CN1864208A - 格式化和跟踪三维存储介质中的信息的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种格式化器(100)，用于将多个标记刻录在3D半透明光学介质(101)上，以使得能够将信息记录在该介质上和从该介质中取回信息，该格式化器包括：夹持机构，用于保持该介质；至少一个光学单元(103)，该光学单元被校准为将至少一个衍射极限光点聚焦到该介质中的各个深度处；至少一个光源，针对标记的刻录对其进行了优化；以及至少一个致动器(104)，其相对于该介质移动所述光点。

Description

格式化和跟踪三维存储介质中的信息的方法和设备

技术领域

本发明涉及格式化3D存储介质和跟踪的方法和设备。

背景技术

在本领域中已经提出了将信息存储在三维光学存储设备中。这样的系统要解决的问题之一是如何从特定点读取信息而不会令读取光束受到位于读取光源和所述特定点之间的存储介质的干扰。另一个问题是，如何对存储在该介质中的信息进行格式化，从而能够以一致的方式将该信息写入到该介质中和从该介质中取回该信息。

美国申请序列号第10/240420号(对应于以本受让人的名义提交的2001年10月4日公开且名称为《Three-dimensional optical memory》的WO01/73779)建议通过二光子吸收来读取信息。按照这种方法，存储在特定点上的信息是以特定频率υ下的吸收系数为特征的，并且读取是使用频率为υ₁和υ₂的两个光束进行的，使得υ₁+υ₂＝υ(υ₁-υ₂＝υ也可)。只有当两个光束相交时，光可以得到吸收并且实现读取。在两个光束不相交的所有点上，不存在频率为υ的光，因此不会进行读取。存储介质对于频率为υ₁的光应该是透明的，并且对于频率为υ₂的光应该也是透明的。

格式化

对数据存储介质进行格式化指的是生产出空白介质之后、将其日常用于读取和写入文件之前的步骤，并且指的是在格式化方(生产厂中的装置或独立的装置，其为可能进行记录的很多装置中的一种)与最终用户方(日常使用该介质的装置)之间认同的这种格式化的方法和专用标准。我们首先回顾一下标准的随机存取可记录存储装置领域的现有技术。

一般来说，在光学存储介质中，尤其是DVD中，数据是沿着形成在光盘的一个或两个物理层上的轨道存储的，并且是通过在使光盘绕其轴旋转的同时将半导体二极管产生的激光束聚焦在这些轨道上并且采集反射光来读取的。这些轨道通常包括螺旋形轨道，数据写在这些轨道上并且从这些轨道中读取数据。

在光学WORM和可重写介质中，例如DVD-R、CD-R和DVD-RAM中，格式化信息印刷(压印)在信息表面上。对于高级格式化，例如有一种以上的数据格式，这些数据格式使得能够将WORM CD作为数据或音乐CD进行读取和写入。

专利US 5,452,285(Monen)公开了格式化2D光学介质的另一种方法，该专利讨论了均匀分布的二维凹坑阵列的应用，可以可互换地采用二维凹坑阵列来提供光学信息存储介质中的定时、精细跟踪和地址信息。US 4,914,645(Getreuer)讨论了一种光反射光盘记录系统，该系统利用位于记录介质头部中的偏心摆动区(off-centered wobbled area)来提供精确轨道跨越计数和精确轨道跟踪信号。将第一信号的高频分量与第二信号的低频分量合成起来，该第二信号是使用摆动区产生的。伺服凹坑设置在专用伺服区内。三个凹坑中的两个是摆动凹坑，而第三个凹坑用于时钟控制。

很多磁存储装置和磁光存储装置使用被称为采样伺服格式化或轨道位置调制(轨道摆动)的格式化和跟踪方案。美国专利6,122,133(Nazarian等人)讨论了将采样伺服方法应用于磁存储装置，伺服信令(其实质上是对层内数据的2D结构的调制)使得能够在物理层内对轨道进行跟踪。在所述专利的情况下，轨道实际上是圆形的。介质格式化的性质使得能够提取跟踪信息和诸如扇区号和存储区之类的其它轨道数据。所述伺服信号是以多脉冲图案的形式记录的，使得能够提取精细(fractional)的径向轨道误差信号以及进行经校准和受控的精细轨道跟踪。

在磁介质中，按照惯例，在最终用户位置处，在使用该磁存储装置的计算系统的控制下，进行该装置的高级格式化。这为计算系统提供了很大的空间来按照计算系统特有的要求对格式化进行最优化，一个例子是将一块磁硬盘划分成多个分区的能力，其中一部分分区由一个操作系统(OS)使用而另一部分分区由另一个OS使用。不同的部分通常仅可由适当的OS读取。该盘的格式化可以分成不同的格式化层。该盘的低级格式化对这个例子中的两个OS是通用的，而格式化成有序文件系统的高级格式化是对于各个OS特有的部分。

格式化能够实现下列效果(非穷举)：

■数据在介质中一致的组织形式；

■找到和读取基本数据单元(数据块、扇区、块簇)的逻辑和物理位置；

■将数据记录在用文件精确地指明了的并且可取回的位置上；

■跟踪数据并且调整到存储数据的规定位置，数据存储在该规定位置，用于数据取回、跟踪(例如，参见USSN 10/096369，2002年3月13日以本受让人的名义提交，名称为《Method for tracking data in anoptical storage medium》)、自适应增益控制的刻录和同步头部等等。

■将系统信息包含在介质中，例如盘类型和型号、灵敏度、记录密度、制造信息以及个人ID和标签；

■针对介质调整读取和或记录装置参数，例如，按照不同的介质改变DVD-R中的激光功率；

■以不同的安全性和可见性级别(对于不同的用户)包含文件系统和文件；

■由不同的用户和系统使用单个存储介质，该不同用户和系统之间可能是或可能不是可见的；

■当某些扇区遭到破坏时恢复介质中的数据完整性，从而确保了数据介质的鲁棒性和恢复能力。

■在格式化过程中记录内容(例如视频)。

跟踪

要正确地取回数据，必要的条件是，读取头能够定位和跟踪期望的轨道。在实践中，这引出了两类不同的跟踪问题：从一个轨道跳跃到另一个轨道以及忠实地跟踪单个轨道。对于目前的讨论的目的而言，表明这两种不同的跟踪问题需要不同的解决方案并且表明到跟踪方法与本发明有关的程度就足够了，本发明仅仅涉及这两个问题中的第二个问题。

CD和DVD读取头跟踪目标轨道的方式基于将读取光点聚焦在该轨道上并且由位置敏感型检测器测量反射光点的强度。这使得能够计算读取光点的位置并随后根据所测得的误差调节读取头的位置。

2001年11月15日公开的名称为《Tracking servo apparatus ofoptical information recording and reproducing apparatus》的US20010040844(Sato等人)公开了使用这种技术的跟踪伺服设备。这样，对在将激光束照射到光盘的记录表面上时获得的反射光进行光电转换，从而获得光电转换信号。由光电转换信号生成表明激光束的照射位置相对于轨道沿记录表面上的盘径向的偏离量的跟踪误差信号。检测光学系统中发生的球面像差(spherical aberration)，根据检测结果修正跟踪误差信号的电平，并且根据修正过电平的跟踪误差信号沿盘径向移动激光束的照射位置。

类似地，2001年5月15日公开的名称为《Optical drive errortracking method and apparatus》的美国专利第6,233,210号(Schell；David L.)公开了一种方法和设备，用于获得光盘播放器的跟踪误差信号，该光盘播放器通常涵盖CD唱片和DVD中的各种的数据格式。使用具有至少四个有效区的光检测器来感测所反射的激光束。通过比较不同有效区中的信号强度，来生成差幅跟踪误差信号。

这些参考文献是使用具有多个部分的光检测器来保持读/写头与期望轨道通信的已知方案的典型代表，其中所述光检测器用作位置敏感型检测器，用来检测读/写激光束的从光盘表面反射的分量。

对于CD和DVD二者，轴向补偿转变为读/写光束的聚焦调节。

发明内容

本发明可应用于任何匀质的光学存储介质，在该光学存储介质中，可以存取确定的、受到约束的三维空间内的任何体素(voxel)/点。这样，例如，该光学介质可以是绕其中心旋转的盘或者可以3D线性致动的立方体。具体来说，本发明的目的在于3D光学存储介质(简称为光学介质或盘，例如本申请人的共同未决美国申请序列号第10/240,420号(对应于2001年10月4日公开的名称为《Three-dimensional opticalmemory》的WO 01/73779)中所述的3D光学存储介质)的格式化。WO01/73779描述了一种由单个单块清澈半透明聚合物制成的光盘。在其中描述的具体实施例中，通过对数百个叠置的虚拟数据层进行写入将信息存储在该光盘内。在功能和空间方面，这些层中的每一个可以与单张CD或磁光信息层相比，在单张CD或磁光信息层上，将信息存储在螺旋形或圆形轨道上，这些轨道被分成环形带(zone)和扇区，使用刻录在扇区的受控并可取回的位置(例如，在起始位置)上的相应头部来标识各个环形带和扇区。根据这些实施例，读取光点与数据轨道之间的相对运动是通过盘的旋转和衍射极限光点的轴向和径向运动来实现的。在共同未决的由受让人共同拥有的于2002年10月7日提交的名称为《Method andsystem for tight focusing of optical reading or recording beaminside monolithic storage material》的USSN 60/416,274中公开了一种能够将衍射极限光点聚焦到这样的介质内的光机械组件，将USSN60/416,274以引用的方式并入本文。

假设随着光学介质相对于读取光点移动，轨道会受到有限量的“跑出(run-out)”的影响。在存储介质是盘的情况下，该“跑出”沿r(径向跑出)和z(轴向跑出)两个方向。这些失真可能会出现在这些情况下：旋转轴稍微偏离盘的中心以及与盘平面的法向稍微不平行，以致数据轨道在盘旋转的同时相对于读取光点发生了移动。

本发明的第一个目的是使得能够进行光学介质的格式化，以使得可以将数据记录在该光学介质上的3D空间内的任何期望/预定位置或轨道上，而不必将数据限制于物理分层结构。

本发明的第二个目的是提供一种用于跟踪存储在已经进行了格式化的3D光学介质内的数据的机构，以使得能够从该光学介质中取回数据并且可选地能够将数据记录到光学介质中。

按照本发明的第一方面，提供了一种格式化器，用于将标记(mark)刻录在3D半透明光学介质上，以使得能够将信息记录在所述介质上以及从所述介质取回信息，该格式化器包括：

夹持机构，用于保持所述介质，

至少一个光学单元，该光学单元被校准成将至少一个衍射极限光点聚焦到所述介质内的各个深度上，

至少一个光源，该光源对于标记的刻录进行了优化，和

至少一个致动器，用于相对于所述介质移动所述至少一个光点。

按照本发明的第二个方面，提供了一种跟踪和格式化系统，用于跟踪存储在经过3D格式化的光学介质中的数据，所述跟踪和格式化系统包括：

跟踪单元，用于生成跟踪信号，该跟踪信号与所述经过3D格式化的光学介质中的格式化图案一致，以使得能够计算出跟踪误差信号，该跟踪误差信号用作对伺服机构的反馈，该伺服机构按照所述格式化图案控制读取光点的精确定位；和

检测单元，其与跟踪单元相连，并且响应于由跟踪单元生成的跟踪信号来与检测单元的空间结构无关地读取存储在所述光学介质内的数据信号。

本发明尤其致力于3D光学介质的格式化和跟踪，该格式化和跟踪使得能够使用单个光检测器稳定地取回(即，跟踪和解码)存储在该介质中的信息。

本领域公知的适于3D光学存储的任何有效介质都适于根据本发明的应用。在上面提到的USSN 10/240,420以及1999年12月7日授权的名称为《Three-dimensional optical memory》的US 5,268,862(Rentzepis)(这两篇文献以引用的方式并入本文)中描述了有效介质的非限定性的示例，均二苯代乙烯衍生物和偶氮苯衍生物。

必须清楚的一点是，虽然下面介绍的实施方式是具体关于盘形介质的，但是所述的格式化和跟踪方法并不局限于盘形介质，而是可以应用于任何形状的介质和信息轨道(例如，螺旋形轨道)。

对于本发明的第二个方面，可以使用不同的方法来实现该跟踪和格式化。因而，按照第一种方法，在盘内部对多个基层进行刻录。“工厂”预先格式化的基层是以非常高级别的精度写入的。在这样的实施例中，使用格式化图案对光学介质进行格式化，该格式化图案包括设置在具有已知相互间隔的多个基层内的对准标记，以使得能够将数据写入到光学介质内的期望位置上或者从光学介质内的期望位置上读取数据。读取和写入激光二者是同时聚焦的，并且焦点之间的垂直距离等于所要求的层间隔。各个新的连续层是在读取和跟踪它前面的层的同时写入的，这样确保了各个新层的正确格式化和正确间隔开。

按照用于实现格式化和跟踪的第一种方法，该跟踪和格式化系统包括光学单元，该光学单元适用于将波长可能相互不同的至少两个激光束聚焦在具有受控相互位移的光学介质中的各个点上，从而形成用于从光学介质获得读取信号的读取光点和用于将标记记录在光学介质中的写入光点；和

所述跟踪单元响应于读取光点来跟踪至少部分地进行了记录的层中的信息轨道，以使得写入光点能够将数据记录在该光学介质的相邻层中。

将会理解到，在详细说明中描述的第一种方法的优选实施方式是非限定性的，并且诸如层间的距离、基层的数量、基层之间所包含的层的数量之类的参数和任何其它参数可以变化，而不会脱离由权利要求限定的本发明的范围。

在跟踪单元的一个实施例中，将写入激光保持在固定的焦距上，而使读取激光绕前面的层进行摆动，从而确保使用圆锥形扫描进行跟踪。在以本受让人名义提交的美国专利申请10/096,369和2003年9月18日(即，在本申请的优先权日之后)公开的WO 03/077240中公开了这种跟踪方法。其它的跟踪机制也是可行的，例如，本领域公知的用于径向跟踪的三光点机制和自动聚焦机制。这些跟踪方法依赖于位置敏感型检测器的使用并且它们本身是公知的。在Haichuan Zhang等人所著的《Multi-layer Optical Data Storage Based on Two-photon RecordableFluorescent Disk Media》(Proceedings of the Eighteenth IEEE sym.on Mass Storage Systems，2001年4月17-20日)中描述了用于3D光学存储的这些多光检测器方法的一个示例。另一种跟踪方法基于下面讨论的第二种方法。

根据用于实现格式化和跟踪的第二种方法，跟踪和格式化系统包括光学单元，所述光学单元适用于将波长可能相互不同的至少两个激光束聚焦在具有受控相互位移的光学介质中的各个点上，从而形成用于从光学介质中获得读取信号的读取光点和用于将标记记录在光学介质中的写入光点；和

跟踪单元，其响应于读取光点来跟踪至少部分地进行了记录的层中的信息轨道，以使得写入光点能够将数据记录在光学介质中。

这种格式化和跟踪系统的操作方式可以通过简化的2D示例来进行解释，该简化的2D示例与由被分成数据区间和伺服区间的线代表的单个线性轨道相关。伺服系统是这样与数据区间和伺服区间同步的：例如通过指出数据区间的终点的特定同步字以及位于可由系统分辨的延迟处的第二跟踪/追踪伺服标记，该特定同步字是伺服区间中第一次出现的引导标记，该引导标记相对于轨道的第一侧稍微偏离；该第二跟踪/追踪伺服标记相对于轨道的另一侧稍微偏离。该系统对来自所述两个标记的信号的幅值进行比较，并且产生与这两个幅值之间的差值成(线性或非线性)比例的误差信号。

为了对读取光点和写入光点之间的已知并经过校准的偏离进行调整，生成了偏置的精细跟踪误差信号。用于计算作为两组对称偏离的采样伺服脉冲串的函数的偏置误差信号的第一种方法是通过将对称破裂系数(symmetry breaking factor)添加到误差信号计算中，该计算考虑了作为到读取光点的距离以及标记和光点各自的形状的函数的来自伺服标记的信号的线性或非线性空间属性。

跟踪误差信号的一阶公式具有下述形式：

$\frac{(A\·S1-S2)-B}{D\·(E\·S1+S2)}$

其中：

S1和S2是来自两个偏离标记序列的各个信号幅值；

A和B是对称破裂系数；和

D.(E.S1+S2)是总的归一化系数。

用于调节读取光点和写入光点之间的已知偏离的第二族方法基于较高密度的伺服信号的使用，其中在简化的2D示例的情况下，较高密度是在偏离轨道的轴线上，多个伺服标记可以以多个离散的偏离或连续的偏离进行偏离，并且不同的伺服信号是由特定的编码或由它们的定时来识别的。通过选择适当的偏离伺服序列对，使用较高密度的伺服标记以类似于两个偏离信令的方式获取跟踪误差信号，这里也可以应用跟踪误差信号的对称破裂。使用偏离伺服标记的复合组使得能够实现较宽的锁定范围和提取较高阶的跟踪误差信号。

图9表示使用对称二阶信号的结果，其中分别以两对相反轨道偏离+X、+Y、-X和-Y(|Y|＞|X|)记录了四个伺服标记序列。这样，伺服偏离包括两种不同大小的伺服偏离，并且读取光点和写入光点之间的固定偏离的任何变化可以通过下列形式的跟踪误差信号加以修正：

$\frac{A\·(B\·S1-S2)+C\·(D\·S3-S4)}{I\·(E\·(S1+F\·S2)+G(S1+H\·S2))}$

其中：

S1、S2、S3和S4是四个偏离标记序列各自的信号幅值；

A、B、C和D是对称破裂系数；和

I·(E·(S1+F.S2)+G(S1+H.S2))是总的归一化系数。

所获得的跟踪误差信号使得能够锁定到读取光点和写入光点之间的固定偏离上，如果象图9中所示的那种情况那样在读取光点和写入光点之间存在约为半个轨道间距的偏离，则需要这样的锁定。还应当注意到，在该具体实施例中，二阶跟踪误差信号使得能够实现较宽范围的锁定。在这一族的二阶信号中，还可以提取对称破裂二阶跟踪误差信号。通过混合使用这些方法，可以为当前读取光点-写入光点偏离和当前读取光点-轨道偏离动态地选择最佳的方法。通过对来自不同偏离的伺服标记的信号进行适当的操控，可以根据所需的跟踪误差信号合并或消除非线性。

在其最广的应用中，本发明提供了在3D光学介质中的任何位置限定数据记录的格式化自由度，而不需要将数据约束为位于预定义的层内并且不需要将伺服标记约束为位于特定的朝向上。通过使用匀质光学存储介质，使得这是可能的，在匀质光学存储介质中，可以对确定的、受约束的三维空间内的任何体素/点进行存取。在采样伺服技术的更为有限的应用中，沿着伺服区间加入了在轨道上方和下方稍微偏离的轴向跟踪标记。轴向跟踪误差是与径向跟踪信息并行地提取的。

使用高于机械子系统的响应频率的伺服信令频率，使得能够使用采样伺服信号的低通滤波并抑制这些信号中的噪声。

以上考虑的孤立轨道示例仅用于说明第二种跟踪方法背后的思想。在实践中，应当使轨道间距最小，以在一个层中聚集尽可能多的数据。本领域公知的伺服信令方法之一被称为“交替伺服”。在这种方案中，引导标记和跟踪标记的角色在轨道螺旋或同心数据圆的一圈和另一圈之间交替。下面将主要参照附图中的图6b来描述3D实施例。

根据该实施例，跟踪和格式化系统还包括误差修正单元，用于修正聚焦在光学介质中的标称轨道上的读取光点的跟踪误差，所述误差修正单元包括：

反馈单元，用于从伺服调制标记接收具有相应幅值的信号，所述幅值根据相对于标称轨道中心的相应伺服偏离大小或相对于标称轨道轴线的不同相应角度倾斜或者它们的任何组合而变化；

偏离确定单元，其与所述反馈单元相连，并且响应于所接收的信号来确定读取光点在径向和轴向上相对于轨道的相应微小偏离的方向和相对幅值；和

光点调整单元，与偏离确定单元相连，能够对所述偏离确定单元作出响应，用于相应地调整读取光点的位置。

第二种格式化和跟踪方法的第二族实施例基于通过操纵控制光束的焦点和位置的光学单元中的某些光学元件来操纵光束的剖面。在这种操纵的一个相关示例中，如在反射光学介质装置中使用一样，并且有时被称作“光学超分辨能力”，非透射环遮蔽了物镜的一部分，以产生较紧密的光点。这是操纵的一个示例，其目的在于改变在特定平面(即焦平面)内的光束剖面，并且不改变光束剖面的对称性，然而需要伺服采样方法提取方向信息，并且因此需要较差对称的光束剖面。具有相对于光轴对角取向的光束剖面使得能够生成对角取向的标记，这是具有三维性质的介质的独有特征。图12形象化地示出了使用定向标记来进行光点在径向上的导航。生成倾斜标记的操纵的具体实施例是加入遮蔽了光学单元.(用于聚焦所述记录光束)的透明孔径的一半的接近三分之二的液晶板。在图11中，轨道是从切向视图(轨道进入纸面之内)绘制的。两个局部重叠的椭圆代表伺服标记相对于该轨道倾斜的两种取向。如果读取光点1110沿着两个对角方向之一(沿着标记的取向)发生漂移，则来自一个伺服标记序列的信号比来自另一个伺服标记序列的信号变弱得快得多。该信息是不完整的，因为它没有表明光点沿着标记在哪个方向上发生了相对运动。该缺少的信息是通过加入具有其它失真(deformation)的伺服标记来添加的，或者是通过将这些方法与其它跟踪方法相结合来添加的，例如与用于实现跟踪和格式化的第二种方法的第一族的方法相结合。在图10中示出了具有完整信息的跟踪的实施例，其中使用了额外的一对伺服标记(1030，1040)，它们沿切向倾斜。这些标记使得能够导出轴向上的误差信号，实质上使每个伺服标记扮演了两个轴的角色，即，用于格式化和跟踪的第二种方法的第一族的非倾斜伺服标记，因此完备了信息。使用切向倾斜标记具有一种简单方案适用于所有的伺服标记的优点，但是需要对切向倾斜标记的采样进行更加精确的定时，以确保低于(或高于)轨道的标记的第一部分与位于另一侧的第二部分之间的比较是切实的。在本发明的详细说明中讨论了用于产生倾斜光束剖面的方法，这些方法包括物镜的局部非对称遮蔽或者通过倾斜光学元件之一来产生像差，例如慧形像差。

将会理解，在详细说明中描述的第二种方法的优选实施方式也是非限定性的，并且采样伺服信令可以具有或可以不具有专用的轨道区间。如果采样伺服具有专用的区间，那么这些区间可以具有恒定的线性长度、具有恒定的角长或者甚至具有变化的长度。可以使用来自沿径向或轴向相邻伺服轨道的连续伺服信息来记录连续的数据序列。另外，可以通过改变伺服信令标记的位置或密度(通过改变沿着轨道的位置或者通过改变相对于轨道的偏离)来对这些标记进行编码。编码也可以通过改变通过读取处理从这些标记发出的信号的长度和幅值来实现，例如，通过改变刻录这些伺服标记的写入脉冲的幅值或持续时间。伺服信号标记也可以具有变化的大小。因而可以通过任何不同的特征和通过任何不同的信号处理方法来区分不同的伺服图案，该方法是时域中的方法、频域中的方法(不同的伺服标记具有不同的频率分量)或混合方法(例如小波域滤波)。在下面的详细说明中描述的实施例之一涉及到伺服标记大于系统的最小标记大小的情况，这进而影响信息轨道的压缩。轨道的有效压缩例如可以通过使用圆形轨道和使用交替刻录的伺服标记来实现。可以仅在径向上或者轴向上或者在这两个方向上使用交替伺服标记。采样伺服标记的所有这些额外的变化使得能够改善跟踪误差信号从采样伺服标记中的提取和通过这些标记对附加信息的编码。这种附加信息编码的非限定性示例是扇区或层识别的编码或诸如盘版本和生产批次之类的系统信息的编码。

对于两种格式化方法，格式化器非常类似。该格式化器由非常稳定的轴、高度稳定的光学单元(OPU)和非常稳定的致动器构成，所述非常稳定的轴利用非常牢固的夹持机构保持盘，位于盘上方的高度稳定的光学单元能够以高度的可重复性在不同深度上聚焦到衍射极限上，所述非常稳定的致动器固定在OPU上并且能够将OPU定位在不同的径向位置上，使得能够实现螺旋形采样伺服标记的连续刻录或圆形采样伺服标记的不连续刻录。

诸如在WO 01/73779及其引用的参考文献中所述的基于非线性现象的3D存储能够使用具有低能量和高峰值功率的短脉冲将标记刻录在介质中。这样，格式化器可以影响(leverage)短脉冲激光(能量相对较低，峰值功率相对较高)的使用来利用一个脉冲同时刻录多个标记。衍射元件(通常设置在聚焦元件之前)可以用于将聚焦光束分成固定或变化的标记图案。该图案可以是伺服同步图案的一部分或者整个伺服同步图案，并且还可以是并行记录的不止一部分或不止一个完整的伺服同步图案。如所提示的，在格式化处理中记录的标记并不限于伺服和同步图案，并且还可以具有其它功能。适当激光器的一个示例是钛-蓝宝石激光器，它还表现出远高于所需伺服标记频率的脉冲频率。在具体实施例中，钛-蓝宝石激光器(或者其它任何合适的激光器)在多个同步的格式化器之间进行切换。

在另一实施例中，激光和伺服频率之间的表观冗余度(apparentredundancy)是通过光束聚焦位置的快速调制来加以影响的，例如使用电光调制器，通过光束取向的稍微调制，可以实现焦点位置的稍微漂移，这样能够并行地记录多个图案。表观冗余度还可以用于记录内容。

在格式化器的另一种实施例中，用多光束OPU替代了单光束OPU。产生具有多个光束的OPU的方法的非限定性示例包括并行地使用多个简单的光学单元、使用混合透镜或光栅，或者使用二极管激光器阵列。可以使用光纤或自由空间传播，利用分束器、开关、反射镜和/或光纤束的任意组合将一个或多个光源引到聚焦元件。可以采用本领域公知的任何方法来产生质量令人满意的多个光束。所述多个光束可以用于逐层地刻录(顺序刻录)或者并行地刻录多个层。下面将介绍这种实施方式的详细内容。

本发明的另一个目的是满足光学介质的用户可能要求的其它格式化要求，例如创建扇区、带和层头部信息、同步信息和辅助信息。使用分带螺旋可以得到不同的伺服编码，例如分带恒定角(或线)速度，这些速度分别暗示了分带恒定角(或线)伺服标记。针对不同的原因，伺服速率还可以是伪随机变化的。

此外，在一个实施例中，将光学介质设计成在盘中间的相反两侧上都具有轨道的双面盘，所述相反两侧是相互相向旋转的，具有镜像手性。在这种情况下，要注意，手性是从化学借用的术语，并且借用的是它最简单的含义“旋向性”——就是说，左/右相反地存在。例如，人的左手和右手是镜像，并且因此是“手性的”。很重要的一点是，盘的相反两侧上的轨道并不重叠，从而当读取机构读取一侧时，不会不经意地访问另一侧上的轨道。这可以通过将两个中心层之间的空间保持为没有数据来实现，因此确保了读取头不会错误地进入到被制造为在相反方向上旋转的一半盘内。双面盘的手性在格式化和记录处理以及读取处理中都会出现，并且是空间和时间二者的手性。格式化时的手性可以通过每次格式化一面来简单地得到解决。

格式化螺旋时的空间手性也可以通过使在一面上进行格式化的线形台从盘的内径行进到外径并且使另一面上的线形台在另一个方向上行进来加以控制。可以通过适当反转伺服标记的顺序来控制时间手性。

跟踪机构的频率响应必须足够高，以至于能够对轨道和光点的相对位置的变化做出响应，以增加伺服标记的数量所必然造成的不言而喻的轨道的信息容量降低为代价。如果跟踪信息频率大大高于所需的反馈频率，则可以使用低通技术来提高反馈信号质量。

锁定到轨道上可以通过本领域公知的锁定到单层或双层介质上的方法的扩展来实现，例如，光点位置的缓慢且受控的调制，这一调制逐步使得跟踪误差信号能够对伺服环进行控制。

附图说明

为了理解本发明并且了解如何使其在实践中实现，现在将参照附图，仅仅通过非限定性示例的方式介绍具体实施例，其中：

图1是仅使用单个光点的格式化器的示意图；

图2a和2b是分别示出了使用多个光点的格式化器的侧视图和俯视图的示意图；

图2c是用于将光点分成多个焦点的光学单元的示意图；

图2d是对多个聚焦元件进行的协同球面像差修正的示意图；

图2e是能够同时格式化多个盘的多臂格式化器的图；

图3是表示按照第一种格式化方法的基层的位置的侧视图；

图4表示按照第一种方法跟踪和记录新层；

图5a是用于单个轨道的采样伺服的示意图；

图5b是表示具有交替采样伺服的一组相邻轨道的示意图；

图6a是表示按照第二种方法的第一族的单个轨道的3D采样伺服的示意图；

图6b和6c表示使用少量伺服标记的3D存储中的采样伺服的可能实施例的细节；

图7是使用大于数据标记的伺服标记的采样伺服的示意图；

图8a、8b和8c分别示意性表示了从包含数据轨道和交替采样伺服标记的三维空间中的一块的侧视、切向和顶视投影，这些交替伺服标记大于数据标记；

图9是表示作为相对于标称轨道中心的偏离的函数的跟踪误差信号的曲线图；

图10是表示按照第二种方法的第二族的单个轨道的3D采样伺服的示意图；

图11表示图10中所示的3D采样伺服沿着切向轴线的投影；

图12是表示沿着切向轴线倾斜的标记与两种轴向偏离的标记之间的等价性的示意图；

图13是表示具有通过伺服部分隔开的数据部分的交错轨道的示意图；和

图14到16以图形的方式表示了对光点剖面进行遮蔽的效果。

具体实施方式

参见图1，从功能的角度给出了用于3D光学存储介质101的格式化系统100。格式化系统100包括：旋转轴102，该旋转轴由适当的驱动电机(未示出)驱动，用于使设置在其上的光学存储介质101旋转；和光学头103，用于将信息写到光学存储介质101中的轨道之一上或者从光学存储介质101中的轨道之一中读取信息。在该具体的实施例中，光学单元103包括半导体激光器、激光器驱动电路和产生聚焦光点的光学系统。在本发明为了实际使用而进行了简化的一个实施例中，这些组件可以由标准成品(off-the-shelf)组件来实现，所以没有在附图中示出。光点的位置是由致动器104控制的。

图2a和2b示意性地表示用于将光点分成多个焦点以便获得多光点格式化器的光学单元的侧视图和平面图。多光点光学单元201产生多个光点，使得能够实现多个层的同时刻录，使得格式化更快并且由此降低成本。为此，光学单元201可以包含多个物镜，如图2b所示，这些物镜起到分光机构的作用，通过各个物镜，将光源聚焦到盘中的一个或多个点上。210和211示意性表示聚焦元件的两种不同的可行结构。可以对各个聚焦元件进行预先设计，以针对盘中的限定深度范围对其加以修正；在这种情况下，单个聚焦透镜可能就够用了。在另一实施例中，各个聚焦元件可以用于盘内的更大深度范围的格式化，在这种情况下，聚焦元件是由多于一个的简单光学元件构成的。要求这些聚焦元件协同配合。在第一实施例中，这是通过以协同配合的方式对系统中的每一个透镜进行非常精确的致动来实现的。协同配合可以通过将校准图案记录在测试盘或经过格式化的盘中的测试区域内并且随后使经校准的聚焦元件聚焦到校准图案上来实现的。一旦经过校准，就将聚焦元件刚性地锁定起来，以协同配合地移动。在第二实施例中，将USSN 60/416,274中描述的主透镜和辅透镜注模形成两个元件，或者将主和辅透镜刚性地安装到两个元件上。在任何一种情况下，随后都对这两个元件进行致动，以协同配合地移动整个聚焦系统。图2b还表示如何将多个线形台容纳在盘的上方和下方，以便得到聚焦到盘中的更多光束，而更快且成本更低地进行格式化。

应当注意，在沿着切线方向(210)排布不止两个聚焦光点的情况下，不同的聚焦元件对(例如2101和2102)产生不同密度的轨道。这可以结合到不同层有不同密度的设计中。

图2d是多个聚焦元件的协同球面像差修正的另一实施例的示意图。该球面相差修正是通过一个相对较大的光学修正元件实现的，该元件是多个聚焦元件共用的，并且在下文中称为“球面像差修正共用光学元件”或简称为SACCOE。要求是精确地聚焦光束(到衍射极限)和修正所有的像差。这个要求被分成第一部分和第二部分，第一部分由第一光学元件负责，该第一光学元件主要用于球面像差修正，第二部分由光学系统的其它元件负责，这些元件主要负责聚焦和诸如慧形像差之类的其它像差的修正。在具体的实施例中，该SACCOE是这样的光学元件：其包括一片厚度变化的光学材料，该光学材料的折射系数与该介质的相同。SACCOE的工作原理是，一旦聚焦元件针对特定的深度得到了球面像差修正，就能够通过将穿过光学材料(具有该介质的折射系数)的光学路径长度保持为恒定来防止球面相差。SACCOE的第一实施例采用两个棱镜240、241，在它们之间可以有光学油脂242。这些棱镜可以是线形的或圆形的，如一般性方案250中所画出的那样。SACCOE 251(在这种情况下是两个圆形棱镜元件)位于介质252与一组聚焦元件253之间。主要的约束是，SACCOE的表面相对于光束入射处的介质表面要充分平行，以便使其它类型的像差最小。有限的像差量可以由聚焦系统的其它部分加以补偿。如果棱镜之间的空间足够小，则不必使用油脂将其充满，并且所造成的像差可以通过稍微倾斜SACCOE平行表面来加以修正。

在SACCOE的第二实施例(以截面图示出)中，243利用了两个平行玻璃表面245和246之间的可变量的光学油脂244。在该图中所示的具体实施例中，通过一组致动器保持这些玻璃表面平行，该组致动器示意性地用247指代。对光学油脂施加压力，以防止出现不均匀性。施压元件和油脂容器示意性地表示为环形柔性材料248。应当将SACCOE与盘之间的距离保持得很小，以防止出现像差。

图2c是用于通过单个物镜将光点分成多个焦点的光学单元的示意图。

图2e示意性地表示了多臂格式化器260，它能够同时格式化一叠以精确相互空间设置的盘，这些盘由多个光学单元访问并且由多个致动器致动。这些盘安装在销(pin)261上，在图2f中示意性地示出了该销261，销261安装在两个空心轴262之间。各个线形台263带有各自的托架264，该托架由多个臂构成，这些臂是逐个上下安装的，并且各个托架可以带有所连接的聚焦元件的单元(未示出)。为了从两侧对盘进行格式化，这些线形台是以与单盘格式化器线形台相同的方式进出的；各个线形台具有属于要到达盘上方的组或者属于要到达盘下方的组的多个臂。

图2f表示多个盘的安装和轴销(265)的操作。通过简单的过程将轴销从机器中拆下来。在格式化器外部将盘266安装在轴销上。各个盘的垂直位置是由间隔环267确定的，这些间隔环确保盘相对于机器的位置处于非常精密的公差内(可能只有几微米)。将各个盘固定在间隔环上是由弹簧268实现的。

图3是表示根据第一种格式化方法的基层的位置的侧视图并且由此表示了所使用的盘的实际格式。图3a表示穿过3D光盘的切片，图3a中由(b)和(c)指代的标记代表在相应子图中的放大部分。图3b表示经过格式化的盘的与盘表面201相邻的几百微米内的结构。在该具体实施例中，盘表面201与第一基层之间的距离(由d1表示)是100微米，并且连续的基层之间的距离(由d2表示)是160微米。图3c表示从盘的中心看到的经过格式化的盘的结构。在盘的中心，盘的第一半的第一螺旋形基层与它的相向旋转对之间的距离由d3表示。在该图所示的实施例中，d3是40微米，并且盘的总厚度是6mm。在优选实施例中，基层包括测试区域，用于验证基层没有重写。

图4示意性地表示按照第一种方法对经过格式化的盘进行新层的跟踪和写入。光学单元(将其模型化为聚焦透镜，仅是为了便于说明)将两个不同波长的光束聚焦在盘的不同深度处，这两个深度间隔距离d4。读取光点401对已经刻录在一定深度的层(它的平面由虚线402表示)内的螺旋进行跟踪，这个螺旋轨道用作母版(master)。同时，写入光点403刻录与读取光点在垂直方向上分隔开d4，但是沿着另一个轴具有与它的母版相同的位置的新螺旋。

图5a和5b是表示第二种格式化方法的采样伺服技术的简化2D视图的示意图。图5a表示从单个轨道中提取跟踪误差信号的方法。为数据分配的轨道的位置是由点划线区间表示的，而点区间代表分配给伺服标记的位置。伺服标记(是在格式化步骤中刻录的标记)相对于标称轨道(nominal track)位置偏离，从而当读取光点沿着标称轨道行进时，从伺服标记采集跟踪信号。该信号线性地或非线性地与读取光点和伺服标记之间的重叠成比例。如果读取光点刚好位于标称轨道位置的中心，则与相对于轨道两侧偏离的伺服标记的重叠是相等的，并且从一系列伺服标记获得的信号之间的差为零。如果读取光点稍微偏离轨道，则来自第一标记序列的滤波信号将与来自位于轨道另一侧的第二标记序列的信号不同，并且这个差异将会用作跟踪误差信号，表示读取光点应当移动的方向。

图5b表示在对一块十个轨道t1、…、t10的简化2D方案中的交替伺服的使用。读取光点的扫描方向是沿纸面从左到右，奇数轨道的伺服标记具有表左的第一伺服标记和表右的第二伺服标记，后者用作偶数轨道的表左标记，由此改变表左和表右信号之间的顺序。

图6a是表示按照第二种方法的第一族的单个轨道的3D采样伺服的示意图。该轨道是由位于专用区间的伺服标记限定的，这些伺服标记在径向和垂直方向上都偏离标称轨道600。在图中所示的实施例中，径向偏离标记601和602位于轴向偏离标记603和604之前。

图6b表示了两对采样伺服的交替伺服实施例，这两对采样伺服用于给出采样伺服指标，但是通过使用交替方案，伺服标记的伺服计数仅是为各个伺服区间记录一个伺服标记(忽略边缘效应)。在图中，621是轨道(表示为线)和伺服标记(表示为椭圆)的示意性立体图。伺服标记定义了其中要记录轨道的虚拟层(virtual layer)，由附图标记1和2指代的伺服标记在该虚拟层的下方，而由附图标记3和4指代的伺服标记在该虚拟层的上方。将该虚拟层表示为形成一个圆圈并且由623指代。这个虚拟层也在622中示出，622是表示沿着轨道截取的相同伺服方案的多个虚拟层的示意图，由此将这些轨道表示为点，并且与前面一样，将伺服标记表示为椭圆。从示意图622中可以清楚地看出，伺服标记具有交替功能；用作奇数虚拟层的轨道上方的指示器的伺服标记用作偶数虚拟层的轨道下方的指示器。

图6c表示如何使用更加复杂的交替方案来增加盘的容量和减少所需伺服标记的数量。从631中可以清楚地看出，伺服计数是各个轨道区间的一个伺服标记(同样，忽略边缘效应)。注意如何将交错的伺服标记用于跟踪。这是由632详细说明的，632是被表示为形成一个圆圈并且在方案631中由633指代的虚拟层以及相应的伺服标记的立体图。由附图标记1和2指代的伺服标记直接位于轨道下方(沿着切线轴，1在2之前)，而由3和4指代的标记位于轨道上方，并且这些伺服标记位于各个轨道之间。从631中可以清楚地看出，对于相对于层633互为奇数状态的层，角色发生了转换。换句话说，如果按顺序对虚拟层进行编号，则处于奇数层中的轨道之间的那些伺服标记直接位于偶数层中的轨道上方；而处于偶数层中的轨道之间的那些伺服标记直接位于奇数层中的轨道上方。这给出了交错伺服标记的排列，这些伺服标记定义了相邻虚拟层内的轨道，以使得各个轨道由三个一组的伺服标记限定，以使得两个伺服标记在一个层中跨在轨道两边，而第三个伺服标记在相邻层中与该轨道对齐。数据容量得到了增加，这是因为交替的层中的轨道之间的距离增加，而没有改变轨道间距离和层间距离(由伺服标记限定)，因此减少了可能的码间干扰。这是将采样伺服和真正3D存储介质相结合的优点的另一种体现。

图6b和6c所示的交替伺服方案是针对按区间排列的采样伺服的具体实施例介绍的。应当清楚，这种具体实施例并不局限于使用这样的具有示例性伺服计数的交替伺服排列，并且这些排列可以等效地应用于每区间多次重复、多个偏离、连续伺服或本发明的说明所暗示的任何实施例。这样，应当理解，本发明设想的是交替伺服标记的任何排列，这些伺服标记将相邻虚拟层内的轨道限定为使得这些伺服标记排列等价于三个一组或四个一组的伺服指示器，并且使得指示器的计数等于轨道区间的数量。

图7是使用比数据标记大的伺服标记的采样伺服的示意图。为了获得更高的密度，数据标记确定轨道间距，并且因此伺服标记不能用简单的交替方法进行压缩。试图使用简单的交替伺服将意味着，伺服标记实质上位于标称轨道上，并且读取光点的稍微偏离将不会导致来自这样的标记的信号的实质变化。为了适应这种约束，将不同轨道的伺服标记沿着伺服区间设置在不同的位置。将轨道分为四组，由a、b、c和d表示，这四个组一个接一个地周期性重复出现，各个轨道在数据区间的末尾与伺服标记的出现之间具有特定的延迟，因此避免了与简单交替伺服标记相关的重叠问题。

图8a、8b和8c分别表示3D光学存储介质中的侧视、切向和顶视投影。图8a是一块轨道的侧视图，着重强调所示的四个层、不同层内的伺服标记之间的时间/空间顺序。在切向视图(图8b)中更好地示出了伺服标记的相对位置和它们的交替特点。轴向伺服标记序列(例如810)位于轨道层之间，例如位于820和830之间，径向伺服序列位于数据平面内，例如位于850和860的平面内的840。应当注意伺服标记的交替特征，沿着轴向和径向在两个轨道之间，仅有一个伺服标记序列，该伺服标记序列用作各个相邻数据轨道的共用轨道指示器。在图8c中可以看到不同伺服标记之间的时间延迟，这一延迟使得能够实现不同信号的分离。

在图8a、8b和8c中，轨道和伺服标记是基本上按比例绘制的。各个椭圆表示标记的大小，该标记的大小在切向和径向上的直径应当小于2微米，而在轴向上应当小于10微米。在图中所示的具体实施例中，这些标记在径向和切向上的直径为1微米，而在轴向上的直径为6微米。在本领域中，对数据区间内的数据进行编码的很多方法是公知的，因此在图中没有示出。通过数据标记对信息进行的过简化编码是单纯的二进制编码，其中编码/解码的两种状态是通过在特定位置上出现标记来定义的。更为有效的其它编码方案也是已知的。还应注意，可以将伺服标记排列为头部或伺服脉冲串。在本领域中已知表示一个区间(伺服或数据区间)的终止和下一个区间的开始的很多同步方法，因此在图中没有示出。

层之间的距离是10微米，轨道之间的距离是2微米，并且沿着轨道的标记之间的最小距离小于2微米。该具体实施例中的读取光点具有1.5微米的直径。

图9是表示作为相对于标称轨道中心的偏离、不同格式化和跟踪系统的特点的函数的跟踪误差信号的曲线图。第一个S曲线901(虚的蓝线)是针对相对于标称轨道均匀偏离的一对采样伺服标记序列计算出来的。该S曲线表示对称差S1-S2。第二个S曲线是使用下列形式的二阶公式计算出来的：

$\frac{A\·(B\·S1-S2)+C\·(D\·S3-S4)}{I\·(E\·(S1+F\·S2)+G(S1+H\·S2))}$

其中：

S1、S2、S3和S4是四个偏离标记序列各自的信号幅值；

A、B、C和D是对称破裂系数；和

I.(E.(S1+F.S2)+G(S1+H.S2))是总归一化系数。

图13是表示具有由伺服部分隔开的数据部分的交错轨道的示意图。

下面将考虑第二种格式化和跟踪方法的第二族伺服标记，更详细地介绍格式化和跟踪机制。参照图10-12所示并在图10中概括的实施例，伺服区间具有四种类型的标记：在径向-轴向平面中径向倾斜的一对标记1010、1020和在切向-轴向平面中倾斜的一对标记1030、1040。

为了提取伺服误差信号，对来自各个伺服标记序列的各个信号进行相位锁定和低通滤波。计算两个跟踪误差信号。第一个是从两个径向标记得出的信号之间的差异，它给出了沿着倾斜取向之一的指示。这在图11中进行了详细说明，图11表示在径向-轴向平面中倾斜的标记1010、1020的投影视图，该视图是从轨道轴方向看的。读取光点1110也是从这个方向看的。如果读取光点如图11所示的那样发生了离轴，则来自标记1020的信号大大高于来自标记1010的信号。注意，如果该光点转变为由1111表示的那样，则该信号相等，并且在这种情况下，需要第二种指示来消除不确定性。

表示读取光点的偏离方向(在标称轨道下方或上方)的第二信号是从切向倾斜的轨道中提取的。在连续时间t₁到t₂对各个标记采样两次，并且将各个信号(在相位锁定和低通滤波之后)表示为S1t₁、S1t₂、S2t₁和S2t₂。由(S1t₁+S2t₂)-(S1t₂+S2t₁)给出用于计算偏离方向的公式。

注意，理论上仅需要一个切向倾斜的标记，但是来自两个相反倾斜的标记的响应的平均值降低了噪声，主要是抖动噪声。还应当注意，由于倾斜光点的像差特性，所以它们不受衍射的限制。采样速率应该足够高，以从切向倾斜标记的不同区域得到样本。

图12形象地表示了将定向标记用于光点在径向上的导向。产生倾斜标记的操控的具体实施例是加入液晶板，该液晶板阻挡了对记录光束进行聚焦的光学单元的透明孔径中的一半的接近三分之二。

在优选实施例中，倾斜光束剖面是由物镜的部分非对称遮蔽产生的，或者是由通过倾斜光学元件之一而导致的像差(例如慧形像差)产生的。更详细地考虑通过对各个场点在孔径区域上进行2D积分求值而计算出的光束剖面。该积分是Huygens原理在数学上的体现，该原理将波阵面上的每一个点视为波源。在我们的情况下，孔径中的场具有恒定大小(良好过充满)和相位，这拟合出以透镜焦点为中心的同心球体(这是低像差透镜的定义)。2D积分是对焦点区r，z网格点中的各个点进行的(轴向对称避免了在焦点区中使用3D网格的必要性)。(可以参见Goodman、Joseph W.所著的《Introduction to Fourier Optics》，1968)。

为了考虑该计算的结果，图14、15和16是分别包括三个图的多组附图，表示从对称光束剖面(图14中所示)产生非对称光束剖面分布(图15和16中所示)。图14a-c表示非遮蔽物镜的物镜和光束剖面，并且应当与以下两组附图比较观察。

图14a表示非遮蔽物镜。图14b表示在焦点的径向平面中得到的光束剖面。注意，它是严格对称的焦点，直径小于1.5微米。图14c表示沿着光轴(z)的切面内的光束剖面。注意，该焦点也是严格对称的，深度小于5微米。

图15是物镜的非对称遮蔽的第一个示例。图15a表示遮蔽的几何性质。图15b表示光点在焦平面内的剖面基本没有变化，仅仅有微小减弱。图15c表示剖面沿光轴变化明显。显然可以证明，来自由1510和1520表示的空间的信号的变化明显。

图16a-c表示另一种物镜遮蔽的另一个示例，这种物镜遮蔽给出了更加严重倾斜的光束剖面和由相应光点产生的更加严重倾斜的标记。应当注意，非对称光束成形技术可以应用于记录标记或读取标记，或者应用于二者。

虽然本发明是具体针对与3D光学存储介质(其中数据是作为写在材料块中的体素(voxel)而存储的)一起使用的格式化和跟踪系统来介绍的，但是应当理解，本发明的原理可以等效地应用于需要几何指示的其它类型的3D技术或者应用于非光学或混合存储介质。

Claims (39)

1.一种格式化器，用于将多个标记刻录在3D半透明光学介质上，以使得能够将信息记录在该介质上和从该介质中取回信息，该格式化器包括：

夹持机构，用于保持所述介质，

至少一个光学单元，该光学单元被校准为将至少一个衍射极限光点聚焦到所述介质内的各个深度处，

至少一个光源，针对标记的刻录该光源进行了优化，和

至少一个致动器，用于相对于所述介质移动所述至少一个光点。

2.根据权利要求1所述的格式化器，还包括控制器，用于控制环境条件的波动，以减弱由所述波动造成的格式化变化。

3.根据权利要求1或2所述的格式化器，其中，所述介质是盘形的，并且所述光点相对于所述介质的运动是通过该盘的旋转和一个光学单元的运动来实现的。

4.根据权利要求1到3中的任意一项所述的格式化器，其中，所述光学单元包括分束机构，用于分离光束，从而同时刻录多个标记。

5.根据权利要求1所述的格式化器，其中，所述光学单元是包括组成部分被精确校准了的多个光学单元的组件，各个光学单元聚焦在不同的深度，并且该组件适用于相对于所述介质运动，从而同时刻录多个轨道。

6.根据权利要求1到5中的任意一项所述的格式化器，还包括夹持单元，用于以精确的相互空间定位的方式保持一叠盘，这些盘由多个光学单元访问并且由多个致动器致动。

7.一种经过格式化的3D半透明光学介质，其具有由根据权利要求1到6中的任意一项所述的格式化器生成的格式化图案。

8.根据权利要求7所述的经过格式化的光学介质，其中，所述格式化图案包括具有受控大小和长度的多个对准标记，用于使得能够将数据写入到光学介质中的期望位置或者能够从光学介质中的期望位置读出数据。

9.根据权利要求7或8所述的经过格式化的光学介质，其中，所述对准标记设置在具有已知相互间隔的多个基层中。

10.根据权利要求9所述的经过格式化的光学介质，是具有两面且厚度为6mm的盘，其中：

基层间隔是160微米；

无数据的中间空间具有80微米的深度；并且

基层与盘表面之间的最小距离是200微米。

11.根据权利要求7到10中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，其中，所述对准标记是伺服标记，这些伺服标记相对于数据轨道的轴线沿径向或轴向偏离或者成角度倾斜。

12.根据权利要求7到11中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，其中，使用多个离散的3D伺服偏离或连续范围的3D伺服偏离来获得3D跟踪误差信号。

13.根据权利要求7到12中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，其中，所述伺服偏离是相对于标称轨道中心的各个空间偏离大小或者相对于标称轨道轴线的各个不同的角度倾斜。

14.根据权利要求7到12中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，其中，所述格式化图案包括沿着各个数据轨道的多个区间，各个所述区间具有各自的类型，该类型代表与该区间相关的数据的属性。

15.根据权利要求7到12中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，其中，所述格式化图案包括使得能够进行连续数据记录的相对于所述轨道的连续伺服图案偏离。

16.根据权利要求7到15中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，其中，所述格式化图案包括分带的螺旋或圆，扇区和头部编码在所述分带的螺旋或圆中。

17.根据权利要求7到16中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，是单面或双面盘。

18.根据权利要求7到17中的任意一项所述的经过格式化的光学介质，具有交替的伺服标记排列，这些伺服标记将相邻虚拟层中的轨道限定为使得该伺服标记排列等价于三个一组或四个一组的伺服指示器，并且指示器的计数等于轨道区间的数量。

19.一种跟踪和格式化系统，用于跟踪存储在根据权利要求7到18中的任意一项所述的经过3D格式化的光学介质中的数据，所述跟踪和格式化系统包括：

跟踪单元，用于生成跟踪信号，该跟踪信号与所述经过3D格式化的光学介质中的格式化图案一致，以使得能够计算跟踪误差信号，该跟踪误差信号用作伺服机构的反馈信号，该伺服机构根据所述格式化图案控制读取光点的精确位置；和

非位置敏感型检测单元，其与所述跟踪单元相连，并且响应于由所述跟踪单元生成的跟踪信号，而与该检测单元的空间结构无关地读取存储在所述光学介质的数据层内的数据信号。

20.根据权利要求19所述的跟踪和格式化系统，其中：

所述格式化图案包括设置在具有已知相互间隔的多个基层内的对准和/或伺服标记，用于使得能够将数据写入到所述光学介质中的期望位置或能够从所述光学介质中的期望位置读取数据；并且

该跟踪和格式化系统还包括光学单元，该光学单元适用于将波长可能相互不同的至少两个激光束聚焦在光学介质中的具有受控相互位移的各个点处，从而形成用于从该光学介质中获得读取信号的读取光点和用于将标记记录在该光学介质中的写入光点；

所述跟踪单元响应于读取光点来跟踪至少部分地进行了记录和/或进行了伺服标记的层中的信息轨道，以使得写入光点能够将数据记录在该光学介质的相邻层中。

21.根据权利要求20所述的跟踪和格式化系统，其中，所述基层包括用于验证基层没有重写的测试区域。

22.根据权利要求19所述的跟踪和格式化系统，其中：

所有数据层都以高精度预先进行了格式化，并且包括沿着各个数据轨道的相对两侧设置为相对于数据轨道的轴线沿径向、轴向偏离或角度偏离的多个伺服调制标记；并且

光学单元适用于将波长可能相互不同的两个激光束聚焦在具有受控的小偏离的光学介质内的各个点上，从而形成用于从光学介质获得读取信号的读取光点和用于将标记记录在光学介质中的写入光点。

23.根据权利要求21或22所述的跟踪和格式化系统，其中，所述伺服标记是以多个离散偏离或连续范围的径向、轴向偏离或角度偏离的方式设置的。

24.根据权利要求21或23所述的跟踪和格式化系统，其中，伺服标记和数据标记具有不同的大小和长度。

25.根据权利要求19到24中的任意一项所述的跟踪和格式化系统，其中，所述读取光点和写入光点之间的固定偏离的任何变化是通过下列形式的跟踪误差信号加以修正的：

$\frac{(A\·S1-S2)-B}{D\·(E\·S1+S2)}$

其中：

S1和S2是来自两个偏离标记序列的各个信号幅值；

A和B是对称破裂系数；和

D·(E·S1+S2)是总的归一化系数。

26.根据权利要求19到24中的任意一项所述的方法，其中，在各个轴上使用两对伺服偏离标记来获得伺服指示。

27.根据权利要求26所述的跟踪和格式化系统，其中，所述伺服偏离包括两个不同大小的伺服偏离，并且读取光点和写入光点之间的固定偏离的任何变化是通过下列形式的跟踪误差信号加以修正的：

$\frac{A\·(B\·S1-S2)+C\·(D\·S3-S4)}{I\·(E\·(S1+F\·S2)+G(S1+H\·S2))}$

其中：

S1、S2、S3和S4是四个偏离标记序列各自的信号幅值；

A、B、C和D是对称破裂系数；和

I·(E·(S1+F·S2)+G(S1+H·S2))是总的归一化系数。

28.根据权利要求19到24中的任意一项所述的跟踪和格式化系统，

其中：

所述格式化图案包括沿着各个数据轨道的多个区间，各个所述区间具有各自的类型，该类型代表与该区间相关的数据的属性。

29.根据权利要求28所述的跟踪和格式化系统，其中，所述区间包括两种类型，这两种类型分别与用户数据以及伺服和系统信息相关。

30.根据权利要求28所述的跟踪和格式化系统，其中，所述区间包括两种类型的区间，这两种类型的区间具有各自的分带恒定线性长度，第一种类型主要专用于用户数据，而第二种类型主要专用于伺服和系统信息。

31.根据权利要求28所述的跟踪和格式化系统，其中，所述区间包括两种类型的区间，这两种类型的区间具有各自的分带恒定角长，第一种类型主要专用于用户数据，而第二种类型主要专用于伺服和系统信息。

32.根据权利要求29到31中的任意一项所述的跟踪和格式化系统，其中，所述区间具有伪随机变化的长度。

33.根据权利要求19到32中的任意一项所述的跟踪和格式化系统，其中，所述格式化图案包括分带的螺旋或圆，扇区和头部编码在所述分带的螺旋或圆中。

34.根据权利要求19到33中的任意一项所述的跟踪和格式化系统，具有交替的伺服标记排列，这些伺服标记将相邻虚拟层中的轨道限定为使得该伺服标记排列等价于三个一组或四个一组的伺服指示器，并且指示器的计数等于轨道区间的数量。

35.根据权利要求19到34中的任意一项所述的跟踪和格式化系统，其中，所述格式化图案还将辅助信息编码到标称轨道中心。

36.根据权利要求19到35中的任意一项所述的跟踪和格式化系统，适用于记录内容。

37.一种修正具有多个聚焦元件的光学系统中的球面像差的方法，所述方法包括设置修正元件，所述修正元件包括公用于多个所述聚焦元件的光学元件，所述光学元件的主要尺寸大于任何一个聚焦元件的相应主要尺寸，并且将所述光学元件聚焦到衍射极限的目标分成主要是球面像差修正的第一部分和主要是聚焦和其它像差修正的第二部分。

38.根据权利要求37所述的方法，其中，所述修正元件包括由光学油脂层隔开的两个玻璃表面，所述方法还包括通过致动所述玻璃和对所述油脂施压来控制所述修正元件的厚度。

39.根据权利要求37所述的方法，其中，所述修正元件包括一对具有标称平行表面的光学元件，所述方法还包括通过倾斜这些平行表面来减小像差。

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