專利名稱：數(shù)字彩色多層多階光盤寫入和讀出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)字彩色多層多階光盤寫入和讀出方法，屬于光存儲技術(shù)領(lǐng)域。
光存儲是目前主要的信息存儲方法之一。信息量的飛速增長，在容量和速度上對光存儲提出了越來越高的要求。提高光存儲容量的有效方法是增加存儲的維度，如DVD-ROM就是通過增加記錄層的方法來增大容量的，其原理如

圖1所示。單面雙層DVD盤片由上記錄層1、半透半反層2、下記錄層3、反射層4、保護(hù)層5及厚度補(bǔ)償盤6組成，數(shù)據(jù)通過模壓的方法記錄在上記錄層1和下記錄層3上，如圖1所示。半透半反層2的反射率在30％左右，反射層的反射率大于70％。讀取上記錄層1時，光束聚焦到上記錄層1并被半透半反層2反射，探測器對反射光束的光強(qiáng)進(jìn)行處理，得到記錄數(shù)據(jù)和伺服信號。讀取下記錄層2時，將物鏡下移，一部分光透過半透半反層2，聚焦到下記錄層3并被反射層4反射，反射光束的一部分透過半透半反層2被探測器接收，用來產(chǎn)生伺服信號和讀出信號。該方法具有如下缺點(diǎn)1、盤片制造工藝復(fù)雜。模壓好上記錄層1并鍍上半透半反層2后，需要再在其上模壓下記錄層3，此時容易破壞上記錄層1，致使盤片的成品率低，不可能再增加層數(shù)。
2、這種方法記錄層數(shù)不能太多。因為對每一記錄層，都需要增加相應(yīng)的反射層和摸壓層，讀出信號被急劇減弱，例如目前所用的雙層盤，第一層上的反射層的反射率為30％，則信號幅值不及原值的1/3。
本發(fā)明的目的是在充分利用現(xiàn)有的光盤存儲技術(shù)及規(guī)模生產(chǎn)工藝手段的基礎(chǔ)上，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、且能與現(xiàn)有光盤兼容的大容量和高數(shù)據(jù)傳輸率的光存儲方法。
本發(fā)明提出的數(shù)字彩色多層多階光盤的數(shù)據(jù)寫入方法包括以下步驟1、制備一個光盤，首先用模壓的方法制作光盤盤基，在盤基上鍍n個記錄層，每個記錄層為一種光致變色材料，在第n個記錄層的外側(cè)鍍?nèi)瓷鋵?，光盤的n個記錄層的總厚度小于物鏡的焦深，盤基上帶有信道，信道被分為多個扇區(qū)，每個扇區(qū)的開始是扇區(qū)格式碼，用來標(biāo)識該扇區(qū)，格式碼后面是數(shù)據(jù)區(qū)，用來存儲數(shù)據(jù)；2、旋轉(zhuǎn)光盤，上下調(diào)整物鏡的位置，讓光盤的n個記錄層位于物鏡的焦深之內(nèi)，而且在以下步驟中，使光盤的n個記錄層始終位于物鏡的焦深之內(nèi)；3、沿光盤徑向稍稍移動物鏡，使物鏡焦點(diǎn)位于光盤信道上；讀取信道上一個扇區(qū)的格式碼，計算該扇區(qū)和寫入數(shù)據(jù)所在的目標(biāo)扇區(qū)的距離；然后沿光盤的徑向使物鏡移動相同的距離，讓物鏡焦點(diǎn)到達(dá)上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道；4、將寫入數(shù)據(jù)分解成n路，每路數(shù)據(jù)由一個激光器寫入，各激光器發(fā)出的激光的波長互不相同，分別為λi(i＝1，2，…，n)，隨著光盤的轉(zhuǎn)動，讀取經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)的每個扇區(qū)的格式碼，等待上述目標(biāo)扇區(qū)經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)，當(dāng)上述目標(biāo)扇區(qū)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域經(jīng)過焦點(diǎn)時，根據(jù)上述n路數(shù)據(jù)，分別使n個激光器發(fā)出強(qiáng)度隨時間變化的激光束，每個激光束的光強(qiáng)都有m個值Iil(l＝1，2，…，m)，因此每個記錄層都是m階存儲；
5、上述n束激光經(jīng)過物鏡、盤基后聚焦到光盤的n個記錄層上，物鏡為消色差物鏡，使得波長不同的n束激光聚焦于同一點(diǎn)，由于n個記錄層全部位于物鏡焦深之內(nèi)，隨著光盤的旋轉(zhuǎn)，n路數(shù)據(jù)分別被寫入光盤的n個記錄層，物鏡焦點(diǎn)始終保持在上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道上，直到數(shù)據(jù)寫入過程結(jié)束本發(fā)明提出的數(shù)字彩色多層多階光盤的數(shù)據(jù)讀出方法包括以下步驟1、旋轉(zhuǎn)光盤，上下調(diào)整物鏡的位置，讓光盤的n個記錄層位于物鏡的焦深之內(nèi)；2、沿光盤徑向移動物鏡，使物鏡焦點(diǎn)位于光盤信道上；讀取信道上一個扇區(qū)的格式碼，計算該扇區(qū)和讀出數(shù)據(jù)所在的目標(biāo)扇區(qū)之間的距離；然后沿光盤的徑向移動物鏡，讓物鏡焦點(diǎn)到達(dá)上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道；3、隨著光盤的轉(zhuǎn)動，讀取經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)的每個扇區(qū)的格式碼，等待上述目標(biāo)扇區(qū)經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)，當(dāng)上述目標(biāo)扇區(qū)經(jīng)過焦點(diǎn)時，點(diǎn)亮n個半導(dǎo)體激光器，使它們發(fā)出不同波長的激光束，激光束的波長分別為λi(i＝1，2，…，n)，每個激光束的強(qiáng)度Ii不隨時間變化，該強(qiáng)度小于光盤上n種光致變色材料中任何一種光致變色材料的光致變色反應(yīng)閾值A(chǔ)i；4、上述n束激光經(jīng)過物鏡、盤基后聚焦到光盤的n個記錄層上，物鏡為消色差物鏡，使得波長不同的n束激光聚焦于同一點(diǎn)，由于n個記錄層全部位于物鏡焦深之內(nèi)，因此n種波長的激光可分別被n個記錄層吸收；5、上述n束激光分別被n個記錄層吸收后，被全反射層反射，再經(jīng)過物鏡后進(jìn)入n個探測器，該n個探測器分別接收n種波長的激光，檢測n種波長激光的光強(qiáng)，根據(jù)光強(qiáng)變化讀出n個記錄層的數(shù)據(jù)，物鏡焦點(diǎn)始終保持在上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道，直到數(shù)據(jù)讀出過程結(jié)束。
本發(fā)明的方法可以有效地增加光盤存儲容量。設(shè)單個記錄層有C個信道位，如果采用常規(guī)的單層二值存儲，則光盤的容量為C比特；如果采用本發(fā)明的n層m階存儲，則光盤容量達(dá)到nClog2m比特。
本發(fā)明的另外一個突出優(yōu)點(diǎn)是提高了數(shù)據(jù)讀寫的速度。速度和容量是存儲系統(tǒng)的兩個非常重要的指標(biāo)，但一般的方法很難同時顯著提高這兩個指標(biāo)。如DVD系統(tǒng)采用多層技術(shù)提高光盤的容量，它對光盤各層數(shù)據(jù)的讀出是單獨(dú)進(jìn)行的，因此它的讀出速度并沒用顯著提高。在本發(fā)明中，用一個消色差物鏡將n束激光聚焦于一個焦點(diǎn)，且n個記錄層全在該焦點(diǎn)的焦深之內(nèi)，因此對n個記錄層的讀寫是同時并行的。在光盤轉(zhuǎn)速相同的情況下，本發(fā)明的讀寫速度為對單層二值光盤讀寫速度的nlog2m倍。
多個記錄層并行讀寫不僅可以提高數(shù)據(jù)的讀寫速度，而且可以進(jìn)行層間編碼。層間編碼不僅可提高編碼速率，還可減少冗余數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提高盤容量。
附圖簡要說明圖1為已有技術(shù)的數(shù)據(jù)讀寫原理圖。
圖2為本發(fā)明的數(shù)據(jù)讀寫原理圖。
以下結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容及所依據(jù)的原理。圖1和圖2中，1是上記錄層，2是半透半反層，3是下記錄層，4是全反射層，5是保護(hù)層，6是厚度補(bǔ)償盤，71～7n是n個激光器，8是光束整合器，9是聚光鏡，10是衍射光柵，111～11n是n個探測器，12是光束整合器，13是偏振分光器件，14是1/4波片，15是消色差物鏡，16是盤基，171～17n是n個記錄層，18是反射層19是保護(hù)層。
本發(fā)明的光盤的n個記錄層171～17n由n種不同的光致變色材料組成，對這些記錄層的讀寫由n個激光器71～7n和n個探測器111～11n完成。為了說明各記錄層的讀寫原理，將這些記錄層、光致變色材料、激光器和探測器順序編號，在數(shù)據(jù)讀寫過程中，記錄層、光致變色材料、激光器和探測器互相一一對應(yīng)，即記錄層i由光致變色材料i組成，它的讀寫由激光器i和探測器i來完成。激光器i發(fā)出的激光的波長為λi，光致變色材料i的吸收波長為λi，它對波長為λj(j≠i，j＝1，2，…，n)的光透明。當(dāng)波長為λi的激光聚焦到光盤的n個記錄層時，只有記錄層i會吸收該激光的能量，其它的記錄層對該激光完全透明。如果該激光的光強(qiáng)Ii小于一定閾值A(chǔ)i，則記錄層i僅僅吸收該激光的能量，使該激光的強(qiáng)度減弱，而材料本身不發(fā)生光致變色反應(yīng)。記錄層i對該激光的吸收作用的強(qiáng)弱取決于該記錄層中光致變色材料i的量，光致變色材料i越多吸收作用越強(qiáng)，光致變色材料i越少吸收作用越弱。如果該激光的光強(qiáng)Ii大于一定閾值A(chǔ)i，則記錄層i吸收該激光的能量后部分光致變色材料i發(fā)生光致變色反應(yīng)，且發(fā)生光致變色反應(yīng)的材料的量與該激光光強(qiáng)Ii的大小有關(guān)，Ii越大發(fā)生反應(yīng)的光致變色材料越多，剩下的光致變色材料越少，Ii越小發(fā)生反應(yīng)的光致變色材料越少，剩下的光致變色材料越多。將上述閾值A(chǔ)i稱為光致變色材料i的變色反應(yīng)閾值。
波長為λi的激光聚焦到光盤的n個記錄層時，m個不同的激光強(qiáng)度值Iil(l＝1，2，…，m)使記錄層i中的剩下的光致變色材料的量取m個可分辨的值Bil，這m個值Bil可以用來作m階存儲。讀出時，用波長為λi且強(qiáng)度Ii小于變色反應(yīng)閾值A(chǔ)i的激光聚焦到光盤的n個記錄層上，該激光經(jīng)過n個記錄層后被全反射層18反射回來。記錄層i中光致變色材料的量不同，反射回來的光束的強(qiáng)度就不同，探測器i根據(jù)反射光束的光強(qiáng)值確定記錄層i中的數(shù)據(jù)。
上述n種光致變色材料的光致變色反應(yīng)產(chǎn)物對n個激光器發(fā)出的光都是透明的，不影響對任何一種材料的讀寫。
由于n個激光器發(fā)出的激光束的中心光線不重合，在進(jìn)入主光路之前，本發(fā)明用一個光束整合器8使n束激光的中心光線重合。類似地，在返回光束離開主光路后，根據(jù)光路可逆原理，用一個同樣的光束整合器將返回光束分開成n束激光，分別進(jìn)入n個探測器。
本發(fā)明使用的物鏡15是一種消色差物鏡。該物鏡針對上述n種波長的激光消相差，使得這n種波長的平行激光束聚焦于一點(diǎn)。
在數(shù)據(jù)讀出過程中，以及從數(shù)據(jù)寫入過程的第2步開始，需要不停地上下調(diào)整物鏡的位置，讓光盤的n個記錄層位于物鏡的焦深之內(nèi)，該任務(wù)由自動調(diào)焦系統(tǒng)完成。有很多方法可以實現(xiàn)自動調(diào)焦，如可以讓一平行激光束經(jīng)過物鏡、盤基和記錄層，被全反射層反射回來，再經(jīng)過物鏡后返回。如果物鏡的焦點(diǎn)正好位于光盤的n個記錄層上，則返回光束為平行光束；如果物鏡的焦點(diǎn)位于光盤的n個記錄層的上方，則為會聚光束；如果物鏡的焦點(diǎn)位于光盤的n個記錄層的下方，則返回光束為發(fā)散光束。通過觀測返回光束是平行、會聚或發(fā)散光束，可以分別保持、向下或向上移動物鏡，直到返回光束變成平行光束，即物鏡焦點(diǎn)正好位于光盤的n個記錄層上為止。自動調(diào)焦系統(tǒng)使用的n個激光器中的一個，如激光器k。需要注意的是在數(shù)據(jù)寫入過程的第5步之前，該激光器發(fā)出的激光強(qiáng)度要小于光致變色材料k的變色反應(yīng)閾值A(chǔ)k。
數(shù)據(jù)寫入過程的第3步以后，以及數(shù)據(jù)讀出的第2步以后，需要讓物鏡焦點(diǎn)保持在信道上，該任務(wù)由自動跟蹤系統(tǒng)完成。自動跟蹤系統(tǒng)使用n個激光器中的一個，如激光器j。當(dāng)物鏡焦點(diǎn)偏離信道時，激光器j發(fā)出的激光經(jīng)過物鏡、盤基、n個記錄層后被全反射層反射回來，如果物鏡焦點(diǎn)偏離了信道，則返回光束的光強(qiáng)和位相分布會發(fā)生變化，據(jù)此可以沿光盤徑向稍稍移動物鏡，讓物鏡焦點(diǎn)回到信道上。需要注意的是在數(shù)據(jù)寫入過程的第5步之前，該激光器發(fā)出的激光強(qiáng)度要小于光致變色材料j的變色反應(yīng)閾值A(chǔ)j。自動跟蹤系統(tǒng)和自動調(diào)焦系統(tǒng)使用的激光器可以相同，也可以不同。
下面介紹本發(fā)明的實施例。
數(shù)字4波長4階光盤數(shù)據(jù)讀寫方法。采用的4種波長分別為680nm、630nm、550nm和480nm。消色差物鏡的數(shù)值孔徑為0.6，焦深為1μm。光盤盤基由有機(jī)塑料組成，厚度為0.6mm，上面模壓有信道和扇區(qū)格式碼。全反射層為鋁膜，其反射率在70％以上。
4種光致變色材料為吸收帶不同的螺吡喃，吸收峰分別為680nm、630nm、550nm和480nm，吸收帶的寬度非常窄。4種光致變色材料的的光致變色反應(yīng)產(chǎn)物對上述4種波長的激光都是透明的。盤基上依次鍍4種光致變色材料作為4個記錄層，每層的厚度為50nm。物鏡對上述4種波長消色差，焦深為1μm。
4種光致變色材料它們的分子結(jié)構(gòu)差別不大，除吸收峰不同外，其它光化學(xué)特性基本一致。未發(fā)生光致變色反應(yīng)時，反射率在20％，接近全部發(fā)生光致變色反應(yīng)后，反射率在60％左右。在一定的時間內(nèi)，光致變色反應(yīng)的閾值為2.5mW左右，寫入激光的強(qiáng)度為0mW、4mW、9mW和15mW時，可以使發(fā)射率分別為20％、33％、47％和60％，分別代表4階存儲的4種狀態(tài)“00”、“01”、“10”、“11”。讀出時，激光強(qiáng)度為1.5mW。
自動調(diào)焦系統(tǒng)和自動跟蹤系統(tǒng)均使用480nm的激光，其工作光強(qiáng)為1.5mW。在數(shù)據(jù)寫入過程中，寫入數(shù)據(jù)要求激光的強(qiáng)度為0mW時實際使用1.5mW的激光，以保證自動調(diào)焦和自動跟蹤系統(tǒng)仍能正常工作。因為1.5mW仍小于閾值2.5mW，寫入數(shù)據(jù)仍是正確的。
4波長4階存儲可以將容量和速度提高到單層二值存儲的8倍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字彩色多層多階光盤的數(shù)據(jù)寫入方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)、制備一個光盤，首先用模壓的方法制作光盤盤基，在盤基上鍍n個記錄層，每個記錄層為一種光致變色材料，在第n個記錄層的外側(cè)鍍?nèi)瓷鋵?，光盤的n個記錄層的總厚度小于物鏡的焦深，盤基上帶有信道，信道被分為多個扇區(qū)，每個扇區(qū)的開始是扇區(qū)格式碼，用來標(biāo)識該扇區(qū)，格式碼后面是數(shù)據(jù)區(qū)，用來存儲數(shù)據(jù)；(2)、旋轉(zhuǎn)光盤，上下調(diào)整物鏡的位置，讓光盤的n個記錄層位于物鏡的焦深之內(nèi)，而且在以下步驟中，使光盤的n個記錄層始終位于物鏡的焦深之內(nèi)；(3)、沿光盤徑向稍稍移動物鏡，使物鏡焦點(diǎn)位于光盤信道上；讀取信道上一個扇區(qū)的格式碼，計算該扇區(qū)和寫入數(shù)據(jù)所在的目標(biāo)扇區(qū)的距離；然后沿光盤的徑向使物鏡移動相同的距離，讓物鏡焦點(diǎn)到達(dá)上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道；(4)、將寫入數(shù)據(jù)分解成n路，每路數(shù)據(jù)由一個激光器寫入，各激光器發(fā)出的激光的波長互不相同，分別為λi(i＝1，2，…，n)，隨著光盤的轉(zhuǎn)動，讀取經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)的每個扇區(qū)的格式碼，等待上述目標(biāo)扇區(qū)經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)，當(dāng)上述目標(biāo)扇區(qū)的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域經(jīng)過焦點(diǎn)時，根據(jù)上述n路數(shù)據(jù)，分別使n個激光器發(fā)出強(qiáng)度隨時間變化的激光束，每個激光束的光強(qiáng)都有m個值Iil(l＝1，2，…，m)，因此每個記錄層都是m階存儲；(5)、上述n束激光經(jīng)過物鏡、盤基后聚焦到光盤的n個記錄層上，物鏡為消色差物鏡，使得波長不同的n束激光聚焦于同一點(diǎn)，由于n個記錄層全部位于物鏡焦深之內(nèi)，隨著光盤的旋轉(zhuǎn)，n路數(shù)據(jù)分別被寫入光盤的n個記錄層，物鏡焦點(diǎn)始終保持在上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道上，直到數(shù)據(jù)寫入過程結(jié)束
2.一種數(shù)字彩色多層多階光盤的數(shù)據(jù)讀出方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)、旋轉(zhuǎn)光盤，上下調(diào)整物鏡的位置，讓光盤的n個記錄層位于物鏡的焦深之內(nèi)；(2)、沿光盤徑向移動物鏡，使物鏡焦點(diǎn)位于光盤信道上；讀取信道上一個扇區(qū)的格式碼，計算該扇區(qū)和讀出數(shù)據(jù)所在的目標(biāo)扇區(qū)之間的距離；然后沿光盤的徑向移動物鏡，讓物鏡焦點(diǎn)到達(dá)上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道；(3)、隨著光盤的轉(zhuǎn)動，讀取經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)的每個扇區(qū)的格式碼，等待上述目標(biāo)扇區(qū)經(jīng)過物鏡焦點(diǎn)，當(dāng)上述目標(biāo)扇區(qū)經(jīng)過焦點(diǎn)時，點(diǎn)亮n個半導(dǎo)體激光器，使它們發(fā)出不同波長的激光束，激光束的波長分別為λi(i＝1，2，…，n)，每個激光束的強(qiáng)度Ii不隨時間變化，該強(qiáng)度小于光盤上n種光致變色材料中任何一種光致變色材料的光致變色反應(yīng)閾值A(chǔ)i；(4)、上述n束激光經(jīng)過物鏡、盤基后聚焦到光盤的n個記錄層上，物鏡為消色差物鏡，使得波長不同的n束激光聚焦于同一點(diǎn)，由于n個記錄層全部位于物鏡焦深之內(nèi)，因此n種波長的激光可分別被n個記錄層吸收；(5)、上述n束激光分別被n個記錄層吸收后，被全反射層反射，再經(jīng)過物鏡后進(jìn)入n個探測器，該n個探測器分別接收n種波長的激光，檢測n種波長激光的光強(qiáng)，根據(jù)光強(qiáng)變化讀出n個記錄層的數(shù)據(jù)，物鏡焦點(diǎn)始終保持在上述目標(biāo)扇區(qū)所在的信道，直到數(shù)據(jù)讀出過程結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字彩色多層多階光盤的數(shù)據(jù)寫入和讀出的方法,首先制備光盤,該光盤有n個記錄層,旋轉(zhuǎn)光盤,使光盤的n個記錄層始終位于物鏡的焦深之內(nèi),使物鏡焦點(diǎn)到達(dá)上述目標(biāo)扇區(qū)信道,用激光器寫入n路數(shù)據(jù),上述n束激光經(jīng)過物鏡、盤基后聚焦到光盤的n個記錄層上,物鏡為消色差物鏡;沿光盤徑向移動物鏡,讀取物鏡焦點(diǎn)的每個扇區(qū)的格式碼,根據(jù)光強(qiáng)變化讀出n個記錄層的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的方法可以有效地增加光盤存儲容量和讀寫速度。
文檔編號G11B7/0045GK1264110SQ0010350
公開日2000年8月23日 申請日期2000年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月24日
發(fā)明者徐端頤, 成先富 申請人:清華大學(xué)