專利名稱：波導多層光卡的信息讀出方法
技術領域：
本發明涉及光存儲技術，特別是涉及到一種基于波導原理的多層光存儲載體光卡的信息讀出技術。
背景技術：
光卡是一種特殊的住處存儲載體，出現于八十年代中期，至今已有十多年歷史。其存儲技術與光盤所用的技術非常相似。隨著光盤存儲技術的成熟與推廣，光卡技術也正以極快的速度滲透到計算機應用的各個領域。與其它便攜式存儲卡相比，光卡存儲容量很大，一張光卡可以存儲4-6MB的信息，是磁卡的幾萬倍，并可以用來存儲幾何圖形，如照片，指紋，X光照片等信息。隨著信息社會和知識經濟迅速發展，高密度大容量數據存儲是信息科學中的關鍵研究領域，是信息社會和知識經濟迅速發展的重要支撐條件之一，在國民建設和現代科學技術中具有十分重要的地位。人們正在設法進一步提高光存儲的存儲密度，如采用大數值孔徑物鏡或使用較短波長的激光光源等。但是，現今的光存儲面密度已經接近由電磁波衍射效應引起的空間分辨率極限，下一代超高密度光存儲將建立在突破衍射分辨的近場光學存儲技術或突破光卡平面限制的三維光學體存儲技術之上。
三維光學存儲器中數據不只記錄在介質的表面，而是記錄在具有一定厚度的介質體內。三維光存儲的優勢在于1)突破二維平面限制，存儲容量高；2)適于并行讀寫，數據傳輸速率快；3)可實現無機械運動結構設計，適用于特殊領域應用。三維光存儲主要有兩種方式一是全息體存儲，二是多層位存儲。全息體存儲因為其誤碼率較難控制，目前還不能夠用于數據存儲。多層位存儲可以借用許多目前已經發展起來的單層光盤存儲技術，誤碼率可與單層光盤存儲技術相當，但也有一系列新問題，主要是讀出時的層間串擾和讀出時的信息調焦對準問題。目前提出的多層位存儲主要有三種雙光子多層存儲技術、熒光多層存儲技術和波導多層存儲技術。雙光子多層存儲技術和熒光多層存儲技術可以減少層間串擾和提高存儲密度，但雙光子多層技術需要采用結構復雜的裝置和體積龐大的脈沖激光光源，成本昂貴；熒光多層技術實用化的主要困難在于數據記錄方法和存儲盤制作工藝復雜，對數據讀出系統的靈敏度要求很高，目前均處于實驗室研究階段。波導多層存儲技術可以利用波導光照明技術有效的完全避免層間串擾，既保持了發光型讀出靈敏度高的優點，又可以克服雙光子技術中熒光讀出的數據擦除效應，同時也避免了熒光多層技術中復雜的數據記錄方法和盤片制作工藝，此外該存儲方法適合于設計成無機械運動結構，在航天航空等特殊領域具有重要的應用前景。無疑該存儲技術的突破和應用將會帶來巨大的經濟效益。
用波導多層存儲方法提高光卡存儲器件的存儲密度的主要困難是如何實現波導多層光卡所記錄信息的讀出。現有光卡均為單層存儲載體，其讀出光束和調焦光束都采用類似傳統光盤的垂直入射和反射的方式，在多層存儲的情況下每個存儲層都會同時反射出信息，這些信息方向相同，強度相近，很難被區分開來，導致調焦和讀出失敗。因此，現有光卡信息讀出技術不能用于波導多層光卡的信息讀出。
發明內容
針對上述存在的難題，本發明所要解決的技術問題是提供一種可用于波導多層光卡的，能方便地分離光盤各層信息，避免層間信息相互串擾的信息讀出方法。
為了解決上述技術問題，本發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、光卡三維移動控制部分、光學成像部分、信息獲取與處理部分和波導多層光卡五個部分；所述信息讀出方法的具體步驟如下1)照明光束側面耦合信息讀出照明部分使激光器發出的激光束從光卡的側面耦合進入光卡內某一待讀層，在所述待讀層內形成導波并繼續向前傳播，在信息符即波導缺陷處，波導正常的導光條件遭到破壞，導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過光學成像系統成像于光電探測器CCD的光敏面上，并輸入計算機，實現信息光的接收；3)調焦計算機接收并分析CCD采集的圖像，控制平移臺帶動光卡進行高度的微調，由偏離焦點的位置向焦點的位置移動，反復多次直到使光卡處于正焦位置；4)信息獲取與識別在光卡處于正焦位置時，計算機采集CCD接收的圖像信息，使用圖像處理的方法對該圖像進行識別和轉換得到此位置記錄的數據；
5)單層信息連續讀出用計算機控制的機械的方法，即計算機通過采集卡發出脈沖信號，來控制步進電機帶動裝載光卡的平移臺移動，使波導多層光卡先沿著同一信道移動，選擇信息單元，然后沿著垂直信道方向移動，選擇不同信道，連續讀出所述待讀層內全部信息單元；6)選層在讀完一層信息后，用計算機控制的機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入該層，同時用計算機控制的機械的方法使所述信息讀出裝置的光學成像部分做相應的移動，進行選層；7)多層信息連續讀出重復上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導多層光卡所存儲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結構之前還設置一光闌。
所述步驟6)中，所述用計算機控制的機械的方法進行選層動作僅實施于裝載光卡的工作面，其他部分保持不動。
利用本發明提供的信息讀出方法，由于照明激光束耦合進入波導多層光卡的某一待讀層內，根據平面波導原理，光能量全部分布在所述待讀層內，只有在所述待讀層內的波導缺陷(信息符)處，才有信息光散射出來，經過光學成像系統被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擾的問題。實現數據的逐層讀出。
根據上述波導多層信息讀出方法，其特點是可以方便地、有效地解決層間串擾，為解決多層光卡存儲信息的讀出提供了一種行之有效的方法。
圖1是本發明實施例的波導多層光卡信息讀出光路示意圖；圖2是本發明實施例的波導多層光卡每一層信息的分別示意圖。
具體實施方法以下結合
對本發明的實施例作進一步詳細描述，但本實施例并不用于限制本發明，凡是采用本發明的相似結構及其相似變化，均應列入本發明的保護范圍。
本發明實施例所提供的一種波導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發出的激光束經透鏡2從波導多層光卡3的側面耦合進入光卡某一待讀層內，并在所示待讀層內形成導波繼續向前沿著y軸(見圖1)傳播，當導波傳播到信息符(波導缺陷)處，由于波導的正常導光條件遭到破壞，導波在信息符(波導缺陷)處泄漏出來，產生信息光。照明激光束同時會照亮光卡待讀層內同一信道所有信息單元。光卡同一層內信息分布情況見圖2所示，這樣，同一信道內所有信息單元的相應信息符(波導缺陷)處都有信息光產生。信息讀出時，用計算機控制的機械的方式，先沿B-B向選擇不同信息道，然后，沿著A-A向選擇同一信道內不同信息單元，僅使所述信道內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對所獲取的信息像單元進行自動調焦。在正確調焦的前提下，讀出該信息單元所存儲的信息，并用計算機控制的機械的方式，實現所述層內所有信息單元的逐信息道連續讀出。
在讀取完同一層內所有信息單元后，采用計算機控制的機械的方式，使讀出照明光束耦合進入波導多層光卡的另一信息層內，同時使光卡上方的光學成像系統粗對焦于所述另一信息層，并對所述另一信息層進行調焦、逐信道地連續讀出。類似地，完成光卡所有信息層的逐層連續讀出。
本發明的多層光卡的信息讀出方法，其具體步驟如下1)照明光束側面耦合讀出照明部分的透鏡2將其激光光源1發出的激光束從波導多層光卡3的側面(光卡厚度方向)耦合進入光卡內某一待讀層，在所述待讀層內形成導波并繼續向前傳播。在信息符(波導缺陷)處，波導正常的導光條件遭到破壞，導致在信息符(波導缺陷)處有光泄漏，形成信息光。
2)信息光接收所述信息光經過光學成像系統成像于光電探測器6即CCD的光敏面上，并通過視頻采集卡輸入計算機，實現信息光的接收。
3)調焦計算機接收到CCD采集到的圖像，計算機控制平移臺4帶動光卡由偏離焦點的位置向焦點的位置移動，進行高度的微調，繼續接收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采集到的多幅圖像進行對比，判斷出光卡的離焦狀態，調整光卡的高度，使光卡處于正焦位置。
4)信息獲取與識別在光卡處于正焦位置時，計算機采集到CCD接收到的圖像信息，通過圖像處理的方法對該圖像進行識別，把光卡上記錄的圖像信息轉換為數字量，得到此位置記錄的數據。
5)單層信息連續讀出用計算機控制的機械的方法使波導多層光卡先沿著橫向(A-A向)移動(選擇同一信道內不同信息單元)，然后沿著縱向(B-B向)移動(選擇不同“信道”)，這樣逐塊、逐道連續讀出光卡所述待讀層內全部信息。
6)選層在讀完一層信息后，用計算機控制的機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入該層，同時用計算機控制的機械的方法使所述信息讀出裝置的光學成像部分做相應的移動，進行選層。
7)多層信息連續讀出重復上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導多層光卡所存儲的信息全部讀出為止。
權利要求
1.一種波導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、光卡三維移動控制部分、光學成像部分、信息獲取與處理部分和多層光卡五個部分；所述讀出方法的具體步驟如下1)照明光束側面耦合信息讀出照明部分使激光器發出的激光束從光卡的側面耦合進入光卡內某一待讀層，在所述待讀層內形成導波并繼續向前傳播，在信息符即波導缺陷處，波導正常的導光條件遭到破壞，導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過光學成像系統成像于光電探測器CCD的光敏面上，并輸入計算機，實現信息光的接收；3)調焦計算機接收并分析CCD采集的圖像，控制平移臺帶動光卡進行高度的微調，由偏離焦點的位置向焦點的位置移動，反復多次直到使光卡處于正焦位置；4)信息獲取與識別在光卡處于正焦位置時，計算機采集CCD接收的圖像信息，使用圖像處理的方法對該圖像進行識別和轉換得到此位置記錄的數據；5)單層信息連續讀出用計算機控制的機械的方法使波導多層光卡先沿著同一信道移動，選擇信息單元，然后沿著垂直信道方向移動，選擇不同信道，連續讀出所述待讀層內全部信息單元；6)選層在讀完一層信息后，用計算機控制的機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入該層，同時用計算機控制的機械的方法使所述信息讀出裝置的光學成像部分做相應的移動，進行選層；7)多層信息連續讀出重復上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導多層光卡所存儲的信息全部讀出為止。
2.據權利要求1所述的波導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結構之前還設置一光闌。
3.據權利要求1所述的波導多層光卡的信息讀出方法，其特征在于，所述步驟6)中，所述用計算機控制的機械的方法進行選層動作僅實施于裝載光卡的工作面，其他部分保持不動。
全文摘要
本發明公開了一種波導多層光卡的一種讀出方法，特點是其步驟為1)照明激光進入光卡內待讀層，在光卡信息符處，導波產生泄漏，形成信息光；2)信息光成像于光電探測器CCD的光敏面上，并輸入計算機，實現信息光接收；3)計算機接收并分析CCD采集的圖像，控制平移臺帶動光卡向焦點的位置移動，進行調焦；4)計算機通過圖像處理的方法對接收的圖像進行識別和轉換得到此位置記錄的數據；5)用計算機控制的機械的方法進行逐個信息單元、逐條信息道連續讀出；6)用計算機控制的機械的方法使照明光束耦合進入下一待讀層并相應移動光學成像進行選層；7)重復上述步驟2)至步驟6)的過程，直到波導多層光卡所存儲的信息全部讀出為止。
文檔編號G06K7/10GK1825336SQ200610025028
公開日2006年8月30日 申請日期2006年3月24日 優先權日2006年3月24日
發明者張培茗, 董祥美, 陳家璧, 梁忠誠, 莊松林 申請人:上海理工大學