CN1602519A - 光学读取设备 - Google Patents
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Abstract
一种用于从电致发光的数据存储媒质中读取数据的光学读取设备，其包括：驱动电路(4)，用于利用随时间变化的施加信号驱动发射辐射的材料；辐射检测器阵列(6)，用于检测从该数据存储媒质中发出的辐射，并生成辐射检测信号；以及处理部分(8)，设置用于处理检测信号，从而根据定时基准信号来区分读取数据存储媒质中不同类型的标记而获得的检测信号。
Description
本发明涉及一种光学读取设备，特别涉及一种用于从数据存储媒质中读取数据的光学读取设备，其包括在所施加信号的影响下发出辐射的发射辐射材料。借助于材料在所施加信号的影响下发出辐射，已经了解了多种现象。一个例子是电致发光，其中材料在所施加电压信号的影响下发出辐射。另一个例子是荧光，其中材料在激发辐射信号的影响下发出辐射。
国际专利公开WO-A-0048197描述了一种电致发光的多层光学信息存储媒质，该媒质具有多个信息层。信息以电致发光材料的形式存储在每一层上。信息被组织放入称为页面的区域中。可以通过将电极集成到媒质中来对特定层上的特定页面进行寻址。将数据以电致发光特性的形式编码到媒质中，该特性根据被读取的数据值发生改变。
使用能够在所施加信号的影响下发射辐射的数据记录媒质，将有希望提高数据存储系统中的数据密度。
根据本发明，提供了一种用于从发射辐射的数据存储媒质中读取数据的光学读取设备，所述的媒质包括以数据存储区域的形式存储数据的发射辐射的材料，该媒质能够在所施加信号的驱动下发出变化的辐射量，所述的数据存储区域至少包括第一类数据存储区域和第二类数据存储区域，这些存储区域表示不同的第一和第二数据值，所述的设备包括：
用于利用所施加的信号驱动发射辐射材料的驱动部分；
用于检测从所述数据存储区域发出的辐射并生成辐射检测信号的辐射检测部分；以及
用于处理所述检测信号从而生成对应于存储在媒质中的数据的数据信号的处理部分；
其中将所述的驱动部分设置为用于生成随时间变化的施加信号，并且其中将处理部分设置为用于处理该检测信号，从而依靠该检测信号的时间特性，将读取所述的第一类数据存储区域而获得的检测信号与读取所述的第二类数据存储区域而获得的检测信号区分开。
本发明提供了一种用于从数据存储媒质中读取数据的有效的装置，该媒质以具有不同发射率级的区域的形式存储数据。
在一个优选实施例中，本发明实现了一个多级数据编码方案，其中将至少三个不同的发射率级编码到数据存储媒质中。在实现该多级编码方案的过程中，一个方法是使用检测器阵列来产生模拟信号，并且为每个不同的检测器提供一个模数转换器从而产生适当的数字化级，因此恢复了该存储的信息。然而，这对于每一个检测器来说都要包括复杂的电子电路，或者另一种情况是在整体上减少了阵列的数据提取速度。本发明的应用允许使用数量最少的、一个单独的数模转换器，或者一个单独的模数转换器，由此显著地减少了该设备的复杂程度。
其他的优点在于可以调整扫描速度从而使得该设备适应系统中不同的信噪比，或者适应在多层编码方案中所选择的级数量。
通过以下对于本发明优选实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得更加清晰，该实施例仅仅是示例性的并且参照附图进行说明，其中：
图1是根据本发明实施例的光学读取设备的示意图；
图2是表示电致发光材料的驱动电压与亮度之间的关系的曲线图；
图3是表示图1所示的配置的其他细节的示意图；以及
图4(A)到(C)是表示根据本发明实施例的来自检测器的检测信号的曲线图。
现在参照图1，本发明涉及一种用于从发射辐射的数据存储媒质2中读取数据的光学读取设备。在一个实施例中，数据存储媒质2是一个有机发光设备(OLED)，该设备包括一个有机电致发光材料的平面层，例如将聚苯撑乙烯(PPV)夹在两个平面电极层之间，至少该平面层的上部包括透明的导电材料，例如铟锡氧化物(ITO)。通过在该材料的离散的数据存储区域中局部地改变该材料的发射率强度来存储数据。该数据存储区域的发射率的强度在各个数据存储区域之间是变化的。这种变化是在制造数据存储媒质的过程中通过预构图的光刻方式实现的，在这种情况下该媒质是只读类型，或者通过使用写入设备而实现，该设备可以与本发明的读取设备相结合，该写入设备包括辐射光源，例如激光束或紫外光束，从而在写入过程中有选择地减少数据区域中发射率的强度，在这种情况下，该媒质是可写一次或者可多次重写的类型。
该光学读取设备也包括用于以所施加的电压信号来驱动发射辐射的数据存储媒质2的驱动电路4，该电压信号由媒质2的电极施加到电致发光层上。在任何一次仅将一个电压施加到整个数据承载层上。该驱动电路4用于产生一个随时间变化的电压信号，从而在一个读取周期内产生一个从每个数据存储区域中输出的随时间变化的辐射。
辐射检测器阵列6用于检测从选定区域发出的辐射，该区域在此被称为“页面”P，P包括多个单独的数据存储区域，该区域在下文中被称为“标记”。检测器6可以是互补金属氧化物硅(CMOS)传感器阵列的形式或者电荷耦合器件(CCD)阵列的形式。
处理电路8处理辐射检测器6所生成的检测信号从而生成输出数据信号，该信号对应于存储在目前正在从数据存储媒质2中读取的页面中的数据，并且控制驱动电路4的运行。
将光学系统10置于光学读取设备中的数据存储媒质2与辐射检测器6的位置之间，从而将目前正被读取的页面P成像到检测器阵列上。该光学系统优选地可以用于分辨出具有一个尺寸的区域(对应于标记的区域)，该尺寸接近于数据存储媒质所发出的辐射的衍射极限光点尺寸。
图2表示了数据存储媒质2中从三个不同类型的标记中输出的辐射的亮度级I1、I2和I3。应该注意到，本发明的一个实施例中所使用的这些数值是示例性的典型值；然而根据所使用的材料，该数值也可能发生变化。应该注意沿纵轴的值以坎德拉/米2为单位给出，而沿横轴的值以伏特为单位给出。
第一类型的标记对应于第一数据值，具有最高的发射特性曲线I1，对于任意选定的驱动电压都具有最高的亮度级。第二类型的标记对应于第二数据值，具有中等的发射特性曲线I2，对于任意选定的驱动电压都具有中等的亮度级。第三类型的标记对应于第三数据值，具有最低的发射特性曲线I3，对于任意选定的驱动电压都具有最低的亮度级。每个特性曲线的亮度随着驱动电压级的增加而增加。不同标记的发射特性曲线，在所示的驱动电压下，其亮度随着驱动电压通常按指数规律地增长。
图3更为详细地表示了本发明一个实施例中的驱动电路4和处理电路8的各个元件。在这个实施例中，驱动电路4包括将计数信号C提供给数模转换器(D/A)22的计数信号发生器。计数信号C在读取周期中以规则的间隔、周期性地增长。该数模转换器根据接收到的计数信号C生成一个连续变化的施加电压信号A，该信号被施加到数据存储媒质2的电极上。该所施加信号优选为近似地线性变化。
该数据存储媒质2包括多个不同类型的数据存储区域。在本实施例中，具有三种不同类型的标记，其对应于三级编码方案。每个数据存储区域对应于不同的数据值，从而在任何特定的数据存储区域中可以出现三种不同的数据值。在任何特定的数据存储区域中可能出现的不同数据值的数量(在本例中为3)本文中是指多级编码方案中的编码级的数量。该计数信号发生器20用于生成一个随频率变化的计数信号，该频率至少是每个读取周期中数据存储媒质的编码级数量的两倍。
同样，将计数信号C提供给信号处理器24，该处理器利用该计数信号来处理来自检测器阵列6的检测信号，并且采样率对应于计数信号C。为了使输出电平可以在某个公差范围内变化，考虑到每种不同的标记类型，计数信号的频率优选为每个读取周期的编码级数量的至少四倍，从而可以可靠地区别每种标记类型。
检测器阵列6对于位于该检测器阵列中的、与目前被读取的页面P中的每个不同标记的区域相对应的每个像素或者每组像素(在此被称为检测器)生成不同的输出信号D1、D2……Dn。将这些不同的检测信号中的每一个在信号处理器24中分别地进行处理。在一个读取周期中，检测器阵列6中的每个检测器的输出随着数据存储媒质2中的每个标记的光输出量的增加而增加，该光输出量的增加是在逐渐增加的施加电压信号A的影响下而产生的。在读取周期内的某个时刻，来自每个检测器的输出达到饱和电平，该饱和电平对应于该标记的类型。发出较大辐射量的标记类型所发出的辐射数量使得相应的检测器在读取周期的早期达到饱和。相反地，发出较小辐射量的标记类型所发出的辐射数量使得相应的检测器在读取周期的后期达到饱和，这时该所施加的电压A已经充分地增加使得相应的检测器达到饱和。
该信号处理器24包括对应于每个检测信号D1、D2……Dn的阈值电平传感器，当来自相应检测器的输出接近饱和时，该传感器被触发。当阈值电平传感器触发时，计数信号C的当前数字被存储到存储位置中的锁存器26内，该锁存器对应于检测器阵列6中的检测器位置的锁存器。该施加信号A持续增长，直到所有的阈值电平传感器都被触发的时刻为止，在该时刻信号处理器24开始了一个新的读取周期，从而读取数据存储媒质2上相邻的页面。对于每个读取周期而言，将输出数据信号O从锁存器26读取到该设备的其他数据处理元件中，在这些元件中安装了数据读取组件。
图4(A)到(C)表示了对应于分别产生了图2所示的亮度曲线I1到I3的每个标记类型的检测信号。图4(A)到(C)都表示了以计数信号C的增长点进行标识的时间轴，该计数信号C从0开始，在单个的读取周期中以离散的整数阶增加到5。
在读取周期的开始处，数模转换器22生成了读取周期中最低的施加电压A，并且在该读取周期的剩余部分中，开始线性地增加该施加电压A。在本实施例中编码级的数量是3个，并且计数信号的频率是每个周期6个增量。在前两个计数周期内在检测器中产生饱和电平的标记被确定为第一类型的标记，具有最大的电致发光特性。相应地，在第三或第四个计数周期内在检测器中产生饱和电平的标记被确定为第二类型的标记，具有中等的电致发光特性。而在第四或第五个计数周期内在检测器中产生饱和电平的标记被确定为第三类型的标记，具有最低的电致发光特性。对于每种不同的标记类型，信号处理器24检测到的检测器饱和的时刻分别为t1、t2和t3并已在图4(A)到(C)中表示出来。该信号处理器24利用阈值检测器检测该周期内这些时刻中的每一个，并且在将相应的数据元写入锁存器26之前，利用计数信号C中的当前数字确定该数据值。在读取了最低发射率的页面中的标记之后，该所施加的信号A被重置为0，每个检测器的输出在下一个读取周期开始之前归零。
应该注意图4(A)到(C)表示了来自辐射检测器的输出信号，该信号通常具有线性输出响应特性。在一个可选择的实施例中，处理电路与每个检测器相联从而改变该检测器的特性，例如生成一个通常为对数的输出响应特性，由此，饱和点的逼近变得更加明确，即相对于线性输出响应而言，增加了在饱和点附近的输出响应梯度。
在上述的实施例中，该驱动电路4包括信号发生器22，该信号发生器根据由计数信号发生器20提供的定时基准信号生成施加信号A。并且，信号处理器24也接收该计数信号，从而使检测信号D1、D2……Dn的处理与该施加信号A同步。在这种情况下，共同的定时源是数字信号发生器的形式。在一个可选择的实施例中，该施加电压A可以由形成共同定时源的模拟信号发生器生成。可以通过信号处理器中的模数转换器来转换该定时信号，该转换器接收该施加电压A，并且由此生成相应的数字定时基准信号。信号处理器24将这些数字定时基准信号用于使检测信号D1、D2……Dn的处理与该施加信号A同步。
在另一个实施例中，并不是利用共同定时源使检测信号的处理直接与施加信号同步，而是通过识别该检测信号的特性从而使检测信号的处理与该施加信号A同步。例如该检测信号可以包括预定的信号特性，该特性对应于数据存储媒质中的基准标记，表示读取周期的开始。因此可以在从检测器阵列6中接收的检测信号中检测出定时特性，从而处理该检测信号来区分各种不同类型的标记。可以将信号处理器24内的时钟信号发生器用于提供对应于每个检测器的饱和状态的记时标记，该记时标记与基准定时信号相结合，用于在输出信号O中生成一个对应的数字数据值。
用于不同实施例的光学系统10可以采用多种不同的形式。在一个实施例中，该光学系统使对应于当前被读取的页面的数据存储媒质2的单个区域成像。这类光学系统可以与机械“步进和扫描”系统结合使用，该系统相对于光学系统10机械地移动数据存储媒质，从而允许在不同的读取周期中读取连续的相邻页面。
在上述的实施例中，该数据存储媒质2包括设置在两个均匀电极之间的电致发光材料，使得不管当前被读取的页面P的位置，整个电致发光层都受到激发。这样就简化了用于实现从数据存储媒质2中读取数据所需的电路。然而，在一个可选择的实施例中，将该电致发光材料设置在可寻址的电极阵列之间，从而在每个读取周期内，有选择地激发对应于当前被读取的页面的区域。在这个实施例中，该光学系统10可以设置为用于将对应于分布在数据存储媒质2上的不同页面的多个区域同时成像到检测器阵列6上，其中每个页面区域的像占据了整个有缺陷的检测器阵列区域。这样就减少了对于该设备中的机械扫描的需求。即在没有形成机械扫描的情况下，连续地扫描多个页面。在本实施例的一个例子中，媒质上的全部信息承载区域被同时成像到检测器阵列6上，这些信息承载区域包括多个数据页面，从而不需要任何机械扫描。
在本发明的一个实施例中，检测器阵列6是一维检测器阵列的形式，其包括成一条线设置的多个检测器。在本发明的第二实施例中，该检测器阵列6是二维检测器阵列的形式，具有矩形结构。
应该注意的是，在上述的实施例中，同时将三级数据编码方案用于数据存储媒质中，这仅仅用于示范性的目的。优选地，使用更多的数据编码级。可以对多级编码方案进行选择从而对应于从每个标记中读取的诸如8、12、16或32位的数据信号。在另一方面，本发明也可用于二进制数据编码方案。实践中的编码级的数量优选地取决于该系统的信噪比，因此所选择的编码级的数量将会足够低从而可以准确地分辨不同的级，或者尽可能的高从而增加到记录媒质中的数据密度。
在能够读取不同格式的数据存储媒质的数据读取设备中，可以实施了本发明，该设备具有不同的数据编码方案，这些方案对应于不同级数的电致发光材料。例如，一种格式的数据存储媒质可能具有三级电致发光材料，该材料对应于三种不同的数据编码方案，而另一种格式的数据存储媒质可能具有四级电致发光材料，该材料对应于四种不同的数据编码方案。为了从每种不同格式的数据存储媒质中成功地读取数据，不需要替换该设备中的任何组件。更确切地说，该信号处理器24可以在两种不同的处理模式下运行，不同的处理模式对应于所提供的每种不同的数据存储媒质格式。而且，在不同的模式中，定时基准信号的频率可能是不同的。例如，在图3所示的实施例中，当读取四级媒质时，相对于读取三级媒质时的计数频率，计数信号C可以增加。
在上述的实施例中，该发光材料优选为有机材料，例如一些已知的电致发光聚合体之一或其结合体。例子包括：
聚吡啶、聚吡啶基乙烯、聚亚苯基、聚亚苯基1，2-亚乙烯基、聚噻吩、聚乙烯基咔唑、聚芴、聚萘撑乙烯、聚苯撑乙炔、聚苯撑二乙炔、聚氰基对苯二亚甲基、聚苯撑苯并二噻唑、聚苯并咪唑-苯并菲咯啉、聚吡啶共聚物、聚氮苯基1，2-亚乙烯基共聚物、聚亚苯基共聚物、聚亚苯基1，2-亚乙烯基共聚物、聚噻吩共聚物、聚乙烯基咔唑共聚物、聚芴共聚物、聚萘1，2-亚乙烯基共聚物、聚亚苯基乙炔共聚物、聚亚苯基二乙炔共聚物、聚氰基对苯二亚甲基共聚物、聚亚苯基苯并二噻唑共聚物、聚苯并咪唑-苯并菲咯啉共聚物。
虽然在上面的实施例中，描述了一个单独的电致发光层，本发明也适用于多层媒质。在读取多层媒质的情况下，在读取过程中有选择地激发各层。
应当理解，上述的实施例为本发明的说明性的例子。可以设想本发明的其他实施例。例如，除了读取电致发光的数据媒质，也可能将本发明用于荧光数据存储和读取系统。在这种情况下，该数据存储媒质包括荧光材料层，其在所施加的UV辐射信号的影响下受到激发，该辐射信号具有与上述的施加电压信号A相同的随时间变化的特性。以这种方式，利用本发明，可以读取多级编码的荧光数据存储媒质。
应该理解的是，在一个实施例中描述的任何特征也可以用于其它实施例中。而且，在不偏离附加的权利要求书所限定的本发明范围的情况下，也可以使用以上没有描述的等价例和修改例。
Claims (18)
1.一种用于从发射辐射的数据存储媒质中读取数据的光学读取设备，所述的媒质包括以数据存储区域的形式存储数据的发射辐射的材料，该媒质能够在被施加一个信号时发出变化的辐射量，所述的数据存储区域至少包括第一类数据存储区域和第二类数据存储区域，这些存储区域表示不同的第一和第二数据值，所述的设备包括：
用于利用所施加的信号驱动发射辐射的材料的驱动部分；
用于检测从所述数据存储区域发出的辐射并生成辐射检测信号的辐射检测部分；以及
用于处理所述检测信号从而生成对应于存储在媒质中的数据的数据信号的处理部分；
其中所述的驱动部分设置为用于生成随时间变化的施加信号，并且其中处理部分设置为用于处理该检测信号，从而根据该检测信号的时间特性，将读取所述的第一类数据存储区域而获得的检测信号与读取所述的第二类数据存储区域而获得的检测信号区分开。
2.如权利要求1所述的光学读取设备，其中所述的驱动部分适用于生成基本上连续变化的施加信号。
3.如权利要求2所述的光学读取设备，其中所述的施加信号是近似线性的。
4.如权利要求1、2或3所述的光学读取设备，其中所述的驱动部分和所述的处理部分连接到共同的定时源，由此使该检测信号的处理与该施加信号同步。
5.如权利要求4所述的光学读取设备，其中所述的共同的定时源是数字信号发生器。
6.如权利要求5所述的光学读取设备，其包括用于生成该施加信号的数模转换器。
7.如权利要求4所述的光学读取设备，其中所述的共同的定时源是模拟信号发生器。
8.如权利要求7所述的光学读取设备，其中所述的模拟信号发生器用于生成该施加信号。
9.如权利要求7或8所述的光学读取设备，其包括用于生成数字定时信号的模数转换器。
10.如权利要求1、2或3所述的光学读取设备，其中将所述的处理部分用于通过识别检测信号的特性使得检测信号的处理与该施加信号同步。
11.如前述的任何一个权利要求所述的光学读取设备，其中将该设备用于从数据存储媒质中读取数据，该数据存储媒质包括以数据存储区域的形式存储数据的发射辐射的材料，该数据存储区域至少为第一类数据存储区域、第二类数据存储区域和第三类数据存储区域。
12.如权利要求11所述的光学读取设备，其中将所述的处理部分用于根据检测信号的时间特性，将读取所述的第三类数据存储区域而获得的检测信号与读取所述的第一和第二类数据存储区域而获得的检测信号区分开。
13.如权利要求11或12所述的光学读取设备，其中将该设备用于从第一数据存储媒质中读取数据，该媒质包括以第一多个不同类型的数据存储区域的形式存储数据的发射辐射的材料，还将该设备用于从第二数据存储媒质中读取数据，该媒质包括以第二多个不同类型的数据存储区域的形式存储数据的发射辐射的材料，在所述的第一和第二媒质中的不同类型的数据存储区域的数量是不同的。
14.如权利要求13所述的光学读取设备，其中将所述的处理部分用于改变检测信号的处理，这取决于数据是从所述的第一数据存储媒质中读取的还是从所述的第二数据存储媒质中读取的。
15.如前述的任何一个权利要求所述的光学读取设备，其中所述的辐射检测部分包括一维的辐射检测器阵列。
16.如任何前述的权利要求所述的光学读取设备，其中所述的辐射检测部分包括二维的辐射检测器阵列。
17.如前述的任何一个权利要求所述的光学读取设备，其中所述的发射辐射的材料包括电致发光材料，并且其中所述的施加信号是电压信号。
18.如权利要求1-16中的任何一个权利要求所述的光学读取设备，其中所述的发射辐射的材料包括荧光材料，并且其中所述的施加信号是辐射信号。
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