专利名称：对全息数字数据存储系统中的抖晃进行补偿的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种全息数字数据存储系统；更为明确地说是涉及在全息数字数据存储系统的数据再现过程中，对可能产生的抖晃进行补偿的装置和方法。
一个传统的全息数字数据存储(HDDS)系统将信息存储在由诸如光折变晶体或光致聚合物制成的存储介质中的物光和参考光束的干涉图案上，此类介质对干涉图案的振幅敏感。HDDS系统的存储介质通常制作成盘状，即CD或DVD形式的所谓“旋转盘”。HDDS系统通过改变参考光束的角度，将信息存储在干涉图案光束的振幅和位相上。以这种方式，旋转盘可以存储几百或几千个全息图，每一个全息图以二进制数字的一个二维阵列形式的一个页面表示。
当存储在存储介质中的信息再现时，可能由于存储介质和其旋转轴之间未对准导致抖晃，使得存储介质盘面的垂直方向和其旋转轴之间存在一个偏移。
某些存储介质如传统的CD和DVD中的抖晃，可以通过采用少量的光头或光拾取器的伺服控制被修正。然而，由于全息图是以一页一页的基础存储在旋转盘上的，而且HDDS系统的光学系统是庞大的，所以传统的光盘系统的抖晃补偿方案在HDDS系统中不能被采用。
根据本发明的一个方面，提供了在一个盘形存储介质中检测抖晃的一个全息数字数据存储装置，该盘中包含一个或多个全息产生的图案，该装置包括一个光束发生器用于向全息产生的图案上投射出至少两束抖晃检测光束，抖晃检测光束在相应的特征角度下具有不同的衍射效率，其中每一个特征角度是一个抖晃检测光束的光路和它对应的用于形成一个全息产生的图案的图案形成光束的光路之间的角度，衍射效率由一个抖晃检测光束的衍射光束的功率与所述的一个抖晃检测光束的功率的比率给定；以及用于查找衍射效率之间至少一个差值从而确定盘的抖晃的装置。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于全息数字数据存储系统的在一个盘形存储介质中检测抖晃的方法，包括步骤(a)通过采用图案形成光束在盘中产生一个或多个全息产生的图案，(b)投射出至少两束在相应的特征角度下具有不同衍射效率的抖晃检测光束，其中每一个特征角度是一个抖晃检测光束的光路和它对应的图案形成光束的光路之间的角度，衍射效率由一个抖晃检测光束的衍射光束的功率与所述的一个抖晃检测光束的功率的比率给定；以及(c)查找衍射效率之间至少一个差值从而检测到盘的抖晃。
最佳实施例详细说明
图1所示为根据本发明应用于一个全息数字数据存储(HDDS)系统中的存储介质10的典型形式；该存储介质10被制作成一个盘的形状。存储介质10(以下称为“旋转盘”)具有用于存储全息数字数据的数据存储部分11和用于检测抖晃的并沿着其圆周区域被预格式化的抖晃跟踪部分13。根据本发明的抖晃检测方案将在下面进行说明。
图2描述的是根据本发明的第一最佳实施例的一个HDDS旋转盘装置100的示意图，该装置可以在旋转盘10上产生参考图案，并根据参考图案补偿在其再现中的抖晃。HDDS旋转盘装置100包括一个光束发生器20，功率检测器30和31，一个控制器40和一个倾斜调节器50。将信息数据存储在数据存储部分11中并从中再现的操作已广为人知，并与本发明主题内容的关系不大，因此为了简化在此将不作说明。
光束发生器20在旋转盘10旋转过程中向图1中所示的抖晃跟踪部分13的两个或多个位置投射参考光束RA、RB和信号光束SA、SB借此标记出两个或多个参考图案。例如在数据存储操作的开始阶段，也就是在信息数据开始写入旋转盘10的数据存储部分11之前，执行参考图案产生步骤。
为了说明的方便，假定两个参考光束RA、RB和两个信号光束SA、SB被用于标记出两个参考图案。然而，应当说明的是，参考图案以及产生它的那些参考和信号光束的数量可以按照需要改变。
在再现存储于旋转盘10中的数据的开始阶段，也就是在再现存储于图1所示的数据存储部分11中的全息数字数据之前，如图3所示，光束发生器20向抖晃跟踪部分13投射抖晃检测光束RA′和RB′，目的是检测并随后减少或消除在旋转盘10旋转过程中可能引起的抖晃。
抖晃检测光束之一(如RA′)沿着与参考光束之一(RA)同样的光路投射到旋转盘10，而另一个抖晃检测光束(如RB′)沿着偏离另一个参考光束(如RB)的光路投射到旋转盘10。换言之，光束RA和RA′二者之间在每个方面都是基本相同的(如光路和包括频率极性、相位等光束特性)。抖晃检测光束RB′与参考光束RB在包括频率、相位等光束特性方面也是基本相同的。RA′和RB′的光强可能与RA和RB的不同。光束RB和RB′的入射合并于同一个点，但入射角不同。
功率检测器30和31被安装在旋转盘10的底侧，并分别在信号光束SA和SB的行进线路上。当抖晃检测光束RA′和RB′投射到抖晃跟踪部分13，功率检测器30和31相应地检测到抖晃检测光束RA′的衍射光束SA′的功率DA和抖晃检测光束RB′的衍射光束SB′的功率DB；并把检测到的与功率DA和DB相关的信息提供给控制器40。
控制器40对分别从功率检测器30和31获得的检测到的功率水平进行比较，来估计旋转盘10的抖晃程度并在需要的时候控制倾斜调节器50，使旋转盘10的旋转轴与它的写入平面(上表面)更好地垂直。(假定在向旋转盘上写入数据时，旋转盘10的旋转轴和它的上表面是垂直的。)详细地，如果抖晃检测光束RA′的衍射功率DA超过一个可以允许的水平(即一个预设的阈值)，控制器40就保持旋转盘10的当前位置。(控制器40知晓DA和DB的最大功率水平。)或者，控制器40比较衍射功率DA与衍射功率DB，以确定旋转盘10的抖晃的大小(即旋转盘10偏离其旋转轴的倾斜程度)。随后，控制器40控制倾斜调节器50以消除或减少旋转盘10的抖晃量。抖晃补偿过程将在下面进行详细说明。
倾斜调节器50在控制器40的控制下改变旋转盘10的当前位置。
图4描述一个光束BD投射到旋转盘10上的情形。光束BD是沿着一个不存在抖晃的单一光路或在旋转盘10的正常状态下投射到那里。当旋转盘10的抖晃大到“a”的程度(即旋转盘10的倾角为“a”度)，光束BD在倾斜的旋转盘10上的入射角就比在旋转盘10未倾斜情况下的光束BD偏离“-a”度。
图5说明典型的衍射特性作为一个抖晃检测光束偏角的函数。该特性可能会有变化，这取决于盘的厚度和盘的构成材料。横坐标表示光束偏角，纵坐标表示衍射效率。衍射效率被定义为衍射光束SA′(或SB′)的功率DA(或DB)与抖晃检测光束RA′(或RB′)的功率的比率，并且当衍射光束SA′(或SB′)的功率DA(或DB)与抖晃检测光束RA′(或RB′)的功率相同时为最大值。
光束偏角定义为理想入射角(即标记出参考图案时参考光束RA(或RB)入射到旋转盘10上的入射角)和实际入射角(即抖晃检测光束RA′(或RB′)入射到旋转盘10上的入射角)之差。
例如，由于抖晃检测光束RA′沿着与参考光束RA同样的光路投射到旋转盘10及抖晃检测光束RB′沿着偏离参考光束RB一个预设的角度(例如“θ”度)的光路投射到旋转盘10，当旋转盘10处于正常状态(即非抖晃状态)时，抖晃检测光束RA′和RB′的光束偏角就分别为0度和“θ”度。如果旋转盘10以“a”度倾角抖晃，抖晃检测光束RA′的光束偏角就为“-a”度，抖晃检测光束RB′的光束偏角为“θ-a”度。偏角“θ”是一个导致抖晃检测光束RA′和RB′的衍射效率不同的特征角度，抖晃检测光束RA′的光束偏角与旋转盘10的倾角具有相同的数值，但符号相反。
如果衍射光束SA′的功率DA超过可以允许的水平，即抖晃检测光束RA′的衍射效率“α”大于阈值，旋转盘10的倾角不需调整；否则旋转盘10的倾角必须被调整，直到衍射效率“α”变得大于阈值为止。
为了检测旋转盘10的倾角，应获取一个光束偏移。从图5的曲线上可以看到，对应于一个给定的衍射效率，存在两个可以选择的光束偏角，除衍射效率为最大值的情况以外。因此，需要确定两个可选的角度中的哪一个对应于抖晃检测光束RA′或RB′的实际光束偏角。可以根据衍射效率“α”和“β”，从图5所示的衍射特性曲线确定可选的角度，其中衍射效率“α”和“β”可定义如下DA＝αI 式(1)；及DB＝βI 式(2)，其中“α”和“β”分别是抖晃检测光束RA′或RB′的衍射效率，“I”是控制器40知晓的RA′和RB′的功率。
无论旋转盘10是在抖晃状态还是正常状态，抖晃检测光束RB′的光束偏角都比抖晃检测光束RA′的大“θ”度。在“θ”是负值的情况，抖晃检测光束RB′的光束偏角在曲线上被定位于抖晃检测光束RA′的光束偏角的左侧。另一方面，如果“θ”是正值，抖晃检测光束RB′的光束偏角在曲线上被定位于抖晃检测光束RA′的光束偏角的右侧。了解了光束RA′或RB′的实际偏角的相对位置和“θ”的大小，就可以确定实际的偏角。
例如，当“θ”被设定为-0.3度，衍射效率“α”和“β”分别计算出为0.7和0.5，“α”对应PA、PB两点中的一点，“β”对应PC、PD两点中的一点，如图5的曲线所示。由于“θ”是负值，RB′的光束偏角被定位于RA′的光束偏角的左侧。因此，点PC对应的角度就确定为抖晃检测光束RB′的光束偏角，比点PC对应的角度大“θ”度(即0.3度)的点PA对应的角度就确定为抖晃检测光束RA′的实际光束偏角。在这种情况下，RA′的偏角大约为“-0.6”，因此旋转盘10的倾角就被确定为“+0.6”。
一旦倾角被确定，控制器40控制倾角调节器50以减小倾角，直到抖晃检测光束RA′的衍射效率“α”变得大于阈值为止。
为了简化，在第一实施例中假定抖晃检测光束RA′和RB′具有相同的功率“I”。但是，它们可以具有不同的功率，只要控制器40知晓其功率。
图6描述的是根据本发明的第二最佳实施例的一个可以在旋转盘10上产生参考图案并根据参考图案对再现中的抖晃进行补偿的HDDS旋转盘装置200的示意图。HDDS旋转盘装置200包括一个光束发生器20′，功率检测器30′和31′，一个控制器40′和一个倾斜调节器50。将信息数据存储在数据存储部分11中并从中再现的操作，为了简化在此将不作说明。
光束发生器20′在旋转盘10旋转过程中向图1中所示的抖晃跟踪部分13的一个位置投射一个参考光束RC和一个信号光束SC，因此标记出一个参考图案。例如在数据存储操作的开始阶段，也就是在信息数据开始写入旋转盘10的数据存储部分11之前，执行参考图案产生步骤。
在再现存储于旋转盘10中的数据的开始阶段，也就是再现存储于数据存储部分11中的全息数字数据之前，如图7所示，光束发生器20′向抖晃跟踪部分13投射抖晃检测光束RC′和SC′，目的是检测并随后减少或消除在数据从旋转盘10被再现过程中可能引起的抖晃。
抖晃检测光束之一(如RC′)沿着与参考光束和信号光束之一(如RC)同样的光路投射到旋转盘10，而另一个抖晃检测光束(如SC′)沿着偏离另一个光束(如SC)的光路投射到旋转盘10。换言之，光束RC和RC′彼此在每个方面都是基本相同的(如光路和特性)。抖晃检测光束SC′与信号光束SC在包括功率、相位等光束特性方而也是基本相同的。光束SC和SC′的入射合并于同一个点，但入射角不同。
功率检测器30′和31′被分别安装在沿着抖晃检测光束SC′和RC′延长线的位置。当抖晃检测光束SC′和RC′投射到抖晃跟踪部分13，功率检测器30′检测到一个总功率DR，它是抖晃检测光束Rc′的衍射光束RC′(D)的功率与抖晃检测光束SC′的非衍射光束SC′(U)的功率之和，而功率检测器31′检测到一个总功率DS，它表示抖晃检测光束SC′的衍射光束SC′(D)的功率与抖晃检测光束RC′的非衍射光束RC′(U)的功率之和。
控制器40′对分别从功率检测器30′和31′获得的检测到的功率水平进行比较，来估计旋转盘10的抖晃程度并在需要的时候控制倾斜调节器50，以使旋转盘10的旋转轴与它的写入平面垂直。抖晃补偿过程将在下面进行详细说明。
从功率检测器30′和31′检测到率的DR、DS可定义如下DR＝α′I+(1-β′)I 式(3)；及DS＝(1-α′)I+β′I 式(4)；因此，DR-DS＝α′I+(1-β′)I-(1-α′)I-β′I＝2(α′-β′)I
式(5)；其中“α′”和“β′”分别是抖晃检测光束RC′或SC′的衍射效率，“I”是其功率。
从式(5)计算出效率差(α′-β′)。如果SC和SC′之间偏离的角度为“θ”度且旋转盘10的倾角为“a”度，则抖晃检测光束Rc′和SC′的偏角分别是“-a”和“θ-a”度。因此，SC′的偏角总是比Rc′的偏角大“θ”度。所以，知晓了(α′-β′)的值和偏角差“θ”，抖晃检测光束RC′或SC′的实际偏角就可以从图5的曲线唯一地确定。
此后，控制器40′以与第一实施例相同的方式控制倾角调节器50以减小倾角。
图8所示为一个典型的用于调节旋转盘10的倾角的倾斜调节器的侧视示意图。该倾斜调节器50包括一个上托盘51用于在其上承载旋转盘10，多个柱体(例如4个，但在图中只显示了两个柱体52A和52B)和在其上安装这些柱体的基座53。一个用于使旋转盘旋转的轴(未显示)与倾斜调节器50接合在一起并与旋转盘连接。
每个柱体的末端最好是圆形的并与上托盘51直接接触。柱体52A到52D可以是压电体，采用压电效应可以改变它们每一个的长度。如果柱体52A到52D中的一个(如52B)被伸长到如虚线所示，上托盘51就变倾斜，与被伸长的柱体(如52B)接触的部分被抬高。据此，当旋转盘10抖晃时，通过微调柱体52A到52D的长度，可以减少或消除抖晃。
本发明就最佳实施例进行了显示和说明，本领域的技术人员应可以理解的是，不脱离下面权利要求定义的本发明的精神和范围，可以进行不同的变化和修改。
权利要求
1.一种用于检测盘形存储介质中的抖晃的全息数字数据存储装置，该盘中包含一个或多个全息产生的图案，该装置包括一个光束发生器，用于向全息产生的图案上投射出至少两束抖晃检测光束，抖晃检测光束在相应的特征角度下具有不同的衍射效率，其中每一个特征角度是一个抖晃检测光束的光路和它对应的用于形成一个全息产生的图案的图案形成光束的光路之间的角度，衍射效率由抖晃检测光束之一的衍射光束的功率与所述的抖晃检测光束之一的功率之比给定；以及用于查找衍射效率之间的至少一个差值从而确定盘的抖晃的装置。
2.权利要求1的装置，其中全息产生的图案的数量为两个，抖晃检测光束的数量为两个。
3.权利要求2的装置，其中两个全息产生的图案中的每一个都由两个图案形成光束形成，且其中所述的对应的图案形成光束是用于形成一个全息产生的图案的两个图案形成光束之一，另一个抖晃检测光束的光路与用于另一个全息产生的图案的两个图案形成光束之一的光路相同。
4.权利要求2的装置，其中所述的查找装置包括用于检测第一抖晃检测光束的衍射光束功率水平的第一功率检测器；用于检测第二抖晃检测光束的衍射光束功率水平的第二功率检测器；用于根据抖晃检测光束的功率水平和检测到的功率水平获得衍射效率，从而通过采用获得的衍射效率和特征角度来确定抖晃的装置。
5.权利要求4的装置，其中的衍射效率计算如下DA＝αI；及DB＝βI′，其中DA是第一抖晃检测光束的衍射光束的功率水平；DB是第二抖晃检测光束的衍射光束的功率水平；“α”和“β”分别是第一和第二抖晃检测光束的衍射效率；及I和I′分别是第一和第二抖晃检测光束的功率水平。
6.权利要求1的装置，其中全息产生的图案的数量为一个，抖晃检测光束的数量为两个。
7.权利要求6的装置，其中全息产生的图案由两个图案形成光束形成，且其中所述对应的图案形成光束是两个图案形成光束之一，另一个抖晃检测光束的光路与另一个图案形成光束的光路相同。
8.权利要求6的装置，其中所述的检测装置包括用于检测第一抖晃检测光束的衍射光束功率水平与第二抖晃检测光束的非衍射光束功率水平之和的第一功率检测器；用于检测第一抖晃检测光束的非衍射光束功率水平与第二抖晃检测光束的衍射光束功率水平之和的第二功率检测器；用于根据抖晃检测光束的功率水平和检测到的功率水平之和获得衍射效率之差，从而通过采用特征角度和衍射效率之差来确定抖晃的装置。
9.权利要求8的装置，其中的衍射效率之差计算如下DR＝α′I+(1-β′)I；DS＝(1-α′)I+β′I；及DR-DS＝α′I+(1-β′)I-(1-α′)I-β′I＝2(α′-β′)I，其中DR是第一抖晃检测光束的衍射光束功率水平与第二抖晃检测光束的x非衍射光束功率水平之和；DS是第二抖晃检测光束的衍射光束功率水平与第一抖晃检测光束的非衍射光束功率水平之和；“α′”和“β′”分别是第一和第二抖晃检测光束的衍射效率；以及“I”是第一和第二抖晃检测光束的功率水平。
10.一种用于在全息数字数据存储系统中检测盘形存储介质中的抖晃的方法，包括步骤(a)通过采用图案形成光束在盘中产生一个或多个全息产生的图案；(b)投射出至少两束在相应的特征角度下具有不同衍射效率的抖晃检测光束，其中每一个特征角度是一个抖晃检测光束的光路和它对应的图案形成光束的光路之间的角度，衍射效率由一个抖晃检测光束的衍射光束的功率与所述的一个抖晃检测光束的功率之比给定；以及(c)查找衍射效率之间的至少一个差值从而检测到盘的抖晃。
11.权利要求10的方法，其中全息产生的图案的数量为两个，抖晃检测光束的数量为两个。
12.权利要求11的方法，其中两个全息产生的图案中的每一个都由两个图案形成光束形成，且其中所述的对应的图案形成光束是用于形成一个全息产生的图案的两个图案形成光束之一，另一个抖晃检测光束的光路与用于另一个全息产生的图案的两个图案形成光束之一的光路相同。
13.权利要求11的方法，其中的查找步骤包括步骤(c1)检测第一抖晃检测光束的衍射光束功率水平；(c2)检测第二抖晃检测光束的衍射光束功率水平；(c3)根据抖晃检测光束的功率水平和检测到的功率水平获得衍射效率；以及(c4)通过采用获得的衍射效率和特征角度确定抖晃。
14.权利要求13的方法，其中的衍射效率计算如下DA＝αI；及DB＝βI′，其中DA是第一抖晃检测光束的衍射光束的功率水平；DB是第二抖晃检测光束的衍射光束的功率水平；“α”和“β”分别是第一和第二抖晃检测光束的衍射效率；及I和I′分别是第一和第二抖晃检测光束的功率水平。
15.权利要求10的方法，其中全息产生的图案的数量为一个，抖晃检测光束的数量为两个。
16.权利要求15的方法，其中全息产生的图案由两个图案形成光束形成，且其中所述的对应的图案形成光束是用于形成全息产生的图象的两个图案形成光束之一，另一个抖晃检测光束的光路与另一个图案形成光束的光路相同。
17.权利要求15的方法，其中步骤(c)包括步骤(c1′)检测第一抖晃检测光束的衍射光束功率水平与第二抖晃检测光束的非衍射光束功率水平之和；(c2′)检测第一抖晃检测光束的非衍射光束功率水平与第二抖晃检测光束的衍射光束功率水平之和；(c3′)根据抖晃检测光束的功率水平和检测到的功率水平之和获得衍射效率的差别；以及(c4′)通过采用特征角度和衍射效率之差确定抖晃。
18.权利要求17的方法，其中的衍射效率之差计算如下DR＝α′I+(1-β′)I；DS＝(1-α′)I+β′I；及DR-DS＝α′I+(1-β′)I-(1-α′)I-β′I＝2(α′-β′)I，其中DR是第一抖晃检测光束的衍射光束功率水平和第二抖晃检测光束的非衍射光束功率水平之和；DS是第二抖晃检测光束的衍射光束功率水平和第一抖晃检测光束的非衍射光束功率水平之和；“α′”和“β′”分别是第一和第二抖晃检测光束的衍射效率；以及“I”是第一和第二抖晃检测光束的功率水平。
全文摘要
用于检测盘形存储介质中的抖晃的全息数字数据存储装置，其中该装置包括一个光束发生器和查找装置，该盘在其中包含一个或多个全息产生的图案。光束发生器向全息产生的图案上投射出至少两束抖晃检测光束，抖晃检测光束在相应的特征角度下具有不同的衍射效率，其中特征角度是一个抖晃检测光束的光路和它对应的用于形成一个全息产生的图案的图案形成光束的光路之间的角度，衍射效率由一个抖晃检测光束的衍射光束的功率与所述的一个抖晃检测光束的功率的比率给定。查找装置查找衍射效率之间的至少一个差值从而确定盘的抖晃。
文档编号G11B7/095GK1452161SQ0214426
公开日2003年10月29日 申请日期2002年10月8日 优先权日2002年4月17日
发明者卢载遇, 曺漳铉 申请人:株式会社大宇电子