CN102543109A - 读取功率控制 - Google Patents

Abstract

提供用于基于要在全息盘中读取的目标数据层控制从全息盘读取微全息图的技术。读取位于盘中相对较深的位置(例如，远离发射读取射束的光学头)的目标数据层可涉及利用较高功率的读取射束来补偿返回的读取射束的功率衰减。例如，可以利用功率调整模块来基于动态改变的目标数据层动态地调整发射读取射束的读取激光器。通过补偿较深目标数据层中的功率衰减，可减小返回的读取射束中的功率的方差，从而可能改善微全息图读取技术中的误码率。

Description

读取功率控制

技术领域

一般来说，本发明技术涉及逐位全息数据存储技术。更具体来说，这些技术涉及用于全息盘的读取功率控制的方法和系统。

背景技术

随着计算功率的发展，计算技术已经进入到新的应用领域，例如消费型视频、数据存档、文件存储、成像和电影制作等。这些应用不断推动着增加的存储容量和增大的数据速率的数据存储技术的发展。

数据存储技术的发展的一个实例是光学存储系统的日益增加的存储容量。例如，在上世纪80年代早期开发的致密盘具有约650-700MB数据或约74-80分钟双通道音频节目的容量。相比之下，在上世纪90年代早期开发的数字万能盘(DVD)格式具有约4.7GB(单层)或8.5GB(双层)的容量。此外，开发了甚至更高容量的存储技术以便满足不断增加的需求，例如对更高分辨率视频格式的需求。例如，诸如Blu-ray Disc^TM格式的高容量记录格式能够在单层盘中保存约25GB或在双层盘中保存50GB。随着计算技术的不断发展，可能需要具有甚至更高容量的存储介质。全息存储系统和微全息存储系统是可实现存储行业中的容量增大的要求的正在开发的其它存储技术的实例。

全息存储是全息图形式的数据存储，全息图是通过两束光在光敏存储介质中相交而创建的三维干涉图样的图像。基于页的全息技术和逐位全息技术一直不断发展。在基于页的全息数据存储中，包含数字编码的数据(例如，多个位)的信号射束叠加在存储介质的体积内的参考射束上，从而导致调制该体积内的介质的折射率的化学反应。因此，每个位一般作为干涉图样的一部分进行存储。在逐位全息术或微全息数据存储中，每个位作为微全息图或作为通常由两个反向传播的聚焦的记录射束生成的布拉格反射光栅写入。然后，通过利用读取射束反射出微全息图以便重构记录射束而检索数据。

逐位全息系统可使得能够记录间隔较近且层聚焦的微全息图，从而提供比之前的光学系统高得多的存储容量。全息存储盘的一些配置涉及在多个数据层中存储微全息图，每个数据层具有多个平行轨道。但是，全息存储盘通常具有可导致在全息读取期间增大的误码率的变化。例如，穿过全息存储盘的多个数据层的读取射束的衰减可导致返回的读取射束的功率发生变化。而且，由于全息存储盘中有多个数据层，所以这些变化尤其容易有读取错误。用于减少微全息读取技术中的错误率的技术是有利的。

发明内容

本发明技术的一个实施例提供一种用于读取全息盘中的数据的方法。该方法包括：基于目标数据层将读取射束的之前功率调整为新功率；以及向全息盘上的目标数据层发射新功率的读取射束。

另一个实施例提供一种用于读取全息盘上的微全息图的系统。该系统包括功率调整模块，其配置成接收对应于要从全息盘读取的目标数据层的指令并基于该指令将读取射束的功率从第一功率调整为第二功率。该系统还包括：光学头，其配置成将读取射束从全息盘的之前的数据层引导至目标数据层并将读取射束聚焦在目标数据层上；以及致动器，其配置成移动光学头的组件。

另一个实施例提供一种方法，该方法包括确定适于读取目标数据层的读取射束的读取功率，以使得返回的读取射束的返回功率不会显著衰减。然后，该方法包括以读取功率将读取射束传送到全息盘中的目标数据层。

附图说明

当参考附图阅读以下详细描述时，将能更好地理解本发明的这些和其它特征、方面和优点，附图中，类似的字符表示类似的部分，其中：

图1是根据实施例的全息存储系统的框图；

图2示出根据实施例具有数据轨道的全息盘；

图3示出根据实施例的全息盘的多个数据层；

图4是在没有读取功率控制的情况下的返回的读取射束的功率分布的曲线图；

图5是根据实施例利用读取功率控制的全息读取系统的示意图；以及

图6是根据实施例采用读取功率控制的返回的读取射束的功率分布的曲线图。

具体实施方式

以下将描述本发明技术的一个或多个实施例。为了提供对这些实施例的简要描述，本说明书中并未描述实际实现的所有特征。应明白，在开发任何这样的实际实现中，如同任何工程或设计项目一样，必须进行众多实现特有的判定才能实现开发者的特定目标，例如与系统有关和业务有关的约束兼容，这些约束可能从一个实现到另一个实现有所变化。而且，应明白，这些开发努力可能会很复杂且耗时，但是不管怎么样对于得益于本公开的本领域技术人员来说都是设计、制造和制作的例行工作。

全息存储系统中的数据利用光干涉图样存储在光敏光学材料内，光干涉图样允许将数据位存储在光学材料的整个体积内。全息存储系统中的数据传输速率可得到改善，因为可并行写入和读取数百万的全息数据位。此外，全息存储系统中的多层记录可增加存储容量，因为全息数据可存储在光盘的多个层中。为了在全息存储系统中记录数据，可将记录射束(例如，激光)引导至介质中的特定深度并使其聚焦在目标层或用于记录数据的层上。激光也可聚焦在目标层的某个目标点或位置上。激光在激光聚焦的层和/或位置上产生光化学变化，以便写入数据。在一些全息存储盘配置中，盘在衬底的可写入部分中包含染料，并且记录射束可将染料转换为微全息图。

为了读取多层全息存储系统中的数据，可将读取射束引导至全息盘中的特定层(即，目标数据层)处的某个数据位位置(即，目标数据位置)，并且读取射束可穿过全息盘的表面以便与该数据位位置处的材料相互作用。目标数据层处的读取射束的相互作用可导致读取射束从全息盘中的数据位位置发生散射和/或反射。读取射束的散射和/或反射部分可称为反射的读取射束或返回的读取射束，它们可与在数据位位置中记录全息数据位的初始记录射束成比例。因此，可检测反射的读取射束以便重构原本记录在读取射束入射的数据位位置中的数据。

图1提供可用于从全息存储盘12读取数据的全息存储系统10的框图。通过将读取射束16投射在全息存储盘12上的一系列光学元件14读取存储在全息存储盘12上的数据。光学元件14从全息存储盘12收集反射的读取射束18。光学元件14可包括任何数量的设计成生成激励射束(例如，读取激光)的不同元件或其它元件，例如配置成将这些射束聚焦在全息存储盘12上和/或检测从全息存储盘12回来的反射的读取射束18的光学头。通过到光学驱动电子封装22的耦合20控制光学元件14。光学驱动电子封装22可包括诸如下列的单元：一个或多个激光系统的电源，用于从检测器检测电子信号的检测电子装置，用于将检测的信号转换为数字信号的模拟-数字转换器，以及诸如用于预测检测器信号实际上何时登记存储在全息存储盘12上的位值的位预测器的其它单元。

光学元件14在全息存储盘12上的位置由跟踪伺服机构24控制，跟踪伺服机构24具有配置成在全息存储盘12的表面上按来回运动的方式机械地移动光学元件或控制光学元件的移动的机械致动器26。光学驱动电子装置22和跟踪伺服机构24由处理器28控制。在根据本发明技术的一些实施例中，处理器28能够基于由光学元件14接收并反馈回处理器28的采样信息来确定光学元件14的位置。可确定光学元件14的位置以便增强和放大反射的读取射束18和/或减少反射的读取射束18的干扰或补偿全息盘12的移动和/或缺陷。在一些实施例中，跟踪伺服机构24或光学驱动电子装置22能够基于由光学元件14接收的采样信息确定光学元件14的位置。

处理器28还控制电机控制器30，电机控制器30向主轴电机34提供功率32。主轴电机34耦合到主轴36，主轴36控制全息存储盘12的旋转速度。当光学元件14从全息存储盘12的外缘移动到较靠近主轴36的位置时，处理器28可增大光学数据盘的旋转速度。这样做可使来自全息存储盘12的数据的数据速率在光学元件14位于外缘时和在光学元件位于内缘时基本相同。盘的最大旋转速度约为500转/分(rpm)、1000rpm、1500rpm、3000rpm、5000rpm、10,000rpm或更高。

处理器28连接到随机存取存储器或RAM 38和只读存储器或ROM 40。ROM 40包含允许处理器28控制跟踪伺服机构24、光学驱动电子装置22和电机控制器30的程序。在一些实施例中，ROM 40包括查找表，查找表包含对应于入射在全息盘12上的读取射束的信息。例如，查找表可包括适于盘12的每个数据层的读取射束功率，这将进一步论述。此外，ROM 40还包含允许处理器28分析来自光学驱动电子装置22的已经存储在RAM 38等中的数据的程序。如本文将进一步详细论述，这种对存储在RAM 38中的数据的分析可包括例如解调制、解码或用于将来自全息存储盘12的信息转换为可供其它单元使用的数据流所必需的其它功能。

如果全息存储系统10是诸如消费型电子装置的商用单元，那么它可以具有允许用户访问和控制处理器28的控件。这些控件可以采用面板控件42的形式，例如键盘、程序选择开关等。此外，对处理器28的控制可通过远程接收器44来执行。远程接收器44可配置成从远程控件48接收控制信号46。控制信号46可以采用红外射束、声学信号或无线电信号等形式。

在处理器28对存储在RAM 38中的数据进行分析以生成数据流之后，处理器28可将数据流提供给其它单元。例如，可通过网络接口50将数据作为数字数据流提供给外部数字单元，例如设置在外部网络上的计算机或其它装置。或者，处理器28可将数字数据流提供给消费型电子数字接口52，例如高清晰度多媒体接口(HDMI)或其它高速接口(例如，USB端口)等。处理器28还可具有其它相连的接口单元，例如数字-模拟信号处理器54。数字-模拟信号处理器54可允许处理器28提供模拟信号以便输出到其它类型的装置，例如电视上的模拟输入信号或输入到放大系统的音频信号。

系统10可用于读取包含数据的全息存储盘12，如图2所示。一般来说，全息存储盘12是具有嵌入在透明保护涂层中的可记录介质的扁平圆盘。保护涂层可以是透明塑料，例如聚碳酸酯、聚丙烯酸酯等。盘12的主轴孔56耦合到主轴(例如，图1中的主轴36)以控制盘12的旋转速度。在每一层上，一般可从盘12的外缘到内界将数据写入到顺序螺旋轨道58中，但也可使用圆形轨道或其它配置。数据层可包括任何数量的可反射光的表面，例如用于逐位全息数据存储的微全息图或具有凹区和凸区的反射表面。图3中提供多个数据层的图示。这多个数据层60中的每个数据层可具有顺序螺旋轨道58。在一些实施例中，全息盘12可具有多个(例如，50个)数据层60，它们的厚度均可介于约0.05μm至5μm之间，并且间隔约0.5μm至250μm。

尽管多个记录层60增加了可存储的数据的量，但是全息盘12的基于层的配置可导致在全息读取期间的更低的信噪比(SNR)和/或更高的误码率(BER)。更具体来说，每个全息盘可为约1.2mm厚，并且可以有多个层60。这多个层60中的每个层可吸收来自传播穿过它的光束的能量，从而在光束传播穿过层60时减少光束的功率。当要读取目标数据层时，可将读取射束引导至目标层并使其聚焦在目标层上。但是，读取射束必须从光学头传播穿过目标数据层之前的每个数据层60，然后才聚焦在目标数据层上。此外，读取射束的反射或返回的读取射束从目标数据层传播回来并穿过之前的层60，然后在光学头处接收到它。因此，从光学头引导至第50个数据层的读取射束要传播穿过49个数据层60，并且反射的读取射束也要传播穿过这49个数据层60，然后才在光学头处接收到它。读取射束和反射的读取射束的这种穿过总共98个数据层60的传播可由于在每个数据层60处的射束能量的吸收而导致返回的读取射束的功率减小(即，光学衰减，又称为功率衰减)。返回的读取射束的衰减可由下式(1)表示：

e^{-2(d/N)·a·n}                       (式1)

其中，d是盘12的厚度，N是盘12中层60的数量，α是盘12的吸收系数，而n是读取射束聚焦所在的层。假设盘12为约1.2mm，盘12有50个层，并且衰减系数为0.3/mm，那么关系式约为：

e^-0.0147n                            (式2)

如式(1)和(2)所表示，返回的读取射束的功率在读取射束或返回的读取射束传播穿过的每个层60处都有所衰减。

此外，如上式(1)和(2)所表示，引导至不同数据层60(不同n)的读取射束会由于因传播穿过不同数量的数据层60而衰减的功率变化而导致返回的读取射束的功率变化。例如，引导至第2个数据层的读取射束可导致具有比引导至第50个数据层的读取射束小的衰减的返回的读取射束。图4中提供示出典型全息读取技术中的返回读取射束的方差(variance)的曲线图。曲线图62表示来自入射在全息盘12的随机位置上的读取射束的返回读取射束的功率的Monte-Carlo研究。曲线图62的x轴是返回读取射束的信号强度64，而曲线图62的y轴是信号强度64的出现数(occurrence)66。根据Monte-Carlo结果68的形状确定，该研究中的方差σ²约为1.96。

该方差表示因读取盘12的不同部分(或层60)造成的衰减差，并且可导致利用增大的阈值范围来进行微全息图检测。更具体来说，返回的读取射束可具有指示数据位位置中的微全息图的存在的特定功率。例如，大于特定功率阈值的返回读取射束可表示“1”或在该数据位位置中存在微全息图，而小于该功率阈值的返回读取射束可表示“0”或在该数据位位置中不存在微全息图。但是，指示存在微全息图的功率对于从不同数据层60返回的读取射束可能会不同。因此，检测全息盘12的所有数据层60中的返回读取射束可涉及宽的阈值范围。

利用宽的阈值范围可导致增大的误码率。例如，全息读取系统10可利用足够低(例如，以考虑(account for)读取射束衰减)以使得能够对从第50个数据层返回的读取射束进行准确的微全息图检测的阈值。但是，同样低的阈值也可能不准确地确定在第2个数据层60的某个位置上存在微全息图，即使实际上并不存在任何微全息图。例如，如果在光学头处接收到随机散射光(例如，从盘表面)，那么就可能发生第2个数据层上的这种误判。或者，如果增大阈值以防止第2层或靠近盘表面的其它层60发生这种误判微全息图检测，那么该较大的阈值可能会过大而无法检测来自第50个数据层的微全息图反射，从而增加来自远离盘表面的数据层60的误判微全息图检测的概率。

在一个或多个实施例中，全息读取技术可涉及基于待读取的数据层60调整读取射束的功率以便减小返回读取射束的功率的方差。图5的示意图中提供调整读取射束功率的一个实施例。图5的系统70可以是图1中一般论述的系统10的一部分，它可包括在数据层72的数据位位置x处进行读取的全息盘10。在一个实施例中，从盘控制器(例如，耦合到图1中的处理器28的控制器)将待读取的数据层72或目标数据层72提供给功率调整模块74。例如，功率调整模块74可包含在图1的光学元件14块内。功率调整模块74可基于目标数据层72调整激光器76(它也可以在光学元件14中)的功率。例如，功率调整模块74可基于查找表确定适于读取射束的功率，查找表可提供适于盘12的每个数据层60的确切的读取射束功率或适于盘12的一定范围的数据层60的读取射束功率范围。在一些实施例中，查找表可存储在对于功率调整模块74可访问的存储器(例如，RAM38或ROM40)中。基于查找表，激光器76可对于远离盘12的表面的目标数据层72(例如，第50个数据层60)发射较高功率的读取射束78，而对于较靠近盘12的表面的目标数据层72(例如，第2个数据层60)发射较低功率的读取射束78。此外，在一些实施例中，功率调整模块74可不断监视读取过程，并且可动态地调整激光器76的功率以便以取决于当前目标数据层72的特定功率发射读取射束78。

向系统70提供目标数据层72还可导致调整光学头82中的光学组件的位置以便将读取射束聚焦在目标数据层72的目标数据位置x上。在一些实施例中，光学头致动器模块80可配置成基于目标数据层72和/或激光器76的对应功率调整来机械地移动光学头82中的各种光学组件(例如，一个或多个透镜)。可移动光学头82中的光学组件以便将经功率调整的读取射束78合适地聚焦在目标数据层72上。因此，基于提供的目标数据层72，功率调整模块74可调整激光器76的功率以便影响由激光器76发射的读取射束78的功率，同时光学头致动器模块80将光学头82中的光学组件移动到适于将经功率调整的读取射束78聚焦到盘12的目标数据层72上的深度。

应注意，尽管图5中示出的实施例利用功率调整模块74来基于目标数据层72控制激光76的功率，但在其它实施例中，也可调整读取射束的其它条件或参数以便从不同的目标数据层72读取。根据本发明技术，从不同目标数据层72读取可涉及调整各种其它读取条件或参数以基于目标数据层72的位置改善读取过程(例如，使得读取射束从目标数据层72返回的功率不会显著衰减)。例如，在一些实施例中，可以在不同时间或根据不同的脉冲形状(例如，关于功率和时间的射束形状)以不同能级发射读取射束。此外，可(例如，通过处理器28)确定其它参数的不同级别或阈值以基于特定目标数据层72的位置改善读取过程。

基于待读取的目标数据层72的位置调整读取射束78的各种参数或条件的全息读取技术可导致返回读取射束的减小的方差，如图6中的曲线图所描绘。图6是表示来自入射在全息盘12的随机位置上的经功率调整的读取射束的返回读取射束的功率的Monte-Carlo研究的曲线图86。例如，读取射束的功率可根据图5中的系统70来进行调整。曲线图86的x轴是返回的读取射束的信号强度64，而曲线图86的y轴是信号强度64的发生率66。根据经功率调整的返回读取射束的Monte-Carlo结果88的形状确定，该研究中的方差σ²约为0.958，它大约是其中没有针对不同目标数据层调整读取射束的(图4中的)研究中的方差的一半。

越小的方差对应于由于读取盘12的不同部分(或不同目标数据层72)而导致的越小的衰减差。因此，越小的方差可对应于微全息图检测的越小的阈值范围。如所论述，对微全息图检测利用越小的阈值范围可减少全息读取过程中的误码率。

尽管本文只示出和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，将了解，随附权利要求要涵盖落在本发明真实精神内的所有这些修改和改变。

Claims (24)

1.一种用于从全息盘读取数据的方法，所述方法包括：

基于目标数据层的深度将读取射束的之前功率调整为新功率；以及

以所述新功率将读取射束发射到所述盘中的所述目标数据层。

2.如权利要求1所述的方法，包括基于所述目标数据层的深度确定所述新功率。

3.如权利要求2所述的方法，其中确定所述新功率包括利用查找表来确定对应于所述目标数据层的深度的所述新功率。

4.如权利要求1所述的方法，其中将所述读取射束的之前功率调整为所述新功率包括：当所述目标数据层比之前的目标数据层更远离所述盘的第一表面时，将之前功率增大为所述新功率。

5.如权利要求1所述的方法，其中将所述读取射束的之前功率调整为所述新功率包括：当所述目标数据层更靠近所述盘的第一表面时，将之前功率减小为所述新功率。

6.如权利要求1所述的方法，其中将所述读取射束的之前功率调整为所述新功率包括利用功率调整模块来调整激光器以便以所述新功率发射所述读取射束。

7.如权利要求1所述的方法，包括以所述新功率将所述读取射束传送到光学头。

8.如权利要求7所述的方法，其中以所述新功率将所述读取射束发射到所述目标数据层包括利用所述光学头以所述新功率将所述读取射束聚焦在所述目标数据层中的目标数据位置。

9.如权利要求8所述的方法，包括基于所述读取射束的新功率和所述目标数据层的至少其中之一来调整所述光学头中的组件的位置。

10.如权利要求9所述的方法，其中调整所述光学头中的所述组件的位置包括利用致动器来移动所述组件。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述致动器配置成相对于所述盘的表面沿轴向方向移动所述组件。

12.一种用于从全息盘读取微全息图的系统，所述系统包括：

功率调整模块，其配置成：

接收对应于要从所述盘读取的目标数据层的指令；以及

基于所述指令将读取射束的功率从第一功率调整为第二功率；

光学头，其配置成将所述读取射束从所述盘的之前的数据层引导至所述目标数据层并将所述读取射束聚焦在所述目标数据层上；以及

致动器，其配置成移动所述光学头的组件。

13.如权利要求12所述的系统，其中当所述之前的数据层比所述目标数据层更远离所述光学头时，所述第一功率大于所述第二功率。

14.如权利要求12所述的系统，其中当所述之前的数据层比所述目标数据层更靠近所述光学头时，所述第一功率小于所述第二功率。

15.如权利要求12所述的系统，包括配置成将所述指令动态地提供给所述功率调整模块的控制器，并且其中所述功率调整模块配置成动态地调整所述读取射束的功率。

16.如权利要求12所述的系统，包括在所述系统的存储器中的查找表，其中所述查找表包括对应于所述盘的每个相应数据层的各个指令。

17.一种方法，包括：

基于包括目标数据层离盘的顶表面的距离在内的多个因素确定适于读取所述目标数据层的读取射束的读取功率；以及

以所述读取功率将所述读取射束传送到所述盘中的所述目标数据层。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述方法在所述盘的整个读取过程中是动态的。

19.如权利要求17所述的方法，其中确定所述读取功率包括从查找表中查找所述目标数据层的对应读取功率。

20.如权利要求17所述的方法，包括：

确定适于将所述读取射束聚焦在所述目标数据层的目标数据位置上的光学头的聚焦位置；

基于所确定的聚焦位置致动所述光学头的一个或多个组件；以及

将所述读取射束聚焦在所述目标数据位置上。

21.如权利要求20所述的方法，其中当所述目标数据层在第一位置中时所述读取功率是第一功率，并且其中当所述目标数据层在第二位置中时所述读取功率是第二功率，其中所述第一功率小于所述第二功率，并且其中所述第一位置比所述第二位置更靠近所述光学头。

22.一种方法，包括：

基于目标数据层离全息盘的顶表面的距离来确定适于读取所述目标数据层的读取射束的条件，以使得返回的读取射束的返回功率不会显著衰减；以及

以所确定的条件将所述读取射束传送到所述全息盘中的所述目标数据层。

23.如权利要求22所述的方法，其中确定所述读取射束的条件包括计算适于读取所述目标数据层的读取射束的能量阈值，并且其中传送所述读取射束包括以所计算的能量阈值将所述读取射束传送到所述目标数据层。

24.如权利要求22所述的方法，其中确定所述读取射束的条件包括计算其中将所述读取射束引导至所述目标数据层中的目标数据位置的读取时间，并且其中传送所述读取射束包括在所述目标数据位置传送所述读取射束持续所述读取时间。

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