全息数字化数据存储系统中控制跟踪和聚焦伺服的装置和方法

摘要

一个全息存储系统包括：一个光束提供单元，用于提供入射激光束，其中包含了从全息介质上的多个轨道上读取的数据；一个传递单元，用于接收入射光束，并产生聚焦的光束；一个跟踪伺服单元，通过多个小孔接收聚焦的激光束的第一部分，并同时通过反射部件将聚焦的激光束的第二部分反射回传递单元处，其中跟踪伺服单元移动传递单元或小孔，来调整聚焦的激光束的第一部分的量，从而重放目标轨道上的数据，并且其中聚焦的激光束中被反射回传递单元的第二部分又被传递单元转换成返回光束；以及一个聚焦伺服单元，用于对全息介质的垂直方向运动进行补偿。

说明书

技术领域

本发明涉及全息数字化数据存储系统；更具体地，涉及一种装置和方法，当全息介质盘在重现过程中转动时，用于控制激光束在该全息介质盘上的跟踪和聚焦。

背景技术

众所周知，对能存储大量数据的全息数字化数据存储系统的需求量与日俱增。因而最近开发了各种类型的全息数字化数据存储系统，以实现高密度光学存储能力。

全息数字化数据存储系统，如全息ROM系统，使得一束携带数字化数据(待存储)的已调制的信号光束与参考光束发生干涉，在交叠区域产生干涉图样，然后控制干涉图样以将其存储在一种存储介质中，如圆盘状全息介质，该圆盘状全息介质由，例如，光折射晶体制成。该光折射晶体对干涉图样不同的振幅和相位会有不同的反应。

在全息数字化数据存储系统中，通过改变参考光束的入射角度(角度多路技术)，在同一空间位置可记录下各种不同的全息图，因而多个全息图可储存在该全息介质中。当全息介质中储存了全息图以后，将该圆盘状全息介质插入，例如，一个全息ROM播放机当中，用于重现记录在全息介质中的全息图。

在重现过程中，只有与记录过程中使用的参考光束相同的一束参考光照射到该全息介质上。这时这束参考光被全息介质中记录的全息图样衍射，进而重现记录的二进制数据。

图1示出了一种在重现时的传统的全息ROM系统(参见“用于高速复制的全息ROM系统”，ISOM/ODS 2002，PP144～146)。这种传统的全息ROM系统包含：光源1，光束缩减装置2，平面镜3a、3b，以及全息介质4。

光源1发射出具有恒定波长，如532nm波长，的一束参考光束。然后该参考光束被提供给光束缩减装置2，以将该参考光束的尺寸缩减到预定的大小。缩减后的参考光束被平面镜3a向平面镜3b反射。然后由平面镜3b将参考光束向全息介质4的位置反射。平面镜3b可以，例如，旋转，从而将参考光束反射向全息介质的另一层。于是参考光束被全息介质4中记录的干涉图样衍射，从而产生再生的光束。

图2展示了一种传统的全息ROM播放机中的读取器设备，用于重放图1中全息介质4的多个轨道上记录的数据。该读取器设备包含：透镜5、6、8，小孔7，以及探测器9。在参考光束如图1和2所示的那样入射到全息介质4的情况下，再生光束由全息介质4处射出。再生光束的尺寸为，例如100um，而代表全息介质4上轨道之间的间隔的轨道间距为，例如，0.74um，再生光束之中包含了大量的数据，这些数据是从全息介质4的几百个轨道上读出的。

然后，再生光束会入射到透镜5上，透镜5对该再生光束进行准直。准直后的光束到达透镜6，透镜6该将准直后的光束聚焦到小孔7上，因而产生一束聚焦的激光束。包含从几百个轨道中读取的大量数据的聚焦的激光束，通过小孔7被筛选，从而变换成只包含从一个目标轨道上读取的信息的筛选过的激光束。随后，只包含从该目标轨道上读取的数据的筛选后的激光束到达透镜8，透镜8将筛选后的激光束聚焦在探测器9上。探测器9探测到从该目标轨道上读取的数据，以重放该目标轨道上记录的全息图。

然而，在全息介质4上形成的大量轨道是螺旋形的，并且在重现过程中全息介质4旋转时，全息介质4可能会摇晃。因而，需要一种读取器装置来控制在全息介质4中的目标轨道上激光束的跟踪和聚焦。但是，尽管用于CD或者DVD播放机的读取器装置已经商业化了，这种用于在圆盘状全息介质中复制数据的读取器装置还不存在。

因而，需要一种在全息存储系统中复制数据的读取器装置，以控制跟踪或聚焦操作中的微小变化。

发明内容

因此，本发明的一个主要目的是为全息存储系统提供一种用于控制一个跟踪和聚焦伺服的读取器装置和方法，该读取器装置和方法能够跟踪一束激光并将其聚焦在全息介质的目标轨道上。

根据本发明的一个方面，提供一种全息装置，包括：一个传递单元，用于接收包含从全息介质上的多个轨道上读取的数据的入射激光束，以产生聚焦的激光束；一个跟踪伺服单元，用于接收穿过多个小孔的聚焦的激光束的第一部分，并同时通过反射组件将聚焦的激光束的第二部分反射回传递单元，其中跟踪伺服单元会移动传递单元或小孔来调整聚焦激光束第一部分的量，进而从大量轨道中的目标轨道中重获数据，并且，该聚焦的激光束的第二部分反射至传递单元后，会被传递单元转换成返回激光束(return laser beam)；以及一个聚焦伺服单元，用于对返回激光束聚焦，并检测返回激光束的聚焦图像，以对全息介质的垂直方向运动进行补偿。

根据本发明的另一方面，提供一种全息装置，包括：一个光束提供单元，用于提供入射激光束，其中包含从全息介质的多个轨道上读取的数据；一个聚焦透镜，用于将入射激光束聚焦在小孔上，因而产生聚焦的激光束；一个小孔板，用于通过多个小孔接收聚焦的激光束的第一部分，同时将该聚焦的激光束的第二部分反射回该聚焦透镜处；一个三等份探测器，用于探测聚焦的激光束的第一部分通过每个小孔的量；以及一个激励装置，用于移动小孔板或聚焦透镜来控制聚焦的激光束中通过小孔的第一部分的量，以重放全息介质上的目标轨道，其中被反射回聚焦透镜处的该聚焦的激光束的第二部分被该聚焦透镜转换成返回激光束，并且聚焦伺服单元将返回激光束聚焦，然后检测返回激光束的聚焦图像，以对全息介质在垂直方向的运动进行补偿。

根据本发明的另一方面，提供了一种全息的方法，包括以下步骤：(a)将一束参考光照射到有多个轨道的全息介质上以形成一束入射激光束；(b)通过聚焦透镜将入射激光束聚焦，以产生聚焦的激光束；(c)通过小孔板上的多个小孔接收聚焦的激光束的第一部分，同时用小孔板将聚焦的激光束的第二部分反射回聚焦透镜；(d)探测聚焦的激光束中通过小孔的第一部分的量；以及(e)移动小孔板或聚焦透镜，以控制聚焦的激光束通过小孔的第一部分的量，以重放在全息介质上的目标轨道，其中，聚焦的激光束的第二部分反射回聚焦透镜，并被聚焦透镜转换成返回激光束，并且，其中聚焦伺服单元将返回激光束聚焦，然后检测返回激光束的聚焦图像，以对全息介质在垂直方向运动进行补偿。

附图说明

通过以下结合附图对优选实施例的介绍，本发明的上述以及其他目标和特征就会清楚了，其中：

图1示出了处于重现过程中的一种常规全息存储系统；

图2展现了一种常规的读取器装置，用于在全息存储系统中重现全息介质轨道上记录的数据；

图3展示了一种根据本发明的示例性的读取器装置，用于在全息存储系统中控制跟踪和聚焦伺服；

图4根据本发明的第一优选实施例示出了一种小孔板，可在图3中的读取器装置中采用；

图5根据本发明的第二优选实施例，展示了一种小孔板，可以替代图4中的小孔板。

具体实施方式

根据本发明，图3展示了一个读取器装置，用于在，例如，全息ROM播放机中控制跟踪和聚焦伺服。该全息ROM播放机具有重放功能，如，读取插入播放机的圆盘状全息介质上记录的数据的功能。该读取器装置包含：透镜10、40、60；一个PBS(偏振光束分束器)20；一个象散透镜25；一个QWP(四分之一波片)30；一个小孔板50；一个四等份探测器S2；一个三等份探测器S3，和一个激励装置S4。

通过角度多路技术或移动多路技术，一旦将全息图记录在圆盘状全息介质S1上，然后通过向全息介质S1照射一束参考光，就可重现记录的全息图。参考光束被全息介质S1中记录的干涉图样衍射，进而产生一束再生的激光。因为相应于参考光束的再生激光束的尺寸可能是，例如100um，而轨道间距为，例如，0.74um，再生激光束包含了从全息介质S1的大量轨道上读取的大量数据。

该再生激光束只属于一种线性偏振，如S-偏振，该再生激光束照射到透镜10上。于是，透镜10对该再生激光束进行准直，准直后的光束再到达PBS 20，PBS 20只能透射，例如水平方向偏振的激光束，即S-偏振光束，并反射，例如，垂直方向偏振的激光束，即P-偏振光束。由于到达PBS的准直光束是S-偏振的，该准直光束被透射通过。然后该透射的准直光束到达QWP 30。一般来说，一个QWP具有能将圆偏振光转换成线偏振光和进行相反过程的独特特性。更具体地说，一束S-偏振光(或P-偏振光)经过QWP后被转换成圆偏振光，然后再经过一个QWP后，该圆偏振光又变成P-偏振光(S-偏振光)。

所以，QWP 30将输入的S-偏振准直光束转换成圆偏振准直光束，然后该圆偏振准直光束再提供给透镜40。透镜40将该圆偏振准直光束聚焦在小孔板50上，其中小孔板处于透镜40的焦距处。即，透镜40将圆偏振准直光束转换成聚焦激光束。具体地说，如图4所示，准直光束中包含从全息介质S1的，例如，第n-1，第n，第n+1条轨道上读取的数据，n是正整数，该准直光束被聚焦在小孔板50上，从而在小孔板50上分别提供聚焦的第n-1个轨道S32，聚焦的第n个轨道S31，以及聚焦的第n+1个轨道S33。该第n个轨道是要读取的目标轨道，第n-1和n+1个轨道是离目标轨道最近的两个轨道。聚焦的第n个轨道S31，聚焦的第n-1个轨道S32，聚焦的第n+1个轨道S33分别是第n，第n-1和第n+1个轨道的像，即被聚焦在小孔板50上的像。

尽管数百个轨道都聚焦在小孔板50上，为了方便描述，图4中只给出了聚焦的第n个轨道S31，聚焦的第n-1个轨道S32，以及聚焦的第n+1个轨道S33。

如图4所示，小孔板50上有小孔SS31、SS32、SS33；以及反射部件SS40。小孔SS31、SS32、SS33和反射部件SS40最好都是矩形的形状，每个这些矩形的宽度都是，例如，0.4um，比这些轨道的宽度稍宽。三个小孔SS31、SS32、SS33中心的位置最好在小孔板50上构成一个等腰三角形，该等腰三角形的顶点是SS31的中心。反射部件SS40的中心最好在小孔板50上的小孔SS31的中心的上方，因而连接小孔SS32和SS33中心的第一条线与连解小孔SS31和反射部件SS40的中心的第二条线垂直。

这里，小孔SS31用于透射聚焦激光束的第一部分，其中包含要重放的从目标轨道上读取的数据。另外，当全息介质S1转动以复制数据时，小孔SS32和SS33用于控制跟踪伺服。在正常跟踪目标轨道的情况下，小孔SS31和反射部件SS40位于聚焦的第n个轨道S31上。

第一中心线CL1沿聚焦的第n个轨道S31的径向将其二等分，当该中心线CL1与沿聚焦的轨道的径向分别将小孔SS31和反射部件SS40二等分的第一平分线BL1和第四平分线BL4重合时，聚焦激光束的第一部分全部通过小孔SS31，该第一部分中包含了从第n个轨道上读取的数据。即使CL1与第一平分线BL1和第四平分线BL4不完全重合，只要第一平分线BL1和第一中心线CL1之间的间隔与小孔SS31和聚焦的第n个轨道S31的宽度之差的一半相同，或比它更小，那么来自第n个轨道S31的聚焦激光束的第一部分就会完全通过小孔SS31。

小孔SS32和SS33分别和聚焦的第n-1个轨道S32及第n+1个轨道S33部分地重合。平分小孔SS32的第二平分线BL2位于第一中心线CL1和第二中心线CL2之间，第二中心线CL2沿聚焦的第n-1个轨道S32的径向将其二等分，平分小孔SS33的第三平分线BL3位于第一中心线CL1和第三中心线CL3之间，第三中心线CL3沿聚焦的第n+1个轨道S33的径向将其二等分。

在聚焦的激光束通过第二个小孔SS32的第二部分的量与该聚焦的激光束通过第三个小孔SS33的第三部分的量相等的情况下，聚焦的第n-1个轨道S32和第二个小孔SS32的重叠区域与聚焦的第n+1个轨道S33和第三个小孔SS33的重叠区域相等。即，第二中心线CL2和第二平分线BL2之间的间隔等于第三中心线CL3和第三平线BL3之间的间隔。因而，包含了从第n个轨道读取的数据的聚焦激光束的第一部分完全通过小孔SS31。

然而，由于全息介质S1上多个轨道具有螺旋形状，而且由于全息介质S1也可能会摇晃，所以在重现的过程中随着时间的推移，包含从第n个轨道读取的数据的聚焦激光束的第一部分可能不会全部通过小孔SS31。

由于这些轨道的螺旋状结构，或全息介质S1的摇晃，第一、第二和第三小孔SS31、SS32和SS33向聚焦的第n-1个轨道S32移动，在这种情况下，聚焦的第n-1个轨道S32和第二个小孔SS32的重叠区域会变得比聚焦的第n+1个轨道S33和第三个小孔SS33的重叠区域大。因此，聚焦的激光束中通过第二个小孔SS32的第二部分的量比该聚焦的激光束中通过第三个小孔SS33的第三部分的量要多。

另一方面，如果由于这些轨道的螺旋状结构，或全息介质S1的摇晃，第一、第二和第三小孔SS31、SS32和SS33向聚焦的第n+1个轨道S33移动，于是聚焦的第n-1个轨道S32和第二个小孔SS32的重叠区域会变得比聚焦的第n+1个轨道S33和第三个小孔SS33的重叠区域小。因此，聚焦的激光束中通过第二个小孔SS32的第二部分的量比聚焦的激光束中通过第三个小孔SS33的第三部分的量要少。

聚焦的激光束通过第一、第二和第三小孔SS31、SS32、SS33后的一部分会照射到透镜60上。透镜60将这一部分聚焦的激光束聚焦在三等份探测器S3上。在聚焦的激光束通过第二小孔SS32的第二部分的量不同于该聚焦的激光束通过第三小孔SS33的第三部分的量的情况下，三等份探测器S3就会向激励装置S4发出通知信号，该信号指出第二部分和第三部分的量哪一个更大。然后，聚焦激励装置S4会在与全息介质S1平行的方向控制透镜40或小孔板50的位置，以调整该聚焦的激光束通过第二小孔SS32的第二部分的量与该聚焦的激光束通过第三小孔SS33的第三部分的量相同。这样，聚焦的激光束的第一部分就会完全通过第一个小孔SS31，其中包含了从第n个轨道中读取的数据，因而就完成了跟踪伺服的程序。上面所介绍的跟踪伺服程序是在微观领域执行的。然而，本领域技术人员所熟知的宏观跟踪伺服程序，是通过移动整个读取器装置来执行的。

同时，透镜40将圆偏振准直光束聚焦以将该圆偏振聚焦的激光束照射到小孔板50上，反射部件SS40又将圆偏振聚焦激光束反射回透镜40。然后，透镜40将反射的圆偏振聚焦激光束转换成反射的圆偏振准直激光束，再提供给QWP 30。

此后，QWP 30将该圆偏振准直光束转换成P-偏振准直光束，然后将该P-偏振准直光束照射到PBS 20上。由于该P-偏振准直光束被PBS 20反射，象散透镜25接收PBS 20反射来的该P-偏振准直光束。此时，这种具有常规结构的包含一个聚焦透镜和一个圆柱透镜的象散透镜25，将P-偏振准直光束照射到四等份探测器S2上，以对全息介质S1在垂直方向的运动进行补偿，即，执行聚焦伺服程序。最好通过在全息介质S1的法线方向移动透镜40或小孔板50来执行该聚焦程序。利用象散透镜25和四等份探测器S2的聚焦伺服程序对本领域技术人员是熟知的。

图5展示了一种小孔板50’，根据本发明的第二实施例，它可以用于替代图3读取器装置中的小孔板50。

在第二优选实施例中，除了小孔板50’，读取器装置的其他部件的功能与第一种优选实施例中的部件基本相同，因而简化了对其详细的介绍。

为了描述方便，尽管数百轨道都由透镜40聚焦在小孔板50’上，图5中只示出了一个聚焦的目标轨道S11，它是目标轨道经图3中透镜40聚焦在小孔板50’上的像。

如图5所示，小孔板50’上有小孔SS11、SS12、SS13；以及反射部件SS20。小孔SS11、SS12、SS13；以及反射部件SS20最好是矩形，其宽度是，例如，0.4um，稍大于那些轨道的宽度。小孔SS11、SS12、SS13的中心位置在小孔板50’上形成第一直线，小孔SS11的中心是该第一直线的二等分点。在小孔板50’上连结反射部件SS20和小孔SS11的中心的第二直线与第一直线的夹角是θ度。而且小孔SS11、SS12、SS13；以及反射部件SS20之间互不重叠。

此处，小孔SS11用于透过聚焦的激光束的第一部分，其中包含了要重现的目标轨道上的数据。另外，当全息介质S1转动以重现数据时，小孔SS12和SS13用于控制跟踪伺服。在目标轨道正常重放的情况下，小孔SS11和反射部件SS20全都与聚焦的目标轨道S11完全重叠，而小孔SS12和SS13与其部分重叠。只有当小孔SS12、SS13与聚焦的目标轨道S11部分重叠，而目标轨道上的数据能正常提取的时候，θ角度才能变化。

CL11是沿聚焦的轨道的径向将该聚焦的目标轨道S11二等分的中心线，BL11和BL20是沿聚焦的轨道的径向将小孔SS11和反射部件SS20二等分的平分线，当CL11和BL11、BL20重合时，聚焦光束的第一部分完全通过小孔SS11，其中包含了从目标轨道上读取的数据。而且，在中心线CL11和平分线BL11、BL20不完全重合的情况下，只要平分线BL11和中心线CL11之间的间隔小于等于小孔SS11和聚焦的目标轨道S11的宽度之差的一半，那么聚焦激光束的第一部分就会完全通过小孔SS11。

同时，小孔SS12和SS13和聚焦的目标轨道S11部分重合。平分线BL12在聚焦的轨道的径向上将小孔SS12二等分，在该平分线BL12和中心线CL11的间隔与将小孔SS13二等分的平分线BL13和沿聚焦的轨道的径向中心线CL11之间的间隔相等的情况下，聚焦激光束的第一部分就会完全通过小孔SS11，其中包含了从目标轨道上读取的数据。由于聚焦的目标轨道S11和小孔SS12的重叠区域与聚焦的轨道S11和小孔SS13的重叠区域相等，则聚焦的激光束中通过小孔SS12的第二部分的量与通过小孔SS13的第三部分的量相等。

然而，如上所述，在全息介质S1上形成了多个螺旋状的轨道，而且该全息介质S1也可能会摇晃，所以在重现的过程中随着时间的推移，包含从目标轨道读取的数据的第一部分聚焦的激光束可能不会全部通过小孔SS11。例如，如果由于轨道的螺旋结构，或全息介质S1的摇晃，聚焦的目标轨道S11向小孔SS13移动，于是聚焦的目标轨道S11和小孔SS13的重叠区域会变得比聚焦的目标轨道S11和小孔SS12的重叠区域大。因此，聚焦的激光束中通过小孔SS12的第二部分的量比该聚焦的激光束中通过小孔SS13的第三部分的量要少。否则，如果由于轨道的螺旋结构，或全息介质S1的摇晃，聚焦的目标轨道S11向小孔SS12移动，于是聚焦的目标轨道S11和小孔SS12的重叠区域会变得比聚焦目标的轨道S11和小孔SS13的重叠区域大。因此，聚焦的激光束中通过小孔SS12的第二部分的量比该聚焦的激光束中通过小孔SS13的第三部分的量要多。

聚焦的激光束通过小孔SS11、SS12、SS13后的一部分会照射到透镜60上。透镜60将这部分聚焦的激光束聚焦在三等份探测器S3上。在聚焦的激光束通过小孔SS12的第二部分的量与该聚焦的激光束通过小孔SS13的第三部分的量不同的情况下，三等份探测器就会向激励装置S4发出通知信号，指出第二部分和第三的量哪个更大，从而，如上面所提到过的那样，执行跟踪伺服程序。

另一方面，正如上文提到过的，小孔板50’上的反射部件SS20，能够帮助执行聚焦伺服程序。

根据本发明的第二优选实施例，只有一个轨道用于跟踪伺服，该读取器装置可用第一个或最后一个轨道，这两个轨道没有两个最邻近的轨道。此外，由于数据不是均一地储存在全息介质S1的多个轨道中，本发明的第二优选实施例只用到了一个轨道，而不是三个，可以更精确地执行跟踪伺服过程。

这样，当全息ROM播放机重放全息数据的时候，本发明的优选实施例中的读取器装置和方法可以执行跟踪伺服和聚焦伺服功能。而且，本发明的优选实施例中的读取器装置和方法可以应用于任何在全息介质上写入或读取全息数据的全息存储系统。

我们通过优选实施例对本发明做了展示和描述，本领域技术人员就会理解，在不脱离下述权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种的变动和修改。