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Abstract

本发明涉及一种信息载体(801)，该信息载体包括：数据层(802)，用来存储一组基本数据；包括孔阵列(804)的层(803)，所述孔阵列平行于所述数据层(802)放置以用于产生光点阵列，所述光点阵列用来被施加于所述数据层(802)。本发明还涉及一种用于读取这种信息载体的系统和装置。

Description

信息载体、用于读取这种信息载体的系统和装置
技术领域
本发明涉及一种具有新结构的信息载体。
本发明还涉及一种用于读取这种信息载体的系统。
本发明还涉及包括这种读取系统的各种装置。
本发明应用于光学数据存储领域。
背景技术
如今，光学存储解决方案被广泛应用于内容分发，例如在基于DVD(数字通用盘)标准的存储系统中。光学存储相比于硬盘和固态存储的一个大的优点在于信息载体可容易且廉价地复制。
然而，由于驱动器中大量的活动元件，所以在执行读/写操作时，考虑到在这种操作过程中所述活动元件所需的稳定性，采用光学存储解决方案的已知应用对于震动不鲁棒(robust)。因此，光学存储解决方案不能容易且有效地用于易遭受震动的应用中，比如在便携式设备中。
因此，最近已开发出一些光学存储解决方案。这些解决方案结合了光学存储的使用廉价且可移动的信息载体的优点以及固态存储的信息载体静止且其读取需要有限数量的活动元件的优点。
图1描绘了说明这种光学存储解决方案的系统的三维视图。
该系统包括信息载体101。该信息载体101包括一组方形相邻的基本(elementary)数据区，该基本数据区具有称为“s”的尺寸并排列成矩阵。通过使用打算采用不同透明度水平的材料，在每个基本数据区上对数据进行编码，例如在使用作为透明或不透明的材料时的两个水平用于编码2态数据，或者更一般地，N个透明度水平(例如N是2的整数幂)用于编码2log(N)态的数据。
该系统还包括用于产生一个光点阵列102的光学元件104，该光点阵列102用来被施加于所述基本数据区。
光学元件104可以相当于一个二维的孔(aperture)阵列，在该孔阵列的输入处施加相干输入光束105。这样的孔阵列在图2中进行说明。该孔例如相当于直径为1μm或更小的圆孔。
光点阵列102由该孔阵列利用Talbot效应产生，Talbot效应是一种如下所述的衍射现象。当相干光束例如输入光束105被施加于具有周期性衍射结构的物体时(由此形成光发射器)，例如施加于孔阵列时，衍射光在位于距衍射结构一个可预测距离z0的平面处重新组合成发射器的相同图像。该距离z0被称为Talbot距离。Talbot距离z0由关系式z0＝2·n·d2/λ给出，其中d是光发射器的周期性间距，λ是输入光束的波长，以及n是传播空间的折射率。更一般地，重新成像发生在其它距离z(m)处，该其它距离z(m)距发射器更远，并且是Talbot距离z的倍数，以使z(m)＝2·n·m·d2/λ，其中m是整数。这种重新成像也发生在m＝1/2+整数处，但此时图像移动了半个周期。这种重新成像还发生在m＝1/4+整数和m＝3/4+整数处，但图像具有加倍的频率，这意味着光点的周期相对于孔阵列的周期被减半。
利用Talbot效应允许在离孔阵列相对较大的距离处(几百μm，由z(m)表示)产生高质量的光点阵列而不需要光学透镜。这允许在孔阵列与信息载体101之间插入例如覆盖层来防止信息载体101受(例如灰尘、指纹...)污染。而且，这便于实施，并且与使用微透镜阵列相比，允许以节省成本的方式增加施加于信息载体的光点的密度。
每个光点用来被连续地施加于一个基本数据区。根据所述基本数据区的透明状态，光点被传输到(一点也不、部分地或全部地)CMOS或CCD检测器103，所述检测器103包括用来转换所接收的光信号的像素，以便恢复存储在所述基本数据区上的数据。
有利的是，检测器的一个像素用来检测一组基本数据，所述组的基本数据被安排成所谓的宏单元数据，这种宏单元数据中的每个基本数据区由所述光点阵列102的单个光点连续地读取。在下文中在信息载体101上读取数据的这种方式被称为宏单元扫描，并将在后面对其进行描述。
图3描绘了信息载体101和检测器103的部分横截面和详细视图。
检测器103包括被称为PX1-PX2-PX3的像素，对所示的像素的数目进行了限定以便于理解。特别地，像素PX1用来检测存储在信息载体的宏单元数据MC1上的数据，像素PX2用来检测存储在宏单元数据MC2上的数据，以及像素PX3用来检测存储在宏单元数据MC3上的数据。每个宏单元数据包括一组基本数据。例如，宏单元数据MC1包括被称为MC1a-MC1b-MC1c-MC1d的基本数据。
图4通过例子说明了信息载体101的宏单元扫描。为了便于理解，只考虑了2态数据，类似的解释适用于N态编码。存储在信息载体上的数据具有两个状态，其由黑区(即非透明的)或白区(即透明的)来表示。例如，黑区对应于二进制状态“0”，而白区对应于二进制状态“1”。
当检测器103的像素由信息载体101所产生的输出光束照射时，该像素由白区表示。在该情况下，该像素传送具有第一状态的电输出信号(未表示)。相反，当检测器103的像素未接收到来自信息载体的任何输出光束时，该像素由交叉阴影线区域表示。在这种情况下，该像素传送具有第二状态的电输出信号(未表示)。
在该例子中，每个宏单元数据包括四个基本数据区，并且单个光点同时施加于每组数据。光点阵列102对信息载体101的扫描例如从左到右进行，伴随着等于基本数据区的周期的渐增的横向位移。
在位置A，所有的光点被施加于非透明区，以使检测器的所有像素都处于第二状态。
在位置B，在光点向右移位之后，左侧的光点被施加于透明区，以使对应的像素处于第一状态，而两个其它光点被施加于非透明区，以使检测器的两个对应像素处于第二状态。
在位置C，在光点向右移位之后，左侧的光点被施加于非透明区，以使对应的像素处于第二状态，而两个其它光点被施加于透明区，以使检测器的两个对应像素处于第一状态。
在位置D，在光点向右移位之后，中央的光点被施加于非透明区，以使对应的像素处于第二状态，而两个其它光点被施加于透明区，以使检测器的两个对应像素处于第一状态。
组成与检测器的像素相对的宏单元的基本数据由单个光点连续读取。当光点中的每一个都已经被施加于面对检测器的像素的宏单元数据的所有基本数据区时，信息载体101的扫描就完成了。这意味着对信息载体的二维扫描。
为了读取信息载体，光点阵列对信息载体的扫描在平行于信息载体的平面上进行。扫描设备提供了光点在两个方向x和y上的平移运动以扫描信息载体的整个表面。
在图5中所描绘的第一解决方案中，扫描设备对应于H桥。产生光点阵列的光学元件(即微透镜阵列或孔阵列)在第一滑架501中被实施，该第一滑架与第二滑架502相比沿着y轴是可移动的。为此，第一滑架501包括与导轨507-508接触的接头503-504-505-506。借助于与导轨509-510接触的接头511-512-513-514，第二滑架502沿着x轴是可移动的。滑架501和502借助于致动器(未表示)例如通过步进电机、充当千斤顶(jack)的磁性或压电致动器来平移。
在图6中所描绘的第二解决方案中，扫描设备被保持在一个机架601中。在图7的详细三维视图中描绘了用于悬挂机架601的元件。这些元件包括：
-第一片簧602，
-第二片簧603，
-提供扫描元件601沿x轴致动的第一压电元件604，
-提供扫描元件601沿y轴致动的第二压电元件605。
在图6中描绘的第二解决方案比在图5中描绘的H桥的方案具有更少的机械传动。与机架601接触的压电元件是电控制的(未表示)，以使电压变化引起压电元件的尺寸变化，从而导致机架601沿着x和/或y轴的移位。
位置Pos1描绘了处于第一位置的扫描设备601，同时位置Pos2描绘了沿着x轴平移后的处于第二位置的扫描设备601。显然，对片簧602和603施加了弹力。
可以用四个压电元件来建立类似的构造，两个额外的压电元件代替了片簧602和603。在这种情况下，相对的一对压电元件以与一对对抗的肌肉相同的方式在一个维度上一起起作用。
然而，这种信息载体和读取系统具有局限性。
首先，嵌有孔阵列的扫描设备的平面必须永久地平行于信息载体的平面，以使光点被精确地施加于基本数据区。由于扫描设备在移动，所以可能经常不遵守这个条件，例如由于震动。这在数据恢复中导致错误。
其次，根据温度变化，扫描设备和/或信息载体的形状可能变化，从而导致光点的周期和基本数据区的周期之间的差异。这也在数据恢复中导致错误。
最后，使用这样的扫描设备仍然需要许多活动元件，这避免了其在尺寸减小的读取装置中的实施。
发明内容
本发明的目的是提出一种信息载体，该信息载体改善了数据恢复，并且能够在更紧凑的读取装置中被读取。
为此，根据本发明的信息载体包括：
-数据层，用来存储一组基本数据，
-包括孔阵列的层，所述孔阵列平行于所述数据层放置以用于产生光点阵列，所述光点阵列用来被施加于所述数据层。
与现有技术中孔阵列被集成在读取器装置中相反，现在孔阵列与数据层被集成在相同的封装(package)中。由于此组装是在制造期间进行的，因此可以认为孔阵列与数据层之间的平行性得到了保证。
由于孔阵列现在与数据层被集成在相同的封装中，因此该信息载体的尺寸变化，例如由温度变化和/或机械约束引起的，将意味着孔阵列和数据层上同样的尺寸变化。结果，该信息载体对于形变更鲁棒。
本发明还涉及一种用于读取具有数据层和全息层的信息载体的系统，所述系统包括：
-光源，用于产生输出激光束，所述输出激光束用来被施加于所述全息层的整个表面，
-检测器，用于检测输出光信号，该输出光信号是响应于所述输出激光束而在所述数据层的输出处产生的。
这种信息载体仍将非常薄，这允许显著地降低负责读取该信息载体的这种系统的尺寸。
在优选实施例中，根据本发明的系统包括用于改变所述输出激光束的角度的致动器。
改变激光束的角度允许以节省成本的方式并以使用最少的活动元件来横向移位施加于数据层的光点阵列。这种扫描可以用于信息载体包括根据宏单元安排的数据的情况。
在优选实施例中，根据本发明的系统包括用于线性地改变所述输出激光束的相位的移相器。
改变激光束的相位允许以节省成本的方式横向移位施加于数据层的光点阵列而不使用活动元件。这种扫描可以用于信息载体包括根据宏单元安排的数据的情况。
在优选实施例中，光源包括用于改变所述输出激光束的波长的调制器。
稍微改变激光束的波长允许容易地调节光点在信息载体上的聚焦，从而改善数据恢复。
本发明还涉及实施这种系统的各种读取装置。
下面将给出本发明的详细解释和其它方面。
附图说明
现在将参考下文所述并结合附图考虑的实施例来解释本发明的特定方面：
图1描绘了用于读取信息载体的系统，
图2描绘了用于产生光点阵列的光学元件，
图3描绘了用于读取信息载体的所述系统的详细视图，
图4通过例子说明了信息载体的宏单元扫描的原理，
图5描绘了用于扫描信息载体的第一配置，
图6描绘了用于扫描信息载体的第二配置，
图7描绘了所述第二配置的详细元件，
图8描绘了根据本发明的信息载体，
图9描绘了用于读取根据本发明的信息载体的第一系统，
图10描绘了用于读取根据本发明的信息载体的第二系统，
图11说明了包括根据本发明的用于读取信息载体的系统的各种装置和设备。
具体实施方式
图8描绘了根据本发明的信息载体801。该信息载体801包括：
-数据层802，用来存储一组基本数据，
-包括孔阵列804的层803，所述孔阵列平行于所述数据层802放置以用于产生光点阵列，所述光点阵列用来被施加于所述数据层。该孔阵列利用了先前描述的Talbot效应。该层803例如由诸如塑料或树脂之类的透明材料制成，其中包括了孔阵列。
该数据层802和层803被堆叠和组装以便形成单个封装。
数据层802和孔阵列803之间的距离D等于Talbot距离z0的倍数或约数。如前所述，该距离D使得D＝z(m)＝2·n·d2/λ，其中n是传播空间的折射率，m是倍数或约数，d是孔的周期性间距(即周期)，λ是用来被施加于孔阵列的输入激光束的波长。
为了存储数据，信息载体可以包括如根据现有技术所描绘的相邻的基本数据区(EDA1、EDA2、...)。可以根据宏单元(MC1、MC2、...，由粗体矩形来表示)来安排数据，以使在这种情况下，孔的周期d是基本数据区的周期s的倍数。
图9描绘了用于读取根据本发明的信息载体901的系统。该信息载体包括：
-数据层902，用来存储一组基本数据，
-包括孔阵列904的层903，所述孔阵列平行于所述数据层902放置以用于产生光点阵列905，所述光点阵列用来被施加于所述数据层。
该系统包括用于产生输出激光束907的光源906，所述输出激光束用来被施加于所述阵列全息层903的整个表面。该输出激光束907具有二维截面。该截面的形状优选地与该全息层903的形状(以及还有信息载体的形状)相同，即为方形或矩形。
为了检测在数据层902上存储的数据，检测器908(例如CMOS检测器)被放置成与信息载体901平行。检测器908负责检测输出光信号909的强度(level)，该输出光信号909是响应于光点905而在数据层902的输出处产生的。数据检测的原理与背景技术部分所描述的原理相同。
有利的是，该系统还包括用于改变所述扩展的激光束909的角度α(与垂直于信息载体的表面的y方向相比)的致动器。的确，改变角度α引起激光束在孔阵列904的输入处发生相移，所述相移沿着x方向线性地改变。可以证明，如果产生了这种线性相移，则由孔阵列904通过Talbot效应创建的图案沿着x方向发生横向且线性的移位。换句话说，角度α和光点905的横向位置通过线性关系来联系，这允许在数据层902的表面容易地扫描光点。当根据宏单元(由数据层中的粗体矩形表示)安排数据以使给定光点能够连续地在形成给定宏单元的每个基本数据区的前面移位时，这种移位特别有用。该角度α可以通过致动器机械地改变，该致动器例如相当于负责将光源906绕O点旋转的步进电机(未示出)。
可选择地，如在图10中所描绘，代替通过致动器来改变角度α，该系统包括移相器910，该移相器910被放置在光源906的输出处。例如，该移相器910可以相当于液晶(LC)偏转器，该液晶(LC)偏转器被放置在由光源906所产生的光束的光路上，并且沿x轴施加线性改变的相移，线性系数的变化允许改变光点阵列905的横向位置。
有利的是，光源906还包括用于改变所述输出激光束907的波长λ的调制器(未示出)。的确，由于光点905在Talbot距离z0(或在Talbot距离z0的倍数或约数)处出现，并考虑到Talbot距离被表示为输出激光束的波长λ的函数，因此，可以利用波长λ的微小变化来将光点905精确地聚焦于数据层902的表面。
例如，可以使用技术人员已知的解决方案来调制光源906的波长，例如使用分布反馈(DFB)激光源或者利用了光栅的外腔激光器(ECL)，该光栅被倾斜以使不同的波长返回到激光腔。
如图11所示，根据本发明的系统可以有利地被实施于读取装置RA(例如家用播放器装置...)、便携式设备PD(例如便携式数字助理、便携式计算机、游戏播放器单元...)、或移动电话MT中。这些装置和设备包括用来容纳如由图8所描绘的信息载体1101的开口(OP)以及考虑到恢复在所述信息载体上存储的数据而如由图9或图10所描绘的系统。
权利要求书中的动词“包括”并不排除不同于所列出的那些元件的其它元件的存在。

Claims (10)

1.一种信息载体(801)，包括：
-数据层(802)，用来存储一组基本数据，
-包括孔阵列(804)的层(803)，所述孔阵列平行于所述数据层(802)放置以用于产生光点阵列，所述光点阵列用来被施加于所述数据层(802)。
2.如权利要求1所述的信息载体，进一步包括用来存储所述基本数据的相邻的基本数据区(EDA1、EDA2、...)。
3.如权利要求1或2所述的信息载体，其中孔的周期(d)是基本数据区(EDA1、EDA2、...)的周期(s)的倍数。
4.一种用于读取具有数据层和全息层的信息载体的系统，所述系统包括：
-光源(906)，用于产生输出激光束(907)，所述输出激光束用来被施加于所述全息层的整个表面，
-检测器(908)，用于检测输出光信号，所述输出光信号是响应于所述输出激光束(907)而在所述数据层的输出处产生的。
5.如权利要求4所述的系统，进一步包括用于改变所述输出激光束(907)的角度(α)的致动器。
6.如权利要求4所述的系统，进一步包括用于改变所述输出激光束(907)的相位的移相器(910)。
7.如权利要求4、5或6所述的系统，其中所述光源(906)包括用于改变所述输出激光束(907)的波长的调制器。
8.一种包括如权利要求4、5、6或7所述的系统的便携式设备。
9.一种包括如权利要求4、5、6或7所述的系统的移动电话。
10.一种包括如权利要求4、5、6或7所述的系统的游戏播放器单元。
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