CN1296911C - 包含对准全息媒体与掩模的对准装置的全息rom系统 - Google Patents

Abstract

一种全息ROM系统，包括用于将存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准的对准装置。该对准装置具有光束照射部件，该光束照射部件用光束照射全息媒体和掩模的对准标记；一对准机构，响应控制信号移动全息媒体和掩模至少其中之一；一光检测部件，在全息媒体和/或掩模移动的同时，检测通过全息媒体和掩模的对准标记的光束；以及一用于产生控制信号的控制部件，该控制部件根据光检测部件检测出的光束强度控制对准机构。

Description

包含对准全息媒体与掩模的对准装置的全息ROM系统

发明领域

本发明涉及一种全息ROM(只读存储器)系统；尤其涉及一种包括对准装置的全息ROM系统，该对准装置能自动、精确地将用于存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准。

技术背景

全息存储系统通常采用页向(page-oriented)存储方法。输入装置如SLM(空间光调制器)以二维阵列(称作一页)的形式显示需记录的数据，而在读出时使用诸如CCD摄像机的探测器阵列来恢复所记录的数据页。还提出了其它结构，其中采用逐位记录取代页向方法。不过所有这些系统存在一个共同缺陷，即为了填满存储器容量，需要记录极大数量的独立的全息图。使用兆位大小阵列的典型页向存储系统，需要记录数十万的全息页来达到100GB或更大容量。即使全息曝光时间为毫秒量级，填充100GB量级存储器所需的总记录时间即使没有数小时，也很容易达到至少数十分钟。因此，已经研制出另一种如图5中所示的全息ROM系统，其中产生100GB量级容量盘所需的时间缩短到不到一分钟，并可能减小到数秒的量级。

图5中的全息ROM系统包括光源1，HWP(半波片)2、12，扩束装置4，PBS(偏振光分束器)6，偏振片8、14，反射镜10、16，掩模22，全息媒体20和锥形镜(conical mirror)18。

光源1发射具有恒定波长例如532nm波长的激光束。该激光束仅包括一种线偏振，例如P-偏振或S-偏振，将其提供给HWP 2。HWP 2将激光束的偏振态旋转θ度(最好是45°)。然后，经过偏振态旋转的激光束入射到扩束装置4，用以将激光束的光束尺寸扩展到预定大小。之后，将经过扩束的激光束提供给PBS 6。

通过反复沉积至少两种各自具有不同折射率的材料制造而成的PBS 6，用于透过一种类型的偏振激光束，例如P-偏振光束，并反射另一种类型的偏振激光束，例如S-偏振光束。因此PBS 6将经过扩束的激光束分成分别具有不同偏振态的透射激光束(下面称作信号光束)和反射激光束(下面称作参考光束)。

例如将P-偏振的信号光束入射到偏振片8，偏振片8去除信号光束中不完全偏振成分(imperfectly polarized components)，且仅允许纯粹的P-偏振成分通过。然后，反射镜10反射具有完全或纯粹偏振态的信号光束。之后，反射的信号光束通过掩模22投射到全息媒体20上。显示用于记录的数据图案的掩模22，起到输入装置的作用，例如空间光调制器(SLM)。

另一方面，将参考光束提供给HWP 12。HWP 12转变参考光束的偏振态，使参考光束的偏振态与信号光束的偏振态相同。然后将经过偏振态转变的参考光束提供给偏振片14，使参考光束的偏振态更加纯净。反射镜16反射具有完全偏振态的参考光束。之后，将经过反射的参考光束投射到锥形镜18上(该锥形镜18为一种具有圆形底面的、在圆形底面与锥面之间具有预定底角的圆锥)，而锥形镜18由支架(未示出)固定。经过反射的参考光束由锥形镜18朝向全息媒体20反射。由锥形镜18的底角决定反射参考光束在全息媒体20上的入射角。

用于固定锥形镜18的支架应当安装在锥形镜18的底面上，以防止支架阻挡参考光束。由于支架应当放置在锥形镜18的底面上，所以通常穿过全息媒体20的中心开口24安装支架。

全息媒体20为盘形材料，用于记录数据图案的。掩模22提供要存储到全息媒体20中的数据图案。用垂直入射的平面波，即信号光束照射掩模22，并且用从相反一侧入射的参考光束以反射机制记录全息图，就将衍射图案记录在全息媒体20中。选择锥形光束形状以使其接近于在光盘上所有位置处均具有恒定辐射(radial)角的平面波参考光束，从而在回放过程中，当盘旋转时，通过固定角度的窄平面波可以就地读出全息图。此外，通过使用具有不同底角的锥形镜18，可以实现角度复用(参见Ernest Chuang等人的“用于高速复制的全息ROM系统(Holographic ROM system for high-speed replication)”2002年，IEEE)。

使用上述方案，生成完全记录有100GB量级容量的光盘所需的时间可以缩短到不到一分钟，并可能减小到数秒的量级。

同时，为了在全息媒体20(下面也称作“盘”)中记录全息数据，要求掩模与盘精确对准。在用于对准光盘和掩模的传统方法中，操作者通过使用高倍显微镜和照明装置直接观察在其上形成的对准标记。

不过，在这种传统方法中，由于操作者应当在通过显微镜用他/她的眼睛直接观察对准标记的同时对准光盘与掩模，因此全息ROM系统的生产率降低。另外，如果操作者不是有经验的人员，则光盘与掩模很有可能对不准。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种全息ROM系统，该全息ROM系统包括一用于将存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准的对准装置；以及一种用于对准全息媒体与掩模的方法，其中全息媒体与掩模自动、精确地对准。

根据本发明一个方面，提供一种全息ROM系统，包括：一用于将存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准的一对准装置，该对准装置具有光束照射部件，用光束照射全息媒体和掩模的对准标记；一对准机构，响应控制信号而移动全息媒体和掩模至少其中之一；一光检测单元，用于在全息媒体和/或掩模移动时检测穿过全息媒体和掩模的对准标记的光束；以及一控制部件，用于产生控制信号，该控制部件根据光检测单元检测出的光束强度控制该对准机构。

根据本发明另一方面，提供在全息ROM系统中将存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准的一种方法，该方法包括以下步骤：在移动全息媒体和掩模的同时，用激光束照射全息媒体和掩模的对准标记；检测穿过全息媒体和掩模的对准标记的光束强度；并根据检测出的光束强度定位全息媒体和掩模。

附图简述

通过下面结合附图对优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的和特征将更加显而易见，其中：

图1表示依照本发明优选实施例的对准装置的示意图；

图2表示该对准装置的对准机构的分解图；

图3的说明图用来解释对准装置的操作；

图4A的曲线图表示当掩模支架沿X-方向移动时光电探测器检测出的光束强度；

图4B的曲线图表示当盘支架沿Y-方向移动时光电探测器检测出的光束强度；以及

图5给出全息ROM系统的示意图。

发明详述

下面，将参照附图描述本发明的优选实施例。

图1表示根据本发明优选实施例的全息ROM系统中使用的对准装置的原理图，该对准装置将存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准。该全息ROM系统的基本结构与本发明背景技术中参照图5所述大体相同；因此将省略其详细描述。

对准装置包括光源102，聚焦透镜104，光纤106，对准机构108，光电探测器110和控制部件112。附图标记108a为具有对准标记108a1的盘形全息媒体(下面也称作“盘”)，附图标记108b是具有对准标记108b1的掩模。掩模108b具有与欲存储在全息媒体或盘108a中的数据相应的图案，例如狭缝图案。在全息ROM系统记录过程中，信号光束通过掩模108b投射到盘108a上，同时参考光束从相反侧入射到盘108a上，以反射机制记录全息图，从而在盘108a中记录干涉图案。

参照图1，光源102发射出用于对准盘108a与掩模108b的光束，并且光束通过聚焦透镜104聚焦到光纤106上。光纤106耦合到例如作为盘106的对准标记108a1的中心开口。

通过光纤106传输的光束通过盘108a和掩模108b各自的对准标记108a1，108b1，并将由光电探测器110检测到，其中盘108a和掩模108b通过对准机构108保持彼此平行和彼此间隔。

现在将参照图2描述根据本发明优选实施例的对准机构108。盘108a通过盘夹1082安装在盘支架1083上，掩模108b安装在掩模支架1084上。固定板1110放置在盘支架1083与掩模支架1084之间。掩模支架1084通过一对X-方向导轨1084a以可移动的方式与固定板1110的一侧连接，并且可通过X-驱动部件(例如激励器)1081沿X-方向导轨1084a在预定范围(X-方向光束扫描范围)内移动。盘支架1083通过一对Y-方向导轨1083a以可移动的方式与固定板1110的另一侧连接，并且可通过Y-驱动部件(例如激励器)1085沿Y-方向导轨1083a在预定范围(Y-方向光束扫描范围)内移动。此时，X-方向运动和Y-方向运动可以同时或顺序进行。

现在参照图3，Y-驱动部件1085响应控制部件112发出的控制信号CS2沿Y方向驱动盘支架1083，X-驱动部件1081响应控制部件112发出的控制信号CS1沿X方向驱动掩模支架1084(图3中未示出)。具体来说，当光束通过与盘108a的中心开口或对准标记108a1耦合的光纤106照射在掩模108b的对准标记108b1上时，掩模支架1084通过X-驱动部件1081在X-方向光束扫描范围内移动，盘支架1083通过Y-驱动部件1085在Y-方向光束扫描范围内移动。

在本实施例中，与盘支架1083和掩模支架1084一起分别沿Y和X方向移动的盘108a和掩模108b的Y和X方向光束扫描范围均为大约1mm。光束扫描范围可依照需要适当选择。

当掩模108b和盘108a响应来自控制部件112的控制信号CS1，CS2分别沿X和Y方向移动时，光电探测器110检测通过对准标记108a1，108b1的光束，而控制部件112监测光电探测器110所检测出的光束强度，并将盘108a和掩模108b停止在观察到最大光束强度的位置处。最大光束强度意味着对准标记108a1、108b1彼此最精确地对准。虽然在本实施例中在掩模108b上设置一个对准标记108b1，不过可以在其上设置两个或更多对准标记108b1。在设置两个或更多对准标记108b1的情形中，就要相应地设置两根或更多光纤，与一个对准标记的情形相比，穿过各对准标记108b1的光束的总强度将增大。

另外，控制部件112控制X-驱动部件1081，响应用户的操作信号(用于盘和掩模的自动对准操作信号)沿X方向在X-方向光束扫描区域内移动掩模支架1084，并将掩模支架1084停止在能观察到最大光束强度的位置处。例如，如图4A中所示，鉴于X-方向光束扫描区域为x0-x1，则掩模支架1084停止在检测到最大光束强度的位置x处。

然后，控制部件112控制Y-驱动部件1085，沿Y方向在Y-方向光束扫描区域内移动盘支架1083，并将盘支架1083停止在检测到最大光束强度的位置处。例如，如图4B中所示，鉴于Y-方向光束扫描区域为y0-y1，则盘支架1083停止在检测到最大光束强度的位置y处。

如上所述，在本实施例中，控制部件112相继控制掩模支架1084和盘支架1083以分别移动掩模108b和盘108a。不过，控制部件112可以首先控制盘支架1083，以移动盘108a，然后控制掩模支架1084，以移动掩模108b。或者，控制部件112可以同时控制掩模支架1084和盘支架1083，分别移动掩模108b和盘108a。此外，尽管在本实施例中移动盘108a和掩模108b，不过也可以仅移动其中之一而将其对准。在此情形中，控制部件112可以控制掩模支架1084或盘支架1083移动。

此外，可以提供监视器(未示出)，以显示光电探测器110检测到的光束强度，使用户可在直接观察穿过盘和掩模的对准标记的光束强度的同时，控制X-驱动部件和Y-驱动部件。

根据本发明，无需传统对准方法中使用显微镜和照明装置，就可以实现盘与掩膜的自动、精确对准，从而增加全息ROM系统的生产率，并防止掩模与盘之间发生未对准。

尽管参照优选实施例表示和描述了本发明，不过本领域技术人员应当理解，在不偏离所附权利要求限定的本发明精神和范围的条件下，可以进行多种改变和变型。

Claims (7)

1、一种全息ROM系统，包括：

一对准装置，用于将用以存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准，该对准装置包括：

一光束照射部件，用于使光束照射到全息媒体和掩模的对准标记上；

一对准机构，用于响应控制信号而移动全息媒体与掩模中至少之一；

一光检测部件，用于在全息媒体和/或掩模移动的同时检测通过全息媒体和掩模的对准标记的光束；以及

一控制部件，用于产生控制信号，并且该控制部件根据光检测部件检测出的光束强度控制对准机构。

2、如权利要求1所述的全息ROM系统，其中所述光束照射部件包括用于产生光束的光源；用于聚集光束的聚光器；以及用于将聚集光束引导至对准标记的光束引导部件。

3、如权利要求2所述的全息ROM系统，其中所述光束引导部件为光纤。

4、如权利要求1所述的全息ROM系统，其中所述对准机构包括用于支撑全息媒体的第一支架，该第一支架可沿第一方向移动；用于支撑掩模的第二支架，该第二支架可沿垂直于第一方向的第二方向移动；以及响应于控制信号分别移动第一和第二支架的第一和第二驱动部件。

5、如权利要求1所述的全息ROM系统，其中所述对准装置还包括监视器，该监视器用于显示由光检测部件检测出的光束强度。

6、一种用于将全息ROM系统中存储数据的全息媒体与具有数据图案的掩模对准的方法，该方法包括以下步骤：

在移动全息媒体和掩模的同时，用光束照射到全息媒体和掩模的对准标记上，

检测通过全息媒体和掩模的对准标记的光束强度；以及

根据所检测出的光束强度移动全息媒体和掩模中至少之一以使得该全息媒体和掩模对准。

7、如权利要求6所述的方法，其中光束通过光纤照射，从而该光束穿过全息媒体和掩模的对准标记。

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