CN103578494A

CN103578494A - 全息数据存储介质和其关联的方法

Info

Publication number: CN103578494A
Application number: CN201310327845.7A
Authority: CN
Inventors: 史晓蕾; J.A.F.罗斯; V.P.奥斯特罗弗霍夫; J.J.贝塞拉
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2012-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2014-02-12
Also published as: KR20140016846A; EP2693433A3; EP2693433A2; CA2821350A1; JP2014032734A; TW201411616A; US8619533B1; JP6130752B2

Abstract

本发明公开使用数据记录系统而实现的方法。该方法包括收容微全息数据存储介质，其包括具有第一横截面区域的微全息图轨道。该方法进一步包括将数据记录在微全息图轨道中以在具有小于第一横截面区域的第二横截面区域的微全息图轨道中形成数据轨道。

Description

全息数据存储介质和其关联的方法

技术领域

本文公开的主题一般来说涉及全息数据存储（HDS）介质。更具体地，本发明的实施例涉及与在微全息数据存储介质中预格式化并且记录数据关联的技术。

背景技术

常规的数据存储技术采用磁性和光学数据存储装置。常规的方法牵涉使用存储介质的表面上不同的磁性或光学变化存储数据的单独位。

在全息数据存储介质中，数据存储在产生于信号束和参考束的干涉的体积全息图中。这样的记录技术要求使用专用组件，例如具有非常严格的机械公差的空间光调制器和电荷耦合检测器来确保令人满意的操作。其次，在体积全息数据存储介质中记录数据所要求的光驱系统与常规的DB/DVD/CD光驱系统不向后兼容。

另一个类型的全息数据存储介质（称为微全息数据存储介质）避免了上文提到的缺点。这样的介质具有宽松的公差并且因此更容易制造和处理。同样，微全息存储介质与常规的DB/DVD/CD光驱系统兼容。微全息数据存储介质与体积全息型数据存储介质不同，它不要求使用完全不同的光驱系统供使用。典型地，微全息数据存储介质上的数据密度可以通过使用具有更高数值孔径（NA）的物镜而增加。然而，引导通过具有更高NA的物镜的束的来自微全息图（位）的衍射效率（DE）低。因而，从具有更高数值孔径的物镜获得的读信号的S/N比将是低的。引导通过具有更低NA的物镜的束增加来自微全息图的DE，由此减少存储介质中的数据密度。

发明内容

根据本技术的一个方面，公开使用数据记录系统而实现的方法。该方法包括收容微全息数据存储介质，其包括具有第一横截面区域的微全息图轨道。该方法进一步包括在该微全息图轨道中记录数据以在该微全息图轨道中形成具有小于该第一横截面区域的第二横截面区域的数据轨道。

根据本系统的一个方面，公开微全息数据存储介质。该微全息数据存储介质包括惰性层和与该惰性层重叠设置的功能膜。该微全息数据存储介质还包括在该功能膜中形成的具有第一横截面区域的微全息图轨道。该微全息数据存储介质进一步包括在该微全息图轨道中形成的具有小于该第一横截面区域的第二横截面区域的数据轨道。

根据本技术的另一个方面，公开用程序编码来指示处理单元的非暂时性计算机可读介质。该程序指示该处理单元来在微全息存储介质的微全息图轨道中记录数据以在该微全息图轨道中形成数据轨道，其中该微全息图轨道具有第一横截面区域，并且该数据轨道具有小于该第一横截面区域的第二横截面区域。

提供一种使用数据记录系统而实现的方法，所述方法包括：

收容微全息数据存储介质，其包括具有第一横截面区域的微全息图轨道；以及

在所述微全息图轨道中记录数据以在所述微全息图轨道中形成具有小于所述第一横截面区域的第二横截面区域的数据轨道。

优选的，所述方法进一步包括在用于将数据记录在所述微全息图轨道上的多个数据标记方案之中选择至少一个数据标记方案。

优选的，所述至少一个数据标记方案包括表示将数据存储在所述微全息图轨道中的多个层面处的方案。

优选的，所述至少一个数据标记方案包括表示通过形成具有调制的轨迹的数据轨道而将数据存储在所述微全息图轨道中的方案。

优选的，所述至少一个数据标记方案包括表示通过采用连续调制方案而存储数据的方案。

优选的，采用所述连续调制方案包括采用幅度调制方案和深度调制方案中的至少一个。

优选的，所述至少一个数据标记方案包括表示将包括非二进制数据的数据存储在所述微全息图轨道中的方案。

优选的，所述至少一个数据标记方案包括表示将包括元数据的数据存储在所述微全息图轨道中的方案。

优选的，所述至少一个数据标记方案包括这样的方案：其表示通过形成包括所述微全息图轨道中的多个数据轨道的所述数据轨道而将数据存储在所述微全息图轨道中。

优选的，在所述微全息图轨道中记录数据包括基于选择的数据标记方案控制所述数据记录系统。

优选的，控制所述数据记录系统包括控制来自激光源的激光功率、所述数据记录系统的移动。

优选的，所述微全息图轨道通过使用预格式化系统来预格式化所述微全息数据存储介质而形成，所述预格式化系统包括具有第一数值孔径的预格式化物镜。

优选的，所述第一数值孔径在0.2至0.6的范围内。

优选的，记录数据包括经由所述数据系统修改所述微全息图轨道的条纹图案，所述数据记录系统包括具有大于所述第一数值孔径的第二数值孔径的记录物镜。

优选的，所述第二数值孔径在0.8至0.9的范围内。

提供一种微全息数据存储介质，其包括：

惰性层；

功能膜，其与所述惰性层重叠设置；

微全息图轨道，其具有在所述功能膜中形成的第一横截面区域；以及

数据轨道，其具有第二横截面区域，所述第二横截面区域小于在所述微全息图轨道中形成的所述第一横截面区域。

优选的，所述数据轨道包括在所述微全息图轨道中的多个层面处存储的数据。

优选的，所述数据轨道具有调制的轨迹。

优选的，所述数据轨道包括所述微全息图轨道中的连续数据轨道。

优选的，所述连续数据轨道包括基于幅度调制方案和深度调制方案中的至少一个而调制的数据。

优选的，所述数据轨道包括存储在所述微全息图轨道中的非二进制数据。

优选的，所述数据轨道包括存储在所述微全息图轨道中的元数据。

优选的，所述数据轨道包括在所述微全息图轨道中形成的多个数据轨道。

优选的，所述数据轨道通过使用数据记录系统将数据记录在所述微全息图轨道中而形成，所述数据记录系统具有记录物镜，其具有大于所述第一数值孔径的第二数值孔径。

优选的，所述数据轨道具有在0.2微米至0.4微米的范围内的宽度。

优选的，所述数据轨道具有在0.3微米至1微米范围内的厚度。

提供一种非暂时性计算机可读介质，其用程序编码来指示处理单元：

将数据记录在微全息存储介质的微全息图轨道中以在所述微全息图轨道中形成数据轨道；其中所述微全息图轨道具有第一横截面区域并且所述数据轨道具有小于所述第一横截面区域的第二横截面区域。

附图说明

当下列详细描述参照附图（其中类似的符号在整个图中代表类似的部件）阅读时，本发明的实施例的这些和其他特征和方面将变得更好理解，其中：

图1是用于对根据本发明的示范性实施例使用的微全息存储介质预格式化的预格式化系统的示意图；

图2是用于在根据本发明的示范性实施例使用的预格式化的微全息存储介质中记录数据的记录系统的示意图；

图3是根据本发明的示范性实施例的微全息存储介质的结构的示意图；

图4是根据本发明的示范性实施例的多个预格式化的全息图轨道和在一个全息图轨道中形成的数据轨道的俯视图；

图5是根据本发明的示范性实施例在微全息存储介质的不同层面处形成的多个全息图轨道和在一个全息图轨道中形成的数据轨道的侧视图；

图6图示根据本发明的示范性实施例代表记录在多个全息图轨道之中的全息图轨道中的多个层面处的数据的数据标记方案；

图7图示根据本发明的示范性实施例通过采用连续幅度调制方案而代表记录在多个全息图轨道之中的全息图轨道中的数据的数据标记方案；

图8图示根据本发明的示范性实施例通过采用连续幅度和深度调制方案而代表记录在多个全息图轨道之中的全息图轨道中的数据的数据标记方案；

图9图示根据本发明的示范性实施例代表存储在多个全息图轨道之中的全息图轨道中的非二进制数据的数据标记方案；

图10图示根据本发明的示范性实施例代表在多个全息图轨道之中的全息图轨道中形成的多个数据轨道的数据标记方案；

图11图示根据本发明的示范性实施例代表在多个全息图轨道之中的全息图轨道中形成的调制的轨迹数据轨道的数据标记方案；以及

图12图示根据本发明的示范性实施例代表在多个全息图轨道之中的全息图轨道中形成的具有元数据的数据轨道的数据标记方案。

具体实施方式

本发明的实施例涉及微全息盘（也可称为“微全息数据存储介质”）中的数据存储。具体地，具有相对更高的数值孔径（NA）的物镜用于在具有一个或多个大小更大的全息图轨道的预格式化存储介质中通过在该一个或多个全息图轨道中创建一个或多个大小相对更小的数据轨道而记录数据。而且，具体地具有相对更低的数值孔径的物镜用于预格式化存储介质。可采用各种示范性的数据标记方案来增强预格式化的存储介质中的数据密度。使用更低NA物镜用于预格式化实现了具有不太严格的系统要求的更低成本的预格式化系统的使用。使用更高NA物镜用于记录实现更高的数据存储容量。

图1是采用来预格式化微全息数据存储介质104的双面光学预格式化系统100的图解图示。该微全息数据存储介质104具有使用光敏聚合物材料或适合记录目的的任何其他材料制造的功能膜构成的信息存储区域106。该功能材料对预格式化激光作出积极反应。该功能材料的光学性质通过入射激光而更改。信息区域106从存储介质104的外边缘延伸到数据可以存储在其中的同心或螺旋轨道中的内点。在图示的实施例中，两个激光束108、110用于预格式化微全息存储介质104。分束器122将来自激光源102的束分裂成两个束108和110。光学元件116、118和120可用于产生两个反向传播的束用于预格式化。这些光学元件116、118和120可包括角隅棱镜。束108、110分别经由第一物镜112和第二物镜114而聚焦到存储介质104的信息区域106的特定深度。预格式化物镜112和114可具有在0.2至0.6范围内的第一数值孔径。束108、110的焦斑在存储介质104的特定深度处重叠以在微全息存储介质104的相对较小的区中形成干涉图案（也称为“条纹图案”）。干涉图案在微全息存储介质104的相对较小的区中生成调制的折射率图案作为微全息图。

图2是采用以在预格式化微全息数据存储介质104中记录数据的数据记录系统200的示意图。来自激光源206的激光束202经由记录物镜204而在微全息存储介质104中聚焦到特定深度。激光束204可基于代表“数据标记方案”的编码数据220而调制。该编码数据220使用数据编码模块214而从二进制数据216产生。激光束202将数据记录在预格式化微全息存储介质104中。记录可通过经由记录物镜204使激光束202聚焦来修改微全息图轨道的条纹图案而进行。记录物镜204具有第二数值孔径，其典型地高于预格式化系统的第一数值孔径。可由控制器218采用多种方式控制数据记录系统200同时基于选择的数据标记方案来记录数据。在一个实施例中，来自激光源206的激光功率可经由控制器218而改变。在另一个实施例中，可经由控制器218使用适合的机械系统在各种方向上控制数据记录系统200的移动。

控制器218可包括通用处理器，或数字信号处理器（DSP）或任何其他形式的处理单元。控制器218可通过控制面板或例如键盘或控制面板的任何其他输入装置从用户接收额外的输入。控制器可具有内部存储器并且可能够访问外部存储器模块。存储器可以是随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）或任何其他类型的计算机可读存储器。可用程序对存储器介质编码来指示控制器218在微全息存储介质104中实现记录数据的步骤序列。

图2的系统200还可用于从记录的微全息存储介质104读数据。在图示的实施例中，激光束202使用聚焦光学元件204而聚焦在存储介质104的特定深度处。该聚焦光学元件可以是物镜，其包括单个透镜或透镜、镜、反射器和其他适合的光学元件的组合。从存储介质衍射的光的一部分通过分束器208而被检测器212接收。读光束的功率比用于在微全息盘中记录数据的激光束202的功率更小。检测器212可基于数据标记方案来解释接收的信号以得出记录的数据。控制器218可确定聚焦光学器件204、分束器208、检测器212、激光束源206和有关的机械系统的配置。

图3是根据本发明的示范性实施例的图1的微全息存储介质104的结构的图示。在图示的实施例中，存储介质104具有两个惰性层302和设置在这两个惰性层302之间的功能膜306。这些惰性层302和功能膜306互相重叠。存储介质300还包括伺服层304，其由伺服机构识别。

预格式化的微全息存储介质具有在功能膜306中形成的至少一个全息图轨道308。具有第一横截面区域的该全息图轨道308经由图1的预格式化系统而产生。在一些实施例中，多个全息图轨道308在功能膜306中的不同层面处形成。记录的微全息存储介质在全息图轨道308中的每个中具有至少一个数据轨道310。具有第二横截面区域的数据轨道310通过经由图2的数据记录系统200将数据记录在全息图轨道308中而形成。数据轨道310的第二横截面区域比全息图轨道308的第一横截面区域更小。相对于垂直于全息图轨道的方向的侧视图而提及第一横截面区域和第二横截面区域。

图4是微全息存储介质400的俯视图的示意图示。在图示的实施例中，多个全息图轨道404在全息存储介质400中形成。在存储介质400中形成的全息图轨道404的大小取决于在预格式化系统中使用的物镜的数值孔径（NA）。根据本发明的示范性实施例，具有带第一数值孔径（在0.2至0.6的范围内）的物镜的预格式化系统可用于形成全息图轨道404。在本文应该注意，具有相对较低NA的预格式化物镜实现相对较大大小的全息图轨道的形成。数据可采用形成数据轨道406的多个数据标记402的形式而记录在全息图轨道404中的每个中。

图5是具有在层面506、508处形成的多个全息图轨道502的微全息存储介质500的侧视图的示意图示。在图示的实施例中，数据轨道510通过将数据作为“对微全息图的修改”504存储在在层面506处形成的全息图轨道502内而形成。在某些实施例中，数据记录可使用数据记录系统而执行，该数据记录系统具有带数值孔径（在0.8至0.9的范围内）的记录物镜。使用具有相对较高NA的记录物镜实现在全息图轨道中记录具有相对较小尺寸的微全息图。微全息存储介质500中的数据标记504的横截面的尺寸比全息图轨道的横截面的尺寸更小。

常规地，采用二进制数据“零”和“一”的形式记录数据。例如，为了在预格式化全息图盘上用微全息图记录“零”，在特定位点处修改现有全息图。为了记录“一”，在另一个特定位点处保留预填充微全息图。根据本发明的实施例，具有带相对更高NA的物镜的记录系统用于将数据记录在全息图轨道中。数据标记504的横截面与全息图轨道506的横截面相比要更小。具有相对较小横截面区域的数据标记通过在每个全息图轨道中记录更多的数据而提供在存储介质中增强数据密度的机会。基于一个或多个预定义“数据标记方案”而记录数据。数据标记方案是代表将数据存储在预格式化微全息存储介质的全息图轨道中的方案。参考后续图详细论述各种示范性数据标记方案。

在本文应该注意，全息存储介质中激光引发的更改区的大小取决于用于将激光聚焦在存储介质中同时预格式化存储介质并且记录数据的物镜的数值孔径。例如，当由预格式化系统创建全息图轨道或当对微全息图的修改由记录系统形成时，存储介质的局部折射率被更改。存储介质的更改区的横向尺寸与使激光束聚焦的物镜的数值孔径成反比。相似地，沿轴向方向，存储介质的更改区的尺寸与物镜的数值孔径的平方成反比。在一个实施例中，数据轨道具有在0.2微米至0.4微米范围内的宽度。在另一个实施例中，数据轨道具有在0.3微米至1微米的范围内的厚度。在特定实施例中，例如，具有较低NA（等于0.4）的物镜与具有较高NA（等于0.8）用于数据记录的物镜结合用于预格式化。每个全息图轨道可具有两个或以上的数据轨道。

图6是记录的全息存储介质600（其具有采用数据标记方案的示范性实施例而记录的数据）的侧视图的示意图。在图示的实施例中，微全息存储介质600具有在层面606、608处形成的多个全息图轨道602。在全息图轨道602中的每个中，可通过使用适合的伺服机构将激光束聚焦到全息图轨道602中的对应层面而在多个层面610、612、614处记录数据604。因为使用具有带相对较高NA的物镜的记录系统来执行数据记录，单个全息图轨道602可以容纳较大数量的数据。此外，在全息图轨道602的多个层面610、612、614处记录数据实现全息图轨道602的厚度的有效使用。

图7是记录的全息存储介质700（其具有采用数据标记方案的示范性实施例而记录的数据）的侧视图的示意图。在图示的实施例中，微全息存储介质700具有在不同层面706、708处形成的多个全息图轨道702。在某些实施例中，可凭借调制方案通过更改全息图轨道702的功能材料的性质来记录数据。采用的调制可以是连续调制方案。激光束用于以连续方式更改全息图轨道702的特性。用于修改全息图轨道702的特性的激光束可基于要记录的数据而调制。这些连续调制方案可包括幅度调制或深度调制。在图示的实施例中，激光束可用于采用连续方式沿轴向方向更改层面706处的全息图轨道702的光学特性来形成数据轨道704。该数据轨道704具有变化的厚度并且厚度的幅值代表在全息图轨道702中记录的数据。

图8是记录的全息存储介质800（其具有采用数据标记方案的示范性实施例而记录的数据）的侧视图的示意图。微全息存储介质800具有在不同的层面806、808处形成的多个全息图轨道802。在图示的实施例中，采用连续方式通过更改在不同深度处在层面806处的全息图轨道802的特性而将数据记录在存储介质800中。在一些实施例中，利用用于记录数据的调制方案的组合。在图示的示范性实施例中，幅度调制与深度调制组合以在全息图轨道802中在层面806处形成数据轨道804。该数据轨道804具有变化的厚度和深度。在备选的示范性实施例中，调制方案可用于记录非二进制数据。该非二进制数据由一系列符号表示，其中每个符号由多个位表示。数据的这些符号可在数据轨道的不同深度处实施。

图9是记录的全息存储介质900（其具有采用数据标记方案的示范性实施例而记录的数据）的侧视图的示意图。微全息存储介质900包括在多个层面906、908处形成的多个全息图轨道902。在该实施例中，可通过在不同的程度上更改全息图轨道902的光学特性而记录数据。全息图轨道902中数据轨道的厚度或数据轨道的深度可变化。层面906处的全息图轨道902的条纹图案可在不同的程度上被局部擦除来记录存储数据样本的多个数据标记904。在全息图轨道902中在层面906处记录的数据标记904的不同阴影可代表不同层面的非二进制数据。在备选实施例中还设想上文的实施例的擦除技术的组合。

图10图示根据数据标记方案的示范性实施例具有多个数据轨道1002的微全息存储介质的俯视图1000。在图示的实施例中，在功能膜中形成的多个全息图轨道1004之中的一个全息图轨道1004中形成两个数据轨道1002。这两个数据轨道1002中的每个可以通过采用之前论述的数据标记方案或其组合中的任一个来记录数据而形成。在一些这样的实施例中，多个激光源可用于将数据记录到预格式化（记录的）微全息存储介质（或从其读数据）。

图11图示具有根据示范性数据标记方案而记录的数据的记录的微全息存储介质1100的俯视图。该记录的全息存储介质1100具有在功能膜中形成的多个全息图轨道1102。每个全息图轨道1102具有邻近彼此而设置的两个数据轨道1104。在图示的实施例中，在全息图轨道1102中的一个中，数据轨道1104的轨迹参照线性轨迹1106调制。本文中应该注意，可在示范性调制数据轨道1104中对额外的信息编码。典型地，例如定时或位置信息的更少量的信息可通过采用这样的数据标记方案而存储。

图12图示具有根据示范性数据标记方案而记录的元数据的记录的微全息存储介质1200。该记录的微全息存储介质1200具有在层面1206和1210形成的多个全息图轨道1202。在图示的实施例中，元数据1208存储在全息图轨道1202中的预定深度处。该元数据1208可包括定时或位置信息或与存储在存储介质1200上的数据的识别和使用有关的任何其他信息。在图示的实施例中，元数据1208连同其他类型的数据1204存储在层面1206处相同的全息图轨道1202内。

采用数据标记方案的各种实施例在微全息存储介质上记录数据牵涉不同的要求。典型地，记录方法首先牵涉适合特定数据标记方案的数据的编码。数据记录系统和对应于特定数据标记方案的对应数据检索机构可具有特定的系统要求。例如，在一些记录方法中，记录激光可能必须被调制。在记录的其他实施例中，可能要求采用独特方式与控制聚焦光学器件组合的适合的伺服控制机构。全息图轨道中的条纹图案的部分擦除或改变擦除的条纹图案的横截面可能需要记录系统中另外的控制机构。相同的数据记录系统可支持示范性数据标记方案的一个或多个实施例。

本发明的公开实施例实现与用于记录/读数据的低成本向后兼容的单面驱动器组合的更简单的预格式化系统。提出的记录技术的实施例增强使用具有更低NA的物镜而预格式化的存储介质中的数据密度。与大小更小的数据轨道组合使用大小更大的全息图轨道提供相对更多的自由度来设计全息存储介质。

要理解，不一定上文描述的所有这样的目的或优势可根据任意特定实施例而实现。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实现或优化如本文教导的一个优势或一组优势的方式来实施或实行，而不必实现如可在本文中教导或启示的其他目的或优势。

尽管本发明仅连同有限数量的实施例详细描述，应该容易理解本发明不限于这样公开的实施例。相反，本发明可以修改以包含此前未描述的许多变化、更改、替代或等同布置，但其与本发明的精神和范围相当。另外，尽管描述了本发明的各种实施例，要理解本发明的方面可仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明不视为由前面的描述限制，而仅由附上的权利要求的范围限制。要求随附的如要由美国专利证书所保护的新的且期望的权利。

Claims

1.一种使用数据记录系统而实现的方法，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在用于将数据记录在所述微全息图轨道上的多个数据标记方案之中选择至少一个数据标记方案。

3.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个数据标记方案包括表示将数据存储在所述微全息图轨道中的多个层面处的方案。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个数据标记方案包括表示通过形成具有调制的轨迹的数据轨道而将数据存储在所述微全息图轨道中的方案。

5.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个数据标记方案包括表示通过采用连续调制方案而存储数据的方案。

6.如权利要求5所述的方法，其中，采用所述连续调制方案包括采用幅度调制方案和深度调制方案中的至少一个。

7.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个数据标记方案包括表示将包括非二进制数据的数据存储在所述微全息图轨道中的方案。

8.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个数据标记方案包括表示将包括元数据的数据存储在所述微全息图轨道中的方案。

9.如权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个数据标记方案包括这样的方案：其表示通过形成包括所述微全息图轨道中的多个数据轨道的所述数据轨道而将数据存储在所述微全息图轨道中。

10.如权利要求2所述的方法，其中，在所述微全息图轨道中记录数据包括基于选择的数据标记方案控制所述数据记录系统。