專利名稱：一種面陣式高密度光盤數(shù)據(jù)存儲閱讀器及其設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光學(xué)電子器件數(shù)據(jù)的存儲和閱讀在現(xiàn)代信息處理中起著十分重要的作用，尤其是大容量和高密度的數(shù)據(jù)存儲和閱讀方式，更是各工業(yè)發(fā)達(dá)國家研究的熱點。目前在計算機(jī)中普遍應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲器主要有磁盤和光盤兩種形式，即把二進(jìn)位數(shù)據(jù)以一定的方式存儲在磁盤和光盤上，然后用磁頭和光學(xué)頭對所存儲的信號進(jìn)行閱讀。每張磁盤和光盤，通常只能用一個磁頭和光學(xué)頭對數(shù)據(jù)進(jìn)行閱讀。在閱讀中，磁盤和光盤需作高速旋轉(zhuǎn)，磁頭和光學(xué)頭需在記錄儀的伺服系統(tǒng)的控制下作相應(yīng)的機(jī)械位移，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤和讀取。這類數(shù)據(jù)記錄裝置均已實用化。然而，隨著高速大容量計算機(jī)和多媒體技術(shù)的發(fā)展，對數(shù)據(jù)的存儲密度和閱讀傳輸速度的要求越來越高。如依然采用單一磁頭和光學(xué)頭并結(jié)合機(jī)械的方式對數(shù)據(jù)進(jìn)行逐點串聯(lián)式的閱讀，將受到制造工藝和成本的限制。
上述光盤數(shù)據(jù)閱讀方式具有如下的程式光源Lx→光盤Dx→數(shù)據(jù)閱讀Rx→數(shù)據(jù)傳輸Tx其中，光源Lx為半導(dǎo)體激光光源，二進(jìn)位數(shù)據(jù)被記錄在反射式光盤Dx上。在實際數(shù)據(jù)閱讀時，光盤Dx作高速旋轉(zhuǎn)，激光頭由光盤驅(qū)動器的伺服機(jī)構(gòu)控制。激光束被精細(xì)聚焦后對光盤上的數(shù)據(jù)點進(jìn)行精確跟蹤，并由光學(xué)頭Rx對數(shù)據(jù)進(jìn)行閱讀。這種數(shù)據(jù)的閱讀和傳輸Tx是以逐點和串聯(lián)型的方式進(jìn)行的。當(dāng)數(shù)據(jù)的存儲密度提高后，為提高閱讀速度，即提高數(shù)據(jù)的傳輸速度，除了需改進(jìn)電子部件的信號傳輸性能外，需極大地提高光盤的機(jī)械轉(zhuǎn)速和光學(xué)頭的機(jī)械跟蹤尋址速度，這對驅(qū)動器的工藝設(shè)計將提出很高的要求，需解決光盤高速旋轉(zhuǎn)運動時的一系列技術(shù)和工藝難題，如需解決高速運動時的激光自動聚焦、跟蹤、尋址、防振等難題。這也是在較惡劣的具有較大振動的環(huán)境下光盤驅(qū)動器的應(yīng)用受到限制的原因，磁盤驅(qū)動器的應(yīng)用也受到同樣的限制。這將給數(shù)據(jù)存儲密度和閱讀速度的提高帶來困難和限制。
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種高密度快速閱讀傳輸?shù)墓獗P數(shù)據(jù)存儲閱讀器及其設(shè)計方法。
本發(fā)明的原理為如下的程式光源Lx→光盤Dx→數(shù)據(jù)閱讀Rx→數(shù)據(jù)傳輸Tx
在實驗中，采用普通低功率照明光源Lx，光強(qiáng)可調(diào)，二進(jìn)位數(shù)據(jù)以黑白圓點(黑代表1，白代表0)分隔的方式被印刻記錄在一塊透明的玻璃基板Dx上。數(shù)據(jù)閱讀器Rx是市場通用的單色CCD探測器，例如具有768×494象素的陣列式單色CCD探測器，面積為4.8×3.6mm，每個象素的面積為6.4×7.4μm，單位面積的象素密度約為2.2兆/cm2。玻片光盤面積與CCD探測面積相當(dāng)，將數(shù)據(jù)記錄玻片貼緊在CCD的光信號采集面上。數(shù)據(jù)記錄的總面積與CCD面積一致，數(shù)據(jù)密度可調(diào)，最高的數(shù)據(jù)記錄和閱讀密度等于CCD的象素密度。由普通光源對波片進(jìn)行均勻照明，CCD的每個象素就測量到記錄在波片上的黑白分明的圓點信號，對應(yīng)于二進(jìn)位數(shù)字信號。對于8位A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換具有256灰度的CCD探測器，每秒可閱讀和傳輸30幅完整的CCD信號，相當(dāng)于在最高的數(shù)據(jù)記錄密度下，達(dá)到107bits/s數(shù)據(jù)閱讀和傳輸速度。
在實驗中，采用了商用CCD探測器。在實際應(yīng)用中，由于黑白數(shù)字信號只需要50％對比度就能被分辨出來，可省去A/D信號轉(zhuǎn)換方式，將至少可使信號閱讀和傳輸速度提高10倍，可達(dá)到≥108bits/s的數(shù)據(jù)傳輸速度。由于采用了信號測量與所記錄的數(shù)字信號一一對應(yīng)的閱讀方式，并免去了信號閱讀頭的任何機(jī)械移動部件，因此可采用更快速的并行數(shù)字信號閱讀方式。以十分保守的計算，如速度再被提高10倍(8-16位數(shù)字并行閱讀)，可實用的數(shù)據(jù)傳輸速度將達(dá)到≥109bits/s。
為進(jìn)一步降低成本，用硅基陣列式探測器?？刹捎脝尉Ч杌蚨嗑Ч瑁踔练蔷Ч瓒O管陣列或CMOS陣列探測器代替CCD陣列探測器，其探測面積與玻片光盤面積相當(dāng)。采用目前成熟的0.25μm半導(dǎo)體集成電路工藝技術(shù)，簡易硅二極管探測器的密度可達(dá)到≥109/cm2，相應(yīng)的光盤數(shù)據(jù)存儲和閱讀密度可迭109/cm2。采用此方式，一張10×10cm面積光盤，對應(yīng)于10×10cm面積的硅二極管陣列探測器，可記錄和快速閱讀1011bits的數(shù)字信號，相當(dāng)于每張光盤存儲12GByte的數(shù)據(jù)密度，僅需≤100秒就能被傳輸完畢。這是用單一磁頭和光學(xué)頭閱讀方式難以做到的。
本發(fā)明的設(shè)計制備方法在實施例中已詳細(xì)描述，需要說明的是透明玻璃基板厚0.5-2.0mm，太薄了，光盤易損，太厚了，透光性能差。
利用本方法設(shè)計的面陣式高密度光盤數(shù)據(jù)存儲和閱讀器的特點為采用數(shù)據(jù)的面陣式光學(xué)存儲和閱讀方法，具有數(shù)據(jù)存儲密度高，閱讀速度快的特點，其極限數(shù)據(jù)存儲密度僅受到探測器陣列密度的限制，并且存儲器技術(shù)與大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路技術(shù)相兼容。在數(shù)據(jù)閱讀和傳輸過程中無任何機(jī)械振動和位移，因而顯著提高了器件的防振和在惡劣環(huán)境中的應(yīng)用能力。器件的工作狀態(tài)穩(wěn)定，壽命長。采用這種方法制備的新型高密度光盤數(shù)據(jù)存儲和閱讀器，記錄媒體和信息(包括光盤)極不易被模仿和偽造，這將對信息媒體和知識產(chǎn)權(quán)起到十分有效的保護(hù)作用。
本發(fā)明的實施例如下在實驗中，采用一個普通低功率的鎢絲燈作為照明光源，通過改變燈絲電壓將光調(diào)至合適的強(qiáng)度。將二進(jìn)位數(shù)據(jù)以黑白圓點(黑代表1，白代表0)分隔的方式印刻記錄在一塊約1mm厚的透明玻璃基板上。采用商品陣列式單色CCD探測器數(shù)據(jù)閱讀器，它具有768×494象素，數(shù)據(jù)采集面積為4.8×3.6mm，每個象素的面積為6.4×7.4μm，單位面積的象素密度約為2.2兆/cm2。將記有數(shù)據(jù)的玻璃基板面貼緊在CCD的光信號采集面上。數(shù)據(jù)記錄的總面積與CCD面積一致，但數(shù)據(jù)密度可調(diào)，其最高的數(shù)據(jù)記錄和閱讀密度等于CCD的象素密度。將光源對玻璃基片進(jìn)行均勻照明，透射到CCD上。CCD象素就真實測量到記錄在波璃基片上黑白分明的圓點信號，即對應(yīng)于所記錄的二進(jìn)位數(shù)字信號。對于8位A/D數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換具有256灰度的CCD探測器，每秒可閱讀和傳輸30幅完整的CCD信號，在最高的數(shù)據(jù)記錄密度下，相當(dāng)于達(dá)到107bits/s數(shù)據(jù)閱讀和傳輸速度。
對于實際僅黑白二個狀態(tài)的數(shù)字信號進(jìn)行測量，可省去A/D信號轉(zhuǎn)換功能，并采用并行數(shù)字信號閱讀方式(8-16位數(shù)字并行閱讀)，供實用的數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)到≥109bits/s。
可進(jìn)一步采用成熟的大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路工藝技術(shù)，如0.25μm工藝技術(shù)，可制備成單晶硅(或多晶硅，甚至非晶硅)二極管陣列代替CCD探測器。其硅二極管探測器的陣列密度可達(dá)到≥109/cm2。采用同樣的集成電路工藝可制備高密度的數(shù)據(jù)存儲光盤，數(shù)據(jù)存儲密度也可相應(yīng)達(dá)到109/cm2。采用此方式，一張10×10cm面積光盤，對應(yīng)于10×10cm面積的硅二極管陣列探測器，可記錄和快速閱讀1011bits的數(shù)字信號，相當(dāng)于每張光盤存儲12GByte的數(shù)據(jù)密度。單張光盤即可滿足目前許多大容量媒體信息存儲的要求，并僅需≤100秒就能將數(shù)據(jù)閱讀和傳輸完畢。
玻璃基片與探測器陣列的準(zhǔn)直問題，可通過電致伸縮陶瓷和設(shè)置特別的準(zhǔn)直標(biāo)記的方法有效解決。
權(quán)利要求
1.一種面陣式高密度光盤數(shù)據(jù)存儲閱讀器，包括光源、光盤、數(shù)據(jù)閱讀器、數(shù)據(jù)傳輸，其特征在于用的光源是普通照明光源，二進(jìn)位數(shù)據(jù)是黑白圓點分隔記錄在透明玻璃基板上，采用市場通用的陣列式單色CCD探測器作為數(shù)據(jù)閱讀器，數(shù)據(jù)記錄玻片緊貼CCD探測器，采用高速數(shù)據(jù)并行傳輸。
2.一種面陣式高密度光盤數(shù)據(jù)存儲閱讀器的設(shè)計方法，其特征在于采用低功率普通照明光源，照明在透明玻璃基板上，玻璃基板有黑白圓點分隔印記表示二進(jìn)位數(shù)據(jù)，用市場通用的陣列式單色CCD探測器作為數(shù)據(jù)閱讀器，玻璃基板貼緊CCD探測器，其密度與數(shù)據(jù)記錄密度對應(yīng)，采用高速數(shù)據(jù)并行傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣式高密度光盤數(shù)據(jù)存儲閱讀器，其特征在于數(shù)據(jù)閱讀器是硅基陣列式光電探測器，其探測面積與玻片光盤面積相當(dāng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面陣式高密度光盤數(shù)據(jù)存儲閱讀器，其特征在于透明玻璃基板厚0.5-2.0mm。
全文摘要
傳統(tǒng)的磁記錄和光記錄器均采用單磁頭和單光學(xué)頭對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和讀取,并由機(jī)械位移方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的尋址和閱讀。本發(fā)明采用面陣式光探測器實現(xiàn)光盤數(shù)據(jù)的高密度快速閱讀。光盤的數(shù)據(jù)記錄密度與面陣光探測器的密度一致,其極限數(shù)據(jù)存儲密度僅受到探測器陣列密度的限制。在數(shù)據(jù)閱讀和傳輸過程消除了記錄頭的機(jī)械位移,因而顯著提高了器件的防振和環(huán)境應(yīng)用能力。器件的工作狀態(tài)穩(wěn)定,壽命長,極不易被模仿和偽造。
文檔編號G11B7/00GK1213126SQ98121929
公開日1999年4月7日 申請日期1998年9月30日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月30日
發(fā)明者陳良堯, 鄭玉祥, 張榮君, 夏國強(qiáng), 陳岳立, 趙海斌, 楊月梅 申請人:復(fù)旦大學(xué)