CN1193405A - 用于将数据写入光学存储器的方法以及用于实现该方法的设备 - Google Patents

Abstract

在用于将光学数据写入光学存储器内的方法中,所述光学存储器以线性运动的方式移过两个或多个在物理上分开的写装置。用于实现上述方法的设备包括两个或多个设置成彼此隔开一定距离并且沿通路的横向方向相互逐步移位的写装置(S1,S2,……)。可将一写装置(S)分配给光学存储器的一部分,因此,可按独立且连续的各步沿移动方向写入数据,每一步都提供要在写入过程中加以记录的信息的一部分。

Description

用于将数据写入光学存储器的方法 以及用于实现该方法的设备

本发明涉及到用一写装置将数据写入光学存储器的方法，所述写入装置会发射光脉冲，该光脉冲会使前述光学存储器中的一个或多个光敏层产生局部变化，并且，前述光学存储器沿一通路以线性运动的方式移过所说的写装置。

本发明还涉及到用一写装置将数据写入光学存储器的设备，所述写装置包含一个或多个脉冲光源，该光源照射前述光学存储器中一个或多个光敏层上的局部区域，并且，前述光学存储器沿一通路以线性运动的方式移过所说的写装置。

呈盘或卡片形式的数字数据光学存储媒体兼有显著的存储容量和便携性，也就是说，这种媒体可很容易地从写/读装置中取出以便存放或传送给另一个写/读装置。卷带也可以用于光学数据存储并且具有与盘和卡片相同的多种特征，此外，卷带可以存储更多的数据。

一般地说，本发明涉及到信息在光学存储媒体上的存储，其重点在于根据一主文件来生产大量拷贝的可能性，而所说的主文件则包含有软件、目录，音乐素材，视频源和类似的内容。

具体地说，本发明的方法涉及在将数据记录到媒体上的一部分生产过程中将数据写到呈带状的光学媒体上。考虑到这一点，呈卡片形式的数据存储媒体可以例如制成在卷轴上的宽且厚的带然后经过多个处理步骤，这些步骤和用于光学数据存储的连续带所使用的处理步骤是相对应的。在上述处理的最后步骤之后，将所说的带分成独立的卡片。即使带的格式具有一些限制(这似乎把盘式媒体排除在外)，但仍然很自然地要参考后者，这在某种程度上可按下述方式来做到。

从原理上说，用于数据存储媒体的所有物理形式均可带有存储层，它们有非常不同的性质。所谓只读存储器(ROM)表示数字光学存储媒体的一个子类，这些存储器已显示出特别适于存储和发布专业数据库以及诸如音乐、视频游戏、参考著作等面向客户的材料。在这一子类中，数据总共只存储一次并且随后可重复读取。一个典型的例子是特别用来播放音乐的小型光盘(CD)。一种类似的但更灵活的媒体是一次写多次读的存储器(WORM)，其中，用户可将数据写到媒体上。数据一旦写入就不能加以改变，但可多次读取数据，所以，写过的WORM型媒体更类似于ROM。可写，可擦除并可再多次写的媒体当然更灵活。

光学数据存储媒体能提供显著的存储容量，并且还易于携带、运输和存放以便以后使用。但是，就例如大量分发音乐记录、影象记录或类似的信息等商业运作而言，还需要能够将大量的数据以低成本高效益的方式从主数据源传递至各个相关光学媒体例如光盘、带或卡片上。对数据的预记录来说，已知有两种基本不同的方法。首先，数据作为媒体实际生产过程的固有的一部分而进入该媒体。例子是在制造所谓的CDROM时冲压或注塑模制出凹坑结构，以及对光敏乳剂加以曝光然后进行光学显影，例如由美国加州Palo Alto的Drexler Technology公司生产的光学卡片。

上述第一种方法已被充分地确立并在商业上有长时间的使用。至于所述第二种方法，我们可以指出，未被写上数据的媒体会为用户提供更大的灵活性并且消除了对批量生产不同类型存储材料的要求，但却体现出了对数据传递的惊人挑战，因为，大量的数据必须要按一定的速率和成本写到各个开始时未写的媒体上，对重要的应用来说，必须能接近目前生产CD ROM时所具有的廉价且高产的方法。例如，小型光盘的生产线约每十秒就做出一张盘。就例如600M字节数据的光盘存储容量而言，这意味着是60M字节/S的平均传输率。这显著地超过了当前软件所达到的写/读速率，其中，就具有多个读写头的快速旋转、平行轨迹设备而言，最大读取速率被规定为约12M字节/s(Laser Focus World，第64页，1993.8)。写入速率可能要比这个值低许多。

用写入激光束将数据传给包括Canon，Drexler技术公司及其及许可证持有者所提供的光学存储媒体在内的基于卡片的光学存储媒体时，则要比上述速率低几个数量级。所说的卡片具有远低于10M字节的容量，但对于拷贝来说，特别是由于写入激光束相对卡片向前和向后扫描运动时能得到的低有效速率，低写入速率仍然是一个瓶颈。例如，在GB-A-2189926(Drexler等)中公开了一种附着于卡片基体上的带状光学存储媒体，此媒体卷绕在一卷轴上，并且，在该带的整个长度上有并列、独立且预定的伺服轨道。所说的带通过受驱动的运送卷轴而卷绕和展开，而数据则通过基于激光的写/读装置记录到所说的带上。从美国专利第4912312(Haddock)中已知有这样的系统，它带有安装在鼓上的卡片，其中，可以避免前述的向前和向后运动。但是，就高速和大量的生产而言，在写操作之后再将卡片放置到鼓上并检索该卡片似乎是不可行的。Haddock还似乎是只使用了单个的写激光束。

最后，应该提及的是，业已开发出了用于在不同卷轴之间进行写和读的光学带系统(C.Terry，“Digital-paper Storage：Flexible opticalmedia boots data density”(数字-纸存储：柔软光媒体提高数据密度)，Electronic Design News(电子设计新闻)，77页，1991年4月25日。业已说明的用于写和读的两种系统似乎不适于为分发例如音乐记录和影象记录而对数据进行廉价、高速的记录。有一个系统涉及记录多个例如32个横跨带的宽度的并列轨道。该带在这一过程中是静止的并且快速地向前移动一步以便进行下一个过程。在第二个系统中，一单个的激光束扫描过带的宽度，同时所说的带以能获得斜向轨道的方式移动。一定区域内的并列轨道可由多次扫描而形成，这又要求该带卷绕多次。

对上述两种系统来说，数据传输率给定为3M字节/S并且可升级到12M字节/S。

所以，本发明的目的是在高速传输数据以便用一独立的主媒体来拷贝或生成多个数据载体时避免上述缺陷，同时又能避免上述先有技术的缺陷。

上述目的特别能够将数据传送给在物理上形式为卡片或带的存储媒体。在写操作过程中，所说的卡片连在一起以形成一连续的带，但可在写操作过程停止之后将其分成独立的卡片。

具体地说，本发明的目的是指明一种将数据高速地写到带状或卡片状存储媒体上的方法并提供一种用于实现该方法的设备。

可用这样的方法及设备来实现前述及其它目的，所述方法的特征在于，两个或多个写装置设置成彼此隔开一定的距离并且沿通路的横向方向相互成阶梯状地移位，其结果是将一个写装置分配给光学存储器的一部分，分别按独立且连续的各步沿移动方向写入数据，并且，每一步中都写入要在写入过程中加以记录的信息的一部分；所述设备的特征在于，提供两个或多个设置成彼此隔开一定距离并且沿通路的横向方向相互成阶梯状地移位的写装置，将一个写装置分配给光学存储器的一部分，因此，可按独立且连续的各步沿移动方向写入数据，每一步都提供要在写入过程中加以记录的信息的一部分。

以下参照附图并结合实施例、基本原理以及由此而可以实现的可能性和容量来更详细地说明本发明，附图中：

图1a概略地说明了用于在带上进行并行写操作的设备，所说的带由相连的卡片构成并且是从侧面来看的；

图1b从上面来看时的上述设备；以及

图2说明了如何按卡片上的存储区域来组织光学数据存储媒体以及顺序且连续设置的写装置，每个卡片均连在一起从而形成了一连续的带。

图1概略地说明了本发明用于将数据写到光学存储器中的设备。实际的数据存储媒体呈带1的形式，它从存储卷轴2上展开并移过多个规则间隔的写装置5，写装置在这里被图示成4个装置S1，S2，S3，S4。如果带1由卡片C构成或者在写操作过程结束之后要分成卡片，则各写装置S之间的距离应对应于各个卡片的长度。在写操作过程结束之后，如果卡片是想要的最终数据存储媒体的话，则所说的带被切割成卡片C。使用图1a和1b所示的带状形式提供了在用激光写数据时以并行的方式的新的可能性。事实上，由于有空间要求，所以可同时作用于单张光盘或单张卡片的激光装置的数目是非常有限的。假定带足够长，则呈带状的媒体允许写装置的数目任意地增加。这一点在图2中有更清楚的说明。图2示出了从上方来看时的带1，该带1被分成了所希望的相同大小的卡片C，这些卡片在组合起来时构成了所说带。各卡片上的光学存储区域被分成了N个域F，这里表示为4个域F1，F2，F3，F4，它们沿带的行进方向延伸。N也是写装置S的数量，在带被分成卡片之前沿带1使用这些写装置。在图2中，N＝4。当卡片C进入第一个写装置S1时，就写入数据，该数据覆盖了对应于存储域F1的轨道宽度。在下一个写装置则写存储域F2，等等，直至写完了所有的存储域F1，F2，F3，F4。如果写的速度是R字节/S，则对N个装置来说，有效写速度是NR字节/S。若给定NR的测定值，则对每个装置S来说，N的量值为写速度R。

假定在给出了实际的系统即给出带1的可同时用N个装置S进行写操作的最大允许长度的情况下，现在来说明存储域F数量的实际可能值。每个写装置S占有长度L，这包括各写装置与沿带的行进方向上的下一个写装置之间的所需距离，也就是说，整个的写操作具有长度NL。目前假定长度L在3至20cm之间，这取决于技术因素和成本。假定用于数据传输的可能长度部分即生产线上的写区域例如为5m并且L＝15cm，则N＝500/15＝33。与用于连在一起以形成带的其它类型卡片的生产线相比，用于给定写操作的5m长度并不过量，故多种操作的生产线的起点与终点之间的整个距离可为20m或更多。如果所说的带由例如10cm的卡片组成，则200张卡片构成了存储卷轴与记录卷轴或切割点之间的20m的距离。存储卷轴2的容量应该是若干千张卡片。

所说的写过程也要受到某些限制，这些限制会对存储域F的数量N有影响。每个写装置S都在带1上按有限宽度覆盖一个域。而且，在用激光进行写操作时，都应能够在不叠盖其它域的情况下对每个域F进行写操作。使各个域F相对于相邻域的定位可能是一项困难的工作，而且写装置S内的域F的数量的增加会增加系统的整体复杂性。对存储域F数量的最佳选择的影响无法概括地加以说明，而必须认为是涉及到各单独的实施例的明确工作。正如在本技术中所周知的那样，每个写装置都包括引导写操作光束的检测器。按照所使用的媒体的不同，每个域F的写操作可以在相邻域的直接延伸部分内进行，也就是说没有任何间断。在这方面，具有预定数据位置的例如基于使用球形微透镜的周知数据存储媒体，例如在这方面是特别合适的。或者，如果使域边界之间有间隙，则可以使得所说的定位不那么严格，所说的间隙，或者是在物理上预先形成在带1上的、或者是作为写过程一部分由软件来控制的。如果域F的数量N较大，则间隙的数量就会构成一成比例的大区域，该区域不能用于存储数据。如果每个间隙例如为50μm并且例如50mm的有效存储区域宽度中的至多3％为所述间隙的损失；则这意味着N＝0.03×50000/50＝30。如果卡片连接在一起以形成一个带并且卡片的侧边沿着带的行进方向，则有效存储区域例如为100mm，并且N＝30则仅会导致损失有效存储区域的1.5％。

本发明能够提供这样的写入速度，它至少要和使用周知媒体时的写入速度一样或者远高于该写入速度。在目前市售桌面设备中，使用对旋转光盘媒体进行写操作的单个激光束可给出高达1M字节/s的速度。但是，在生产状态下，可以使用能显著增加写入速度的激光和控制系统。例如，可以以声学的方式获得较高的光束偏转速度，并且，有迹象表明，用使用了单个激光束的“激光带”(Laser-tape)系统可以获得3M/S的速率。文献中已经指出，可寻址的激光组(VCSEL)和可定位的激光提供了大规模的并行写操作的可能性。用与光源相配合的空间光调制器(SLM)可以获得同样的可能性。还可知有诸如来自美国OptexCorporation公司的“ETOM”之类的基于电子捕获技术的可直接写入的光学存储系统，所说的电子捕获技术正处于开发的高级阶段并且据说通过灰度编码可给出15M字节/S或更高的传输速率。

在本发明中，假定各写装置S的写入速率在1-10M字节/S的范围内，则用N个装置S可以获得N M字节/S至10N M字节/S范围内的写入速率。可以看出，N为30的多个存储域与前述段落中所说明的那样的标准是相容的。如果选择更保守的值例如N＝10，则使用本发明方法时的写入速率为10-100M字节/S。

可以将本发明方法所使用的光学存储器与可用激光簇同时加以寻址的球形微透镜结合起来。按照先有技术，可将数据传输速率写为：

(1)R＝nV/8d字节/S

其中，n是在用于对媒体进行读或写的激光系统的有效扫描速率时在各微透镜下的数据点位置的有效数量，d是球体的直径，当d＝10μm且n＝494时，可得到下式：

(2)R＝6VM字节/S，V用m/s表示

上述有效扫描速率应该最大以获得高速度。以下说明两种不同的方法。

第一种方法的目的是使光写头在物理上以前后运动的方式移动。这是一种慢速操作，因为，商用光学卡片读取器一般按0.5-1m/s的速度工作。利用基于微透镜的存储媒体，所说的激光系统将不再需要按恒定的速度扫描。

第二种可能性是利用一种光学元件来使光束移动。这可用声光装置来获得高速度，但光束的强会聚性会使这样做很困难。但是，在高数值N的情况下例如为几mm的短行程会使这种情况得以简化，从而，可利用可移动的光学元件来实现光束位移。

用一数值实例来说明这一点。假定速度V范围为0.5-10/s，按公式(2)可给出R＝3-60M字节/S。这适用于各单个的写装置S。如果例如提供了10个写装置S，则用于整个系统的写入速率为30-600M字节/S。

在本发明的方法中，使用了本发明的设备，该设备将按照这样的假定即各个写装置并不以远低于单个大型写装置的速度进行写操作而也将写过程分配给多个相配合但却独立的写装置S。但是，周知的是，写光束相对于数据存储媒体的最大可获得的扫描速率有某些机械上的限制。例如，目前光盘存储器的旋转速度业已有显著的增加，以便增加数据传输速率。在这种情况下，在按高速存取具有不同半径的存储信息时，会因光盘上的不平性或分散的光盘质量和加速及减速效应而出现呈振动形式的机械限制因素。在这方面，以直线方式进行写操作的系统有更密切的关系，因为，这里可以区分开两种扫描器，其中一种是例如以旋转棱镜为基础提供平稳连续运动或例如是声光偏转器的完全没有机械运动的扫描器，另一种是使其中的物质会例如以前后运动的方式快速地加速或减速的扫描器。后者的情形是最严格的，因为会出现多种限制现象，诸如会降低跟踪精确性的振动、能耗、单位成本和单位尺寸等等。扫描周期中的最大加速度是主要的参数，但正如在本发明方法与设备中那样，通过使用多个写装置，可以有效地降低所说的加速度。

就简谐振荡运动而言，通过使用N个较小的写装置而不是使用一个大型写装置，可以增加写入速度N倍，从而得到与N成比例的最大加速度。就单个大型装置而言，速度的相应增加会导致按N的平方增加的最大加速度。

另外，周知的是，高速下会出现采集及跟踪问题。随着速度的增加，还会增加对整个链中多个环节的要求，这些环节包括用于控制光束位置的检测、逻辑运算和电源。通过如在本发明中那样将写装置S分成N个较小的装置S1，S2，S3，S4，可在整个写入速度没有任何降低的情况下在用于各子任务的时间内增加N倍。

当写入光学存储媒体时，还对媒体中的位点的大小即要存储单个位的面积有物理上的限制。必须将一定量的能量按一定的强度提供给中心区域，所说的强度则应在记录单个位所需的阈值之上。但是，实际上光束并不停在媒体的各个写入的点上，不过写脉冲的波期如此之短以致扫描运动会在写各位点时实际上被“冻结”。当各位点变得更小以便获得较高的存储密度且扫描速率增加以便给出较高的传输速率时，就会出现这样的点，在该点上所说的运动不再“冻结”而有足够的范围。在扫描速率为10m/s的情况下，光束会在100ns内移动10⁷·10^-7μm＝1μm，这远大于高密度存储媒体所容许的值。但是，应该注意，基于球形微透镜的光学数据存储媒体在这方面不那么易受影响。降低脉冲持续时间可避免上述问题，但可能出现另外的问题，即在可用的时间内难以提供足够的能量。这又会导致较高的激光输出和较高的成本。与此无关的是，由于用于对各个位点位置进行写操作的时间会减少，所以，同时读和写以便控制实际的写过程和例如要获得较大的可靠性或对灰度编码进行控制会变得更困难和更昂贵。通过使用本发明用两个或更多写装置独立且按连续的步骤写数据的方法并借助实现上述方法的设备，可在没有目前先有技术中存在的问题的情况下，获得高写入速度、适当的处理质量以及小直径(即高能量的写入点)的组合，换句话说，可获得高存储密度和高数据传输率。

Claims (9)

1.一种用写装置将数据写入光学存储器(1)内的方法，所述写装置发射光脉冲，该光脉冲使上述光学存储器中的一个或多个光敏层发生局部变化，并且，所述光学存储器沿一通路以线性运动的方式移过写装置(S)，所述方法的特征在于，两个或多个写装置(S1，S2，……)设置成彼此隔开一定的距离并且沿上述通路的横向方向相互成阶梯状地移位，其结果是，将一个写装置分配给光学存储器的一部分，分别按独立且连续的各步沿移动方向写入数据；并且，每一步都写入要在写入过程中加以记录的信息的一部分。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，所述光学存储器(1)呈连续的带状。

3.如权利要求1的方法，其特征在于，所述光学存储器(1)呈薄片或卡片(C)的形式，所说的薄片或卡片在物理上与其它薄片或卡片(C)相连，从而，它们在写操作过程中构成了一连续的带，在写操作结束之后，再次将所说的薄片或卡片(C)分开。

4.如权利要求1的方法，其特征在于，所述光学存储器(1)呈薄片或卡片(C)的形式，所说的薄片或卡片附着在一带上并在写操作过程中在该带上移动。

5.如权利要求1-4的方法，其特征在于，所述光学存储器(1)上形成在物理上分开的域(F)，以便在每一步中进行写操作，每个域(F1，F2，……)基本上对应于光学存储器中被分配给某一写装置(S1，S2……)的那部分。

6.如权利要求1-5的方法，其特征在于，所述光学存储器(1)上形成有一个或多个光学可读的定位标记，供各步的写操作之用。

7.如权利要求6的方法，其特征在于，在写操作的第一步中就设置上述定位标记。

8.如权利要求6的方法，其特征在于，在写操作的各步中顺序地设置上述定位标记。

9.一种用写装置(S)将数据写入光学存储内的设备，所述写装置包含有一个或多个脉冲光源，它们会照射前述光学存储器的一个或多个光敏层内的局部区域，并且，所述光学存储器沿一通路以线性运动的方式移过写装置，所述设备的特征在于，它包括两个或多个设置成彼此隔开一定距离并且沿通路的横向方向相互成阶梯状地移位的写装置，可将一写装置(S)分配给光学存储器的一部分，因此，可按独立且连续的各步沿移动方向写入数据，每一步都提供要在写入过程中加以记录的信息的一部分。