專利名稱：波導(dǎo)多層光卡的信息讀出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光存儲(chǔ)技術(shù)，特別是涉及到一種基于波導(dǎo)原理的多層光存儲(chǔ)載體光卡的信息讀出技術(shù)。
背景技術(shù)：
光卡是一種特殊的住處存儲(chǔ)載體，出現(xiàn)于八十年代中期，至今已有十多年歷史。其存儲(chǔ)技術(shù)與光盤所用的技術(shù)非常相似。隨著光盤存儲(chǔ)技術(shù)的成熟與推廣，光卡技術(shù)也正以極快的速度滲透到計(jì)算機(jī)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域。與其它便攜式存儲(chǔ)卡相比，光卡存儲(chǔ)容量很大，一張光卡可以存儲(chǔ)4-6MB的信息，是磁卡的幾萬倍，并可以用來存儲(chǔ)幾何圖形，如照片，指紋，X光照片等信息。隨著信息社會(huì)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，高密度大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)是信息科學(xué)中的關(guān)鍵研究領(lǐng)域，是信息社會(huì)和知識(shí)經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展的重要支撐條件之一，在國民建設(shè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中具有十分重要的地位。人們正在設(shè)法進(jìn)一步提高光存儲(chǔ)的存儲(chǔ)密度，如采用大數(shù)值孔徑物鏡或使用較短波長的激光光源等。但是，現(xiàn)今的光存儲(chǔ)面密度已經(jīng)接近由電磁波衍射效應(yīng)引起的空間分辨率極限，下一代超高密度光存儲(chǔ)將建立在突破衍射分辨的近場光學(xué)存儲(chǔ)技術(shù)或突破光卡平面限制的三維光學(xué)體存儲(chǔ)技術(shù)之上。
三維光學(xué)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)不只記錄在介質(zhì)的表面，而是記錄在具有一定厚度的介質(zhì)體內(nèi)。三維光存儲(chǔ)的優(yōu)勢在于1)突破二維平面限制，存儲(chǔ)容量高；2)適于并行讀寫，數(shù)據(jù)傳輸速率快；3)可實(shí)現(xiàn)無機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，適用于特殊領(lǐng)域應(yīng)用。三維光存儲(chǔ)主要有兩種方式一是全息體存儲(chǔ)，二是多層位存儲(chǔ)。全息體存儲(chǔ)因?yàn)槠湔`碼率較難控制，目前還不能夠用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。多層位存儲(chǔ)可以借用許多目前已經(jīng)發(fā)展起來的單層光盤存儲(chǔ)技術(shù)，誤碼率可與單層光盤存儲(chǔ)技術(shù)相當(dāng)，但也有一系列新問題，主要是讀出時(shí)的層間串?dāng)_和讀出時(shí)的信息調(diào)焦對(duì)準(zhǔn)問題。目前提出的多層位存儲(chǔ)主要有三種雙光子多層存儲(chǔ)技術(shù)、熒光多層存儲(chǔ)技術(shù)和波導(dǎo)多層存儲(chǔ)技術(shù)。雙光子多層存儲(chǔ)技術(shù)和熒光多層存儲(chǔ)技術(shù)可以減少層間串?dāng)_和提高存儲(chǔ)密度，但雙光子多層技術(shù)需要采用結(jié)構(gòu)復(fù)雜的裝置和體積龐大的脈沖激光光源，成本昂貴；熒光多層技術(shù)實(shí)用化的主要困難在于數(shù)據(jù)記錄方法和存儲(chǔ)盤制作工藝復(fù)雜，對(duì)數(shù)據(jù)讀出系統(tǒng)的靈敏度要求很高，目前均處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。波導(dǎo)多層存儲(chǔ)技術(shù)可以利用波導(dǎo)光照明技術(shù)有效的完全避免層間串?dāng)_，既保持了發(fā)光型讀出靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，又可以克服雙光子技術(shù)中熒光讀出的數(shù)據(jù)擦除效應(yīng)，同時(shí)也避免了熒光多層技術(shù)中復(fù)雜的數(shù)據(jù)記錄方法和盤片制作工藝，此外該存儲(chǔ)方法適合于設(shè)計(jì)成無機(jī)械運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，在航天航空等特殊領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。無疑該存儲(chǔ)技術(shù)的突破和應(yīng)用將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
用波導(dǎo)多層存儲(chǔ)方法提高光卡存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)密度的主要困難是如何實(shí)現(xiàn)波導(dǎo)多層光卡所記錄信息的讀出?，F(xiàn)有光卡均為單層存儲(chǔ)載體，其讀出光束和調(diào)焦光束都采用類似傳統(tǒng)光盤的垂直入射和反射的方式，在多層存儲(chǔ)的情況下每個(gè)存儲(chǔ)層都會(huì)同時(shí)反射出信息，這些信息方向相同，強(qiáng)度相近，很難被區(qū)分開來，導(dǎo)致調(diào)焦和讀出失敗。因此，現(xiàn)有光卡信息讀出技術(shù)不能用于波導(dǎo)多層光卡的信息讀出。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述存在的難題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種可用于波導(dǎo)多層光卡的，能方便地分離光盤各層信息，避免層間信息相互串?dāng)_的信息讀出方法。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種多層光卡的信息讀出方法，所述信息讀出方法涉及的多層光卡的讀出裝置，包括信息讀出照明部分、光卡三維移動(dòng)控制部分、光學(xué)成像部分、信息獲取與處理部分和波導(dǎo)多層光卡五個(gè)部分；所述信息讀出方法的具體步驟如下1)照明光束側(cè)面耦合信息讀出照明部分使激光器發(fā)出的激光束從光卡的側(cè)面耦合進(jìn)入光卡內(nèi)某一待讀層，在所述待讀層內(nèi)形成導(dǎo)波并繼續(xù)向前傳播，在信息符即波導(dǎo)缺陷處，波導(dǎo)正常的導(dǎo)光條件遭到破壞，導(dǎo)致在信息符處有光泄漏，形成信息光；2)信息光接收所述信息光經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)成像于光電探測器CCD的光敏面上，并輸入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息光的接收；3)調(diào)焦計(jì)算機(jī)接收并分析CCD采集的圖像，控制平移臺(tái)帶動(dòng)光卡進(jìn)行高度的微調(diào)，由偏離焦點(diǎn)的位置向焦點(diǎn)的位置移動(dòng)，反復(fù)多次直到使光卡處于正焦位置；4)信息獲取與識(shí)別在光卡處于正焦位置時(shí)，計(jì)算機(jī)采集CCD接收的圖像信息，使用圖像處理的方法對(duì)該圖像進(jìn)行識(shí)別和轉(zhuǎn)換得到此位置記錄的數(shù)據(jù)；
5)單層信息連續(xù)讀出用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法，即計(jì)算機(jī)通過采集卡發(fā)出脈沖信號(hào)，來控制步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)裝載光卡的平移臺(tái)移動(dòng)，使波導(dǎo)多層光卡先沿著同一信道移動(dòng)，選擇信息單元，然后沿著垂直信道方向移動(dòng)，選擇不同信道，連續(xù)讀出所述待讀層內(nèi)全部信息單元；6)選層在讀完一層信息后，用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使照明光束沿著光卡厚度的方向移到下一待讀層并耦合進(jìn)入該層，同時(shí)用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使所述信息讀出裝置的光學(xué)成像部分做相應(yīng)的移動(dòng)，進(jìn)行選層；7)多層信息連續(xù)讀出重復(fù)上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導(dǎo)多層光卡所存儲(chǔ)的信息全部讀出為止；所述步驟1)中，在所述照明部分的光學(xué)結(jié)構(gòu)之前還設(shè)置一光闌。
所述步驟6)中，所述用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法進(jìn)行選層動(dòng)作僅實(shí)施于裝載光卡的工作面，其他部分保持不動(dòng)。
利用本發(fā)明提供的信息讀出方法，由于照明激光束耦合進(jìn)入波導(dǎo)多層光卡的某一待讀層內(nèi)，根據(jù)平面波導(dǎo)原理，光能量全部分布在所述待讀層內(nèi)，只有在所述待讀層內(nèi)的波導(dǎo)缺陷(信息符)處，才有信息光散射出來，經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)被CCD接收，其他層信息層的信息符無光能泄漏，從而能解決層間信息的相互串?dāng)_的問題。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的逐層讀出。
根據(jù)上述波導(dǎo)多層信息讀出方法，其特點(diǎn)是可以方便地、有效地解決層間串?dāng)_，為解決多層光卡存儲(chǔ)信息的讀出提供了一種行之有效的方法。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的波導(dǎo)多層光卡信息讀出光路示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的波導(dǎo)多層光卡每一層信息的分別示意圖。
具體實(shí)施方法以下結(jié)合

對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本實(shí)施例并不用于限制本發(fā)明，凡是采用本發(fā)明的相似結(jié)構(gòu)及其相似變化，均應(yīng)列入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種波導(dǎo)多層光卡的信息讀出方法，其光路基本原理參見圖1所示，照明激光器1發(fā)出的激光束經(jīng)透鏡2從波導(dǎo)多層光卡3的側(cè)面耦合進(jìn)入光卡某一待讀層內(nèi)，并在所示待讀層內(nèi)形成導(dǎo)波繼續(xù)向前沿著y軸(見圖1)傳播，當(dāng)導(dǎo)波傳播到信息符(波導(dǎo)缺陷)處，由于波導(dǎo)的正常導(dǎo)光條件遭到破壞，導(dǎo)波在信息符(波導(dǎo)缺陷)處泄漏出來，產(chǎn)生信息光。照明激光束同時(shí)會(huì)照亮光卡待讀層內(nèi)同一信道所有信息單元。光卡同一層內(nèi)信息分布情況見圖2所示，這樣，同一信道內(nèi)所有信息單元的相應(yīng)信息符(波導(dǎo)缺陷)處都有信息光產(chǎn)生。信息讀出時(shí)，用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方式，先沿B-B向選擇不同信息道，然后，沿著A-A向選擇同一信道內(nèi)不同信息單元，僅使所述信道內(nèi)的某一待讀信息單元的信息光通過透鏡5成像于接收器6的光敏面上。然后基于圖像處理技術(shù)對(duì)所獲取的信息像單元進(jìn)行自動(dòng)調(diào)焦。在正確調(diào)焦的前提下，讀出該信息單元所存儲(chǔ)的信息，并用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方式，實(shí)現(xiàn)所述層內(nèi)所有信息單元的逐信息道連續(xù)讀出。
在讀取完同一層內(nèi)所有信息單元后，采用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方式，使讀出照明光束耦合進(jìn)入波導(dǎo)多層光卡的另一信息層內(nèi)，同時(shí)使光卡上方的光學(xué)成像系統(tǒng)粗對(duì)焦于所述另一信息層，并對(duì)所述另一信息層進(jìn)行調(diào)焦、逐信道地連續(xù)讀出。類似地，完成光卡所有信息層的逐層連續(xù)讀出。
本發(fā)明的多層光卡的信息讀出方法，其具體步驟如下1)照明光束側(cè)面耦合讀出照明部分的透鏡2將其激光光源1發(fā)出的激光束從波導(dǎo)多層光卡3的側(cè)面(光卡厚度方向)耦合進(jìn)入光卡內(nèi)某一待讀層，在所述待讀層內(nèi)形成導(dǎo)波并繼續(xù)向前傳播。在信息符(波導(dǎo)缺陷)處，波導(dǎo)正常的導(dǎo)光條件遭到破壞，導(dǎo)致在信息符(波導(dǎo)缺陷)處有光泄漏，形成信息光。
2)信息光接收所述信息光經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)成像于光電探測器6即CCD的光敏面上，并通過視頻采集卡輸入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息光的接收。
3)調(diào)焦計(jì)算機(jī)接收到CCD采集到的圖像，計(jì)算機(jī)控制平移臺(tái)4帶動(dòng)光卡由偏離焦點(diǎn)的位置向焦點(diǎn)的位置移動(dòng)，進(jìn)行高度的微調(diào)，繼續(xù)接收CCD采集到的圖像，多次改變光卡高度，多次采集圖像后，使用圖像處理的方法對(duì)采集到的多幅圖像進(jìn)行對(duì)比，判斷出光卡的離焦?fàn)顟B(tài)，調(diào)整光卡的高度，使光卡處于正焦位置。
4)信息獲取與識(shí)別在光卡處于正焦位置時(shí)，計(jì)算機(jī)采集到CCD接收到的圖像信息，通過圖像處理的方法對(duì)該圖像進(jìn)行識(shí)別，把光卡上記錄的圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，得到此位置記錄的數(shù)據(jù)。
5)單層信息連續(xù)讀出用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使波導(dǎo)多層光卡先沿著橫向(A-A向)移動(dòng)(選擇同一信道內(nèi)不同信息單元)，然后沿著縱向(B-B向)移動(dòng)(選擇不同“信道”)，這樣逐塊、逐道連續(xù)讀出光卡所述待讀層內(nèi)全部信息。
6)選層在讀完一層信息后，用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使照明光束沿著光卡厚度的方向(Z向)，移到下一待讀層并耦合進(jìn)入該層，同時(shí)用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使所述信息讀出裝置的光學(xué)成像部分做相應(yīng)的移動(dòng)，進(jìn)行選層。
7)多層信息連續(xù)讀出重復(fù)上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導(dǎo)多層光卡所存儲(chǔ)的信息全部讀出為止。
權(quán)利要求
1.一種波導(dǎo)多層光卡的信息讀出方法，其特征在于，方法涉及的光路讀出裝置包括信息讀出照明部分、光卡三維移動(dòng)控制部分、光學(xué)成像部分、信息獲取與處理部分和多層光卡五個(gè)部分；所述讀出方法的具體步驟如下1)照明光束側(cè)面耦合信息讀出照明部分使激光器發(fā)出的激光束從光卡的側(cè)面耦合進(jìn)入光卡內(nèi)某一待讀層，在所述待讀層內(nèi)形成導(dǎo)波并繼續(xù)向前傳播，在信息符即波導(dǎo)缺陷處，波導(dǎo)正常的導(dǎo)光條件遭到破壞，導(dǎo)致在信息符處有光泄漏，形成信息光；2)信息光接收所述信息光經(jīng)過光學(xué)成像系統(tǒng)成像于光電探測器CCD的光敏面上，并輸入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息光的接收；3)調(diào)焦計(jì)算機(jī)接收并分析CCD采集的圖像，控制平移臺(tái)帶動(dòng)光卡進(jìn)行高度的微調(diào)，由偏離焦點(diǎn)的位置向焦點(diǎn)的位置移動(dòng)，反復(fù)多次直到使光卡處于正焦位置；4)信息獲取與識(shí)別在光卡處于正焦位置時(shí)，計(jì)算機(jī)采集CCD接收的圖像信息，使用圖像處理的方法對(duì)該圖像進(jìn)行識(shí)別和轉(zhuǎn)換得到此位置記錄的數(shù)據(jù)；5)單層信息連續(xù)讀出用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使波導(dǎo)多層光卡先沿著同一信道移動(dòng)，選擇信息單元，然后沿著垂直信道方向移動(dòng)，選擇不同信道，連續(xù)讀出所述待讀層內(nèi)全部信息單元；6)選層在讀完一層信息后，用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使照明光束沿著光卡厚度的方向移到下一待讀層并耦合進(jìn)入該層，同時(shí)用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使所述信息讀出裝置的光學(xué)成像部分做相應(yīng)的移動(dòng)，進(jìn)行選層；7)多層信息連續(xù)讀出重復(fù)上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導(dǎo)多層光卡所存儲(chǔ)的信息全部讀出為止。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)多層光卡的信息讀出方法，其特征在于，所述步驟1)中，在所述照明部分的光學(xué)結(jié)構(gòu)之前還設(shè)置一光闌。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)多層光卡的信息讀出方法，其特征在于，所述步驟6)中，所述用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法進(jìn)行選層動(dòng)作僅實(shí)施于裝載光卡的工作面，其他部分保持不動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種波導(dǎo)多層光卡的一種讀出方法，特點(diǎn)是其步驟為1)照明激光進(jìn)入光卡內(nèi)待讀層，在光卡信息符處，導(dǎo)波產(chǎn)生泄漏，形成信息光；2)信息光成像于光電探測器CCD的光敏面上，并輸入計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息光接收；3)計(jì)算機(jī)接收并分析CCD采集的圖像，控制平移臺(tái)帶動(dòng)光卡向焦點(diǎn)的位置移動(dòng)，進(jìn)行調(diào)焦；4)計(jì)算機(jī)通過圖像處理的方法對(duì)接收的圖像進(jìn)行識(shí)別和轉(zhuǎn)換得到此位置記錄的數(shù)據(jù)；5)用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法進(jìn)行逐個(gè)信息單元、逐條信息道連續(xù)讀出；6)用計(jì)算機(jī)控制的機(jī)械的方法使照明光束耦合進(jìn)入下一待讀層并相應(yīng)移動(dòng)光學(xué)成像進(jìn)行選層；7)重復(fù)上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導(dǎo)多層光卡所存儲(chǔ)的信息全部讀出為止。
文檔編號(hào)G06K7/10GK1825336SQ200610025028
公開日2006年8月30日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月24日
發(fā)明者張培茗, 董祥美, 陳家璧, 梁忠誠, 莊松林 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)