用在图8中的衍射光栅213由用于反射光的反射型衍射光栅形成,其不同于使用在图3中的透射型衍射光栅。
对于使用在图8中的反射型衍射光栅,由槽和脊反射的衍射光之间的相位差如等式9所示来定义:
其中,r是脊的反射率,reiФ是槽的反射率,n是反射系数,以及d是槽的深度。
另外,对于使用在图8中的反射型衍射光栅,上面所述的等式2到8将被表示为以下等式10-16:
其中,R是反射系数,w是脊的宽度,以及p是脊的间距。
另外,根据等式15可以理解,当衍射光栅的脊和槽具有相同的深度(即当w=p/2)时,推拉信号的幅度处于最大值。而且,根据等式16可以理解,当衍射光栅的直径Ф等于π/2(即槽的深度等于λ/8)时,推拉信号的幅度处于最大值。
根据如图8所示的本发明实施例的全息ROM读出器如下操作。来自光源200的参考光通过缩小器202和光孔板204入射到反射镜206上。反射镜206将参考光以一个入射角反射到存储介质1上,该入射角等于在存储介质1上记录时光的入射角。
入射到存储介质1上的光从存储介质1衍射,以产生携带存储介质1的轨道数据的信号光。信号光由物镜208聚焦并且入射到在针孔板210中的衍射光栅213上。在衍射光栅213中的脊320和槽310衍射从物镜208提供的信号光,以产生0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光。然后,0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光通过使用平行光透镜220变换成平行光。平行光由λ/4板222变换成λ/4光,并且被分光器224反射,并且然后通过聚光镜226被传送到PDIC 216。
PDIC 216将在两段光电二极管的传感器区域A和B中检测的光量传送到伺服控制器。伺服控制器218确定在传感器区域A检测的光量是否等于在传感器区域B检测的光量。即,伺服控制器218将0级衍射光和1级衍射光的重叠区域的光量与0级衍射光和-1级衍射光的重叠区域的光量进行比较。伺服控制器218执行伺服控制,以控制针孔板212或者物镜208的位置,使得如果光量彼此不相等时,信号光通过反射型衍射光栅212的中心。
正如以上所述,在本发明中,具有槽和脊的衍射光栅被附加地嵌入到全息ROM读出器的针孔板的针孔的位置,使得PDIC可以检测由衍射光栅衍射的0级衍射光、+1级衍射光和-1级衍射光,由此确定光是否准确地通过针孔板的针孔的中心,以及根据确定结果精确地执行伺服控制。
虽然参考优选实施例显示和描述了本发明,但是本领与普通技术人员应该理解,在不偏离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下,可以做出各种变化和改型。