专利名称：用于比特式全息存储的盘结构的制作方法
用于比特式全息存储的盘结构
背景技术：
本发明一般涉及比特式全息存储，并且更具体地说，涉及带有用于实时记录和读出的嵌入轨道的新颖全息盘结构。随着计算能力的发展，计算技术已进入新的应用领域，例如除其它以外有消费者视频、数据存档、文档存储、成像和电影制作。这些应用为开发具有增大的存储容量的数据存储技术提供了继续的推动力。此外，存储容量的增大不但实现而且促进了已远远超出开发人员的初始预期的技术的开发，例如游戏(除其它以外)。用于光学存储系统的逐渐更高的存储容量提供数据存储技术开发的良好示例。在 20世纪80年代早期开发的压缩盘或⑶格式具有大约650-700MB数据的容量，或者大约 74-80分钟的两声道音频节目的容量。相比之下，在20世纪90年代早期开发的数字多功能盘(DVD)格式具有大约4. 7GB(单层)或8. 5GB(双层)的容量。DVD的更高存储容量足以在更旧视频分辨率来存储全长故事片(例如，在大约720(h) χ 576 (ν)像素的PAL或在大约 720 (h) χ 480 (ν)像素的 NTSC)。然而，随着诸如高清晰电视(HDTV)(对于1080p大约在1920 (h) χ 1080 (ν)像素) 等更高分辨率视频格式已变得流行，能够保存以这些分辨率记录的全长故事片的存储格式已变得合乎需要。这促进了高容量记录格式的开发，如Blu-ray Disc 格式，该格式能够在单层盘中保存大约25GB，或在双层盘中保存50GB。随着视频显示的分辨率和其它技术继续发展，具有甚至更高容量的存储媒体将变得更重要。可对未来的一段时间满足容量要求的一种正在开发的存储技术是基于全息存储的。全息存储是全息图形式中数据的存储，全息图是光敏存储媒体中两个光束的相交所形成的三维干涉图的图像。基于页面的全息技术和比特式全息技术均已得到研究。在基于页面的全息数据存储中，包含数字编码数据的数据束(data beam)叠加在存储媒体的容积内的参考束(reference beam)上，从而导致化学反应，该反应例如更改或调制容积内媒体的折射率。此调制用于记录来自信号的强度和相位信息。每个比特因此通常存储为干涉图的一部分。以后，能通过将存储媒体单独暴露于参考束来检索全息图，该束与存储的全息数据交互以生成与用于存储全息图像的初始数据束成比例的重构的数据束。在比特式全息或微全息数据存储中，每个比特作为一般由两个相对传播聚集的记录束所生成的反射光栅或微全息图而被写。随后，通过使用读束(read beam)衍射微全息图以重构记录束来检索数据。相应地，微全息数据存储比页面式全息存储更类似于当前技术。然而，与DVD和Blu-ray Disc 格式中可使用的双层数据存储不同，全息盘可具有50 或100层的数据存储，从而提供可以兆兆字节(TB)来测量的数据存储容量。虽然全息存储系统可提供比以前光学系统高得多的存储容量，但全息盘在光学媒体播放器中的振动和摆动可大于一般的微全息图大小。因此，旋转盘的振动和摆动位移可在光盘的记录和读出中造成问题
发明内容
本发明的一方面包括一种用于微全息数据存储的光盘，其具有光学上使能的材料(optically-enabled material)，配置成存储全息数据；导向槽；第一涂层，布置在导向槽上并配置成反射跟踪束和透射(transmit)读或记录束；以及第二涂层，布置为覆盖导向槽并布置在第一涂层上。本发明的一方面涉及一种制造全息数据存储盘的方法，包括在带有导向槽的盘形状中使全息使能的材料(holographic-enabled material)成形；将第一涂层施加到导向槽，其中第一涂层配置成反射跟踪束和透射读或记录束；以及施加第二涂层以覆盖导向槽，其中第二涂层布置在第一涂层上。本发明的一方面包括一种用于微全息数据存储的多层光盘，其具有衬底层；至少一层的光学上使能的材料；导向槽；涂层，布置在导向槽上并配置成反射跟踪束和透射读或记录束；以及覆盖层。本发明的一方面涉及一种记录、读和跟踪全息数据存储盘的方法，包括使记录束照射在全息数据存储盘上以存储或读全息数据存储盘的数据区中的微全息图，其中数据区的宽度是至少50微米(μπι)；使跟踪束照射在全息数据存储盘的导向槽上并反射，其中跟踪束包括与记录束和读束不同的波长；以及检测和分析反射的跟踪束以控制全息数据存储盘上的记录束或读束的位置。
参照附图阅读以下详细描述时，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解，附图中类似的字符在所有图形中表示类似的部分，其中图1是根据本技术的实施例的光驱的示意图；图2是根据本技术的实施例的光盘的顶视图；图3是根据本技术的实施例的检测头的示意图；图4是根据本技术的实施例的光盘层的截面的图示；图5是制造图2的光盘的方法的框图；图6是记录和/或读图2的光盘的方法的框图；图7是根据本技术的实施例具有多个数据区的光盘的截面的图示；图8是根据本技术的实施例在不同位置布置有槽的光盘的截面的图示；以及图9是从不同方向接收激光束的光盘的截面的图示。
具体实施例方式本技术一般涉及比特式全息存储，并且更具体地说，涉及带有用于实时记录和读出的嵌入轨道的全息盘结构。对于比特式全息数据存储的各种方面的讨论，请参阅美国专利No. 7388695，该专利通过引用以其整体结合于本文中。现在转到图形，图1是可用于从光学存储盘12记录/读数据的光驱系统10。通过将读束16聚集到光学数据盘12中的数据上，读光盘12上存储的数据。来自数据的反射束 18由光学元件14从光学数据盘12拾取。光学元件14可包括任何数量的不同元件，这些元件设计成生成激励束，将那些束聚集在光学数据盘12中，并且检测从光学数据盘12中数据回来的反射18。光学元件14通过光驱动电子器件封装22来控制。光驱电子器件封装22可包括如用于一个或多个激光系统的电源、检测来自检测器的电子信号的检测电子器件、 将检测到的信号转换成数字信号的模数转换器等此类单元以及其它单元，例如预测检测器信号何时确实正在登记光学数据盘12上存储的比特值的比特预测器。光学数据盘12上方一些光学元件14的位置通过机械执行器沈由跟踪伺服M来控制，机械执行器沈配置成在光学数据盘12的表面上方来回移动光学元件。光驱电子器件22和跟踪伺服M由处理器28控制。在一些实施例中，跟踪伺服M或光驱电子器件22 可以能够基于由光学元件14接收的采样信息来确定光学元件14的位置。处理器28还控制向主轴电机34提供电力32的电机控制器30。主轴电机34耦合到控制光学数据盘12的旋转速度的主轴36。在光学元件14从更靠近主轴36的光学数据盘12的外缘移动时，光学数据盘的旋转速度可由处理器观增大。此操作可被执行以保持光学元件14在外缘时与光学元件在内缘时来自光学数据盘12的数据的数据率基本相同。 盘的最大旋转速度可以是大约500转每分钟(rpm)、1000rpm、1500rpm、3000rpm、5000rpm、 IOOOOrpm或更高。处理器28连接到随机存取存储器或RAM 38和只读存储器或ROM 40。ROM 40包含允许处理器28控制跟踪伺服对、光驱电子器件22和电机控制器30的程序。此外，ROM 40 还包含允许处理器观分析来自光驱电子器件22的数据的程序，数据已存储在RAM 38(除其它之外)中。如本文中进一步详细讨论的，RAM 38中存储的数据的此类分析例如可包括将信息从光学数据盘12转换到可由其它单元使用的数据流所必需的解调、解码或其它功能。如果光驱系统10是商用单元，如消费者电子器件，则它可具有控制以允许处理器 28由用户访问和控制。此类控制可采用面板控制42的形式，如键盘、程序选择开关及诸如此类。此外，处理器观的控制可由远程接收器44执行。远程接收器44可配置成从遥控48 接收控制信号46。除其它之外，控制信号46可采用红外束、声信号或无线电信号的形式。在处理器观分析了在RAM 38中存储的数据以生成数据流后，数据流可由处理器观提供到其它单元。例如，数据可通过网络接口 50作为数字数据流提供到外部数字单元， 如位于外部网络上的计算机或其它装置。备选的是，处理器观可提供数字数据流到消费者电子器件数字接口 52，例如高清晰多媒体接口(HDMI)或其它高速接口，例如USB端口(除其它以外)。处理器观还可具有其它连接的接口单元，例如数模信号处理器M。数模信号处理器M可允许处理器观提供模拟信号以用于到其它类型的装置的输出，例如电视上的模拟输入信号，或者输入到放大系统的音频信号。驱动器10可用于读如图2中所示的包含数据的光学数据盘12。通常，光学数据盘 12是扁平的圆盘，在透明保护涂层中嵌有一个或多个数据存储材料层。保护涂层可以是透明塑料，例如聚碳酸酯、聚丙烯酸酯及诸如此类。每个数据存储材料层可包括可反射光的任何数量的数据层。在微全息数据存储中，数据层包括微全息图。主轴孔56耦合到控制盘2 的旋转速度的主轴(例如，图1的主轴36)。在每层中，数据通常可在顺序螺旋轨道58中从盘12的外缘写到内部限制，但可使用圆形轨道或其它配置。在盘中可将可注入成形的基于热塑性材料的盘材料用于微全息数据存储。类似于常规CD/DVD，盘可在实时记录和读出系统中以数百或数千的转每分钟(rpm)在光学媒体播放器中较快地旋转。盘的振动和摆动一般可高达100 μ m，这大于一般的微全息图大小(例如，<10μπι)。因此，盘上的轨道可用于能够实现实时跟踪和聚集。本技术涉及带有用于实时记录和读出的嵌入轨道的盘结构。通常，从用于多层微全息存储的材料的阈值响应是合乎需要的。阈值材料(threshold material)可包括染料掺杂的热塑性材料、嵌段共聚物、能量转移材料等等。对于比特式全息数据存储的阈值材料的讨论，请参阅美国专利 No. 7388695，该专利通过引用以其整体结合于本文中。图3和3A示出一示范的双束检测头系统60。光源62发射在第一波长的读束64， 该束经过偏振束分离器66和深度选择光学器件68。读束64从二向色镜70反射离开并通过四分之一波片72和透镜74被引导到盘12中的微全息图76。来自微全息图76的反射的数据束78经过透镜78、四分之一波片72、二向色镜70和深度选择光学器件68往回传递。 反射束78随后经过偏振束分离器66、汇聚光学器件80和检测器82，在检测器82中，读微全息图76的数据。此外，光源84发射在第二波长的跟踪束86，跟踪束86经过束分离器88和深度选择光学器件90。跟踪束86经过二向色镜70、四分之一波片72和透镜74到达盘12。在所示实施例中，跟踪束86从盘12反射离开(例如，在盘附近或底部)，盘12可具有反射层、轨道、槽及诸如此类。反射的跟踪束92经过透镜74、四分之一波片72、二向色镜70、汇聚光学器件90、束分离器88及汇聚光学器件94，到达检测器96。同样地，在微全息系统中，比特大小一般小于微米。然而，在实时记录或读出时，盘具有相当大的振动和摆动，一般高达100 μ m。由于盘振动/摆动达到此类距离，所以盘中的束状况变化相当大，并因此不能执行适当的记录和读出。本技术可使用带有嵌入轨道的盘设计，以便通过与适当光学系统的组合，能够执行聚集和跟踪，并且可实时实现多层微全息
图记录/读。图4示出图2的光盘12的层。光盘12可以是单片式的，并且具有光学上使能的或全息使能的可成形的热塑材料中的数据层100。在一个实施例中，盘12是注入成形的。 轨道或导向槽102可作为单片结构的一部分直接在盘12上压制或成形。轨道102可用于引导跟踪和聚集。轨道可类似于⑶-R、DVD-R、DVD+R槽，并且配置用于例如780nm或650nm 轨道波长。轨道102可具有各种轨道间距、螺旋槽、不同形状(例如，梯形)、摆动结构、同步标记等等。在某些实施例中，诸如标准二向色涂层等涂层104布置在轨道102上。涂层104 可增强来自槽的伺服束的反射以提供增强的伺服(跟踪和聚集)信号。涂层104通常配置成对相比跟踪束在不同波长的记录和读出束具有降低的或无槽的影响。涂层104可进一步增强记录和读出束的透射。涂层104可包括无机材料的层，如二氧化钛、二氧化硅(silica dioxide)、氮化物等等。涂层104可通过气相沉积、蒸发或溅射法及诸如此类而布置在槽 102 上。第二涂层106可设置在二向色涂层104之上在槽侧上。涂层106可降低记录/读出束上轨道102的波前畸变/衍射影响。涂层106可被平坦化并充当保护层。用于涂层 106的示范材料可包括紫外光(UV)可固化丙烯酸酯(例如，准确(spot-on)和UV固化的) 及诸如此类，并且可具有与可记录的材料相同或相似的折射率。图5是用于制造具有多个数据层100的全息盘12的示范方法120。基础光学上使能的和/或全息使能的热塑材料可成形(例如，注入成形)为盘12的形式(框12幻。该热塑性材料可具有相变材料以接纳微全息图的记录。该热塑性材料可以是染料掺杂的热塑材料。在某些实施例中，盘12结构可类似于常规CD/DVD盘，因此，可使用类似于用于例如CD/ DVD/Blu-ray盘的设施来制作。此外，可使用带有适当槽结构的压模，通过热塑材料将导向槽或轨道102成形到盘12之上。在某些情况下，可在一个步骤而不是两个或更多步骤中将槽与盘一起成形。应注意，在本上下文中全息使能的材料可定义为配置成存储全息数据或微全息图的光学上使能的材料。轨道102配置成接收跟踪束以适应旋转盘12在光学媒体播放器中不合需要的位移(摆动、轴向振摆等)。此外，借助于一层轨道102，多层数据能够通过适当的光学设计而被记录和读出。通常，跟踪束波长可与记录/读束波长不同。在跟踪波长更改时，可修改槽结构。类似的结构可用于不同材料的盘，如染料掺杂的热塑盘、嵌段共聚物盘及诸如此类。例如二向色涂层的反射涂层104(对跟踪束的波长是反射性的)可沉积在槽102 上(框124)。如提到的，涂层104可例如通过气相沉积而施加到槽和轨道102。涂层104 可以是具有不同介电材料的交替层的多层电介质。涂层104可配置成透射记录/读束波长 (例如，405nm)和反射跟踪束波长(例如，780nm或650nm)。另外，第二涂层106(例如，丙烯酸酯)可施加到具有反射涂层104的轨道102以覆盖槽(框126)。第二涂层106可以被平坦化并配置成降低对读束或记录束的干扰。总之，盘12可以是大致单片结构。通常，包括盘厚度、盘大小、轨道特征、轨道位置、涂层特征、覆盖层、附加保护层等等的盘12参数能够被修改以适应不同的记录/读波长和跟踪波长以及其它实际的盘制作和光学设计关注点。盘12可包括用于跟踪/聚集的轨道和盘层结构。相关联的光学系统设计可实现使用单层轨道的多层存储。通过盘12的容积，实时、多层、多轨道、微全息存储可得以实现。对于光学上使能的材料和全息数据存储盘的制造的讨论，请参阅美国专利 No. 7388695，该专利通过引用以其整体结合于本文中。图6是用于光驱中全息存储盘12的跟踪控制142和读144的方法140。将跟踪或伺服束照射在盘12中的导向槽上(框146)。反射，检测和分析伺服束(框148)。反射的跟踪束的分析例如提供反馈到光驱中的执行器，并且调整光学元件的位置以保持数据束很好地聚集在数据轨道上(框150)。具有与伺服束不同波长的数据激光束照射在盘12的数据层中数据轨道中的多个微全息图上(框152)。数据束被反射，并且反射的数据束(或信号束)被检测到(框154)以读数据(例如，读某个比特的存在或不存在)。图7示出具有多个数据区164的两个光盘160和162 (例如，大约1. 2mm总厚度) 的截面。在所示实施例中，第一光盘160具有两个数据区164，并且第二光盘162具有三个数据区164。每个数据区164(例如，大于50μπι的层)可具有多层微全息图(例如，大约 lym)。到衬底168中的导向槽166被提供以用于跟踪。在此示例中，覆盖层170 (例如，平坦化的保护覆盖层)布置在衬底168对面。盘的组成部分或层可成形在一起，接合在一起， 沉积，或旋涂及诸如此类。接合可包括使用压敏粘合剂、紫外光(UV)可固化的粘合剂等等。 最后，应注意，多于一个集合的槽166可结合到盘160和162中。例如，每个数据区164可与相应集合的槽164相关联。图8是带有布置在盘内不同位置的跟踪槽188A、188B、188C和188D的四个光盘 180、182、184和186的截面的图示，包括与盘的其它组成部分的相对关系。盘180、182、184 和186通常还包括衬底166和保护层170。此外，例如根据数据区164的布置和数量及槽188A、188B、188C和 188D的定位，盘180、182、184和186可在数据区164之间结合中间区或层172。图9示出从不同方向接收激光束的光盘200的截面。光盘200可通过保护层170 接收跟踪束202A和/或读/记录束204A。另一方面，光盘200例如可通过衬底168接收跟踪束202B和读/记录束204B。总之，本技术可涉及一种用于微全息数据存储的光盘。该盘可包括配置成存储全息数据的光学上使能的材料和导向槽。该盘可包括布置在导向槽上并配置成反射跟踪束和透射读或记录束的第一涂层以及布置为覆盖导向槽和布置在第一涂层上的第二涂层。在某些实施例中，盘可以主要是单片式的。光学上使能的材料可具有微全息图的数据层。光学上使能的材料可包括光学上使能的阈值材料(例如，相变材料、能量转移材料、热变色材料等)。导向槽可以成形为光学上使能的材料的一部分，并且可包括螺旋轨道、摆动结构或同步标记或其任何组合。盘可制造为全息数据存储盘。盘可由全息使能的材料在带有导向槽的盘形状中成形(例如，注入成形)。第一涂层可施加到导向槽，其中第一涂层配置成反射跟踪束和透射读或记录束。施加第一涂层可包括在导向槽上沉积、蒸发或溅射涂层(例如，二向色涂层)， 或其任何组合。第二涂层可布置(例如，旋涂)在第一涂层上以覆盖导向槽，其中第二涂层布置在第一涂层上。在另一示例中，一种用于微全息数据存储的多层光盘包括衬底层、至少一层光学上使能的材料(例如，大约0.1mm到大约1.2mm厚的厚度)及导向槽。涂层布置在导向槽上并配置成反射跟踪束和透射读或记录束。所述盘还可具有覆盖层(例如，丙烯酸脂)。此外，所述盘可具有布置在盘的其它层之间的中间层(例如，非活性)，如在两层光学上使能的材料之间。最后，导向槽可布置在不同位置。例如，导向槽可与衬底层、覆盖层相邻布置， 或者布置在光学上使能的材料层之间等等。一种记录、读和跟踪全息数据存储盘的技术包括使记录束照射在全息数据存储盘上以存储或读全息数据存储盘的数据区中的微全息图，其中数据区的宽度是至少50微米(μπι)；使跟踪束照射在全息数据存储盘的导向槽上并反射，其中跟踪束包括与记录束和读束不同的波长；以及检测和分析反射的跟踪束以控制全息数据存储盘上的记录束或读束的位置。虽然本文中只示出和描述了本发明的某些特征，但本领域的技术人员将想到许多修改和改变。因此，要理解随附权利要求旨在涵盖落在本发明真正精神内的所有此类修改和改变。
权利要求
1.一种用于微全息数据存储的光盘，包括 光学上使能的材料，配置成存储全息数据； 导向槽；第一涂层，布置在所述导向槽上并配置成反射跟踪束和透射读或记录束；以及第二涂层，布置成覆盖所述导向槽和布置在所述第一涂层上。
2.如权利要求1所述的盘，其中所述光盘主要是单片式的。
3.如权利要求1所述的盘，其中所述光学上使能的材料包括含有微全息图的数据层。
4.如权利要求1所述的盘，其中所述光学上使能的材料包括热塑性材料。
5.如权利要求1所述的盘，其中所述光学上使能的材料包括光学上使能的阈值材料。
6.如权利要求5所述的盘，其中所述阈值材料包括相变材料、能量转移材料或热变色材料或其任何组合。
7.如权利要求1所述的盘，其中所述导向槽成形为所述光学上使能的材料的一部分。
8.如权利要求1所述的盘，其中所述导向槽包括螺旋轨道、摆动结构或同步标记或其任何组合。
9.如权利要求1所述的盘，其中所述第一涂层包括二向色涂层。
10.如权利要求1所述的盘，其中所述第二涂层大致平坦化。
11.如权利要求1所述的盘，其中所述第二涂层包括丙烯酸酯。
12.如权利要求1所述的盘，其中所述第二涂层降低所述槽对记录/读束的干扰。
13.如权利要求1所述的盘，其中所述第二涂层为所述盘提供保护层。
14.一种制造全息数据存储盘的方法，包括 在带有导向槽的盘形状中使全息使能的材料成形；将第一涂层施加到所述导向槽，其中所述第一涂层配置成反射跟踪束和透射读或记录束；以及施加第二涂层以覆盖所述导向槽，其中所述第二涂层布置在所述第一涂层上。
15.如权利要求14所述的方法，其中成形包括注入成形。
16.如权利要求14所述的方法，其中施加第一涂层包括在所述导向槽上沉积、蒸发或溅射二向色涂层或其任何组合。
17.如权利要求14所述的方法，其中施加所述第二涂层包括旋涂。
18.一种用于微全息数据存储的多层光盘，包括 衬底层；至少一层的光学上使能的材料； 导向槽；涂层，布置在所述导向槽上并配置成反射跟踪束和透射读或记录束；以及覆盖层。
19.如权利要求18所述的盘，包括至少两层的光学上使能的材料，其中中间层布置在两层光学上使能的材料之间。
20.如权利要求18所述的盘，其中所述导向槽与所述衬底层相邻布置。
21.如权利要求18所述的盘，其中所述导向槽与所述覆盖层相邻布置。
22.如权利要求18所述的盘，其中所述导向槽布置在两层光学上使能的材料之间。
23.如权利要求18所述的盘，其中所述至少一层的光学上使能的材料包括大约0.1毫米(mm)到大约1. 2mm的范围中的厚度。
24.一种记录、读和跟踪全息数据存储盘的方法，包括使记录束照射在所述全息数据存储盘上以存储或读所述全息数据存储盘的数据区中的微全息图，其中所述数据区的宽度是至少50微米(μπι)；使跟踪束照射在所述全息数据存储盘的导向槽上并在所述全息数据存储盘的导向槽上反射所述跟踪束，其中所述跟踪束包括与所述记录束和读束不同的波长；以及检测和分析所反射的跟踪束以控制所述全息数据存储盘上所述记录束或读束的位置。
全文摘要
一种用于微全息数据存储的光盘，包括光学上使能的材料，配置成存储全息数据；导向槽；第一涂层，布置在导向槽上并配置成反射跟踪束和透射读或记录束；以及第二涂层，布置为覆盖导向槽并布置在第一涂层上。
文档编号G11B7/0065GK102272837SQ200980153821
公开日2011年12月7日 申请日期2009年12月16日 优先权日2008年12月30日
发明者B·L·劳伦斯, E·P·博登, M·谢弗顿, V·P·奥斯特罗弗霍夫, 任志远, 史晓蕾 申请人:通用电气公司