專利名稱：格式化和跟蹤三維存儲(chǔ)介質(zhì)中的信息的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及格式化3D存儲(chǔ)介質(zhì)和跟蹤的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中已經(jīng)提出了將信息存儲(chǔ)在三維光學(xué)存儲(chǔ)設(shè)備中。這樣的系統(tǒng)要解決的問題之一是如何從特定點(diǎn)讀取信息而不會(huì)令讀取光束受到位于讀取光源和所述特定點(diǎn)之間的存儲(chǔ)介質(zhì)的干擾。另一個(gè)問題是，如何對(duì)存儲(chǔ)在該介質(zhì)中的信息進(jìn)行格式化，從而能夠以一致的方式將該信息寫入到該介質(zhì)中和從該介質(zhì)中取回該信息。
美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)第10/240420號(hào)(對(duì)應(yīng)于以本受讓人的名義提交的2001年10月4日公開且名稱為《Three-dimensional optical memory》的WO01/73779)建議通過二光子吸收來讀取信息。按照這種方法，存儲(chǔ)在特定點(diǎn)上的信息是以特定頻率υ下的吸收系數(shù)為特征的，并且讀取是使用頻率為υ1和υ2的兩個(gè)光束進(jìn)行的，使得υ1+υ2＝υ(υ1-υ2＝υ也可)。只有當(dāng)兩個(gè)光束相交時(shí)，光可以得到吸收并且實(shí)現(xiàn)讀取。在兩個(gè)光束不相交的所有點(diǎn)上，不存在頻率為υ的光，因此不會(huì)進(jìn)行讀取。存儲(chǔ)介質(zhì)對(duì)于頻率為υ1的光應(yīng)該是透明的，并且對(duì)于頻率為υ2的光應(yīng)該也是透明的。
格式化對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)進(jìn)行格式化指的是生產(chǎn)出空白介質(zhì)之后、將其日常用于讀取和寫入文件之前的步驟，并且指的是在格式化方(生產(chǎn)廠中的裝置或獨(dú)立的裝置，其為可能進(jìn)行記錄的很多裝置中的一種)與最終用戶方(日常使用該介質(zhì)的裝置)之間認(rèn)同的這種格式化的方法和專用標(biāo)準(zhǔn)。我們首先回顧一下標(biāo)準(zhǔn)的隨機(jī)存取可記錄存儲(chǔ)裝置領(lǐng)域的現(xiàn)有技術(shù)。
一般來說，在光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)中，尤其是DVD中，數(shù)據(jù)是沿著形成在光盤的一個(gè)或兩個(gè)物理層上的軌道存儲(chǔ)的，并且是通過在使光盤繞其軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將半導(dǎo)體二極管產(chǎn)生的激光束聚焦在這些軌道上并且采集反射光來讀取的。這些軌道通常包括螺旋形軌道，數(shù)據(jù)寫在這些軌道上并且從這些軌道中讀取數(shù)據(jù)。
在光學(xué)WORM和可重寫介質(zhì)中，例如DVD-R、CD-R和DVD-RAM中，格式化信息印刷(壓印)在信息表面上。對(duì)于高級(jí)格式化，例如有一種以上的數(shù)據(jù)格式，這些數(shù)據(jù)格式使得能夠?qū)ORM CD作為數(shù)據(jù)或音樂CD進(jìn)行讀取和寫入。
專利US 5,452,285(Monen)公開了格式化2D光學(xué)介質(zhì)的另一種方法，該專利討論了均勻分布的二維凹坑陣列的應(yīng)用，可以可互換地采用二維凹坑陣列來提供光學(xué)信息存儲(chǔ)介質(zhì)中的定時(shí)、精細(xì)跟蹤和地址信息。US 4,914,645(Getreuer)討論了一種光反射光盤記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用位于記錄介質(zhì)頭部中的偏心擺動(dòng)區(qū)(off-centered wobbled area)來提供精確軌道跨越計(jì)數(shù)和精確軌道跟蹤信號(hào)。將第一信號(hào)的高頻分量與第二信號(hào)的低頻分量合成起來，該第二信號(hào)是使用擺動(dòng)區(qū)產(chǎn)生的。伺服凹坑設(shè)置在專用伺服區(qū)內(nèi)。三個(gè)凹坑中的兩個(gè)是擺動(dòng)凹坑，而第三個(gè)凹坑用于時(shí)鐘控制。
很多磁存儲(chǔ)裝置和磁光存儲(chǔ)裝置使用被稱為采樣伺服格式化或軌道位置調(diào)制(軌道擺動(dòng))的格式化和跟蹤方案。美國(guó)專利6,122,133(Nazarian等人)討論了將采樣伺服方法應(yīng)用于磁存儲(chǔ)裝置，伺服信令(其實(shí)質(zhì)上是對(duì)層內(nèi)數(shù)據(jù)的2D結(jié)構(gòu)的調(diào)制)使得能夠在物理層內(nèi)對(duì)軌道進(jìn)行跟蹤。在所述專利的情況下，軌道實(shí)際上是圓形的。介質(zhì)格式化的性質(zhì)使得能夠提取跟蹤信息和諸如扇區(qū)號(hào)和存儲(chǔ)區(qū)之類的其它軌道數(shù)據(jù)。所述伺服信號(hào)是以多脈沖圖案的形式記錄的，使得能夠提取精細(xì)(fractional)的徑向軌道誤差信號(hào)以及進(jìn)行經(jīng)校準(zhǔn)和受控的精細(xì)軌道跟蹤。
在磁介質(zhì)中，按照慣例，在最終用戶位置處，在使用該磁存儲(chǔ)裝置的計(jì)算系統(tǒng)的控制下，進(jìn)行該裝置的高級(jí)格式化。這為計(jì)算系統(tǒng)提供了很大的空間來按照計(jì)算系統(tǒng)特有的要求對(duì)格式化進(jìn)行最優(yōu)化，一個(gè)例子是將一塊磁硬盤劃分成多個(gè)分區(qū)的能力，其中一部分分區(qū)由一個(gè)操作系統(tǒng)(OS)使用而另一部分分區(qū)由另一個(gè)OS使用。不同的部分通常僅可由適當(dāng)?shù)腛S讀取。該盤的格式化可以分成不同的格式化層。該盤的低級(jí)格式化對(duì)這個(gè)例子中的兩個(gè)OS是通用的，而格式化成有序文件系統(tǒng)的高級(jí)格式化是對(duì)于各個(gè)OS特有的部分。
格式化能夠?qū)崿F(xiàn)下列效果(非窮舉)■數(shù)據(jù)在介質(zhì)中一致的組織形式；■找到和讀取基本數(shù)據(jù)單元(數(shù)據(jù)塊、扇區(qū)、塊簇)的邏輯和物理位置；■將數(shù)據(jù)記錄在用文件精確地指明了的并且可取回的位置上；■跟蹤數(shù)據(jù)并且調(diào)整到存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的規(guī)定位置，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在該規(guī)定位置，用于數(shù)據(jù)取回、跟蹤(例如，參見USSN 10/096369，2002年3月13日以本受讓人的名義提交，名稱為《Method for tracking data in anoptical storage medium》)、自適應(yīng)增益控制的刻錄和同步頭部等等。
■將系統(tǒng)信息包含在介質(zhì)中，例如盤類型和型號(hào)、靈敏度、記錄密度、制造信息以及個(gè)人ID和標(biāo)簽；■針對(duì)介質(zhì)調(diào)整讀取和或記錄裝置參數(shù)，例如，按照不同的介質(zhì)改變DVD-R中的激光功率；■以不同的安全性和可見性級(jí)別(對(duì)于不同的用戶)包含文件系統(tǒng)和文件；■由不同的用戶和系統(tǒng)使用單個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)，該不同用戶和系統(tǒng)之間可能是或可能不是可見的；■當(dāng)某些扇區(qū)遭到破壞時(shí)恢復(fù)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)完整性，從而確保了數(shù)據(jù)介質(zhì)的魯棒性和恢復(fù)能力。
■在格式化過程中記錄內(nèi)容(例如視頻)。
跟蹤要正確地取回?cái)?shù)據(jù)，必要的條件是，讀取頭能夠定位和跟蹤期望的軌道。在實(shí)踐中，這引出了兩類不同的跟蹤問題從一個(gè)軌道跳躍到另一個(gè)軌道以及忠實(shí)地跟蹤單個(gè)軌道。對(duì)于目前的討論的目的而言，表明這兩種不同的跟蹤問題需要不同的解決方案并且表明到跟蹤方法與本發(fā)明有關(guān)的程度就足夠了，本發(fā)明僅僅涉及這兩個(gè)問題中的第二個(gè)問題。
CD和DVD讀取頭跟蹤目標(biāo)軌道的方式基于將讀取光點(diǎn)聚焦在該軌道上并且由位置敏感型檢測(cè)器測(cè)量反射光點(diǎn)的強(qiáng)度。這使得能夠計(jì)算讀取光點(diǎn)的位置并隨后根據(jù)所測(cè)得的誤差調(diào)節(jié)讀取頭的位置。
2001年11月15日公開的名稱為《Tracking servo apparatus ofoptical information recording and reproducing apparatus》的US20010040844(Sato等人)公開了使用這種技術(shù)的跟蹤伺服設(shè)備。這樣，對(duì)在將激光束照射到光盤的記錄表面上時(shí)獲得的反射光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而獲得光電轉(zhuǎn)換信號(hào)。由光電轉(zhuǎn)換信號(hào)生成表明激光束的照射位置相對(duì)于軌道沿記錄表面上的盤徑向的偏離量的跟蹤誤差信號(hào)。檢測(cè)光學(xué)系統(tǒng)中發(fā)生的球面像差(spherical aberration)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果修正跟蹤誤差信號(hào)的電平，并且根據(jù)修正過電平的跟蹤誤差信號(hào)沿盤徑向移動(dòng)激光束的照射位置。
類似地，2001年5月15日公開的名稱為《Optical drive errortracking method and apparatus》的美國(guó)專利第6,233,210號(hào)(Schell；David L.)公開了一種方法和設(shè)備，用于獲得光盤播放器的跟蹤誤差信號(hào)，該光盤播放器通常涵蓋CD唱片和DVD中的各種的數(shù)據(jù)格式。使用具有至少四個(gè)有效區(qū)的光檢測(cè)器來感測(cè)所反射的激光束。通過比較不同有效區(qū)中的信號(hào)強(qiáng)度，來生成差幅跟蹤誤差信號(hào)。
這些參考文獻(xiàn)是使用具有多個(gè)部分的光檢測(cè)器來保持讀/寫頭與期望軌道通信的已知方案的典型代表，其中所述光檢測(cè)器用作位置敏感型檢測(cè)器，用來檢測(cè)讀/寫激光束的從光盤表面反射的分量。
對(duì)于CD和DVD二者，軸向補(bǔ)償轉(zhuǎn)變?yōu)樽x/寫光束的聚焦調(diào)節(jié)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明可應(yīng)用于任何勻質(zhì)的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)，在該光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)中，可以存取確定的、受到約束的三維空間內(nèi)的任何體素(voxel)/點(diǎn)。這樣，例如，該光學(xué)介質(zhì)可以是繞其中心旋轉(zhuǎn)的盤或者可以3D線性致動(dòng)的立方體。具體來說，本發(fā)明的目的在于3D光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(簡(jiǎn)稱為光學(xué)介質(zhì)或盤，例如本申請(qǐng)人的共同未決美國(guó)申請(qǐng)序列號(hào)第10/240,420號(hào)(對(duì)應(yīng)于2001年10月4日公開的名稱為《Three-dimensional opticalmemory》的WO 01/73779)中所述的3D光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì))的格式化。WO01/73779描述了一種由單個(gè)單塊清澈半透明聚合物制成的光盤。在其中描述的具體實(shí)施例中，通過對(duì)數(shù)百個(gè)疊置的虛擬數(shù)據(jù)層進(jìn)行寫入將信息存儲(chǔ)在該光盤內(nèi)。在功能和空間方面，這些層中的每一個(gè)可以與單張CD或磁光信息層相比，在單張CD或磁光信息層上，將信息存儲(chǔ)在螺旋形或圓形軌道上，這些軌道被分成環(huán)形帶(zone)和扇區(qū)，使用刻錄在扇區(qū)的受控并可取回的位置(例如，在起始位置)上的相應(yīng)頭部來標(biāo)識(shí)各個(gè)環(huán)形帶和扇區(qū)。根據(jù)這些實(shí)施例，讀取光點(diǎn)與數(shù)據(jù)軌道之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是通過盤的旋轉(zhuǎn)和衍射極限光點(diǎn)的軸向和徑向運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。在共同未決的由受讓人共同擁有的于2002年10月7日提交的名稱為《Method andsystem for tight focusing of optical reading or recording beaminside monolithic storage material》的USSN 60/416,274中公開了一種能夠?qū)⒀苌錁O限光點(diǎn)聚焦到這樣的介質(zhì)內(nèi)的光機(jī)械組件，將USSN60/416,274以引用的方式并入本文。
假設(shè)隨著光學(xué)介質(zhì)相對(duì)于讀取光點(diǎn)移動(dòng)，軌道會(huì)受到有限量的“跑出(run-out)”的影響。在存儲(chǔ)介質(zhì)是盤的情況下，該“跑出”沿r(徑向跑出)和z(軸向跑出)兩個(gè)方向。這些失真可能會(huì)出現(xiàn)在這些情況下旋轉(zhuǎn)軸稍微偏離盤的中心以及與盤平面的法向稍微不平行，以致數(shù)據(jù)軌道在盤旋轉(zhuǎn)的同時(shí)相對(duì)于讀取光點(diǎn)發(fā)生了移動(dòng)。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是使得能夠進(jìn)行光學(xué)介質(zhì)的格式化，以使得可以將數(shù)據(jù)記錄在該光學(xué)介質(zhì)上的3D空間內(nèi)的任何期望/預(yù)定位置或軌道上，而不必將數(shù)據(jù)限制于物理分層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種用于跟蹤存儲(chǔ)在已經(jīng)進(jìn)行了格式化的3D光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的數(shù)據(jù)的機(jī)構(gòu)，以使得能夠從該光學(xué)介質(zhì)中取回?cái)?shù)據(jù)并且可選地能夠?qū)?shù)據(jù)記錄到光學(xué)介質(zhì)中。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種格式化器，用于將標(biāo)記(mark)刻錄在3D半透明光學(xué)介質(zhì)上，以使得能夠?qū)⑿畔⒂涗浽谒鼋橘|(zhì)上以及從所述介質(zhì)取回信息，該格式化器包括夾持機(jī)構(gòu)，用于保持所述介質(zhì)，至少一個(gè)光學(xué)單元，該光學(xué)單元被校準(zhǔn)成將至少一個(gè)衍射極限光點(diǎn)聚焦到所述介質(zhì)內(nèi)的各個(gè)深度上，至少一個(gè)光源，該光源對(duì)于標(biāo)記的刻錄進(jìn)行了優(yōu)化，和至少一個(gè)致動(dòng)器，用于相對(duì)于所述介質(zhì)移動(dòng)所述至少一個(gè)光點(diǎn)。
按照本發(fā)明的第二個(gè)方面，提供了一種跟蹤和格式化系統(tǒng)，用于跟蹤存儲(chǔ)在經(jīng)過3D格式化的光學(xué)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)，所述跟蹤和格式化系統(tǒng)包括跟蹤單元，用于生成跟蹤信號(hào)，該跟蹤信號(hào)與所述經(jīng)過3D格式化的光學(xué)介質(zhì)中的格式化圖案一致，以使得能夠計(jì)算出跟蹤誤差信號(hào)，該跟蹤誤差信號(hào)用作對(duì)伺服機(jī)構(gòu)的反饋，該伺服機(jī)構(gòu)按照所述格式化圖案控制讀取光點(diǎn)的精確定位；和檢測(cè)單元，其與跟蹤單元相連，并且響應(yīng)于由跟蹤單元生成的跟蹤信號(hào)來與檢測(cè)單元的空間結(jié)構(gòu)無關(guān)地讀取存儲(chǔ)在所述光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)。
本發(fā)明尤其致力于3D光學(xué)介質(zhì)的格式化和跟蹤，該格式化和跟蹤使得能夠使用單個(gè)光檢測(cè)器穩(wěn)定地取回(即，跟蹤和解碼)存儲(chǔ)在該介質(zhì)中的信息。
本領(lǐng)域公知的適于3D光學(xué)存儲(chǔ)的任何有效介質(zhì)都適于根據(jù)本發(fā)明的應(yīng)用。在上面提到的USSN 10/240,420以及1999年12月7日授權(quán)的名稱為《Three-dimensional optical memory》的US 5,268,862(Rentzepis)(這兩篇文獻(xiàn)以引用的方式并入本文)中描述了有效介質(zhì)的非限定性的示例，均二苯代乙烯衍生物和偶氮苯衍生物。
必須清楚的一點(diǎn)是，雖然下面介紹的實(shí)施方式是具體關(guān)于盤形介質(zhì)的，但是所述的格式化和跟蹤方法并不局限于盤形介質(zhì)，而是可以應(yīng)用于任何形狀的介質(zhì)和信息軌道(例如，螺旋形軌道)。
對(duì)于本發(fā)明的第二個(gè)方面，可以使用不同的方法來實(shí)現(xiàn)該跟蹤和格式化。因而，按照第一種方法，在盤內(nèi)部對(duì)多個(gè)基層進(jìn)行刻錄?！肮S”預(yù)先格式化的基層是以非常高級(jí)別的精度寫入的。在這樣的實(shí)施例中，使用格式化圖案對(duì)光學(xué)介質(zhì)進(jìn)行格式化，該格式化圖案包括設(shè)置在具有已知相互間隔的多個(gè)基層內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，以使得能夠?qū)?shù)據(jù)寫入到光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的期望位置上或者從光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的期望位置上讀取數(shù)據(jù)。讀取和寫入激光二者是同時(shí)聚焦的，并且焦點(diǎn)之間的垂直距離等于所要求的層間隔。各個(gè)新的連續(xù)層是在讀取和跟蹤它前面的層的同時(shí)寫入的，這樣確保了各個(gè)新層的正確格式化和正確間隔開。
按照用于實(shí)現(xiàn)格式化和跟蹤的第一種方法，該跟蹤和格式化系統(tǒng)包括光學(xué)單元，該光學(xué)單元適用于將波長(zhǎng)可能相互不同的至少兩個(gè)激光束聚焦在具有受控相互位移的光學(xué)介質(zhì)中的各個(gè)點(diǎn)上，從而形成用于從光學(xué)介質(zhì)獲得讀取信號(hào)的讀取光點(diǎn)和用于將標(biāo)記記錄在光學(xué)介質(zhì)中的寫入光點(diǎn)；和所述跟蹤單元響應(yīng)于讀取光點(diǎn)來跟蹤至少部分地進(jìn)行了記錄的層中的信息軌道，以使得寫入光點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)記錄在該光學(xué)介質(zhì)的相鄰層中。
將會(huì)理解到，在詳細(xì)說明中描述的第一種方法的優(yōu)選實(shí)施方式是非限定性的，并且諸如層間的距離、基層的數(shù)量、基層之間所包含的層的數(shù)量之類的參數(shù)和任何其它參數(shù)可以變化，而不會(huì)脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍。
在跟蹤單元的一個(gè)實(shí)施例中，將寫入激光保持在固定的焦距上，而使讀取激光繞前面的層進(jìn)行擺動(dòng)，從而確保使用圓錐形掃描進(jìn)行跟蹤。在以本受讓人名義提交的美國(guó)專利申請(qǐng)10/096,369和2003年9月18日(即，在本申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)日之后)公開的WO 03/077240中公開了這種跟蹤方法。其它的跟蹤機(jī)制也是可行的，例如，本領(lǐng)域公知的用于徑向跟蹤的三光點(diǎn)機(jī)制和自動(dòng)聚焦機(jī)制。這些跟蹤方法依賴于位置敏感型檢測(cè)器的使用并且它們本身是公知的。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光學(xué)存儲(chǔ)的這些多光檢測(cè)器方法的一個(gè)示例。另一種跟蹤方法基于下面討論的第二種方法。
根據(jù)用于實(shí)現(xiàn)格式化和跟蹤的第二種方法，跟蹤和格式化系統(tǒng)包括光學(xué)單元，所述光學(xué)單元適用于將波長(zhǎng)可能相互不同的至少兩個(gè)激光束聚焦在具有受控相互位移的光學(xué)介質(zhì)中的各個(gè)點(diǎn)上，從而形成用于從光學(xué)介質(zhì)中獲得讀取信號(hào)的讀取光點(diǎn)和用于將標(biāo)記記錄在光學(xué)介質(zhì)中的寫入光點(diǎn)；和跟蹤單元，其響應(yīng)于讀取光點(diǎn)來跟蹤至少部分地進(jìn)行了記錄的層中的信息軌道，以使得寫入光點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)記錄在光學(xué)介質(zhì)中。
這種格式化和跟蹤系統(tǒng)的操作方式可以通過簡(jiǎn)化的2D示例來進(jìn)行解釋，該簡(jiǎn)化的2D示例與由被分成數(shù)據(jù)區(qū)間和伺服區(qū)間的線代表的單個(gè)線性軌道相關(guān)。伺服系統(tǒng)是這樣與數(shù)據(jù)區(qū)間和伺服區(qū)間同步的例如通過指出數(shù)據(jù)區(qū)間的終點(diǎn)的特定同步字以及位于可由系統(tǒng)分辨的延遲處的第二跟蹤/追蹤伺服標(biāo)記，該特定同步字是伺服區(qū)間中第一次出現(xiàn)的引導(dǎo)標(biāo)記，該引導(dǎo)標(biāo)記相對(duì)于軌道的第一側(cè)稍微偏離；該第二跟蹤/追蹤伺服標(biāo)記相對(duì)于軌道的另一側(cè)稍微偏離。該系統(tǒng)對(duì)來自所述兩個(gè)標(biāo)記的信號(hào)的幅值進(jìn)行比較，并且產(chǎn)生與這兩個(gè)幅值之間的差值成(線性或非線性)比例的誤差信號(hào)。
為了對(duì)讀取光點(diǎn)和寫入光點(diǎn)之間的已知并經(jīng)過校準(zhǔn)的偏離進(jìn)行調(diào)整，生成了偏置的精細(xì)跟蹤誤差信號(hào)。用于計(jì)算作為兩組對(duì)稱偏離的采樣伺服脈沖串的函數(shù)的偏置誤差信號(hào)的第一種方法是通過將對(duì)稱破裂系數(shù)(symmetry breaking factor)添加到誤差信號(hào)計(jì)算中，該計(jì)算考慮了作為到讀取光點(diǎn)的距離以及標(biāo)記和光點(diǎn)各自的形狀的函數(shù)的來自伺服標(biāo)記的信號(hào)的線性或非線性空間屬性。
跟蹤誤差信號(hào)的一階公式具有下述形式(A·S1-S2)-BD·(E·S1+S2)]]>其中S1和S2是來自兩個(gè)偏離標(biāo)記序列的各個(gè)信號(hào)幅值；A和B是對(duì)稱破裂系數(shù)；和D.(E.S1+S2)是總的歸一化系數(shù)。
用于調(diào)節(jié)讀取光點(diǎn)和寫入光點(diǎn)之間的已知偏離的第二族方法基于較高密度的伺服信號(hào)的使用，其中在簡(jiǎn)化的2D示例的情況下，較高密度是在偏離軌道的軸線上，多個(gè)伺服標(biāo)記可以以多個(gè)離散的偏離或連續(xù)的偏離進(jìn)行偏離，并且不同的伺服信號(hào)是由特定的編碼或由它們的定時(shí)來識(shí)別的。通過選擇適當(dāng)?shù)钠x伺服序列對(duì)，使用較高密度的伺服標(biāo)記以類似于兩個(gè)偏離信令的方式獲取跟蹤誤差信號(hào)，這里也可以應(yīng)用跟蹤誤差信號(hào)的對(duì)稱破裂。使用偏離伺服標(biāo)記的復(fù)合組使得能夠?qū)崿F(xiàn)較寬的鎖定范圍和提取較高階的跟蹤誤差信號(hào)。
圖9表示使用對(duì)稱二階信號(hào)的結(jié)果，其中分別以兩對(duì)相反軌道偏離+X、+Y、-X和-Y(|Y|＞|X|)記錄了四個(gè)伺服標(biāo)記序列。這樣，伺服偏離包括兩種不同大小的伺服偏離，并且讀取光點(diǎn)和寫入光點(diǎn)之間的固定偏離的任何變化可以通過下列形式的跟蹤誤差信號(hào)加以修正A·(B·S1-S2)+C·(D·S3-S4)I·(E·(S1+F·S2)+G(S1+H·S2))]]>其中S1、S2、S3和S4是四個(gè)偏離標(biāo)記序列各自的信號(hào)幅值；A、B、C和D是對(duì)稱破裂系數(shù)；和I·(E·(S1+F.S2)+G(S1+H.S2))是總的歸一化系數(shù)。
所獲得的跟蹤誤差信號(hào)使得能夠鎖定到讀取光點(diǎn)和寫入光點(diǎn)之間的固定偏離上，如果象圖9中所示的那種情況那樣在讀取光點(diǎn)和寫入光點(diǎn)之間存在約為半個(gè)軌道間距的偏離，則需要這樣的鎖定。還應(yīng)當(dāng)注意到，在該具體實(shí)施例中，二階跟蹤誤差信號(hào)使得能夠?qū)崿F(xiàn)較寬范圍的鎖定。在這一族的二階信號(hào)中，還可以提取對(duì)稱破裂二階跟蹤誤差信號(hào)。通過混合使用這些方法，可以為當(dāng)前讀取光點(diǎn)-寫入光點(diǎn)偏離和當(dāng)前讀取光點(diǎn)-軌道偏離動(dòng)態(tài)地選擇最佳的方法。通過對(duì)來自不同偏離的伺服標(biāo)記的信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟倏兀梢愿鶕?jù)所需的跟蹤誤差信號(hào)合并或消除非線性。
在其最廣的應(yīng)用中，本發(fā)明提供了在3D光學(xué)介質(zhì)中的任何位置限定數(shù)據(jù)記錄的格式化自由度，而不需要將數(shù)據(jù)約束為位于預(yù)定義的層內(nèi)并且不需要將伺服標(biāo)記約束為位于特定的朝向上。通過使用勻質(zhì)光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)，使得這是可能的，在勻質(zhì)光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)中，可以對(duì)確定的、受約束的三維空間內(nèi)的任何體素/點(diǎn)進(jìn)行存取。在采樣伺服技術(shù)的更為有限的應(yīng)用中，沿著伺服區(qū)間加入了在軌道上方和下方稍微偏離的軸向跟蹤標(biāo)記。軸向跟蹤誤差是與徑向跟蹤信息并行地提取的。
使用高于機(jī)械子系統(tǒng)的響應(yīng)頻率的伺服信令頻率，使得能夠使用采樣伺服信號(hào)的低通濾波并抑制這些信號(hào)中的噪聲。
以上考慮的孤立軌道示例僅用于說明第二種跟蹤方法背后的思想。在實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)使軌道間距最小，以在一個(gè)層中聚集盡可能多的數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域公知的伺服信令方法之一被稱為“交替伺服”。在這種方案中，引導(dǎo)標(biāo)記和跟蹤標(biāo)記的角色在軌道螺旋或同心數(shù)據(jù)圓的一圈和另一圈之間交替。下面將主要參照附圖中的圖6b來描述3D實(shí)施例。
根據(jù)該實(shí)施例，跟蹤和格式化系統(tǒng)還包括誤差修正單元，用于修正聚焦在光學(xué)介質(zhì)中的標(biāo)稱軌道上的讀取光點(diǎn)的跟蹤誤差，所述誤差修正單元包括反饋單元，用于從伺服調(diào)制標(biāo)記接收具有相應(yīng)幅值的信號(hào)，所述幅值根據(jù)相對(duì)于標(biāo)稱軌道中心的相應(yīng)伺服偏離大小或相對(duì)于標(biāo)稱軌道軸線的不同相應(yīng)角度傾斜或者它們的任何組合而變化；偏離確定單元，其與所述反饋單元相連，并且響應(yīng)于所接收的信號(hào)來確定讀取光點(diǎn)在徑向和軸向上相對(duì)于軌道的相應(yīng)微小偏離的方向和相對(duì)幅值；和光點(diǎn)調(diào)整單元，與偏離確定單元相連，能夠?qū)λ銎x確定單元作出響應(yīng)，用于相應(yīng)地調(diào)整讀取光點(diǎn)的位置。
第二種格式化和跟蹤方法的第二族實(shí)施例基于通過操縱控制光束的焦點(diǎn)和位置的光學(xué)單元中的某些光學(xué)元件來操縱光束的剖面。在這種操縱的一個(gè)相關(guān)示例中，如在反射光學(xué)介質(zhì)裝置中使用一樣，并且有時(shí)被稱作“光學(xué)超分辨能力”，非透射環(huán)遮蔽了物鏡的一部分，以產(chǎn)生較緊密的光點(diǎn)。這是操縱的一個(gè)示例，其目的在于改變?cè)谔囟ㄆ矫?即焦平面)內(nèi)的光束剖面，并且不改變光束剖面的對(duì)稱性，然而需要伺服采樣方法提取方向信息，并且因此需要較差對(duì)稱的光束剖面。具有相對(duì)于光軸對(duì)角取向的光束剖面使得能夠生成對(duì)角取向的標(biāo)記，這是具有三維性質(zhì)的介質(zhì)的獨(dú)有特征。圖12形象化地示出了使用定向標(biāo)記來進(jìn)行光點(diǎn)在徑向上的導(dǎo)航。生成傾斜標(biāo)記的操縱的具體實(shí)施例是加入遮蔽了光學(xué)單元.(用于聚焦所述記錄光束)的透明孔徑的一半的接近三分之二的液晶板。在圖11中，軌道是從切向視圖(軌道進(jìn)入紙面之內(nèi))繪制的。兩個(gè)局部重疊的橢圓代表伺服標(biāo)記相對(duì)于該軌道傾斜的兩種取向。如果讀取光點(diǎn)1110沿著兩個(gè)對(duì)角方向之一(沿著標(biāo)記的取向)發(fā)生漂移，則來自一個(gè)伺服標(biāo)記序列的信號(hào)比來自另一個(gè)伺服標(biāo)記序列的信號(hào)變?nèi)醯每斓枚唷Ｔ撔畔⑹遣煌暾?，因?yàn)樗鼪]有表明光點(diǎn)沿著標(biāo)記在哪個(gè)方向上發(fā)生了相對(duì)運(yùn)動(dòng)。該缺少的信息是通過加入具有其它失真(deformation)的伺服標(biāo)記來添加的，或者是通過將這些方法與其它跟蹤方法相結(jié)合來添加的，例如與用于實(shí)現(xiàn)跟蹤和格式化的第二種方法的第一族的方法相結(jié)合。在圖10中示出了具有完整信息的跟蹤的實(shí)施例，其中使用了額外的一對(duì)伺服標(biāo)記(1030，1040)，它們沿切向傾斜。這些標(biāo)記使得能夠?qū)С鲚S向上的誤差信號(hào)，實(shí)質(zhì)上使每個(gè)伺服標(biāo)記扮演了兩個(gè)軸的角色，即，用于格式化和跟蹤的第二種方法的第一族的非傾斜伺服標(biāo)記，因此完備了信息。使用切向傾斜標(biāo)記具有一種簡(jiǎn)單方案適用于所有的伺服標(biāo)記的優(yōu)點(diǎn)，但是需要對(duì)切向傾斜標(biāo)記的采樣進(jìn)行更加精確的定時(shí)，以確保低于(或高于)軌道的標(biāo)記的第一部分與位于另一側(cè)的第二部分之間的比較是切實(shí)的。在本發(fā)明的詳細(xì)說明中討論了用于產(chǎn)生傾斜光束剖面的方法，這些方法包括物鏡的局部非對(duì)稱遮蔽或者通過傾斜光學(xué)元件之一來產(chǎn)生像差，例如慧形像差。
將會(huì)理解，在詳細(xì)說明中描述的第二種方法的優(yōu)選實(shí)施方式也是非限定性的，并且采樣伺服信令可以具有或可以不具有專用的軌道區(qū)間。如果采樣伺服具有專用的區(qū)間，那么這些區(qū)間可以具有恒定的線性長(zhǎng)度、具有恒定的角長(zhǎng)或者甚至具有變化的長(zhǎng)度?？梢允褂脕碜匝貜较蚧蜉S向相鄰伺服軌道的連續(xù)伺服信息來記錄連續(xù)的數(shù)據(jù)序列。另外，可以通過改變伺服信令標(biāo)記的位置或密度(通過改變沿著軌道的位置或者通過改變相對(duì)于軌道的偏離)來對(duì)這些標(biāo)記進(jìn)行編碼。編碼也可以通過改變通過讀取處理從這些標(biāo)記發(fā)出的信號(hào)的長(zhǎng)度和幅值來實(shí)現(xiàn)，例如，通過改變刻錄這些伺服標(biāo)記的寫入脈沖的幅值或持續(xù)時(shí)間。伺服信號(hào)標(biāo)記也可以具有變化的大小。因而可以通過任何不同的特征和通過任何不同的信號(hào)處理方法來區(qū)分不同的伺服圖案，該方法是時(shí)域中的方法、頻域中的方法(不同的伺服標(biāo)記具有不同的頻率分量)或混合方法(例如小波域?yàn)V波)。在下面的詳細(xì)說明中描述的實(shí)施例之一涉及到伺服標(biāo)記大于系統(tǒng)的最小標(biāo)記大小的情況，這進(jìn)而影響信息軌道的壓縮。軌道的有效壓縮例如可以通過使用圓形軌道和使用交替刻錄的伺服標(biāo)記來實(shí)現(xiàn)?？梢詢H在徑向上或者軸向上或者在這兩個(gè)方向上使用交替伺服標(biāo)記。采樣伺服標(biāo)記的所有這些額外的變化使得能夠改善跟蹤誤差信號(hào)從采樣伺服標(biāo)記中的提取和通過這些標(biāo)記對(duì)附加信息的編碼。這種附加信息編碼的非限定性示例是扇區(qū)或?qū)幼R(shí)別的編碼或諸如盤版本和生產(chǎn)批次之類的系統(tǒng)信息的編碼。
對(duì)于兩種格式化方法，格式化器非常類似。該格式化器由非常穩(wěn)定的軸、高度穩(wěn)定的光學(xué)單元(OPU)和非常穩(wěn)定的致動(dòng)器構(gòu)成，所述非常穩(wěn)定的軸利用非常牢固的夾持機(jī)構(gòu)保持盤，位于盤上方的高度穩(wěn)定的光學(xué)單元能夠以高度的可重復(fù)性在不同深度上聚焦到衍射極限上，所述非常穩(wěn)定的致動(dòng)器固定在OPU上并且能夠?qū)PU定位在不同的徑向位置上，使得能夠?qū)崿F(xiàn)螺旋形采樣伺服標(biāo)記的連續(xù)刻錄或圓形采樣伺服標(biāo)記的不連續(xù)刻錄。
諸如在WO 01/73779及其引用的參考文獻(xiàn)中所述的基于非線性現(xiàn)象的3D存儲(chǔ)能夠使用具有低能量和高峰值功率的短脈沖將標(biāo)記刻錄在介質(zhì)中。這樣，格式化器可以影響(leverage)短脈沖激光(能量相對(duì)較低，峰值功率相對(duì)較高)的使用來利用一個(gè)脈沖同時(shí)刻錄多個(gè)標(biāo)記。衍射元件(通常設(shè)置在聚焦元件之前)可以用于將聚焦光束分成固定或變化的標(biāo)記圖案。該圖案可以是伺服同步圖案的一部分或者整個(gè)伺服同步圖案，并且還可以是并行記錄的不止一部分或不止一個(gè)完整的伺服同步圖案。如所提示的，在格式化處理中記錄的標(biāo)記并不限于伺服和同步圖案，并且還可以具有其它功能。適當(dāng)激光器的一個(gè)示例是鈦-藍(lán)寶石激光器，它還表現(xiàn)出遠(yuǎn)高于所需伺服標(biāo)記頻率的脈沖頻率。在具體實(shí)施例中，鈦-藍(lán)寶石激光器(或者其它任何合適的激光器)在多個(gè)同步的格式化器之間進(jìn)行切換。
在另一實(shí)施例中，激光和伺服頻率之間的表觀冗余度(apparentredundancy)是通過光束聚焦位置的快速調(diào)制來加以影響的，例如使用電光調(diào)制器，通過光束取向的稍微調(diào)制，可以實(shí)現(xiàn)焦點(diǎn)位置的稍微漂移，這樣能夠并行地記錄多個(gè)圖案。表觀冗余度還可以用于記錄內(nèi)容。
在格式化器的另一種實(shí)施例中，用多光束OPU替代了單光束OPU。產(chǎn)生具有多個(gè)光束的OPU的方法的非限定性示例包括并行地使用多個(gè)簡(jiǎn)單的光學(xué)單元、使用混合透鏡或光柵，或者使用二極管激光器陣列?？梢允褂霉饫w或自由空間傳播，利用分束器、開關(guān)、反射鏡和/或光纖束的任意組合將一個(gè)或多個(gè)光源引到聚焦元件?？梢圆捎帽绢I(lǐng)域公知的任何方法來產(chǎn)生質(zhì)量令人滿意的多個(gè)光束。所述多個(gè)光束可以用于逐層地刻錄(順序刻錄)或者并行地刻錄多個(gè)層。下面將介紹這種實(shí)施方式的詳細(xì)內(nèi)容。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是滿足光學(xué)介質(zhì)的用戶可能要求的其它格式化要求，例如創(chuàng)建扇區(qū)、帶和層頭部信息、同步信息和輔助信息。使用分帶螺旋可以得到不同的伺服編碼，例如分帶恒定角(或線)速度，這些速度分別暗示了分帶恒定角(或線)伺服標(biāo)記。針對(duì)不同的原因，伺服速率還可以是偽隨機(jī)變化的。
此外，在一個(gè)實(shí)施例中，將光學(xué)介質(zhì)設(shè)計(jì)成在盤中間的相反兩側(cè)上都具有軌道的雙面盤，所述相反兩側(cè)是相互相向旋轉(zhuǎn)的，具有鏡像手性。在這種情況下，要注意，手性是從化學(xué)借用的術(shù)語(yǔ)，并且借用的是它最簡(jiǎn)單的含義“旋向性”——就是說，左/右相反地存在。例如，人的左手和右手是鏡像，并且因此是“手性的”。很重要的一點(diǎn)是，盤的相反兩側(cè)上的軌道并不重疊，從而當(dāng)讀取機(jī)構(gòu)讀取一側(cè)時(shí)，不會(huì)不經(jīng)意地訪問另一側(cè)上的軌道。這可以通過將兩個(gè)中心層之間的空間保持為沒有數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)，因此確保了讀取頭不會(huì)錯(cuò)誤地進(jìn)入到被制造為在相反方向上旋轉(zhuǎn)的一半盤內(nèi)。雙面盤的手性在格式化和記錄處理以及讀取處理中都會(huì)出現(xiàn)，并且是空間和時(shí)間二者的手性。格式化時(shí)的手性可以通過每次格式化一面來簡(jiǎn)單地得到解決。
格式化螺旋時(shí)的空間手性也可以通過使在一面上進(jìn)行格式化的線形臺(tái)從盤的內(nèi)徑行進(jìn)到外徑并且使另一面上的線形臺(tái)在另一個(gè)方向上行進(jìn)來加以控制?？梢酝ㄟ^適當(dāng)反轉(zhuǎn)伺服標(biāo)記的順序來控制時(shí)間手性。
跟蹤機(jī)構(gòu)的頻率響應(yīng)必須足夠高，以至于能夠?qū)壍篮凸恻c(diǎn)的相對(duì)位置的變化做出響應(yīng)，以增加伺服標(biāo)記的數(shù)量所必然造成的不言而喻的軌道的信息容量降低為代價(jià)。如果跟蹤信息頻率大大高于所需的反饋頻率，則可以使用低通技術(shù)來提高反饋信號(hào)質(zhì)量。
鎖定到軌道上可以通過本領(lǐng)域公知的鎖定到單層或雙層介質(zhì)上的方法的擴(kuò)展來實(shí)現(xiàn)，例如，光點(diǎn)位置的緩慢且受控的調(diào)制，這一調(diào)制逐步使得跟蹤誤差信號(hào)能夠?qū)λ欧h(huán)進(jìn)行控制。


為了理解本發(fā)明并且了解如何使其在實(shí)踐中實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在將參照附圖，僅僅通過非限定性示例的方式介紹具體實(shí)施例，其中圖1是僅使用單個(gè)光點(diǎn)的格式化器的示意圖；圖2a和2b是分別示出了使用多個(gè)光點(diǎn)的格式化器的側(cè)視圖和俯視圖的示意圖；圖2c是用于將光點(diǎn)分成多個(gè)焦點(diǎn)的光學(xué)單元的示意圖；圖2d是對(duì)多個(gè)聚焦元件進(jìn)行的協(xié)同球面像差修正的示意圖；圖2e是能夠同時(shí)格式化多個(gè)盤的多臂格式化器的圖；圖3是表示按照第一種格式化方法的基層的位置的側(cè)視圖；圖4表示按照第一種方法跟蹤和記錄新層；圖5a是用于單個(gè)軌道的采樣伺服的示意圖；圖5b是表示具有交替采樣伺服的一組相鄰軌道的示意圖；圖6a是表示按照第二種方法的第一族的單個(gè)軌道的3D采樣伺服的示意圖；圖6b和6c表示使用少量伺服標(biāo)記的3D存儲(chǔ)中的采樣伺服的可能實(shí)施例的細(xì)節(jié)；圖7是使用大于數(shù)據(jù)標(biāo)記的伺服標(biāo)記的采樣伺服的示意圖；圖8a、8b和8c分別示意性表示了從包含數(shù)據(jù)軌道和交替采樣伺服標(biāo)記的三維空間中的一塊的側(cè)視、切向和頂視投影，這些交替伺服標(biāo)記大于數(shù)據(jù)標(biāo)記；圖9是表示作為相對(duì)于標(biāo)稱軌道中心的偏離的函數(shù)的跟蹤誤差信號(hào)的曲線圖；圖10是表示按照第二種方法的第二族的單個(gè)軌道的3D采樣伺服的示意圖；圖11表示圖10中所示的3D采樣伺服沿著切向軸線的投影；圖12是表示沿著切向軸線傾斜的標(biāo)記與兩種軸向偏離的標(biāo)記之間的等價(jià)性的示意圖；圖13是表示具有通過伺服部分隔開的數(shù)據(jù)部分的交錯(cuò)軌道的示意圖；和圖14到16以圖形的方式表示了對(duì)光點(diǎn)剖面進(jìn)行遮蔽的效果。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，從功能的角度給出了用于3D光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)101的格式化系統(tǒng)100。格式化系統(tǒng)100包括旋轉(zhuǎn)軸102，該旋轉(zhuǎn)軸由適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電機(jī)(未示出)驅(qū)動(dòng)，用于使設(shè)置在其上的光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)101旋轉(zhuǎn)；和光學(xué)頭103，用于將信息寫到光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)101中的軌道之一上或者從光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)101中的軌道之一中讀取信息。在該具體的實(shí)施例中，光學(xué)單元103包括半導(dǎo)體激光器、激光器驅(qū)動(dòng)電路和產(chǎn)生聚焦光點(diǎn)的光學(xué)系統(tǒng)。在本發(fā)明為了實(shí)際使用而進(jìn)行了簡(jiǎn)化的一個(gè)實(shí)施例中，這些組件可以由標(biāo)準(zhǔn)成品(off-the-shelf)組件來實(shí)現(xiàn)，所以沒有在附圖中示出。光點(diǎn)的位置是由致動(dòng)器104控制的。
圖2a和2b示意性地表示用于將光點(diǎn)分成多個(gè)焦點(diǎn)以便獲得多光點(diǎn)格式化器的光學(xué)單元的側(cè)視圖和平面圖。多光點(diǎn)光學(xué)單元201產(chǎn)生多個(gè)光點(diǎn)，使得能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)層的同時(shí)刻錄，使得格式化更快并且由此降低成本。為此，光學(xué)單元201可以包含多個(gè)物鏡，如圖2b所示，這些物鏡起到分光機(jī)構(gòu)的作用，通過各個(gè)物鏡，將光源聚焦到盤中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)上。210和211示意性表示聚焦元件的兩種不同的可行結(jié)構(gòu)?？梢詫?duì)各個(gè)聚焦元件進(jìn)行預(yù)先設(shè)計(jì)，以針對(duì)盤中的限定深度范圍對(duì)其加以修正；在這種情況下，單個(gè)聚焦透鏡可能就夠用了。在另一實(shí)施例中，各個(gè)聚焦元件可以用于盤內(nèi)的更大深度范圍的格式化，在這種情況下，聚焦元件是由多于一個(gè)的簡(jiǎn)單光學(xué)元件構(gòu)成的。要求這些聚焦元件協(xié)同配合。在第一實(shí)施例中，這是通過以協(xié)同配合的方式對(duì)系統(tǒng)中的每一個(gè)透鏡進(jìn)行非常精確的致動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。協(xié)同配合可以通過將校準(zhǔn)圖案記錄在測(cè)試盤或經(jīng)過格式化的盤中的測(cè)試區(qū)域內(nèi)并且隨后使經(jīng)校準(zhǔn)的聚焦元件聚焦到校準(zhǔn)圖案上來實(shí)現(xiàn)的。一旦經(jīng)過校準(zhǔn)，就將聚焦元件剛性地鎖定起來，以協(xié)同配合地移動(dòng)。在第二實(shí)施例中，將USSN 60/416,274中描述的主透鏡和輔透鏡注模形成兩個(gè)元件，或者將主和輔透鏡剛性地安裝到兩個(gè)元件上。在任何一種情況下，隨后都對(duì)這兩個(gè)元件進(jìn)行致動(dòng)，以協(xié)同配合地移動(dòng)整個(gè)聚焦系統(tǒng)。圖2b還表示如何將多個(gè)線形臺(tái)容納在盤的上方和下方，以便得到聚焦到盤中的更多光束，而更快且成本更低地進(jìn)行格式化。
應(yīng)當(dāng)注意，在沿著切線方向(210)排布不止兩個(gè)聚焦光點(diǎn)的情況下，不同的聚焦元件對(duì)(例如2101和2102)產(chǎn)生不同密度的軌道。這可以結(jié)合到不同層有不同密度的設(shè)計(jì)中。
圖2d是多個(gè)聚焦元件的協(xié)同球面像差修正的另一實(shí)施例的示意圖。該球面相差修正是通過一個(gè)相對(duì)較大的光學(xué)修正元件實(shí)現(xiàn)的，該元件是多個(gè)聚焦元件共用的，并且在下文中稱為“球面像差修正共用光學(xué)元件”或簡(jiǎn)稱為SACCOE。要求是精確地聚焦光束(到衍射極限)和修正所有的像差。這個(gè)要求被分成第一部分和第二部分，第一部分由第一光學(xué)元件負(fù)責(zé)，該第一光學(xué)元件主要用于球面像差修正，第二部分由光學(xué)系統(tǒng)的其它元件負(fù)責(zé)，這些元件主要負(fù)責(zé)聚焦和諸如慧形像差之類的其它像差的修正。在具體的實(shí)施例中，該SACCOE是這樣的光學(xué)元件其包括一片厚度變化的光學(xué)材料，該光學(xué)材料的折射系數(shù)與該介質(zhì)的相同。SACCOE的工作原理是，一旦聚焦元件針對(duì)特定的深度得到了球面像差修正，就能夠通過將穿過光學(xué)材料(具有該介質(zhì)的折射系數(shù))的光學(xué)路徑長(zhǎng)度保持為恒定來防止球面相差。SACCOE的第一實(shí)施例采用兩個(gè)棱鏡240、241，在它們之間可以有光學(xué)油脂242。這些棱鏡可以是線形的或圓形的，如一般性方案250中所畫出的那樣。SACCOE 251(在這種情況下是兩個(gè)圓形棱鏡元件)位于介質(zhì)252與一組聚焦元件253之間。主要的約束是，SACCOE的表面相對(duì)于光束入射處的介質(zhì)表面要充分平行，以便使其它類型的像差最小。有限的像差量可以由聚焦系統(tǒng)的其它部分加以補(bǔ)償。如果棱鏡之間的空間足夠小，則不必使用油脂將其充滿，并且所造成的像差可以通過稍微傾斜SACCOE平行表面來加以修正。
在SACCOE的第二實(shí)施例(以截面圖示出)中，243利用了兩個(gè)平行玻璃表面245和246之間的可變量的光學(xué)油脂244。在該圖中所示的具體實(shí)施例中，通過一組致動(dòng)器保持這些玻璃表面平行，該組致動(dòng)器示意性地用247指代。對(duì)光學(xué)油脂施加壓力，以防止出現(xiàn)不均勻性。施壓元件和油脂容器示意性地表示為環(huán)形柔性材料248。應(yīng)當(dāng)將SACCOE與盤之間的距離保持得很小，以防止出現(xiàn)像差。
圖2c是用于通過單個(gè)物鏡將光點(diǎn)分成多個(gè)焦點(diǎn)的光學(xué)單元的示意圖。
圖2e示意性地表示了多臂格式化器260，它能夠同時(shí)格式化一疊以精確相互空間設(shè)置的盤，這些盤由多個(gè)光學(xué)單元訪問并且由多個(gè)致動(dòng)器致動(dòng)。這些盤安裝在銷(pin)261上，在圖2f中示意性地示出了該銷261，銷261安裝在兩個(gè)空心軸262之間。各個(gè)線形臺(tái)263帶有各自的托架264，該托架由多個(gè)臂構(gòu)成，這些臂是逐個(gè)上下安裝的，并且各個(gè)托架可以帶有所連接的聚焦元件的單元(未示出)。為了從兩側(cè)對(duì)盤進(jìn)行格式化，這些線形臺(tái)是以與單盤格式化器線形臺(tái)相同的方式進(jìn)出的；各個(gè)線形臺(tái)具有屬于要到達(dá)盤上方的組或者屬于要到達(dá)盤下方的組的多個(gè)臂。
圖2f表示多個(gè)盤的安裝和軸銷(265)的操作。通過簡(jiǎn)單的過程將軸銷從機(jī)器中拆下來。在格式化器外部將盤266安裝在軸銷上。各個(gè)盤的垂直位置是由間隔環(huán)267確定的，這些間隔環(huán)確保盤相對(duì)于機(jī)器的位置處于非常精密的公差內(nèi)(可能只有幾微米)。將各個(gè)盤固定在間隔環(huán)上是由彈簧268實(shí)現(xiàn)的。
圖3是表示根據(jù)第一種格式化方法的基層的位置的側(cè)視圖并且由此表示了所使用的盤的實(shí)際格式。圖3a表示穿過3D光盤的切片，圖3a中由(b)和(c)指代的標(biāo)記代表在相應(yīng)子圖中的放大部分。圖3b表示經(jīng)過格式化的盤的與盤表面201相鄰的幾百微米內(nèi)的結(jié)構(gòu)。在該具體實(shí)施例中，盤表面201與第一基層之間的距離(由d1表示)是100微米，并且連續(xù)的基層之間的距離(由d2表示)是160微米。圖3c表示從盤的中心看到的經(jīng)過格式化的盤的結(jié)構(gòu)。在盤的中心，盤的第一半的第一螺旋形基層與它的相向旋轉(zhuǎn)對(duì)之間的距離由d3表示。在該圖所示的實(shí)施例中，d3是40微米，并且盤的總厚度是6mm。在優(yōu)選實(shí)施例中，基層包括測(cè)試區(qū)域，用于驗(yàn)證基層沒有重寫。
圖4示意性地表示按照第一種方法對(duì)經(jīng)過格式化的盤進(jìn)行新層的跟蹤和寫入。光學(xué)單元(將其模型化為聚焦透鏡，僅是為了便于說明)將兩個(gè)不同波長(zhǎng)的光束聚焦在盤的不同深度處，這兩個(gè)深度間隔距離d4。讀取光點(diǎn)401對(duì)已經(jīng)刻錄在一定深度的層(它的平面由虛線402表示)內(nèi)的螺旋進(jìn)行跟蹤，這個(gè)螺旋軌道用作母版(master)。同時(shí)，寫入光點(diǎn)403刻錄與讀取光點(diǎn)在垂直方向上分隔開d4，但是沿著另一個(gè)軸具有與它的母版相同的位置的新螺旋。
圖5a和5b是表示第二種格式化方法的采樣伺服技術(shù)的簡(jiǎn)化2D視圖的示意圖。圖5a表示從單個(gè)軌道中提取跟蹤誤差信號(hào)的方法。為數(shù)據(jù)分配的軌道的位置是由點(diǎn)劃線區(qū)間表示的，而點(diǎn)區(qū)間代表分配給伺服標(biāo)記的位置。伺服標(biāo)記(是在格式化步驟中刻錄的標(biāo)記)相對(duì)于標(biāo)稱軌道(nominal track)位置偏離，從而當(dāng)讀取光點(diǎn)沿著標(biāo)稱軌道行進(jìn)時(shí)，從伺服標(biāo)記采集跟蹤信號(hào)。該信號(hào)線性地或非線性地與讀取光點(diǎn)和伺服標(biāo)記之間的重疊成比例。如果讀取光點(diǎn)剛好位于標(biāo)稱軌道位置的中心，則與相對(duì)于軌道兩側(cè)偏離的伺服標(biāo)記的重疊是相等的，并且從一系列伺服標(biāo)記獲得的信號(hào)之間的差為零。如果讀取光點(diǎn)稍微偏離軌道，則來自第一標(biāo)記序列的濾波信號(hào)將與來自位于軌道另一側(cè)的第二標(biāo)記序列的信號(hào)不同，并且這個(gè)差異將會(huì)用作跟蹤誤差信號(hào)，表示讀取光點(diǎn)應(yīng)當(dāng)移動(dòng)的方向。
圖5b表示在對(duì)一塊十個(gè)軌道t1、…、t10的簡(jiǎn)化2D方案中的交替伺服的使用。讀取光點(diǎn)的掃描方向是沿紙面從左到右，奇數(shù)軌道的伺服標(biāo)記具有表左的第一伺服標(biāo)記和表右的第二伺服標(biāo)記，后者用作偶數(shù)軌道的表左標(biāo)記，由此改變表左和表右信號(hào)之間的順序。
圖6a是表示按照第二種方法的第一族的單個(gè)軌道的3D采樣伺服的示意圖。該軌道是由位于專用區(qū)間的伺服標(biāo)記限定的，這些伺服標(biāo)記在徑向和垂直方向上都偏離標(biāo)稱軌道600。在圖中所示的實(shí)施例中，徑向偏離標(biāo)記601和602位于軸向偏離標(biāo)記603和604之前。
圖6b表示了兩對(duì)采樣伺服的交替伺服實(shí)施例，這兩對(duì)采樣伺服用于給出采樣伺服指標(biāo)，但是通過使用交替方案，伺服標(biāo)記的伺服計(jì)數(shù)僅是為各個(gè)伺服區(qū)間記錄一個(gè)伺服標(biāo)記(忽略邊緣效應(yīng))。在圖中，621是軌道(表示為線)和伺服標(biāo)記(表示為橢圓)的示意性立體圖。伺服標(biāo)記定義了其中要記錄軌道的虛擬層(virtual layer)，由附圖標(biāo)記1和2指代的伺服標(biāo)記在該虛擬層的下方，而由附圖標(biāo)記3和4指代的伺服標(biāo)記在該虛擬層的上方。將該虛擬層表示為形成一個(gè)圓圈并且由623指代。這個(gè)虛擬層也在622中示出，622是表示沿著軌道截取的相同伺服方案的多個(gè)虛擬層的示意圖，由此將這些軌道表示為點(diǎn)，并且與前面一樣，將伺服標(biāo)記表示為橢圓。從示意圖622中可以清楚地看出，伺服標(biāo)記具有交替功能；用作奇數(shù)虛擬層的軌道上方的指示器的伺服標(biāo)記用作偶數(shù)虛擬層的軌道下方的指示器。
圖6c表示如何使用更加復(fù)雜的交替方案來增加盤的容量和減少所需伺服標(biāo)記的數(shù)量。從631中可以清楚地看出，伺服計(jì)數(shù)是各個(gè)軌道區(qū)間的一個(gè)伺服標(biāo)記(同樣，忽略邊緣效應(yīng))。注意如何將交錯(cuò)的伺服標(biāo)記用于跟蹤。這是由632詳細(xì)說明的，632是被表示為形成一個(gè)圓圈并且在方案631中由633指代的虛擬層以及相應(yīng)的伺服標(biāo)記的立體圖。由附圖標(biāo)記1和2指代的伺服標(biāo)記直接位于軌道下方(沿著切線軸，1在2之前)，而由3和4指代的標(biāo)記位于軌道上方，并且這些伺服標(biāo)記位于各個(gè)軌道之間。從631中可以清楚地看出，對(duì)于相對(duì)于層633互為奇數(shù)狀態(tài)的層，角色發(fā)生了轉(zhuǎn)換。換句話說，如果按順序?qū)μ摂M層進(jìn)行編號(hào)，則處于奇數(shù)層中的軌道之間的那些伺服標(biāo)記直接位于偶數(shù)層中的軌道上方；而處于偶數(shù)層中的軌道之間的那些伺服標(biāo)記直接位于奇數(shù)層中的軌道上方。這給出了交錯(cuò)伺服標(biāo)記的排列，這些伺服標(biāo)記定義了相鄰虛擬層內(nèi)的軌道，以使得各個(gè)軌道由三個(gè)一組的伺服標(biāo)記限定，以使得兩個(gè)伺服標(biāo)記在一個(gè)層中跨在軌道兩邊，而第三個(gè)伺服標(biāo)記在相鄰層中與該軌道對(duì)齊。數(shù)據(jù)容量得到了增加，這是因?yàn)榻惶娴膶又械能壍乐g的距離增加，而沒有改變軌道間距離和層間距離(由伺服標(biāo)記限定)，因此減少了可能的碼間干擾。這是將采樣伺服和真正3D存儲(chǔ)介質(zhì)相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)的另一種體現(xiàn)。
圖6b和6c所示的交替伺服方案是針對(duì)按區(qū)間排列的采樣伺服的具體實(shí)施例介紹的。應(yīng)當(dāng)清楚，這種具體實(shí)施例并不局限于使用這樣的具有示例性伺服計(jì)數(shù)的交替伺服排列，并且這些排列可以等效地應(yīng)用于每區(qū)間多次重復(fù)、多個(gè)偏離、連續(xù)伺服或本發(fā)明的說明所暗示的任何實(shí)施例。這樣，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明設(shè)想的是交替伺服標(biāo)記的任何排列，這些伺服標(biāo)記將相鄰虛擬層內(nèi)的軌道限定為使得這些伺服標(biāo)記排列等價(jià)于三個(gè)一組或四個(gè)一組的伺服指示器，并且使得指示器的計(jì)數(shù)等于軌道區(qū)間的數(shù)量。
圖7是使用比數(shù)據(jù)標(biāo)記大的伺服標(biāo)記的采樣伺服的示意圖。為了獲得更高的密度，數(shù)據(jù)標(biāo)記確定軌道間距，并且因此伺服標(biāo)記不能用簡(jiǎn)單的交替方法進(jìn)行壓縮。試圖使用簡(jiǎn)單的交替伺服將意味著，伺服標(biāo)記實(shí)質(zhì)上位于標(biāo)稱軌道上，并且讀取光點(diǎn)的稍微偏離將不會(huì)導(dǎo)致來自這樣的標(biāo)記的信號(hào)的實(shí)質(zhì)變化。為了適應(yīng)這種約束，將不同軌道的伺服標(biāo)記沿著伺服區(qū)間設(shè)置在不同的位置。將軌道分為四組，由a、b、c和d表示，這四個(gè)組一個(gè)接一個(gè)地周期性重復(fù)出現(xiàn)，各個(gè)軌道在數(shù)據(jù)區(qū)間的末尾與伺服標(biāo)記的出現(xiàn)之間具有特定的延遲，因此避免了與簡(jiǎn)單交替伺服標(biāo)記相關(guān)的重疊問題。
圖8a、8b和8c分別表示3D光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)中的側(cè)視、切向和頂視投影。圖8a是一塊軌道的側(cè)視圖，著重強(qiáng)調(diào)所示的四個(gè)層、不同層內(nèi)的伺服標(biāo)記之間的時(shí)間/空間順序。在切向視圖(圖8b)中更好地示出了伺服標(biāo)記的相對(duì)位置和它們的交替特點(diǎn)。軸向伺服標(biāo)記序列(例如810)位于軌道層之間，例如位于820和830之間，徑向伺服序列位于數(shù)據(jù)平面內(nèi)，例如位于850和860的平面內(nèi)的840。應(yīng)當(dāng)注意伺服標(biāo)記的交替特征，沿著軸向和徑向在兩個(gè)軌道之間，僅有一個(gè)伺服標(biāo)記序列，該伺服標(biāo)記序列用作各個(gè)相鄰數(shù)據(jù)軌道的共用軌道指示器。在圖8c中可以看到不同伺服標(biāo)記之間的時(shí)間延遲，這一延遲使得能夠?qū)崿F(xiàn)不同信號(hào)的分離。
在圖8a、8b和8c中，軌道和伺服標(biāo)記是基本上按比例繪制的。各個(gè)橢圓表示標(biāo)記的大小，該標(biāo)記的大小在切向和徑向上的直徑應(yīng)當(dāng)小于2微米，而在軸向上應(yīng)當(dāng)小于10微米。在圖中所示的具體實(shí)施例中，這些標(biāo)記在徑向和切向上的直徑為1微米，而在軸向上的直徑為6微米。在本領(lǐng)域中，對(duì)數(shù)據(jù)區(qū)間內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的很多方法是公知的，因此在圖中沒有示出。通過數(shù)據(jù)標(biāo)記對(duì)信息進(jìn)行的過簡(jiǎn)化編碼是單純的二進(jìn)制編碼，其中編碼/解碼的兩種狀態(tài)是通過在特定位置上出現(xiàn)標(biāo)記來定義的。更為有效的其它編碼方案也是已知的。還應(yīng)注意，可以將伺服標(biāo)記排列為頭部或伺服脈沖串。在本領(lǐng)域中已知表示一個(gè)區(qū)間(伺服或數(shù)據(jù)區(qū)間)的終止和下一個(gè)區(qū)間的開始的很多同步方法，因此在圖中沒有示出。
層之間的距離是10微米，軌道之間的距離是2微米，并且沿著軌道的標(biāo)記之間的最小距離小于2微米。該具體實(shí)施例中的讀取光點(diǎn)具有1.5微米的直徑。
圖9是表示作為相對(duì)于標(biāo)稱軌道中心的偏離、不同格式化和跟蹤系統(tǒng)的特點(diǎn)的函數(shù)的跟蹤誤差信號(hào)的曲線圖。第一個(gè)S曲線901(虛的藍(lán)線)是針對(duì)相對(duì)于標(biāo)稱軌道均勻偏離的一對(duì)采樣伺服標(biāo)記序列計(jì)算出來的。該S曲線表示對(duì)稱差S1-S2。第二個(gè)S曲線是使用下列形式的二階公式計(jì)算出來的A·(B·S1-S2)+C·(D·S3-S4)I·(E·(S1+F·S2)+G(S1+H·S2))]]>其中
S1、S2、S3和S4是四個(gè)偏離標(biāo)記序列各自的信號(hào)幅值；A、B、C和D是對(duì)稱破裂系數(shù)；和I.(E.(S1+F.S2)+G(S1+H.S2))是總歸一化系數(shù)。
圖13是表示具有由伺服部分隔開的數(shù)據(jù)部分的交錯(cuò)軌道的示意圖。
下面將考慮第二種格式化和跟蹤方法的第二族伺服標(biāo)記，更詳細(xì)地介紹格式化和跟蹤機(jī)制。參照?qǐng)D10-12所示并在圖10中概括的實(shí)施例，伺服區(qū)間具有四種類型的標(biāo)記在徑向-軸向平面中徑向傾斜的一對(duì)標(biāo)記1010、1020和在切向-軸向平面中傾斜的一對(duì)標(biāo)記1030、1040。
為了提取伺服誤差信號(hào)，對(duì)來自各個(gè)伺服標(biāo)記序列的各個(gè)信號(hào)進(jìn)行相位鎖定和低通濾波。計(jì)算兩個(gè)跟蹤誤差信號(hào)。第一個(gè)是從兩個(gè)徑向標(biāo)記得出的信號(hào)之間的差異，它給出了沿著傾斜取向之一的指示。這在圖11中進(jìn)行了詳細(xì)說明，圖11表示在徑向-軸向平面中傾斜的標(biāo)記1010、1020的投影視圖，該視圖是從軌道軸方向看的。讀取光點(diǎn)1110也是從這個(gè)方向看的。如果讀取光點(diǎn)如圖11所示的那樣發(fā)生了離軸，則來自標(biāo)記1020的信號(hào)大大高于來自標(biāo)記1010的信號(hào)。注意，如果該光點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)橛?111表示的那樣，則該信號(hào)相等，并且在這種情況下，需要第二種指示來消除不確定性。
表示讀取光點(diǎn)的偏離方向(在標(biāo)稱軌道下方或上方)的第二信號(hào)是從切向傾斜的軌道中提取的。在連續(xù)時(shí)間t1到t2對(duì)各個(gè)標(biāo)記采樣兩次，并且將各個(gè)信號(hào)(在相位鎖定和低通濾波之后)表示為S1t1、S1t2、S2t1和S2t2。由(S1t1+S2t2)-(S1t2+S2t1)給出用于計(jì)算偏離方向的公式。
注意，理論上僅需要一個(gè)切向傾斜的標(biāo)記，但是來自兩個(gè)相反傾斜的標(biāo)記的響應(yīng)的平均值降低了噪聲，主要是抖動(dòng)噪聲。還應(yīng)當(dāng)注意，由于傾斜光點(diǎn)的像差特性，所以它們不受衍射的限制。采樣速率應(yīng)該足夠高，以從切向傾斜標(biāo)記的不同區(qū)域得到樣本。
圖12形象地表示了將定向標(biāo)記用于光點(diǎn)在徑向上的導(dǎo)向。產(chǎn)生傾斜標(biāo)記的操控的具體實(shí)施例是加入液晶板，該液晶板阻擋了對(duì)記錄光束進(jìn)行聚焦的光學(xué)單元的透明孔徑中的一半的接近三分之二。
在優(yōu)選實(shí)施例中，傾斜光束剖面是由物鏡的部分非對(duì)稱遮蔽產(chǎn)生的，或者是由通過傾斜光學(xué)元件之一而導(dǎo)致的像差(例如慧形像差)產(chǎn)生的。更詳細(xì)地考慮通過對(duì)各個(gè)場(chǎng)點(diǎn)在孔徑區(qū)域上進(jìn)行2D積分求值而計(jì)算出的光束剖面。該積分是Huygens原理在數(shù)學(xué)上的體現(xiàn)，該原理將波陣面上的每一個(gè)點(diǎn)視為波源。在我們的情況下，孔徑中的場(chǎng)具有恒定大小(良好過充滿)和相位，這擬合出以透鏡焦點(diǎn)為中心的同心球體(這是低像差透鏡的定義)。2D積分是對(duì)焦點(diǎn)區(qū)r，z網(wǎng)格點(diǎn)中的各個(gè)點(diǎn)進(jìn)行的(軸向?qū)ΨQ避免了在焦點(diǎn)區(qū)中使用3D網(wǎng)格的必要性)。(可以參見Goodman、Joseph W.所著的《Introduction to Fourier Optics》，1968)。
為了考慮該計(jì)算的結(jié)果，圖14、15和16是分別包括三個(gè)圖的多組附圖，表示從對(duì)稱光束剖面(圖14中所示)產(chǎn)生非對(duì)稱光束剖面分布(圖15和16中所示)。圖14a-c表示非遮蔽物鏡的物鏡和光束剖面，并且應(yīng)當(dāng)與以下兩組附圖比較觀察。
圖14a表示非遮蔽物鏡。圖14b表示在焦點(diǎn)的徑向平面中得到的光束剖面。注意，它是嚴(yán)格對(duì)稱的焦點(diǎn)，直徑小于1.5微米。圖14c表示沿著光軸(z)的切面內(nèi)的光束剖面。注意，該焦點(diǎn)也是嚴(yán)格對(duì)稱的，深度小于5微米。
圖15是物鏡的非對(duì)稱遮蔽的第一個(gè)示例。圖15a表示遮蔽的幾何性質(zhì)。圖15b表示光點(diǎn)在焦平面內(nèi)的剖面基本沒有變化，僅僅有微小減弱。圖15c表示剖面沿光軸變化明顯。顯然可以證明，來自由1510和1520表示的空間的信號(hào)的變化明顯。
圖16a-c表示另一種物鏡遮蔽的另一個(gè)示例，這種物鏡遮蔽給出了更加嚴(yán)重傾斜的光束剖面和由相應(yīng)光點(diǎn)產(chǎn)生的更加嚴(yán)重傾斜的標(biāo)記。應(yīng)當(dāng)注意，非對(duì)稱光束成形技術(shù)可以應(yīng)用于記錄標(biāo)記或讀取標(biāo)記，或者應(yīng)用于二者。
雖然本發(fā)明是具體針對(duì)與3D光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)(其中數(shù)據(jù)是作為寫在材料塊中的體素(voxel)而存儲(chǔ)的)一起使用的格式化和跟蹤系統(tǒng)來介紹的，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的原理可以等效地應(yīng)用于需要幾何指示的其它類型的3D技術(shù)或者應(yīng)用于非光學(xué)或混合存儲(chǔ)介質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種格式化器，用于將多個(gè)標(biāo)記刻錄在3D半透明光學(xué)介質(zhì)上，以使得能夠?qū)⑿畔⒂涗浽谠摻橘|(zhì)上和從該介質(zhì)中取回信息，該格式化器包括夾持機(jī)構(gòu)，用于保持所述介質(zhì)，至少一個(gè)光學(xué)單元，該光學(xué)單元被校準(zhǔn)為將至少一個(gè)衍射極限光點(diǎn)聚焦到所述介質(zhì)內(nèi)的各個(gè)深度處，至少一個(gè)光源，針對(duì)標(biāo)記的刻錄該光源進(jìn)行了優(yōu)化，和至少一個(gè)致動(dòng)器，用于相對(duì)于所述介質(zhì)移動(dòng)所述至少一個(gè)光點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的格式化器，還包括控制器，用于控制環(huán)境條件的波動(dòng)，以減弱由所述波動(dòng)造成的格式化變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的格式化器，其中，所述介質(zhì)是盤形的，并且所述光點(diǎn)相對(duì)于所述介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是通過該盤的旋轉(zhuǎn)和一個(gè)光學(xué)單元的運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任意一項(xiàng)所述的格式化器，其中，所述光學(xué)單元包括分束機(jī)構(gòu)，用于分離光束，從而同時(shí)刻錄多個(gè)標(biāo)記。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的格式化器，其中，所述光學(xué)單元是包括組成部分被精確校準(zhǔn)了的多個(gè)光學(xué)單元的組件，各個(gè)光學(xué)單元聚焦在不同的深度，并且該組件適用于相對(duì)于所述介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，從而同時(shí)刻錄多個(gè)軌道。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中的任意一項(xiàng)所述的格式化器，還包括夾持單元，用于以精確的相互空間定位的方式保持一疊盤，這些盤由多個(gè)光學(xué)單元訪問并且由多個(gè)致動(dòng)器致動(dòng)。
7.一種經(jīng)過格式化的3D半透明光學(xué)介質(zhì)，其具有由根據(jù)權(quán)利要求1到6中的任意一項(xiàng)所述的格式化器生成的格式化圖案。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，所述格式化圖案包括具有受控大小和長(zhǎng)度的多個(gè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，用于使得能夠?qū)?shù)據(jù)寫入到光學(xué)介質(zhì)中的期望位置或者能夠從光學(xué)介質(zhì)中的期望位置讀出數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記設(shè)置在具有已知相互間隔的多個(gè)基層中。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，是具有兩面且厚度為6mm的盤，其中基層間隔是160微米；無數(shù)據(jù)的中間空間具有80微米的深度；并且基層與盤表面之間的最小距離是200微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求7到10中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記是伺服標(biāo)記，這些伺服標(biāo)記相對(duì)于數(shù)據(jù)軌道的軸線沿徑向或軸向偏離或者成角度傾斜。
12.根據(jù)權(quán)利要求7到11中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，使用多個(gè)離散的3D伺服偏離或連續(xù)范圍的3D伺服偏離來獲得3D跟蹤誤差信號(hào)。
13.根據(jù)權(quán)利要求7到12中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，所述伺服偏離是相對(duì)于標(biāo)稱軌道中心的各個(gè)空間偏離大小或者相對(duì)于標(biāo)稱軌道軸線的各個(gè)不同的角度傾斜。
14.根據(jù)權(quán)利要求7到12中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，所述格式化圖案包括沿著各個(gè)數(shù)據(jù)軌道的多個(gè)區(qū)間，各個(gè)所述區(qū)間具有各自的類型，該類型代表與該區(qū)間相關(guān)的數(shù)據(jù)的屬性。
15.根據(jù)權(quán)利要求7到12中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，所述格式化圖案包括使得能夠進(jìn)行連續(xù)數(shù)據(jù)記錄的相對(duì)于所述軌道的連續(xù)伺服圖案偏離。
16.根據(jù)權(quán)利要求7到15中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，其中，所述格式化圖案包括分帶的螺旋或圓，扇區(qū)和頭部編碼在所述分帶的螺旋或圓中。
17.根據(jù)權(quán)利要求7到16中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，是單面或雙面盤。
18.根據(jù)權(quán)利要求7到17中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過格式化的光學(xué)介質(zhì)，具有交替的伺服標(biāo)記排列，這些伺服標(biāo)記將相鄰虛擬層中的軌道限定為使得該伺服標(biāo)記排列等價(jià)于三個(gè)一組或四個(gè)一組的伺服指示器，并且指示器的計(jì)數(shù)等于軌道區(qū)間的數(shù)量。
19.一種跟蹤和格式化系統(tǒng)，用于跟蹤存儲(chǔ)在根據(jù)權(quán)利要求7到18中的任意一項(xiàng)所述的經(jīng)過3D格式化的光學(xué)介質(zhì)中的數(shù)據(jù)，所述跟蹤和格式化系統(tǒng)包括跟蹤單元，用于生成跟蹤信號(hào)，該跟蹤信號(hào)與所述經(jīng)過3D格式化的光學(xué)介質(zhì)中的格式化圖案一致，以使得能夠計(jì)算跟蹤誤差信號(hào)，該跟蹤誤差信號(hào)用作伺服機(jī)構(gòu)的反饋信號(hào)，該伺服機(jī)構(gòu)根據(jù)所述格式化圖案控制讀取光點(diǎn)的精確位置；和非位置敏感型檢測(cè)單元，其與所述跟蹤單元相連，并且響應(yīng)于由所述跟蹤單元生成的跟蹤信號(hào)，而與該檢測(cè)單元的空間結(jié)構(gòu)無關(guān)地讀取存儲(chǔ)在所述光學(xué)介質(zhì)的數(shù)據(jù)層內(nèi)的數(shù)據(jù)信號(hào)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中所述格式化圖案包括設(shè)置在具有已知相互間隔的多個(gè)基層內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)和/或伺服標(biāo)記，用于使得能夠?qū)?shù)據(jù)寫入到所述光學(xué)介質(zhì)中的期望位置或能夠從所述光學(xué)介質(zhì)中的期望位置讀取數(shù)據(jù)；并且該跟蹤和格式化系統(tǒng)還包括光學(xué)單元，該光學(xué)單元適用于將波長(zhǎng)可能相互不同的至少兩個(gè)激光束聚焦在光學(xué)介質(zhì)中的具有受控相互位移的各個(gè)點(diǎn)處，從而形成用于從該光學(xué)介質(zhì)中獲得讀取信號(hào)的讀取光點(diǎn)和用于將標(biāo)記記錄在該光學(xué)介質(zhì)中的寫入光點(diǎn)；所述跟蹤單元響應(yīng)于讀取光點(diǎn)來跟蹤至少部分地進(jìn)行了記錄和/或進(jìn)行了伺服標(biāo)記的層中的信息軌道，以使得寫入光點(diǎn)能夠?qū)?shù)據(jù)記錄在該光學(xué)介質(zhì)的相鄰層中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述基層包括用于驗(yàn)證基層沒有重寫的測(cè)試區(qū)域。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中所有數(shù)據(jù)層都以高精度預(yù)先進(jìn)行了格式化，并且包括沿著各個(gè)數(shù)據(jù)軌道的相對(duì)兩側(cè)設(shè)置為相對(duì)于數(shù)據(jù)軌道的軸線沿徑向、軸向偏離或角度偏離的多個(gè)伺服調(diào)制標(biāo)記；并且光學(xué)單元適用于將波長(zhǎng)可能相互不同的兩個(gè)激光束聚焦在具有受控的小偏離的光學(xué)介質(zhì)內(nèi)的各個(gè)點(diǎn)上，從而形成用于從光學(xué)介質(zhì)獲得讀取信號(hào)的讀取光點(diǎn)和用于將標(biāo)記記錄在光學(xué)介質(zhì)中的寫入光點(diǎn)。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或22所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述伺服標(biāo)記是以多個(gè)離散偏離或連續(xù)范圍的徑向、軸向偏離或角度偏離的方式設(shè)置的。
24.根據(jù)權(quán)利要求21或23所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，伺服標(biāo)記和數(shù)據(jù)標(biāo)記具有不同的大小和長(zhǎng)度。
25.根據(jù)權(quán)利要求19到24中的任意一項(xiàng)所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述讀取光點(diǎn)和寫入光點(diǎn)之間的固定偏離的任何變化是通過下列形式的跟蹤誤差信號(hào)加以修正的(A·S1-S2)-BD·(E·S1+S2)]]>其中S1和S2是來自兩個(gè)偏離標(biāo)記序列的各個(gè)信號(hào)幅值；A和B是對(duì)稱破裂系數(shù)；和D·(E·S1+S2)是總的歸一化系數(shù)。
26.根據(jù)權(quán)利要求19到24中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在各個(gè)軸上使用兩對(duì)伺服偏離標(biāo)記來獲得伺服指示。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述伺服偏離包括兩個(gè)不同大小的伺服偏離，并且讀取光點(diǎn)和寫入光點(diǎn)之間的固定偏離的任何變化是通過下列形式的跟蹤誤差信號(hào)加以修正的A·(B·S1-S2)+C·(D·S3-S4)I·(E·(S1+F·S2)+G(S1+H·S2))]]>其中S1、S2、S3和S4是四個(gè)偏離標(biāo)記序列各自的信號(hào)幅值；A、B、C和D是對(duì)稱破裂系數(shù)；和I·(E·(S1+F·S2)+G(S1+H·S2))是總的歸一化系數(shù)。
28.根據(jù)權(quán)利要求19到24中的任意一項(xiàng)所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中所述格式化圖案包括沿著各個(gè)數(shù)據(jù)軌道的多個(gè)區(qū)間，各個(gè)所述區(qū)間具有各自的類型，該類型代表與該區(qū)間相關(guān)的數(shù)據(jù)的屬性。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述區(qū)間包括兩種類型，這兩種類型分別與用戶數(shù)據(jù)以及伺服和系統(tǒng)信息相關(guān)。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述區(qū)間包括兩種類型的區(qū)間，這兩種類型的區(qū)間具有各自的分帶恒定線性長(zhǎng)度，第一種類型主要專用于用戶數(shù)據(jù)，而第二種類型主要專用于伺服和系統(tǒng)信息。
31.根據(jù)權(quán)利要求28所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述區(qū)間包括兩種類型的區(qū)間，這兩種類型的區(qū)間具有各自的分帶恒定角長(zhǎng)，第一種類型主要專用于用戶數(shù)據(jù)，而第二種類型主要專用于伺服和系統(tǒng)信息。
32.根據(jù)權(quán)利要求29到31中的任意一項(xiàng)所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述區(qū)間具有偽隨機(jī)變化的長(zhǎng)度。
33.根據(jù)權(quán)利要求19到32中的任意一項(xiàng)所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述格式化圖案包括分帶的螺旋或圓，扇區(qū)和頭部編碼在所述分帶的螺旋或圓中。
34.根據(jù)權(quán)利要求19到33中的任意一項(xiàng)所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，具有交替的伺服標(biāo)記排列，這些伺服標(biāo)記將相鄰虛擬層中的軌道限定為使得該伺服標(biāo)記排列等價(jià)于三個(gè)一組或四個(gè)一組的伺服指示器，并且指示器的計(jì)數(shù)等于軌道區(qū)間的數(shù)量。
35.根據(jù)權(quán)利要求19到34中的任意一項(xiàng)所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，其中，所述格式化圖案還將輔助信息編碼到標(biāo)稱軌道中心。
36.根據(jù)權(quán)利要求19到35中的任意一項(xiàng)所述的跟蹤和格式化系統(tǒng)，適用于記錄內(nèi)容。
37.一種修正具有多個(gè)聚焦元件的光學(xué)系統(tǒng)中的球面像差的方法，所述方法包括設(shè)置修正元件，所述修正元件包括公用于多個(gè)所述聚焦元件的光學(xué)元件，所述光學(xué)元件的主要尺寸大于任何一個(gè)聚焦元件的相應(yīng)主要尺寸，并且將所述光學(xué)元件聚焦到衍射極限的目標(biāo)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.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述修正元件包括由光學(xué)油脂層隔開的兩個(gè)玻璃表面，所述方法還包括通過致動(dòng)所述玻璃和對(duì)所述油脂施壓來控制所述修正元件的厚度。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中，所述修正元件包括一對(duì)具有標(biāo)稱平行表面的光學(xué)元件，所述方法還包括通過傾斜這些平行表面來減小像差。
全文摘要
一種格式化器(100)，用于將多個(gè)標(biāo)記刻錄在3D半透明光學(xué)介質(zhì)(101)上，以使得能夠?qū)⑿畔⒂涗浽谠摻橘|(zhì)上和從該介質(zhì)中取回信息，該格式化器包括夾持機(jī)構(gòu)，用于保持該介質(zhì)；至少一個(gè)光學(xué)單元(103)，該光學(xué)單元被校準(zhǔn)為將至少一個(gè)衍射極限光點(diǎn)聚焦到該介質(zhì)中的各個(gè)深度處；至少一個(gè)光源，針對(duì)標(biāo)記的刻錄對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化；以及至少一個(gè)致動(dòng)器(104)，其相對(duì)于該介質(zhì)移動(dòng)所述光點(diǎn)。
文檔編號(hào)G11B7/135GK1864208SQ200480028715
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2004年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月6日
發(fā)明者亞伊爾·薩洛莫, 奧塔爾·阿爾佩特, 奧里·埃唐, 蒂埃里·沃瑟曼 申請(qǐng)人:梅姆派爾有限公司