一种能在透明、均一存储介质定位的方法

1.本发明属于存储介质定位技术领域，尤其涉及一种能在单一存储介质定位的方法、系统及应用。


背景技术：

2.目前，蓝光技术商业化后，研究人员对光盘及其存储设备进行了全面的研究，主要目的是提升光盘的存储容量，以应对大数据时代的数据存储需求以及获得与硬盘等大容量存储设备的优势。传统的光盘如cd、dvd、蓝光bd光盘，存储密度的提升主要是通过缩小入射光波长、增大物镜的数值孔径等方式来提高写入密度或读出分辨率，如果用波长为λ的光作为入射光源、物镜的数字孔径为λ，则其理论存储面密度与成正比。，目前的光盘存储密度受到记录点尺寸的限制，通常都是采用增大物镜的数值孔径na和尽可能采用波长更短的光源的方法来提高记录密度、增大存储容量，蓝光光盘甚至是最新的商业化产品-档案盘采用的na为0.85，波长为405nm，从成本和制备难度考虑已经达到可供提升的极限，因此，为了进一步提升存储密度，研究人员考虑充分利用垂直于盘片的维度(深度方向)，从离散的、有限的多面体存储(目前业界最高做到单面3层)向三维连续体存储发展，则理论存储体密度可以达到存储密度提升了一个量级，相应的存储容量也可提升几个数量级。
3.在单一(均一)存储介质中进行三维记录，一般包含一个厚度较厚的记录层和一个参考层，参考层用做伺服，提供空间和时间参考信息；记录层用来记录数据。与现有多记录层相比，体存储兼顾了更低的成本与更高的理论存储容量。采用单一存储介质固然大大提高了光学透射率，减少了入射光在介质中的损耗，但是在垂直于盘片的方向不能提供空间信息，进而不能完成寻址操作。如不能解决这个问题，单一介质体存储设备无法产品化。
4.本发明专利旨在提出一种可提供均一材料在深度方向提供寻址信息的方法，进而完成使用透明均一材料的存储设备跳层操作。
5.针对具有多个记录层的光盘的跳层(激光光斑的聚焦位置在不同记录层之间移动)操作，现有的光盘设备一般是先将聚焦伺服和循迹伺服子系统关闭，使其处于开环状态，然后驱动物镜沿着层间方向即轴向聚焦方向运动，使焦点移动到包含目标记录层的范围；接着打开聚焦伺服，使其进入闭环状态，完成聚焦(使得激光光斑聚焦在目标信息层上)，同时使能循迹伺服，完成锁轨。由此，完成跳层操作。然而，众多已知的技术方案中，跳层都是通过开环的方式跳到目标记录层焦点位置附近，相当于盲跳一下，接着在一个范围内进行寻找，完成跳层操作；这种方式的实现有赖于执行机构的精度、盘片制造的质量。本发明的跳层方案一直处于闭环状态下，从已知的伺服面跟上去，一直是闭环的方式(见图7)，从而大大降低对执行机构的开环精度、大批量制造的盘片的质量要求。伺服面可以在透明均一存储介质的表面(以入射面为准)或底面。
6.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的单一存储介质在垂直于盘
片的方向不能提供空间信息，单一介质体存储无法实现；对设备执行机构精度要求高，盘片质量要求高。
7.目前在多个记录层的存储介质中采用的都是开环跳层的方案，跳层操作可能出现一次不能准确找到所需的层这一问题，需要对盘片的质量有较高要求，对跳层执行机构的精度有较高要求，对盘片转动过程中的轴向或者径向偏摆有一定要求(亦即对盘片的质量有较高的要求)。本发明的方案则是沿着预写入的起始于伺服面、终止于各数据层数据道、具有一定宽度和格式的螺旋线，到达目标层直接进入数据道，省去了开环到闭环状态切换的过程。相比较而言，本发明的增加伺服格式及基于此格式的跳层操作平顺、所需的时间更短、对执行机构、盘片要求更低。


技术实现要素：

8.针对以上所述问题，本发明提供了一种主要应用在透明(不限于光学透明)、均一体材料(具有一定深度)在深度方向精确定位的方法，但该方法并不限于透明、均一介质，同样也可在异质体材料上。
9.目前，使用该方法的主要应用场景是使用透明、均一体存储材料的光学存储系统。
10.实施本发明所需的前提是在透明均一体材料的表面，预制伺服信息，为伺服定位系统提供二维平面信息、时间信息。可使用的伺服信息包括且不限于已标准化的伺服格式，如cd、dvd光盘的伺服信息；及自定义的伺服信息。
11.第二个前提是伺服定位系统包括可形成两个在深度方向可独立运动、在平面方向确定、关联运动的光点的装置。目前可用的装置包括使用单物镜形成双光点和双物镜形成双光点的光学拾取头(optical pickup，opu)。
12.本发明所述能在单一存储介质深度方向定位的方法包括以下步骤：
13.步骤一，光学头采用双物镜或双光点；
14.步骤二，预制伺服面信息及三维体材料的螺旋线(螺旋线的制备可以采用开环写入方式)，将数据层标记信息一并写入有一定宽度的螺旋线上；
15.步骤三，用于读取预先制备刻写时在螺旋线特定位置标识的层数地址信息，实现跳层操作。
16.进一步，所述步骤一中的双物镜方案包括：
17.将两个物镜水平放置在物镜架上，两个物镜在水平方向关联运动的实现可以通过此物镜架的设计保证；垂直方向上用于读写的物镜2和用于伺服的物镜1独立运动。激光通过物镜产生两个光点，一个用做伺服，另一个用做体存储的读写操作。
18.进一步，所述步骤一中的双物镜方案还包括：
19.一束光由直角棱镜反射到物镜1聚焦在参考伺服面上，反射光最终汇聚到探测器(如dvd的四象限探测器)上，产生伺服误差信号；另外一束光经过透镜、棱镜反射到物镜2上最后聚焦在记录层上，记录层反射的光同样会汇聚在另一个光电探测器上，产生存储在记录层的数据信号。
20.进一步，所述步骤二中，预制时，可通过诸如飞秒激光加工体存储材料的方式制备带有一定宽度的螺旋线，同时设置一定的伺服格式，供检测、读出部分得到包括聚焦误差、循迹误差以及读通道的信息；将带有一定宽度的螺旋线模拟成功能类似光盘的反射层，其
标记的制作满足伺服系统的伺服带宽要求；当制备成功后，后续从全部的记录层中找到特定的某一层就可用闭环的方式，顺着螺旋线自伺服层向数据层以一定的速度行进，直到找到指定层。
21.进一步，所述步骤三中的跳层控制时，读取预先制备刻写时在螺旋线特定的位置标识上地址信息，指示到位置1处是第一层，位置2处为第二层，位置3处为第三层，进行多层标记；其中，所述1处的地址为0x01，所述2处的地址信息为0x02，所述3处的地址信息为0x03。
22.进一步，后续跳层过程中，用做参考的伺服层聚焦伺服和循迹伺服需开启，并完成正常的聚焦和跟踪，锁在wobble层的信息轨道上，同时物镜2再自底向上沿着螺旋线以一定速率向上移动，移动的同时需保证伺服系统一直处于稳定的伺服状态，此时打开读通道，读取有一定宽度的螺旋线上预先刻写的标记层号的数据信号，解码获得层数的信息，得到目前已经到达第几层。
23.本发明的另一目的在于提供一种应用所述的能在单一存储介质定位的方法、在单一存储介质定位的系统，所述能在单一存储介质定位的系统包括：
24.方案确定模块，用于将光学头采用双物镜或双光点的方案；
25.地址写入模块，用于将预制三维体材料的螺旋线以开环的写入方式，将带有层信息的地址写入有一定宽度的螺旋线上；
26.跳层控制模块，用于在预先制备刻写时在螺旋线特定的位置标识地址信息。
27.本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
28.将光学头采用双物镜或双光点的方案；预制三维体材料的螺旋线以开环的写入方式，将带有层信息的地址写入有一定宽度的螺旋线上；在预先制备刻写时在螺旋线特定的位置标识上地址信息。
29.本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：
30.将光学头采用双物镜或双光点的方案；预制三维体材料的螺旋线以开环的写入方式，将带有层信息的地址写入有一定宽度的螺旋线上；在预先制备刻写时在螺旋线特定的位置标识上地址信息。
31.本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现所述的能在单一存储介质定位的系统。
32.结合上述的技术方案和解决的技术问题，请从以下几方面分析本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
33.第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本发明的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本发明技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
34.通过本发明提出的格式及基于此格式的跳层方案，能够实现精准的跳层操作，对后续实现多层的数据读取和写入具有重要意义。采用此跳层方案一定宽度的螺旋线仅占用较少的存储空间用于标识层号，没有过多的占用用户的存储空间，进一步提升了三维体存
储的存储容量。
35.第二，把技术方案看作一个整体或者从产品的角度，本发明所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
36.本发明提出了一种能在单一存储介质定位的方案，能够保证可在单一体存储材料中能找到不同的逻辑层，实现信息数据的读取与写入操作。
37.第三，作为本发明的权利要求的创造性辅助证据，还体现在以下几个重要方面：
38.(1)本发明的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
39.定位机制与伺服系统是光盘格式和产业的核心之一，其专利使用费既包含在盘的制备上，又包含在芯片、软件的实现上。体存储是突破光存储容量限制的重要方向之一，本专利的形成，对促进我国新光盘体制的研制、对形成有利于我国的知识产权壁垒，具有重要意义。
40.(2)国内尚无体存储光盘系统，其数据格式，包括深度方向的定位均为空白，而本发明的技术方案填补了国内外业内技术空白。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明实施例提供的能在单一存储介质定位的方法流程图；
43.图2是本发明实施例提供的能在单一存储介质定位的系统结构框图；
44.图3是本发明实施例提供的双物镜放置位置示意图；
45.图4是本发明实施例提供的体材料中加工出的带有一定宽度的螺旋线示意图；
46.图5是本发明实施例提供的带有伺服层和记录层的单一存储介质的基本结构示意图；
47.图6是本发明实施例提供的螺旋线上地址信息标识层号示意图；
48.图7是本发明实施例提供的表示记录介质的面和深度的示意图；
49.图8是本发明实施例提供的通过fpga+dsp+arm搭建的光驱伺服控制系统的结构示意图；
50.图9是本发明实施例提供的通过fpga+dsp+arm搭建的光驱伺服控制系统的实物图；
51.图中：1、方案确定模块；2、地址写入模块；3、跳层控制模块。
具体实施方式
52.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
53.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种能在单一存储介质定位的方法、系统及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
54.一、解释说明实施例。为了使本领域技术人员充分了解本发明如何具体实现，该部分是对权利要求技术方案进行展开说明的解释说明实施例。
55.如图1所示，本发明实施例提供的能在单一存储介质定位的方法包括：
56.s101，将光学头采用双物镜或双光点的方案；
57.s102，预制三维体材料的螺旋线以开环的写入方式，将带有层信息的地址写入有一定宽度的螺旋线上；
58.s103，用于读取预先制备刻写时在螺旋线特定位置标识的层数地址信息，实现跳层操作。
59.如图2所示，本发明实施例提供的能在单一存储介质定位的系统包括：
60.方案确定模块1，用于将光学头采用双物镜或双光点的方案；
61.地址写入模块2，用于将预制三维体材料的螺旋线以开环的写入方式，将带有层信息的地址写入有一定宽度的螺旋线上；
62.跳层控制模块3，用于读取预先制备刻写时在螺旋线特定位置标识的层数地址信息，实现跳层操作。
63.本发明的具体实施方案如下：
64.光学头可以采用双物镜或双光点的方案，双物镜方案将两个物镜水平放置在物镜架上，如图3所示，两个物镜在水平方向也就是径向是绑在同一个径向线圈上的，会一起运动；垂直方向上用于读写的物镜2可以自由运动。两束激光通过物镜产生双光点，一个用做伺服，另一个用做体存储的读写操作。总体来说是一束光会由直角棱镜反射到物镜1聚焦在参考面(wobble层)上，其反射光最终会汇聚到四象限探测器上，产生伺服信号。另外一束光会经过透镜、棱镜反射到物镜2上最后聚焦在记录层上，记录层反射的光同样会汇聚在另一个四象限探测器上，用来产生实际的记录层数据信号。本发明主要关注如何正确地找到特定的记录层在全部的20层记录层中，提供一种跳层的方案。单一存储介质伺服层和记录层示意图如图5所示。
65.预制三维体材料的螺旋线以一种开环的写入方式，将带有层信息的地址写入有一定宽度的螺旋线上，预制时可通过诸如飞秒激光加工体存储材料的方式(如打点)来制备带有一定宽度的螺旋线，同时会设置一定的伺服格式，包括聚焦误差、循迹误差以及读通道的信息；尽可能将带有一定宽度的螺旋线模拟成功能类似光盘的反射层，其标记的制作满足伺服系统的伺服带宽要求。当制备成功以后，后续从全部的记录层中找到特定的某一层就可用闭环的方式，顺着螺旋线自伺服层向数据层以一定的速度行进，直到找到指定层。
66.体材料中加工出的带有一定宽度的螺旋线示意图如图4所示，其中最底下用做伺服的参考层(wobble)的预压制轨道用蓝色线表示，体材料后续加工的螺旋线用黄色虚线表示。激光束经过物镜1聚焦产生的聚焦光点沿螺旋线运动与wobble中的预压制轨道的关系如下：光点水平方向沿着wobble轨道移动，垂直方向上以一定速率向上移动，合起来看就是沿着体材料以螺旋线的方式上升。
67.图4wobble中的预压制轨道和体材料中的螺旋线用不同的颜色绘制，说明前者是预压制的(基础、前提)，后者是后续加工的，例如用飞秒加工出来的(可以有不同的形式和格式)。
68.在预先制备刻写的时候就会在螺旋线特定的位置标识上地址信息，指示到位置1
处(地址为0x01)是第一层，位置2处(地址信息为0x02)为第二层，位置3处(地址信息为0x03)为第三层，按这种方式标记多层，如图6所示。后续跳层过程中，用做参考的伺服层聚焦伺服和循迹伺服需要开启，并且能够完成正常的聚焦和跟踪，锁在wobble层的信息轨道上，同时物镜2再自底向上沿着螺旋线以一定速率向上移动，移动的同时需要保证伺服系统一直处于稳定的伺服状态，此时打开读通道，读取有一定宽度的螺旋线上预先刻写的标记层号的数据信号，解码获得层数的信息，得到目前已经到达第几层。
69.二、应用实施例。为了证明本发明的技术方案的创造性和技术价值，该部分是对权利要求技术方案进行具体产品上或相关技术上的应用的应用实施例。
70.如图8～9所示，针对三维体存储跳层操作所需的参考面伺服需要进行聚焦伺服和循迹伺服，需开启，并完成正常的聚焦和跟踪，锁在wobble层的信息轨道上。通过fpga+dsp+arm搭建了一套光驱伺服控制系统，为后续均一的体存储跳层以及数据读写打下了基础。
71.应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、cd或dvd-rom的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。
72.三、实施例相关效果的证据。本发明实施例在研发或者使用过程中取得了一些积极效果，和现有技术相比的确具备很大的优势，下面内容结合试验过程的数据、图表等进行描述。
73.采用本发明提出的均一介质体存储的跳层方案，相比于现有的技术能够实现更精准的层间移动并且所需的时间更短，速度更快，同时对盘片的容忍度也较高。
74.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。