CN102243879A - 用于传输存储在全息存储介质中的数据的系统和方法 - Google Patents

用于传输存储在全息存储介质中的数据的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明名称为用于传输存储在全息存储介质中的数据的系统和方法。提供用于处理信息的系统(10，50，100，200，300，400，500)。该系统包括多个微全息图，其包含在沿一个或多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)中的多个轨道(14，58，108，206，310，404，512)设置的多个体积中。该微全息图中的每个包括数据。该系统还包括一个或多个拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)，其具有用于将激光束引导到多个轨道(14，58，108，206，310，404，512)上的光学透镜。此外该系统包括用于设置该一个或多个拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)的子系统(16，406，504)，该拾取头装置用于从一个或多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)记录和检索数据。

Description

用于传输存储在全息存储介质中的数据的系统和方法
技术领域
本发明大体上涉及数据传输系统和方法，更特别地涉及用于传输存储在全息存储介质(holographic storage medium)中的数据的基于光学的系统和方法。
背景技术
一般，例如光学存储系统等数据存储系统用用于记录和检索数据的光学拾取头实现。这样的光学存储系统可包括光盘，其包括沿或在螺旋形或圆形轨道(具有一系列空间上分开的标记)之间记录的数据。标记之间间隔的长度典型用于对数据编码。在读出期间，拾取头聚焦激光束，该激光束从光盘反射。当盘转动时，反射束由于从标记到标记之间的交替间隔的反射率中的差别而被调制。此外，数据通过检测和解码调制反射信号而被检索。数据处理通过增加盘的转速来提高。然而，盘的转速被限制以避免损坏。此外，具有全息数据的光学存储介质可能需要提高的数据传输率用于存档应用以及甚至用于消费者应用。
因此，需要有用于提高存储在全息存储介质中的数据的传输率的高效系统和方法。
发明内容
根据本发明的实施例，提供用于处理信息的系统。该系统包括多个微全息图，其包含在沿一个或多个存储介质中的多个轨道设置的多个体积(volume)中。微全息图中的每个包括数据。该系统还包括一个或多个拾取头装置，其具有用于将激光束引导到多个轨道上的光学透镜。此外，该系统包括用于设置该一个或多个拾取头装置的子系统，该拾取头装置用于从该一个或多个存储介质记录和检索数据。
根据本发明的另一个实施例，提供用于记录和检索信息的方法。该方法包括提供包含在沿全息存储介质中的多个轨道设置的多个体积中的多个微全息图。该方法还包括使用具有光学透镜的一个或多个拾取装置将多个激光束引导到多个轨道上。此外，该方法包括跟踪(tracking)和传输来自全息存储介质的数据。
附图说明
当下列详细说明参照附图(其中相似的符号在整个附图中代表相似的部件)阅读时，本发明的这些和其他特征、方面和优势将变得更好理解，其中：
图1是根据本发明的实施例的使用两个拾取头装置用于处理存储介质的信息的系统。
图2是根据本发明的另一个实施例的使用具有柱面透镜的光学拾取头装置用于处理存储介质的信息的系统。
图3是根据本发明的另一个实施例的使用具有柱面透镜的多个拾取头装置用于处理存储介质的信息的系统。
图4是根据本发明的另一个实施例的使用具有光栅的光学拾取头装置用于处理存储介质的信息的系统。
图5是根据本发明的再另一个实施例的使用具有光栅的多个光学拾取头装置用于处理存储介质的信息的系统。
图6是根据本发明的另一个实施例的具有设置在光学拾取杆中的多个拾取头装置的用于处理存储介质的信息的系统。
图7是根据本发明的实施例的具有包括多个拾取头装置的转动模块的用于处理存储介质的信息的系统。
图8是根据本发明的实施例的用于记录和检索信息的方法。
具体实施方式
如下文详细论述的，本发明的实施例针对数据传输系统和方法。如本文使用的，术语“全息的”或“全息术”指允许从对象散射的光线被记录并且以后被重建使得全息术表现为好像对象处于当记录对象时相对于记录介质相同的位置的技术。本发明提出使用基于光学的系统和方法传输存储在高密度全息存储介质中的数据的技术。
当介绍本发明的各种实施例的元件时，冠词“一”、“该”和“所述”意在表示存在元件中的一个或多个。术语“包括”、“包含”和“具有”意为包括的并且表示除了列出的元件可存在另外的元件。运行参数的任何示例不排除公开的实施例的其他参数。
图1图示根据本发明的一个实施例的用于处理存储介质12的信息的系统10。在一个实施例中，如示出的，存储介质12是圆盘形全息数据存储装置。在非限制性示例中，存储介质12包括塑料基底，其具有沿多个垂直堆叠横向延伸的层中的多个数据轨道14设置的多个体积‘和各自包含在体积的对应那个中的多个微全息图。在体积的每个中是否存在微全息图指示存储的数据的对应部分。系统10包括子系统16，该子系统16适应于以高速率从存储介质12传输数据。在一个实施例中，该子系统还包括滑杆18，其便于用于从存储介质12记录和检索数据的拾取头装置的径向移动。如在该实施例中图示的，具有该滑杆18的子系统16包括两个拾取头装置20、22。在该实施例中，该拾取头装置20配置成在从存储介质12的外围到存储介质12的中心的径向方向上移动。在另一方面，该拾取头装置22配置成从存储介质12的中心到外围径向移动。然而，要理解拾取头移动的各种等同技术可以由本领域内技术人员混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。此外，拾取头装置20、22包括用于将激光束引导到多个数据轨道14上的光学透镜。在一个实施例中，子系统16可包括多于两个的多拾取头装置。
此外，子系统16允许拾取头装置20、22的并行移动(parallelmovement)，以用于获得恒定数据传输率同时保持存储介质12的转动的恒定角速度。当存储介质12旋转时，拾取头装置20、22两者执行从存储介质12上的多个数据轨道14记录或读数据的操作。在一个实施例中，拾取头装置中的一个写数据而另一个拾取装置证实即刻记录的数据。在一个实施例中，从两个拾取头装置20、22的数据传输率可是不同的，这取决于拾取头装置20、22在存储介质12上的径向位置。然而，系统10通过相应地结合两个拾取头装置20、22的数据传输率来维持总体恒定的数据传输率。当存储介质12可以以最大恒定速度转动时，该恒定数据传输率是有利地，由此，允许系统10维持恒定数据传输率。在一个实施例中，系统10的恒定数据传输率将一般是用单个拾取头装置操作的系统的(RI+RO)/RI倍，其中RI和RO分别是内和外记录半径。在另一个实施例中，系统10的恒定数据传输率将是用单个拾取头装置操作的系统的大约三倍半。在这样的具有单个拾取头装置的系统中，存储介质的转动取决于拾取头装置在读出或记录期间的径向位置而改变，其导致低数据传输率。
图2图示根据本发明的一个实施例的用于处理存储介质52的信息的系统50。如示出的，该系统50包括光学拾取头装置54。在一个实施例，该光学拾取头装置54沿用于在存储介质52上径向移动的滑杆(没有示出)设置。要理解用于拾取头移动的各种等同技术可以由本领域内技术人员混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。在如示出的一个实施例中，存储介质52可是圆盘形全息存储介质，其具有多个平行数据轨道58，其具有包含微全息图的多个体积。该多个体积沿全息存储介质的多个垂直堆叠横向延伸的层中的多个平行数据轨道58设置。在体积的每个中是否存在微全息图指示存储的数据的对应部分。如在一个实施例中图示的，光学拾取头装置54包括柱面透镜，其将激光束引导到线焦点56用于从存储介质52的多个平行数据轨道58记录和检索数据。该线焦点56实现在系统50的操作期间同时读出多个邻近数据轨道。在一个实施例中，线焦点56可覆盖大约三个至大约八个数据轨道58。因为例如全息存储介质52等高密度存储的轨道间距小，可以使在多个平行数据轨道58的读出期间数据传输率大约相同。在一个实施例中，例如全息存储介质52等高密度存储的轨道间距小于典型的记录半径的0.001％。因此可以使在多个平行数据轨道58的记录和读出期间的数据传输率相同。此外，要注意对于邻近轨道，半径几乎相同，因此，数据率是相同的。因此，在该实施例中数据传输率以等于由线焦点56覆盖的多个平行数据轨道58的数目的因数来提高。
此外，在如在图2中示出的本实施例中，采用圆盘形全息存储介质的形式的存储介质52包括多个平行数据轨道58的格式化，使得该多个数据轨道组合并且一起向外螺旋(spiral out)。因为本实施例包括单个拾取头装置54，当拾取头装置54从存储介质52的中心到外围径向移动时，存储介质52的转速配置成在读出期间改变以用于维持恒定数据传输率。当拾取头装置54放置朝向转动存储介质52的中心时转动存储介质52的速度一般是高的，并且当拾取头装置54放置朝向存储介质52的外围时是低的。这是由于存储在内径中的数据量与存储在存储介质的外部外围中的数据量相比更少。在优选实施例中，多个像素检测器用于匹配存储介质52的多个平行数据轨道58。该多像素检测器具有多个像素。例如，每个像素读取多个平行轨道的单个轨道。在检测器中的像素的数目匹配数据轨道的数目。
图3图示根据本发明的实施例的用于处理存储介质102的信息的系统100。该系统100包括两个光学拾取头装置104、106，该拾取头装置沿用于在存储介质102上径向移动的滑杆103设置。要理解用于拾取头移动的各种等同技术可以由本领域内技术人员混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。存储介质102可是圆盘形全息存储介质，其具有多个平行数据轨道108，其具有包含微全息图的多个体积。该多个体积沿全息存储介质的多个垂直堆叠横向延伸的层中的多个平行数据轨道108设置，其中在体积的每个中是否存在微全息图指示存储的数据的对应部分。如示出的，光学拾取头装置104、106包括柱面透镜，其用于将激光束引导到线焦点到多个平行数据轨道108上用于读出。该线焦点实现在系统100的操作期间同时读出多个邻近数据轨道。在一个实施例中，线焦点可覆盖大约三个至大约八个数据轨道。本实施例的双拾取头装置104、106的移动和数据处理方法在方式上可与关于图1描述的实施例相似。这实现系统100为以等于由线焦点覆盖的数据轨道的数目的因数乘以由于双拾取头装置的存在引起的大约三倍半的因数的提高的数据传输率。数据存储介质102进一步配置成以恒定速度转动。此外，存储介质102采用多个平行数据轨道108的格式化使得该多个数据轨道组合在一起并且一起向外螺旋。
图4图示根据本发明的实施例的用于处理存储介质202的信息的系统200。该系统200包括光学拾取头装置204。在一个实施例，该光学拾取头装置204沿用于在数据读出和记录期间在存储介质202上径向移动的滑杆(没有示出)设置。要理解用于光学拾取头移动的各种等同技术可以由本领域内技术人员混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。存储介质202可是圆盘形全息数据存储介质，其具有多个平行数据轨道206，其具有包含微全息图的多个体积。该多个体积沿全息存储介质的多个垂直堆叠横向延伸的层中的多个平行数据轨道206设置，其中在体积的每个中是否存在微全息图指示存储的数据的对应部分。如图示的，光学拾取头装置204包括光学透镜与光栅结构208。该光栅结构208是衍射光栅结构。因此，该光栅结构208引起激光束衍射进入多个焦点210到存储介质202的多个平行数据轨道206上。这导致处理存储介质202的多个平行数据轨道206的信息。信息的处理可包括记录和检索数据到多个数据轨道206上。在一个实施例中，多个焦点210覆盖存储介质202的邻近多个数据轨道206。在另一个实施例中，多个焦点210覆盖位于存储介质202的不同位置的数据轨道。
此外，在本实施例中，当在读出和记录期间拾取头装置204从存储介质202的中心到外围径向移动时，存储介质102的转速配置成改变以用于维持恒定数据传输率。当拾取头装置204放置朝向转动存储介质202的中心时转动存储介质202的速度一般是高的，并且当拾取头装置204放置朝向存储介质202的外围时是低的。在优选实施例中，多像素检测器用于匹配存储介质202的多个平行数据轨道206。该多像素检测器具有多个像素。例如，每个像素读取多个平行轨道的单个轨道。在检测器中的像素的数目匹配数据轨道的数目。
图5是根据本发明的再另一个实施例的用于处理存储介质302的信息的系统300。该系统300包括两个光学拾取头装置304、306，该拾取头装置沿用于在存储介质302上径向移动的滑杆308设置。要理解用于拾取头移动的各种等同技术可以由本领域内技术人员混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。存储介质302可是圆盘形全息存储介质，其具有多个平行数据轨道310，其具有包含微全息图的多个体积。该多个体积沿全息存储介质的多个垂直堆叠横向延伸的层中的多个平行数据轨道310设置。在体积的每个中是否存在微全息图指示存储的数据的对应部分。
如在图5中示出的，光学拾取头装置304、306包括光学透镜与衍射光栅312、313，其用于通过将激光束分裂和衍射进入多个焦点314而将激光束引导到多个平行数据轨道310上用于读出和记录目的。该多个焦点314实现在系统300的操作期间同时读出和记录多个邻近数据轨道。在一个实施例中，拾取头的每个的多个焦点314可覆盖大约三个至大约八个数据轨道。本实施例的双拾取头装置的操作在方式上可与关于图1和图3描述的实施例相似。这将系统300实现到以等于由多个焦点覆盖的数据轨道的数目的因数乘以由于双拾取头装置的存在引起的大约三倍半的因数的提高的数据传输率。此外，数据介质302配置成以恒定速度转动。此外，存储介质302采用多个平行数据轨道310的格式化使得在圆盘形全息存储介质的情况下该多个数据轨道组合在一起并且一起向外螺旋。
图6是根据本发明的一个实施例的用于处理存储介质402的信息的系统400。存储介质402是具有塑料基底的圆盘形全息数据存储介质，其包括沿多个垂直堆叠横向延伸的层中的多个轨道404设置的多个体积和各自包含在体积的对应那个中的多个微全息图。在体积的每个中是否存在微全息图指示存储的数据的对应部分。系统400包括子系统406，该子系统406具有光学拾取杆408，该光学拾取杆408进一步包括多个光学拾取头装置410的组件，用于从存储介质402记录和检索数据。
如示出的，多个光学拾取头装置410径向地放置在光学拾取杆408上。在一个实施例中，光学拾取头装置410中的每个可包括用于聚焦在点上用于存储介质402的数据轨道404的读出或记录的光学透镜。在另一个实施例中，多个光学拾取头装置410可包括柱面透镜，用于将激光束引导到线焦点到多个平行数据轨道404上用于读出或记录存储介质402的数据。此外，在另一个实施例中，多个拾取头装置410包括光学透镜与光栅结构，用于将激光束衍射进入多个焦点到存储介质402的多个数据轨道404上。由此，拾取头装置410中的每个用足够的速度和准确度访问(access)跟踪致动器范围内的多个数据轨道404。引导激光束进入线焦点或多个焦点还允许第二级并行度(parallelism)。要理解在本实施例中论述两个级别的并行度。这包括并行头的设置作为第一级并行度并且第二级并行度包括头的每个中的并行通道。此外，每个拾取头装置410可以单独控制以聚焦或跟踪或倾转以适应存储介质402的任何不均匀性或转动存储介质402的任何震动或颤动效应。从而，子系统406的多个拾取头装置410实现与常规数据传输系统相比以高速率的信息处理，例如数据的读出或记录等。
图7是根据本发明的实施例的用于处理存储介质502的信息的系统500(顶视图)。该系统500包括子系统504，其具有臂506和设置在该臂504上的转动模块508。该转动模块508包括用于将激光束引导到斑焦点或线焦点或多个焦点用于读出和记录多个数据轨道512的一个或多个拾取头装置510。存储介质502可是圆盘形全息存储介质，其具有多个数据轨道512，其具有包含微全息图的多个体积。该多个体积沿全息存储介质的多个垂直堆叠横向延伸的层中的多个数据轨道512设置，其中体积的每个中是否存在微全息图指示存储的数据的对应部分。此外，转动模块508是快速旋转装置，其可比存储介质502更快地转动，由此覆盖多个数据轨道512。转动模块508还能够在存储介质502上径向移动同时旋转以便覆盖/读取整个存储介质502。这实现存储介质502的数据的快速读出和记录。在一个实施例中，系统500可允许数据盘或存储介质502的非常缓慢的转动，并且以数据盘的通常转速的四分之一速率(四分之一圆或更小)记录数据轨道(垂直于正常记录方向)。该具有多个拾取头的转动模块508的设置可与螺旋扫描录像带(DAT等)相似，并且当转动模块508以比常规设置中盘可以关于拾取头转动的更高的相对于盘或存储介质的速度转动时，可产生更高的传输率。
要理解多个拾取头或多个激光束的上文提到的实施例可普及以同时寻址在全息存储盘中的多个层。此外，要注意“多个数据轨道”还指在全息存储盘的各种层中的数据轨道。此外，各种实施例可包括在多个层中各种多个拾取头的使用的优化，由此减小对光学部件的负担和像差补偿操作的变焦范围，其导致减小的复杂性和成本。还要理解上文提到的实施例可普及到多个盘或数据存储介质。在非限制性示例中，用于处理信息的系统可包括多个盘或数据存储介质，其具有每盘或数据存储介质一个拾取头。拾取头可设置或最佳地间隔使得从系统获得恒定数据传输率。在一个实施例中，上文提到的实施例可以用于例如BD或DVD或CD等任何数据存储介质。
图8是根据本发明的实施例的用于记录和检索信息的方法600。在步骤602，该方法包括提供多个微全息图，其包含在沿全息存储介质中的多个轨道设置的多个体积中。在步骤604，该方法包括使用具有光学透镜的一个或多个拾取装置将多个激光束引导到多个轨道上。该一个或多个拾取头装置配置成同步或异步记录和证实数据。这样的拾取头装置还可移动到全息存储介质中的邻近轨道或多个轨道组。此外，在步骤606，该方法包括跟踪和传输来自全息存储介质的数据。该跟踪和传输包括使用具有一个或多个拾取头装置的设置的子系统读和写存储在全息存储介质中的数据。此外，在一个实施例中，该子系统可包括以相隔小于大约180度设置在圆盘形全息存储数据中的多个杆。杆中的每个可具有多个拾取头，从而实现读出和记录期间的高数据传输率。
有利地，传输存储在全息存储介质中的数据的本系统和方法实现以高速率检索和记录数据。在一个实施例中，本技术包含使用移动到相同轨道上的多个拾取头用于记录和证实即刻记录的数据。在另一个实施例中，本技术包含使用双拾取头以维持存储介质的总体恒定的最大转速。本发明还克服将来自一个拾取头的多个束聚焦到邻近数据轨道上的困难并且通过将激光束间隔开大约两个至大约三个轨道确保处理交叉的数据轨道组的使用。本技术还可以高效地包含在具有多个全息存储介质的系统中，该多个全息存储介质通过使用用于读出或记录每个全息存储介质的一个或多个拾取头来处理。
本技术的另一个优势包括消除拾取头装置的寻道时间(seektime)。在本系统的应用中的这样的优势的非限制性示例包括使用两个拾取头装置(即拾取头装置A和拾取头装置B)，其中一个拾取头装置寻道同时另一个拾取头装置读取存储介质的数据。在第一步，拾取头装置A、B寻找数据轨道，接着读取该数据轨道。当拾取头装置A继续读取时，另一个拾取头装置B寻道以为轨道跳转准备。其后，拾取头装置B开始读取新的数据轨道，而拾取头在平行轨道中跳转用于寻道和读取。
此外，技术人员将从不同实施例认识到各种特征的可交换性。相似地，描述的各种方法步骤和特征以及每个这样的方法和特征的其他已知等同物可以由本领域内技术人员混合和匹配以根据本公开的原理构建另外的系统和技术。当然，要理解非必须地上文描述的所有这样的目的或优势可根据任何特定实施例实现。从而，例如，本领域内技术人员将认识到本文描述的系统和技术可采用一种方式体现或执行，该方式实现或优化如本文教导的一个优势或一组优势，而不必实现如可在本文中教导或启示的其他目的或优势。
尽管仅本发明的某些特征已经在本文中图示和描述，许多修改和改变将被本领域内技术人员想到。因此，要理解附上的权利要求意在包含如落入本发明的真正精神内的所有这样的修改和改变。
部件列表
Figure BSA00000473564600111
Figure BSA00000473564600121

Claims (10)

1.一种用于处理信息的系统(10，50，100，200，300，400，500)，其包括：
多个微全息图，其包含在沿一个或多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)中的多个轨道(14，58，108，206，310，404，512)设置的多个体积中，每个所述微全息图包括数据；
一个或多个拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)，其具有用于将激光束引导到所述多个轨道(14，58，108，206，310，404，512)上的光学透镜；以及
用于设置所述一个或多个拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)的子系统(16，406，504)，所述拾取头装置用于从所述一个或多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)记录和检索所述数据。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述子系统(16，406，504)包括滑杆(18，103，308)，其允许所述一个或多个拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)在所述一个或多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)中的径向移动。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述子系统允许所述一个或多个拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)的并行移动以用于获得恒定数据传输率并且维持所述一个或多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)的恒定转动角速度。
4.如权利要求1所述的系统，其中包括多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)的所述系统包括设置在所述存储介质中的每个处的一个拾取头，在所述存储介质中的每个处的所述拾取头关于彼此最佳地间隔以用于获得恒定数据传输率。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述系统包括多个具有光栅子系统的拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)，其用于将所述激光束引导到覆盖所述一个或多个存储介质(12，52，102，202，302，402，502)中的所述多个轨道的多个焦点。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述拾取头装置包括多个光学透镜，以用于产生覆盖所述一个或多个存储介质中的多个轨道的多个线焦点或斑焦点，其中所述线焦点使用柱面透镜产生。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述子系统包括沿圆盘形全息存储介质的径向在臂上可移动的转动模块，所述模块包括一个或多个拾取头装置(20，22，104，106，204，304，306，510)以用于覆盖多个轨道。
8.一种用于记录和检索信息的方法，其包括：
提供(602)包含在沿全息存储介质(12，52，102，202，302，402，502)中的多个轨道设置的多个体积中的多个微全息图，所述微全息图包括数据；
使用具有光学透镜的一个或多个拾取装置(20，22，104，106，204，304，306，510)将多个激光束引导(604)到所述多个轨道上；
跟踪和传输(606)来自所述全息存储介质(12，52，102，202，302，402，502)的数据；以及
同步或异步记录和证实所述数据。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述方法进一步包括使用第一拾取头装置和第二拾取头装置从所述全息存储介质寻道和读出数据，接着在由所述第一拾取头装置读出数据期间由所述第二拾取头装置寻道以为数据轨道跳转准备，并且再接着分别由所述第二拾取头装置在新的数据轨道上读出数据并且由所述第一拾取头装置跳转到另一个平行数据轨道上以用于读出。
10.如权利要求8所述的方法，其中所述子系统包括以相隔小于大约180度设置在圆盘形全息存储数据中的多个杆，所述杆设置有所述多个拾取头。
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