專利名稱：在單比特全息數(shù)據(jù)存儲裝置中進行跟蹤的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明技術(shù)一般涉及比特式全息媒體。更具體地說，技術(shù)涉及用于讀取在光盤上
存儲的數(shù)據(jù)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計算能力的發(fā)展，計算技術(shù)已進入新的應(yīng)用領(lǐng)域，如其中包括的消費者視頻、 數(shù)據(jù)存檔、文檔存儲、成像和電影制作。這些應(yīng)用為開發(fā)已增大存儲容量的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)提 供了持續(xù)的推動力。此外，存儲容量的增大不但實現(xiàn)而且促進了已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出開發(fā)人員的初 始預(yù)期的技術(shù)的開發(fā)，如其中包括的游戲。 用于光學(xué)存儲系統(tǒng)的逐漸更高的存儲容量提供數(shù)據(jù)存儲技術(shù)開發(fā)的良好示例。在 20世紀(jì)80年代早期開發(fā)的壓縮磁盤或CD格式具有大約650-700MB數(shù)據(jù)的容量，或者大約 74-80分鐘的兩信道音頻節(jié)目的容量。相比之下，在20世紀(jì)90年代早期開發(fā)的數(shù)字多功能 光盤(DVD)格式具有大約4. 7GB(單層)或8. 5GB(雙層)的容量。DVD的更高存儲容量足 夠以更早視頻分辨率存儲全長電影(例如，大約720(h)x576(v)像素的PAL或大約720(h) x480(v)像素的NTSC)。 然而，隨著諸如高清電視(HDTV)(對于1080p大約為1920 (h) x1080 (v)像素)等
更高分辨率視頻格式已變得通用，能夠保存以這些分辨率記錄的全長的電影長片的存儲格 式已變得合乎需要。這促進了高容量記錄格式的開發(fā)，如Blu-ray Disc"格式，該格式能夠 在單層磁盤中保存大約25GB，或在雙層磁盤中保存50GB。隨著視頻顯示的分辨率和其它技 術(shù)繼續(xù)發(fā)展，具有甚至更高容量的存儲媒體將變得更重要。可在存儲業(yè)界更好地實現(xiàn)將來 容量要求的一種在開發(fā)的存儲技術(shù)是基于全息存儲。 全息存儲是以全息圖形式對數(shù)據(jù)的存儲，全息圖是在光敏存儲媒體中兩個光束的 相交形成的三維干涉圖的圖像。基于頁面的全息技術(shù)和比特式全息技術(shù)均已得到研究。在 基于頁面的全息數(shù)據(jù)存儲中，包含數(shù)字編碼數(shù)據(jù)的信號射束疊加在存儲媒體的體積內(nèi)的參 考射束上，從而導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)，該反應(yīng)例如更改或調(diào)制體積內(nèi)媒體的折射率。此調(diào)制用于記 錄來自信號的強度和相位信息。每個比特因此通常存儲為干涉圖的一部分。以后，能通過 將存儲媒體單獨暴露在參考射束下來獲取全息圖，該射束與存儲的全息數(shù)據(jù)交互以生成與 用于存儲全息圖像的初始信號射束成正比的重構(gòu)的信號射束。 在比特式全息或微全息數(shù)據(jù)存儲中，每個比特作為微全息圖或一般由兩個對向傳 播聚焦的記錄射束生成的Bragg反射光柵寫入。隨后，通過使用讀取射束反射微全息圖以 重構(gòu)記錄射束來獲取數(shù)據(jù)。相應(yīng)地，微全息數(shù)據(jù)存儲比頁面式全息存儲更類似于當(dāng)前技術(shù)。 然而，與在DVD和Blu-ray Disk 格式中可使用的雙層數(shù)據(jù)存儲不同，全息磁盤可具有50 或100層的數(shù)據(jù)存儲，從而提供可以兆兆字節(jié)(TB)為單位測量的數(shù)據(jù)存儲容量。此外，如 對于基于頁面的全息數(shù)據(jù)存儲一樣，每個微全息圖包含來自信號的相位信息。
以前通過在磁盤中分配特殊的伺服層，該層包括表面凹槽紋或在數(shù)據(jù)層中嵌入的 特殊定位格式全息圖(伺服標(biāo)記)，已解決在多層光學(xué)數(shù)據(jù)存儲(ODS)媒體中射束跟蹤的問題。在多層全息光學(xué)媒體中跟蹤的方案利用特殊預(yù)制作的(pre-mastered)帶凹槽跟蹤層 以及指定到跟蹤的另外不同顏色激光源。從多層HDS媒體的數(shù)據(jù)層直接提取跟蹤誤差信號 已得到解決，其中，由于磁道上讀取射束的偏心定位原因衍射射束的形狀更改被用于生成 跟蹤誤差信號，以及記錄離軸光柵以生成在數(shù)據(jù)衍射射束周圍的衛(wèi)星衍射射束以提供定位 信息。在多層ODS媒體中存在對改進的射束跟蹤的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面包括在全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中用于控制跟蹤的方法，包括將射 束撞擊在全息數(shù)據(jù)盤上，其中，射束從部署在全息數(shù)據(jù)盤內(nèi)的微全息圖反射；由多元件檢測 器檢測來自全息數(shù)據(jù)盤的反射射束；以及分析多元件檢測器檢測到的圖案以生成跟蹤誤差信號。 本發(fā)明的一方面包括光學(xué)媒體驅(qū)動器，包括光學(xué)激勵裝置，配置為將激光束聚焦 在光盤中的微全息圖上；光學(xué)檢測器，配置為檢測來自光盤中微全息圖的反射光束；處理 器，配置為將反射光束轉(zhuǎn)換為跟蹤誤差信號；以及跟蹤伺服機構(gòu)，配置為控制激光束相對于 光盤的徑向位置，其中，跟蹤伺服機構(gòu)配置為接收跟蹤誤差信號。


參照附圖閱讀以下詳細(xì)說明時，將更好地理解本發(fā)明的這些和其它特性、方面和 優(yōu)點，附圖中類似的字符在所有圖形中表示類型的部分，其中
圖1是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例的光盤讀取器的示意圖；
圖2是在本發(fā)明技術(shù)的實施例中可使用的光盤的頂視圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例，檢測器配置的圖示； 圖4是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例，用于讀取微全息圖(微光柵)存儲器件的檢測 頭的圖示； 圖5是從微光柵衍射的射束的偏轉(zhuǎn)的圖示，讀取射束居中在光柵上和偏心入射；
圖6和6A是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例，在徑向上對于探測射束的不同偏離磁道位 置沿切線方向(磁道)掃描的單光柵的實驗推挽信號(push-pull signals) (A+B)-(C+D) 的曲線圖； 圖7是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例，定義為峰值徑向推挽信號的S曲線偏離磁道誤 差函數(shù)，也示出檢測器元件相對于磁道方向的定向； 圖8是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例，對于-1 y m和1 m的探測射束偏離磁道位置沿 切線方向(磁道)掃描的單光柵的實驗對角信號A+C和B+D的曲線圖；
圖9是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例，定義為(A+C)與(B+D)峰值位置偏移和探測射 束的偏離磁道(徑向)位移的S曲線偏離磁道誤差函數(shù)；以及 圖10是根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的實施例，用于通過測量每個信號的相位或兩個相位之 間的相對相差來確定跟蹤(偏離磁道)誤差信號的(A+C)和(B+D)信號的曲線圖表示。部件 列表10 光學(xué)驅(qū)動系統(tǒng)12 光學(xué)數(shù)據(jù)盤14 光學(xué)元件16 讀取(數(shù)據(jù))射束18 反射的射束20 耦合22 光學(xué)驅(qū)動電子器件封裝24 跟蹤伺服26 機械促動 器28 處理器30 電機控制器32 電源34 主軸電機36 主軸38 RAM40R0M42 面板控制44 遠(yuǎn)程接收器46 控制信號48 遠(yuǎn)程控制50 網(wǎng)絡(luò)接口 52 消費者電子器件數(shù)字接口 54 數(shù)模信號處理器56 主軸孔58 連續(xù)螺旋 磁道90 檢測器100 系統(tǒng)102 激光束104 聚焦光學(xué)器件106 目標(biāo)體積108 媒體盤IIO 分束器120 衍射射束122 讀取射束124 光柵或微全息圖130 曲線 132 曲線140 S-曲線響應(yīng)或跟蹤誤差信號150 曲線152 曲線160 S-曲線或 跟蹤誤差信號170 曲線圖172 信號(A+C)174 信號(B+D) 176 單一曲線178 垂 直參考線180 峰值182 相位差分(p
具體實施例方式
本發(fā)明技術(shù)涉及能結(jié)合到全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)中的跟蹤系統(tǒng)和方法。全息數(shù)據(jù)存儲 (HDS)媒體由于通常利用HDS光盤材料的大部分或所有體積的能力而被開發(fā)為下一代的光 學(xué)數(shù)據(jù)存儲(ODS)。與單層DVD相比，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)容量高達IOO倍的增長，在120毫米(直 徑)xl. 2毫米盤上容量可能達到數(shù)百GB到1TB的數(shù)據(jù)。要了解全息數(shù)據(jù)存儲的各種方面 的論述，請參閱美國專利7388695，該專利通過引用結(jié)合于本文，就好象其全文在此陳述了 一樣。 全息存儲格式的一種方案是單比特全息系統(tǒng)，其中，信息通過在材料的塊體上記 錄的精微尺寸(microscopic-sized)衍射光柵(微全息圖)的存在(比特1)或不存在(比 特0)表示，使得它將來自聚焦的探測射束的一部分光反射到適當(dāng)定位的檢測器中。由于此 類光柵的衍射效率對讀取射束配置的高靈敏度原因，能在媒體中多層布置數(shù)據(jù)比特，以便 通過讀取光度頭(觸針)的適當(dāng)定位，能為每層獨立于其它層尋址，這又產(chǎn)生了高的媒體 容量。這與容量更低的其它格式(CD、DVD等)不同，這些格式采用幾個空間分隔的數(shù)據(jù)層 (一般一個或兩個)并且基本上是基于表面的媒體。 在旋轉(zhuǎn)盤幾何結(jié)構(gòu)中，微光柵的每個物理層內(nèi)的數(shù)據(jù)比特以作為磁道的循環(huán)或螺 旋序列布置。為獲得數(shù)據(jù)的可靠讀出，觸針射束應(yīng)精確定位在磁道的中心上方，精度由磁道 間距離規(guī)定(以類似于基于表面的媒體中的方式)。在表面媒體中，從由數(shù)據(jù)層中的凸紋邊 緣(edges of land)和凹陷件(pit features)或?qū)ｉT設(shè)計的跟蹤凹槽的反射產(chǎn)生的射束 衍射圖案更改中提取跟蹤誤差信號。 在體存儲媒體(volumetric storage medium)中，比特通過產(chǎn)生折射率的局部調(diào) 制的聚焦激光束記錄在材料的塊體中，然而，該調(diào)制通常不象在表面媒體中一樣展示銳緣 圖案。然而，微全息圖的反向反射射束的效率、傳播方向和射束剖面圖可通過探測射束和包 含微全息案的體積的空間重疊來定義。因此，體光柵的衍射可確定能提取的偏離磁道 誤差信號。在一次性寫入多次讀取(WORM)媒體中，諸如凹槽等探測引導(dǎo)標(biāo)記可用于將數(shù)據(jù) 標(biāo)記寫入空白盤中。 然而，在預(yù)記錄媒體(如內(nèi)容分發(fā)盤)中和預(yù)格式化W0RM媒體(例如，其中數(shù)據(jù)磁 道和層預(yù)填充有標(biāo)記，并且數(shù)據(jù)的記錄通過選擇性地擦除它們中的一些標(biāo)記而實現(xiàn))中， 攜帶數(shù)據(jù)的微全息圖通常已經(jīng)布置在磁道和層中。在這些情況下，本發(fā)明技術(shù)要從(能攜 帶有用信息)的比特獲得跟蹤信息，由此降低或消除具有另外的跟蹤全息圖或表面跟蹤圖 案的需要和復(fù)雜性，而具有另外的跟蹤全息圖或表面跟蹤圖案將減少有用容量和/或使制 作工藝變得復(fù)雜。利用由特殊跟蹤層(例如，使用專用跟蹤射束)和數(shù)據(jù)微全息圖(如本發(fā)明技術(shù)所示教)生成的跟蹤信號的其它示例也是可能的。 在應(yīng)用信道編碼和/或調(diào)制前的單比特HDS媒體中，數(shù)據(jù)的比特由導(dǎo)致衍射光的 高/低強度級別的單微光柵(singlemicro-grating)的存在/不存在表示，存在/不存在 能指配為l和0值。微光柵包括帶有周期性調(diào)制的折射率的媒體的區(qū)域，周期性滿足Bragg 條件以產(chǎn)生可估計的衍射波。光柵可通過一對聚焦的相互相干的寫入激光束形成，以便折 射率調(diào)制通常跟隨向光柵的邊緣的逐漸剖面圖消失。為在1與0信號級別之間實現(xiàn)高對比 度，每個"開啟(on)"比特的衍射效率應(yīng)是大的或最大化，這一般在讀出射束精確對齊、居中 在微光柵上時發(fā)生。在讀取射束位置移離光柵的中心時，衍射效率隨著在光柵與射束強度 剖面圖之間的重疊減少而下降。然而，甚至在衍射效率發(fā)生相當(dāng)大的更改前，衍射射束可在 傳播方向上進行源于射束與光柵相互位置的非對稱性的可檢測的更改。
本發(fā)明技術(shù)涉及從單比特全息數(shù)據(jù)存儲(HDS)媒體中的數(shù)據(jù)比特和/或格式化比 特生成跟蹤誤差信號。檢測到反射信號射束偏離其標(biāo)定方向，該偏離在讀取射束相對于微 光柵中心未對齊時發(fā)生。多信道(例如，四信道)光學(xué)檢測方案便于提取推挽信號，推挽信 號能用作光學(xué)媒體播放器或驅(qū)動器的跟蹤伺服回路中的跟蹤誤差信號。差分幅度和相位信 號可在單比特HDS系統(tǒng)中顯示。 因此，該技術(shù)可在多層單比特HDS系統(tǒng)中從各個比特(數(shù)據(jù)或輔助/格式化)中 獲得跟蹤誤差信號，從而降低在例如以帶凹槽表面(可使讀出和/或制作工藝變得復(fù)雜) 形式或作為體衍射元件的單獨層/子集(將耗用媒體的容量)的特殊對齊層中的需要。因 此，本發(fā)明技術(shù)能導(dǎo)致用于HDS媒體的簡化的格式，以及增大此類媒體的有用容量。
在實現(xiàn)中，評估衍射射束傳播的更改，該更改變換成在表示數(shù)據(jù)比特的光柵上掃 描時檢測器上的射束圖像點的可檢測的偏移。檢測器上的此信號射束(反射的數(shù)據(jù)射束) 移動(偏轉(zhuǎn))與讀取射束(數(shù)據(jù)射束)相對于光柵中心的位置相關(guān)(即，對于跟蹤，反射的 數(shù)據(jù)射束被理解為指示微全息圖的中心的左側(cè)或右側(cè)的偏置)。在通過適當(dāng)?shù)墓怆姍z測器 檢測到時，此位置能轉(zhuǎn)換成偏離磁道誤差信號，并反饋到伺服回路中以補償觸針定位誤差。 此類射束運動的檢測可比例如射束形狀的檢測更容易，且更具魯棒性。同樣地，在某些實施 例中，可采用該方案而無需另外的表面圖案化或其它專用伺服層來執(zhí)行跟蹤。
總之，該技術(shù)利用來自反向的射束偏轉(zhuǎn)，該偏轉(zhuǎn)在讀出射束沿和/或跨數(shù)據(jù)的磁 道在每個數(shù)據(jù)比特全息圖上傳播時發(fā)生_該效應(yīng)是折射率調(diào)制的精微尺寸體光柵的緊聚 焦(tightly focused)(例如，高斯)射束的衍射結(jié)果。應(yīng)注意的是，讀取射束可被視為是 數(shù)據(jù)射束或信號射束。在某些情況下，讀取射束可被視為數(shù)據(jù)射束，并且反射的讀取射束可 被視為信號射束等等。有利地是，在實施例中，該技術(shù)可利用反射的讀取/數(shù)據(jù)射束而不是 單獨的跟蹤射束進行跟蹤，由此降低或消除對跟蹤射束或雙射束系統(tǒng)的需要。光盤播放器 /驅(qū)動器 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖形，圖1是可用于從光學(xué)存儲盤12讀取數(shù)據(jù)的光學(xué)驅(qū)動系統(tǒng)10。在 光學(xué)數(shù)據(jù)盤12上存儲的數(shù)據(jù)通過一系列的光學(xué)元件14讀取，這些元件將讀取(數(shù)據(jù))射 束16投射到光學(xué)數(shù)據(jù)盤12上。反射的射束18由光學(xué)元件14從光學(xué)數(shù)據(jù)盤12上拾取。 光學(xué)元件14可包括任何數(shù)量的不同元件，這些元件設(shè)計為生成激勵射束，將那些射束聚焦 在光學(xué)數(shù)據(jù)盤12上，并且檢測從光學(xué)數(shù)據(jù)盤12回來的反射18。光學(xué)元件14通過到光學(xué) 驅(qū)動電子器件封裝22的耦合20控制。光學(xué)驅(qū)動電子器件封裝22可包括諸如用于一個或多個激光系統(tǒng)的電源、檢測來自檢測器的電子信號的檢測電子器件、將檢測到的信號轉(zhuǎn)換 成數(shù)字信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器等此類單元及其它單元，諸如預(yù)測檢測器信號何時實際上正配準(zhǔn) (registering)光學(xué)數(shù)據(jù)盤12上存儲的比特值的比特預(yù)測器。 光學(xué)元件14在光學(xué)數(shù)據(jù)盤12上方的位置由跟蹤伺服24控制，跟蹤伺服具有配置 為在光學(xué)數(shù)據(jù)盤12的表面上方來回移動光學(xué)元件的機械促動器26。光學(xué)驅(qū)動電子器件22 和跟蹤伺服24由處理器28控制。在根據(jù)本發(fā)明技術(shù)的一些實施例中，處理器28可能夠基 于可由光學(xué)元件14收到并反饋到處理器28的采樣信息，確定光學(xué)元件14的位置。光學(xué)元 件14的位置可經(jīng)確定以增強和/或放大反射18或者降低反射18的干涉。在一些實施例 中，跟蹤伺服24或光學(xué)驅(qū)動電子器件22可能夠基于由光學(xué)元件14收到的采樣信息確定光 學(xué)元件14的位置。 處理器28也控制向主軸電機34提供電源32的電機控制器30。主軸電機34耦合 到控制光學(xué)數(shù)據(jù)盤12的旋轉(zhuǎn)速度的主軸36。在光學(xué)元件14從更靠近主軸36的光學(xué)數(shù)據(jù) 盤12的外緣移動時，光學(xué)數(shù)據(jù)盤的旋轉(zhuǎn)速度可由處理器28增大。此操作可執(zhí)行以保持光 學(xué)元件14在外緣時與光學(xué)元件在內(nèi)緣時來自光學(xué)數(shù)據(jù)盤12的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率基本相同。光 盤的最大旋轉(zhuǎn)速度可以為每分鐘大約500轉(zhuǎn)(rpm) 、1000rpm、1500rpm、3000rpm、5000rpm、 10000rpm或更高。 處理器28連接到隨機存取存儲器或RAM 38和只讀存儲器或ROM 40。 ROM 40包 含允許處理器28控制跟蹤伺服24、光學(xué)驅(qū)動電子器件22和電機控制器30的程序。此外， ROM 40也包含允許處理器28分析來自光學(xué)驅(qū)動電子器件22的數(shù)據(jù)的程序，而除其它之外， 數(shù)據(jù)已存儲在RAM 38中。如本文中進一步詳細(xì)論述的一樣，RAM38中存儲的數(shù)據(jù)的此類 分析例如可包括將來自光學(xué)數(shù)據(jù)盤12的信息轉(zhuǎn)換到可由其它單元使用的數(shù)據(jù)流所需的解 調(diào)、解碼或其它功能。 如果光學(xué)讀取器系統(tǒng)10是商用單元(commercial unit)，如消費者電子器件，則 它可具有控制以允許處理器28由用戶訪問和控制。此類控制可采用面板控制42的形式， 如鍵盤、程序選擇開關(guān)及諸如此類。此外，處理器28的控制可由遠(yuǎn)程接收器44執(zhí)行。遠(yuǎn)程 接收器44可配置為從遙控器48接收控制信號46。除其它之外，控制信號46可采用紅外射 束、聲信號或無線電信號的形式。 在處理器28分析了在RAM 38中存儲的數(shù)據(jù)以生成數(shù)據(jù)流后，數(shù)據(jù)流可由處理器 28提供到其它單元。例如，數(shù)據(jù)可通過網(wǎng)絡(luò)接口 50作為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流提供到外部數(shù)字單元， 如位于外部網(wǎng)絡(luò)上的計算機或其它裝置。備選，處理器28可提供數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)流到消費者電子 器件數(shù)字接口 52，如高清多媒體接口 (HDMI)或其它高速接口，如其中包括的USB端口。處 理器28也可具有其它連接的接口單元，如數(shù)模信號處理器54。數(shù)模信號處理器54可允許 處理器28提供模擬信號以便輸出到其它類型的裝置，諸如在電視上的模擬輸入信號，或者 輸入到放大系統(tǒng)的音頻信號。 讀取器10可用于讀取如圖2所示包含數(shù)據(jù)的光學(xué)數(shù)據(jù)盤12。通常，光學(xué)數(shù)據(jù)盤 12是扁平的圓盤，在盤材料的塊體上嵌入一個或多個數(shù)據(jù)存儲層。保護涂層可以是透明塑 料，如聚碳酸酯、聚丙烯酸酯及諸如此類。在全息媒體的情況下，盤的材料可以是響應(yīng)記錄 光而活躍地更改以產(chǎn)生數(shù)據(jù)標(biāo)記全息圖的功能材料。由微全息圖表示的數(shù)據(jù)比特可分組到 任何數(shù)量的虛擬層中，這些層可位于盤整個厚度的不同深度，并且可通過將探測射束聚焦
7在每層的深度而單獨尋址。光盤12安裝在帶有主軸孔56的主軸36(圖1)上，以便磁盤可 繞其軸旋轉(zhuǎn)。在每一層上，通?？稍谶B續(xù)螺旋磁道58中將數(shù)據(jù)從盤12的外緣寫到內(nèi)部界 限，但可使用圓環(huán)磁道或其它配置。 圖3示出用于確定系統(tǒng)是否在磁道上的檢測器配置或陣列。在一個實施例中，四 象限檢測器90可用于確定光學(xué)系統(tǒng)是否偏離磁道。檢測器90的每個象限90A、90B、90C和 90D生成與反射到它上面的能量成正比的電壓。例如檢測器90包含光電二極管陣列，每個 光電二極管對應(yīng)于象限之一，諸如以四極檢測器的形式，并且響應(yīng)光能。參見圖6A以了解 檢測器相對于磁道的定向(沿AB和CD的磁道/切線方向和沿AD和BC的徑向/偏離磁道 方向)。 圖4示出用于檢測在諸如旋轉(zhuǎn)盤媒體等媒體內(nèi)特定位置處的微全息圖的存在或 不存在的系統(tǒng)100。系統(tǒng)100的目標(biāo)可以是使用本文中所述的跟蹤和聚焦機構(gòu)選擇體積 (volume)。在所示實施例中，通過分束器110，激光束102由聚焦光學(xué)器件104聚焦，以撞 擊在媒體盤108內(nèi)的目標(biāo)體積106。光束102可從常規(guī)激光二極管發(fā)出，如在CD、 DVD和 Blu-ray DiskTM播放器等中使用的那些二極管。此類激光器例如可采用GaAs基或GaN基的 二極管激光器的形式。分束器110例如可采用偏振立方體分束器的形式。聚焦光學(xué)器件104 例如可采用高數(shù)值孔徑聚焦物鏡透鏡化(high numerical aperture focusingobjective lensing)的形式。當(dāng)然，其它配置是可能的。無論具體情況如何，在目標(biāo)體積106中存在微 全息圖的情況下，光束102通過光學(xué)器件104被反射回分束器110。分束器110將反射重定 向到檢測存在或不存在反射的檢測器(例如，圖3的檢測器90)。如所提及和如下所論述的 一樣，檢測器90也可用于基于反射來解釋跟蹤信息。檢測器90可采用光電二極管或光電 二極管陣列的形式，如市場上有售的Hamamatsu Si Pin光電二極管機型S6795。
圖5示出在以下時間的衍射射束120行為(a)讀取射束122精確居中在光柵124 ; (b)射束122偏移到光柵124的左側(cè)；以及(c)射束122偏移到光柵124的右側(cè)。在通過 匯集光學(xué)器件(collecting optics)在多元件光電檢測器(例如，圖3的四象限光電二極 管檢測器90)上匯集射束時，射束傳播方向的更改表示為在讀取射束越過微光柵124的位 置時檢測器表面上的射束點偏移，這又能從檢測器90的每個元件的信號中提取并整形成 跟蹤誤差信號。示例 在一個示例中，4元件放大硅光電二極管用作光電檢測器，檢測從在染料摻雜注模 聚碳酸酯盤媒體中記錄的微光柵124衍射的信號射束122。磁盤安裝在高精度3D移動臺上， 以便微光柵能相對于讀取射束更精確地定位。使用波長在532nm的CW單縱模激光器執(zhí)行記 錄和讀出，用于記錄的功率在100iiW到數(shù)個mW，并且用于探測射束的功率是100nW-liiW。 數(shù)值孔徑低到約0. 1，并且聚焦射束點的直徑大約為3. 6 ii m。已記錄光柵的衍射效率大約 為0.1-1%。在讀取射束的不同偏離磁道位置(對于圖6的曲線圖為0和士liim)在預(yù)記 錄的微光柵上掃描光盤時，獲得了用于四個檢測器元件(如圖6的插圖6A所示定向的A、 B、C和D)的信號的線性組合。 組合的信號(A+B+C+D)是檢測器上入射的總衍射射束功率。精確居中在微光柵上 的讀取射束在所有信道上產(chǎn)生相等的信號A = B = C = D。無論何時在檢測器左右側(cè)上，即 沿磁道方向的信號之間有不平衡(切線推挽信號)，信號(A+D)-(B+C)偏離零。圖6所示的 徑向推挽信號(A+B)-(C+D)反映在垂直方向(與磁道定向垂直)檢測器上的射束點移動。
8在讀取射束與磁盤中心不對齊時，射束將偏離其反向，并且產(chǎn)生非零(A+B)-(C+D)，這能用
作偏離磁道誤差信號。 如圖6所示，(A+B)-(C+D)跟蹤信號在射束偏離磁盤中心時發(fā)生相當(dāng)大的更改。曲 線130示出用于讀取射束偏置-liim(到左側(cè))的(A+B)-(C+D)，并且曲線132示出用于讀 取射束偏置+liim(到右側(cè))的(A+B)-(C+D)。圖7示出S曲線響應(yīng)140，描述隨與磁道中心 的射束位移變化的峰值偏離磁道誤差信號(A+B)-(C+D)。替代總強度峰值信號(A+B+C+D)， 上述切線推挽信號(A+D)-(B+C)能用于檢測衍射比特的存在。推挽信號邊緣一般比強度剖 面圖的寬度更清晰(shaper)，這可改進相鄰比特之間的空間分辨率和例如能在脈位調(diào)制方 案中使用的精確光柵位置確定。 從A、B、C、D檢測器信號生成跟蹤誤差信號的另一方案是監(jiān)視對角差分相位，即在 對角和信號(A+C)與(B+D)之間的相差。圖8示出用于在圖6中表征的同一微光柵的此類 信號的示例。曲線150表示A+C，并且曲線152表示B+D。偏離磁道射束誤差通過在兩個信 號中峰值位置之間的相對偏移而變得明顯，這相當(dāng)于在時間域中的延遲或在頻率域中信號 之間的相差。如果射束很好地居中在光柵上，則峰值發(fā)生在同一射束位置(時間)。射束偏 離磁道時，對于如圖8所示負(fù)(正)方向上的偏離磁道偏移，兩個對角信號的峰值相對于彼 此延遲發(fā)生，A+C在B+D之前(后面)。 兩個峰值分開距離在圖9中表示為射束偏離磁道偏移的函數(shù)，從而產(chǎn)生能在伺服 回路控制中用作偏離磁道誤差信號的另一 S曲線160。例如相對于圖7和9論述的S曲線 信號可饋入跟蹤伺服以便于在例如驅(qū)動器10內(nèi)的跟蹤促動器的控制。實際上，兩個信號之 間的相差可測量并通過反饋回路(諸如鎖相環(huán)或PLL)降低。由于結(jié)果誤差信號不依賴信 號幅度，而信號幅度在射束光柵重疊降低時下降，或者由于不同比特之間信號級別的可能 變化原因，因此，相位測量方案一般更具魯棒性。 圖10是來自檢測器(例如，檢測器90)的信號(A+C) 172和信號(B+D) 174的曲線 圖170的示范表示，這些曲線圖可用于通過相位分離確定跟蹤(偏離磁道)誤差信號。檢 測器90可從在讀取的微全息圖(即，光柵)讀取反射的數(shù)據(jù)射束。曲線圖170顯示來自檢 測器的對角信號的相移可如何指示跟蹤誤差。在圖io的頂部的第一曲線圖指示數(shù)據(jù)射束 精確居中在正讀取的微全息圖上(即，數(shù)據(jù)射束精確地通過光柵的中心)。信號(A+C)172 和信號(B+D) 174如單一曲線176所示表現(xiàn)相同。垂直參考線178定位在曲線176的峰值 180。數(shù)據(jù)射束精確居中在微全息圖的情況下，信號172和174( S卩，曲線176是重疊的對角 信號172和174)可表示檢測器90從反射的數(shù)據(jù)射束感測到的最大強度。如果針對時鐘載 波(例如與全息圖的峰值位置一致，并且由垂直線178表示)測量，則兩個信號均具有零相 移，這將由相位檢測器在每個信道A+C和B+D上測量到。 下面的兩個曲線圖170顯示(在信號172與174之間)的相位差分(phase
differential) (p 182，該差分指示未居中在正讀取的微全息圖上的讀取或數(shù)據(jù)射束的偏置
量。曲線圖170是在掃描方向上一段時間內(nèi)的信號(例如，以電壓表示)。垂直參考線178 可表示時鐘，其中信號172和174在時鐘之前和之后。讀出射束在一個方向上偏離磁道(圖 10的中間曲線圖)時，相對于時鐘，信號A+C被前移，信號B+D被延遲，并且相位檢測器將 測量用于A+C的正值和用于B+D的負(fù)值，或用于A+C的正相對相移(P減去B+D的相移。探測 射束在相對徑向上偏離磁道(圖10的底部曲線圖)時，情況相反，并且為A+C測量的相位是負(fù)值，為B+D信號測量的相位是正值，并且A+C與B+D的相對相位是負(fù)值。因此，可檢測 到信號172和174相對于時鐘的相位或者在信號172和174相對于彼此之間的相對相差Cp 182的相位，并利用該相位生成跟蹤誤差信號(例如，基于相移Cp 182與探測射束位置誤差 相關(guān)性的S曲線，類似于圖9所示的曲線)。 雖然本文中只示出和描述了本發(fā)明的某些特性，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白許多 修改和更改。因此，要理解隨附權(quán)利要求旨在涵蓋在本發(fā)明真正精神范圍內(nèi)的所有此類修 改和更改。
權(quán)利要求
一種用于在全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(10)中控制跟蹤的方法，包括將射束(16)撞擊在全息數(shù)據(jù)盤(12)上，其中，所述射束(16)從部署在所述全息數(shù)據(jù)盤(12)內(nèi)的微全息圖(124)反射(18)；由多元件檢測器(90)檢測來自所述全息數(shù)據(jù)盤(12)的所述反射射束(18)；以及分析多元件檢測器(90)檢測到的圖案(172，174)以生成跟蹤誤差信號(140，160)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述多元件檢測器(90)至少包括兩個元件。
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述跟蹤誤差信號(140,160)包括S曲線信號。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測包括檢測在所述多元件檢測器(90)上所述反 射射束(18)從其標(biāo)定位置的移動。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中檢測移動包括檢測在所述射束(130,132)相對于 所述微全息圖(124)的中心未對齊時發(fā)生在所述多元件檢測器(90)上所述反射射束(18) 從其標(biāo)定位置的移動。
6. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述射束(16)包括數(shù)據(jù)射束，并且所述反射射束 (18)包括信號射束。
7. 如權(quán)利要求l所述的方法，包括將所述跟蹤誤差信號(140)輸入全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng) (10)中的跟蹤伺服回路(24)。
8. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述全息數(shù)據(jù)盤(12)不包括單獨跟蹤層。
9. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述全息數(shù)據(jù)盤(12)不包括體衍射元件(106)的單 獨跟蹤層。
10. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述全息數(shù)據(jù)盤(12)已預(yù)格式化以進行內(nèi)容的記錄。
全文摘要
本發(fā)明的名稱為在單比特全息數(shù)據(jù)存儲裝置中進行跟蹤的系統(tǒng)和方法，提供系統(tǒng)(10)和用于在全息數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)(10)中控制跟蹤的方法，包括將射束(16)撞擊在全息數(shù)據(jù)盤(12)上，其中，射束(16)從部署在全息數(shù)據(jù)盤(12)內(nèi)的微全息圖(124)反射(18)；由多元件檢測器(90)檢測來自全息數(shù)據(jù)盤(12)的反射射束(18)；以及分析多元件檢測器(90)檢測到的圖案以生成跟蹤誤差信號(140，160)。
文檔編號G11B7/0065GK101794587SQ20091011366
公開日2010年8月4日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月30日
發(fā)明者B·L·勞倫斯, V·P·奧斯特羅弗霍夫, X·施, Z·潘, 任志遠(yuǎn) 申請人:通用電氣公司