TW200521604A - System for shifting at least one light spot - Google Patents

Description

200521604 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本毛明係關於一種用於（例如）在一資訊載體上方位移至 少一光點以進行資料恢復之系統。 本發明可用於光學資料儲存領域。 【先前技術】 目刖，光學儲存器廣泛應用於（例如）基於]〇¥13(數位多功 犯光碟)私準之儲存系統中之内容分發。光學儲存器優於硬 磁碟及固態儲存器之_大的優點在㈣訊載體可容易及廉 價地複製。 然而’由於在驅動機内存在大量移動部件，因此在執行 讀取作業時’ ϋ於在此等作業中該等移動部件所需之穩定 性，使用此種類型儲存器之習知應用在抗衝擊方面不甚健 壯。因此，光學館存器無法輕易地用於易受衝擊之應用⑽ 如可攜式裝置）中。 【發明内容】 本电明之—目的係提出—種用於（例如）在—資訊載體上 位私至/一光點以便恢復資料之新系統。 爲達成此目的，用於位移至少—光點之系、统包含·· -一相位調變器，1用 ，、用於自一輸入光束産生一根據一可控 相位曲線受到相位調變之光束， --孔徑陣列，其用於自該經相位調變之光束 一光點， u王〆 95967.doc 200521604 光點之位移係藉由利用由孔徑陣 σ—)效應並結合相位調變器之作用 ;::皮特 可係一用於在讀取作業期間择描資訊載體表面多 移，或可# 一用於收f 157之指向位 次了係用於將光點精確 高讀取作業品質之轴向位移。 載體表面以提 先點之位移無需使用任何機械裝置便可達成 統界定-健壯的機械解決方案。因此， 系 建於-易受衝擊之可攜式I置中。 …有利地構 此解決方案適用於在—資訊载體上位移一單一光點 亦適用於-由若干同時施加至 ， 之陣列。 胃表面之光點構成 本發明亦係關於—種用 料之讀取裝置，該嘈取…入 “載體上之資 亥"貝取裝置包含-本發明之系統。 下=將給出本發明之詳細閣釋及其他態樣。 【實施方式】 :二月之系統曰在讀取儲存於-資訊载體上之資料。資 ==用於儲存按照-陣列組織(例如-資料矩陣)之二 =、°右貝讯載體係以透射方式進行讀取，則以透明 ° 非透明區域（亦即光吸收P 、十士 牌η & P九及收£域）來表示儲存於資訊载 ::進制資料之狀態。另一情形爲，若資訊載體係以 射Η,ί進仃讀取’則以非反射區域（亦即光吸收區域）及反 莖二表不儲存於資訊載體上之二進制資料之狀態。此 標記於一諸如玻璃、塑膠或-具有磁性之材料等材 料上。 95967.doc 200521604 本發明之系統包含： -一光學元件，其用於自一輸入光束産生一光點陣列，該 光點陣列用於掃描該資訊載體， -一偵測器，其用於自該資訊載體所產生之一輸出光束陣 列中偵測出該資料。 在圖1所示一第一實施例中，用以讀取儲存於一資訊載體 101上之資料之本發明系統包含一光學元件102，該光學元 件102用於自一輸入光束104産生一光點陣列1〇3，該光點陣 列103用於掃描資訊載體101。 維微透鏡陣列，其輸入端上施加 光學元件102相當於 有同調輸入光束！04。微透鏡陣列102與資訊載體1〇1平行且 相距一段距離而設置，以使光點聚焦於資訊載體上。微透 鏡之數值孔徑及品質決定光點之尺寸。舉例而言，可使用 數值孔控等於0.3之二維微透鏡陣列1〇2。輸入光束可 藉由-用於擴展一輸入雷射光束之波導(未圖示)或一二維 麵合式微雷射器陣列來達成。 一該等光點施加於資訊載體101之透明或非透明區域上。若 -光點施加於一非透明區域上，則資訊載體不會因應於此 1生輸出光束。而右_光點施加於一透明區域上，則資 訊載體會因應於此而産生一輪 、、 輸出光束，且該輸出光束會由 偵測器105偵測到。因此， ® 了使用偵測器105來偵測施加有 先2之區域中資料之二進制值。 較爲有利的是，偵測器105由& 成。/⑽或⑽像素陣列製 將制③之-像素對置於資訊載體上-包 95967.doc 200521604 a個貝料（亦即一個位元）之基本資料區域設置。在彼情形 中，偵測器之每一像素皆用於偵測資訊載體上的一個資料。 車乂爲有利的是’ 一微透鏡陣列（未圖示）設置於資訊載體 10114偵測裔105之間，以將資訊載體所産生之輸出光束聚 焦至偵測器上，從而改良對資料的偵測。 在圖2所示一第二實施例中，用以讀取儲存於一資訊載體 201上之 > 料之本發明系統包含一光學元件a:，該光學元 件2〇2用於自一輸入光束204産生一光點陣列203，該光點陣 列203用於掃描資訊載體2〇1。 光學70件202相當於一二維孔徑陣列，其輸入端上施加有 同職入光束204。舉例而言，該等孔徑相當於直徑爲m 米或遠小於1微米之圓孔。輸人光束2G4可藉由-用於擴展 輸入田射光束之波導（未圖示）或一二維耦合微雷射器陣 列來達成。 一忒等光點施加至資訊载體2〇1之透明或非透明區域。若一 光點施加至一非透明區，或，則資訊載體不會因應於此而産 生輸出光束而若一光點施加至一透明區域，則資訊载體 會因應於此而産生—輸出光束，該輸出光束會由偵測器205 ㈣到。因此’類似於圖1所示之第-實施例，可使用谓測 器205來偵測施加有光點之區域中資料之二進制值。 較爲有利的是，_器2〇5由一 CM〇WCCD像素陣列製 成。舉例而吕’將備測器之一像素對置於資訊載體上一包 ^貝料之基本貝料區域設置。在彼情形中，偵測器中每 一像素皆用於偵測資訊载體中的一個資料。 95967.doc 200521604 車父爲有利的是’ 一微透鏡陣列（未圖示）設置於資訊載體 2〇1與偵測器205之間，以將資訊載體所產生之輸出光束聚 焦至偵測器i，從而改良對資料的偵測。 光點陣列203係由孔徑陣列2〇2利用塔耳波特（Talb⑷效 應而産生’其中塔耳波特效應係一種按如下方式發生之繞 射現象··當將一周光束（例如輸人光束2〇4)施加至一例如 孔徑陣列202等具有一周期性繞射結構之物體（由此形成發 %射光會在一距該繞射結構一可預測距離z0的平 面處重組合成該等發光體之全同影像。此距離幼稱作塔耳 波特距離。塔耳波特距離叻由關係sz0=2nd2^表示，其 中= 系各發光體之周期性間距，λ係輸人光束之波長，n係傳 播工間之折射率。更一般而言，於距發光體更遠的其他距 離Z(m)處會發生重成像，z㈣係塔耳波特距離z之一倍數， 日因此咖）=2.n.m.d2A，其中_一整數。當一整數 2，亦會發生此種重成像，但此時影像會移動半個周期。 日1/4+ —整數及m=3/4+ 一整數時，亦會發生重成像，但此 才p像具有一雙倍頻率，此意味著光點周期相對於孔徑 列周期減半。 利用塔耳波特效應能夠在距孔徑陣列2〇2一相對遠的距 •(百铋米，以z(m)表示）處産生一高品質光點陣列，而無 而使用光學透鏡。此容許在孔徑陣列202與資訊載體2〇1之 =入（例如）—覆蓋層，以保護下面的元件免遭污染（例如 ΐ相各2等等）。而且，此利於實施且與使用—微透鏡陣 目比，能夠以有成本效益之方式增大施加至資訊载體之 95967.doc 200521604 光點密度。 圖3繪示本發明系統之一詳圖。該圖繪示一用於自資訊載 體301所產生輸出光束中偵測出資料之偵測器3〇5。該偵測 器包含稱作302-303-304之像素，所示像素數量僅限^便於 理解之目的。具體而言，像素302用於偵測儲存於資訊載體 之資料區域306中之資料，像素303用於偵測儲存於資料區 域307中之資料，像素304用於偵測儲存於資料區域3〇8中之 資料。每一資料區域（亦稱作巨集單元）皆包含一組基本資 料。舉例而言，資料區域306包含稱作3〇6a_3〇6b_3()心= 之二進制資料。 在此實施例中’該㈣器之每—像素皆用於偵測一组資 料’此組資料中的每一基本資料皆藉由一由圖!所示微透鏡 陣列102或圖2所示孔徑陣列所產生的單—光點來依次讀 取。下文將讀取資訊载體上之資料之方式稱作巨集單元掃 圖4(其基於圖3)藉由一非限定性實例來顯示 4〇1之巨集單元掃描 儲存於資訊载體4()1上之資料具有以黑區域（亦即非透呀 !域）或白區域（亦即透明區域）來表示之兩種狀態。舉例而 …黑區域相當於一「0」二進制狀態，而一白區域相當 於一「1」二進制狀態。 ::貞：益405之一像素受到資訊載體4〇1所産生輸出光束 ^時，該像素以—白區域來表示。在彼情形中，該像 η ^有第一狀態之電輸出信號（未圖示）。相反，當 95967.doc -10· 200521604 偵測裔405之一像素未接收到任何來自資訊載體之輸出光 束時，該像素以一交叉陰影線區域來表示。在彼情形中， 该像素發出一具有一第二狀態之電輸出信號（未圖示）。 在此實例中，每一組資料皆包含四個基本資料，且一單 :光點同時施加至每一組資料。光點4〇3對資訊載體4〇ι之 帚榀係（例如）自左至右貫施，其中橫向增量位移等於兩基本 資料之間距。 在位置A處，所有光點皆施加至非透明區域，因此偵測器 之所有像素皆處於第二狀態。 在位置B處’纟該等光點右移之後，左側光點施加至一透 明區域，因此對應像素處於第一狀態，而另兩個光點皆施 加至非透明區$ ’因此_器中的兩對應像素皆處於第二 狀態。 在位置C處，在光點右移之後，左側光點施加至一非透明 區域，因此對應像素處於第二狀態，而另兩個光點皆施加 至透明區域，因此侦測器中的㈣應像素皆處於第一狀能。 在位置D處，在光點右移之後，中間光點施加至—非透明 區域，因此對應像素處於第二狀態，而另兩個光點皆施加 至透明區域，因幻貞測器中的兩對應像素皆處於第一狀態。 當該等光點已施加至面對制器之—像素m料中 的所有資料之後，對資„體4()1之掃描即告結束。此音味 著對資訊載體的掃描爲二維掃描。構成一組對置於谓剌 之-像㈣歸之基本資制藉由—單—絲依次讀出。π 圖增示圖2所示系統之-三維視圖。該系統包含一孔_ 95967.doc 200521604 陣列502，以用於產生一施加至資訊載體“I之光點陣列。 每:光點皆施加於資訊載體5〇1之_二維資料組（以黑方塊 表不）並對其實施掃描。資訊载體會因應此光點而產生（或 者\若光點施加至一非透明區域，則不會産生）-輸出光 束"亥輸出光束由谓測器5〇3中對置於所掃描資料組之像素 來请測_貝訊載體501之掃描係藉由沿X轴及y轴移動孔徑 陣列502來執行。 孔瓜陣列502、資訊載體5〇1及偵测器5〇3皆疊置於平行平 面内。僅孔徑陣列502係移動部件。 應注意’假#以微透鏡陣列102取代孔徑陣列5〇2，則圖^ 所不系統之三維視圖將與圖5所示系統相同。 光料列對資喊體之掃描係在_平行於f訊載體之平 面内實施…㈣裝置可使光點沿X及丫兩個方向作平移運 動，以便掃描資訊載體之所有表面。 1 π⑽衣且仰，畜於一 橋。 用於産生光點陣列之^學元件（亦即微透鏡陣列或孔徑陣 列)構建於一第一滑板601内，與-第二滑板602相比，該第 -滑板6〇1可沿y軸移動。爲此’第一滑板6〇1包含用於接觸 導軌術-608之接合件6〇3_6队他㈣。第二滑板術 由接合件611_612-613·614接觸導軌__㈣而沿味移動。9 滑板601及602可藉助諸如w^ 崤如用作作動筒的磁性或壓電致叙 器、步進馬達等致動器（未圖示）來平移。 在圖7所示一第二解決方案中，掃描裝置保持 m中。用於懸挂框架701之元件繪示於圖8所示的_詳細: 95967.doc -12- 200521604 維視圖中。此等元件包括： -一第一板片彈簧802， -一第二板片彈簧803， -一沿X軸來致動掃描裝置801之第—塵電元件8〇4， -一沿y軸來致動掃描裝置801之第二壓電元件謝。 圖7所不第一解决方案中之機械傳動件少於圖6所示1橋 解決方案。與框架701相接觸之壓電元件受到電性控制 圖示），從而使電壓變化會引起壓電元件之尺寸改變，進而 使框架7〇1沿X軸及/或y軸移動。 位置P〇sl表示掃描裝置7〇1處於一第-位置，而位置Pos2 則表示掃描裝置7()1在沿_平移之後處於__第二位置。此 %，板片彈簧702及703之撓性非常明顯。 可使用四個壓電元件來構建—類似構造，其中使用兩個 額外逐電元件替代板片彈簧7G2及703。在彼情形中，一對 對置之壓電元件以與一對拮抗肌相同之方式沿一個方向共 同作用。 圖9繪示-根據本發明之改良系統，其中無需移動組件便 可達成對ί矾載體9〇 1之掃描。圖9係以圖2爲基礎，但另外 匕έ置於輸入光束904之光路徑上的相位調變器906。 非機械式掃描係藉由將一由相位調變器906界定的相位 分佈曲線施加至輸入光束9〇4並改變此相位分佈曲線來達 成相位凋變906依據橫向間距χ(及/或y)來改變輸入光束 904之相位。 應庄意，相位調變器906亦可設置於孔徑陣列9〇2與資訊 95967.doc 200521604 載體901(未圖示）之間。 當在相位Φ (X)相對於位置X以一線性方式變化情況下相 位調變器906如此運作時，此會使光點陣列9〇3沿橫軸X出現 杈向位移△ X。可將φ(χ)與橫向位置χ之關係界定爲如下關 係式： 2π λ 方程式1

其中·· χ係橫向位置（例如取自相位調變器9〇6之最左側） λ係輸入光束904之波長， a係一可變參數。 可看出，若相位調變器906執行由方程式丨界定之相位分 佈曲線，則光點陣列903之橫向位移Δχ可表示爲如下關係 式：

Δ x= a.Z 方程式2 其中z係固定值，其較佳等於塔耳波特距離z〇或等於塔耳 波特距離zO之一整數倍或塔耳波特距離z〇之一分數。σ 參數a能夠修改就改變橫向偏移Δχ而言的 之線性因數。參數a之每一個值皆會界定一不同的二 曲線。因此，參數a之變化會產生—沿χ軸之偏移點。 爲掃描資訊載體901之所有表面，光點陣列之 掃描資訊載體中之每-巨集單元資料。因Λ，掃：= 皁几資料相當於沿χ軸及作進行二維掃描。此二 传 ^依據Χ軸及刺時界定-線性相位調變來執行，二 ,^之相位分佈曲線係得自—依據χ (如方程式工所界定）轴 相位分佈曲線與一依據y軸（藉由在方程以中由^ 95967.doc -14- 200521604 替X來類似地界定）之線性相位分佈曲線的一線性組合。 較爲有利的是，相位調變器906包含可控液晶（LC)單元。 舉例而言，可使用像素化線性向列相LC單元，以使孔徑陣 列902之每一孔徑皆具有其自身的LC單元且可具有其自身 的相位φ(χ)。因此，相位調變器9〇6相當於一二維Lc單元陣 列。可藉由電場及磁場來對準向列相物質，以産生一相位 變化。向列相單元在光學上等效於一具有一固定光軸之線 性波片，但其雙折射率係所施加電壓之一函數。當所施加 電壓變化時，雙折射率隨之變化，從而使光路徑長度發生 A化，由此産生一相位變化。 由於孔徑陣列902之每一孔徑皆具有其自身的LC單元， 因此相位分佈曲線界定一具有增量步階之斜坡，該斜坡在 總體上擬合由方程式！所定義之線性方程式。 另一選擇爲，相位調變器9〇6可界定一連續的預設相位分 佈曲線’可對該連續的預設相位分佈曲線進行電性控制， 以改變相位分佈曲線之線性因數。 另一選擇爲，可使用電濕性單元來界定相位分佈曲線。 在此情形中，係藉由對電濕性單元施加不同的高電麼來改 變與橫向位置X相應之相位分佈曲線。 另一選擇爲，可藉由改變輸入光束9〇4相對抽向？之入射 角來使光料列在資訊_上移動。此解決方法較爲有 利\乃因該方法無需再在光路徑上設置-相位調變器。然 X解决方法需要使用致動構件（未圖示）來改變光束9⑽ 之角度。當光束相對孔徑陣列之法向表面之角度爲_，相 95967.doc 200521604 位分佈曲線對應於方程式〗所界定之相位分佈曲線。 圖10緣示圖9所示系統之-三維視圖。該系統包含一用於 産生一施加至資訊載體1001之光點陣列之孔徑陣列1002。 每-光點皆施加至資訊載體1001之一二維資料組（以黑方 塊表示）並對其實施掃描。資訊载體會因應此光點而產生（或 者’若光㈣加至-非透明區域’則不產生）一輸出光束， 該輸出光束由摘測器1003中對置於所掃描資料組之像素谓 測到。資訊載體1001沿乂轴及y軸之掃描係藉由一設置於孔 徑陣列1G〇2下方的相位調變器祕來執行，此無需移動任 一元件。 相位調變器H)()6、孔徑陣列⑽2、資訊載體刚i及侦測 器1003皆疊置於平行平面内。 圖11、、、日不LC單元之實例。該Lc單元包含一[匸層^⑻、 -玻璃基板1102、透明電極11〇3、對準層11〇4。在此圖式 中，參數d等於單元厚度’而θ則等於LC分子之角度。當液 ，分子旋轉時，電塵發生器11〇5所施加之電場將使穿過該 早7G傳播之線性偏振光經歷不同的有效折射率，由此產生 相位變化。 作爲-實例，由此得到的一相位變化順電壓之間的關 係曲線圖展示於圖11中。曲線特性取決於所使用的LC材 料、光波長及單元厚度d。 當在輸入光束904之相位φ⑻相對於位置χ以二次方方式 變化情況下相位調變器9〇6如此運作時，此會使光點陣列 903 /口軸向軸線z發生軸向位移&。可將相位小⑻與橫向位 95967.doc -16· 200521604 置 χ之關係界定爲如下關係式： 沴(x) = 其中 2^: X2 2R*T :X係橫向位置， 方程式3 λ係輸入光束904之波長， R係一可變參數，其等於相位分佈曲線之曲率半徑， △ζ係相對於位置ζ==〇之軸向位移。 可看出’若相位調變器906執行方程式3所界定之相位分 佈曲線，則光點陣列903之軸向位移Δζ可藉由如下關係式來 精確地逼進： R 方程式4 其中ζ係固定值，其較佳等於塔耳波特距離ζ〇，或等於塔 耳波特距離ζ〇之一整數倍或塔耳波特距離ζ〇之一分 數0 可艾參數R此夠修改就改變軸向位移△ ζ而言的相位分佈 曲線之二次因數。每—參數值R皆會界定—不同的相位分佈 曲線。因此’參數R之變化可産生—位移&。因此，光點9〇3 將更接近於或更遠離資訊載體9〇1之表面來聚焦。二次相位 分佈曲線與—更傳統記錄中所用的聚焦致動器具有相同作 用，但其無需使用任何機械元件。 Θ較爲有利的是，相位調變請6所界定的相位分佈曲線可 =自一由方程式1所界定之線性相位分佈曲線（根據X軸及/ ^轴）與—由方程式4所界定之二次相位分佈曲線的-線 性組合。此容許同時對光點執行—二維掃描，同時將光點 95967.doc -17 - 200521604 之焦點精確地設定於資訊載體901之表面上。 如圖12所示，本發明之系統可有利地構建於一讀取裝置 RA(例如家用唱機裝置等等）、一可攜式裝置1>1)(例如可攜式 數位助理、可攜式電腦、一遊戲機單元等等）或一行動電話 MT中。此等裝置及器件皆包含一用於接納一上述資訊载體 . 1C之開口（0P)及一用於在該資訊載體1(：上移動光點以恢復 . 資料之本發明系統。 使用動詞「包含（comprise)」及其變化形式並不排除存在 除申請專利範圍所述之外的其他元件及步驟。在元件或步 _ 驟之A使用冠祠「一（a或an)」並不排除存在複數個此等元 件或步驟。 【圖式簡單說明】 現在將結合附圖並參照上文所述實施例來闡述本發明之 具體態樣，在附圖中相同部件或子步驟皆以相同方式表 示’附圖如下： 圖1繪示本發明之一第一系統， 圖2緣示本發明之一第二系統， % 圖3繪示專用於本發明系統所用巨集單元掃描之組件之 詳圖， 圖4顯示根據本發明之巨集單元掃描之原理， 圖5½不本發明第一系統之三維視圖， 圖6繪示-用於在一資訊載體上方移動本發明系統之第 一構造， 圖7繪示一用於在-資訊載體上方移動本發明系統之第 _ 95967.doc -18- 200521604 二構造， 統之第二 圖8繪示用於在一資訊載體上方移動本發明系 構造中的詳細元件， ” 圖9繪示本發明之一第三系統， 圖10緣示本發明第三系統之三維視圖， 一電壓控 圖11繪示一電可控液晶單元及此一液晶單元之 制曲線， 圖12繪示多種包含一本發明系統之装置及器件 【主要元件符號說明】 101 資訊載體 102 光學元件（微透鏡陣列） 103 光點陣列 104 輸入光束 105 偵測器 201 資訊載體 202 光學元件（孔徑陣列） 203 光點陣列 204 輸入光束 205 偵測器 301 資訊載體 302 像素 303 像素 304 像素 305 偵測器 95967.doc 200521604 306 貢料區域 307 資料區域 308 資料區域 306a 二進制資料 306b 二進制資料 306c 二進制資料 306d 二進制資料 401 資訊載體 403 光點 405 偵測器 501 資訊載體 502 孔徑陣列 503 偵測器 601 第一滑板 602 第二滑板 603 接合件 604 接合件 605 接合件 606 接合件 607 導軌 608 導執 609 導執 610 導軌 611 接合件 612 接合件 95967.doc -20- 200521604 613 接合件 614 接合件 701 框架 702 板片彈簧 703 板片彈簧 901 資訊載體 902 孔徑陣列 903 光點陣列 904 輸入光束 906 相位調變器 1001 貢訊載體 1002 孔徑陣列 1003 偵測器 1006 相位調變器 1101 LC層 1102 玻璃基板 1103 透明電極 1104 對準層 1105 電壓發生器 IC 資訊載體 MT 行動電話 OP 開口 PD 可攜式裝置 RA 讀取裝置 95967.doc -21 -

Claims (1)

1. 200521604 十、申請專利範圍： 1. 一種用於位移至少一光點（9〇3)之系統，該系統包含： -一相位調變器（906)，其用於自一輸入光束産生一根據 一可控相位曲線受到相位調變之光束， _ 一孔徑陣列（9〇2)，其用於自該經相位調變之光束産生 該至少一光點（903)， 。亥相位为佈曲線的一變化意味著該至少一光點的一位 移。 2·根據请求項！之系統，其中該相位調變器（9〇6)用於界定一 關於橫向位置的線性相位分佈曲線。 3 ·根據明求項丄之系統，其中該相位調變器（9〇6)用於界定一 關於該橫向位置的二次相位分佈曲線。 4·根據明求項}之系統，其中該相位調變器（9〇6)用於界定關 於該橫向位置的一線性相位分佈曲線與一二次相位的一 組合。 5·根據明求項！、2、3或4之系統，其中該相位調變器（9〇6) 包含液晶單元（LC)或電濕性單元。 6. -種讀取裝置，其包含—根據請求们、2、3、械5之系 統0 一種可攜式裝置，其包含一根據請求項丨、2、3、4或5之 糸統。 2、3、4或5之系 8 · 種行動電話，其包含一根據請求項 統0 9.:種遊戲機裳置，其包含—根據請求们、2、3、…之 系統。 95967.doc