專利名稱：并行光信息寫入和讀出方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高速度光信息寫入和讀出方法，尤其涉及一種采用空間光調(diào)制器作為信息輸入元件和采用CCD作為信息讀出元件的并行高速光信息寫入和讀出方法。
背景技術(shù)：
隨著計算機多媒體和網(wǎng)絡(luò)的普及和迅猛發(fā)展，需要處理和存儲的數(shù)據(jù)量大幅度增加，光信息存儲技術(shù)已成為當今信息科學技術(shù)的重要支柱之一。光存儲材料主要分為光熱型材料和光子型材料；在存儲方法上分為串行和并行。目前比較成熟的可擦寫光盤采用的是光熱型材料的串行讀寫方式。光熱型材料的記錄速度受到加熱過程的限制，而且串行的讀寫方式每次只能讀寫1比特信息，記錄讀出速度受到很大限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種以光子型材料為存儲記錄介質(zhì)的并行光信息寫入和讀出方法；其解決了背景技術(shù)中讀寫方式每次只能讀寫1比特信息，記錄讀出速度受到很大限制的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種并行光信息寫入和讀出方法，其特殊之處在于該方法包括1).用激光器輸出的激光作為信息寫入光；用發(fā)光二極管或信息寫入激光作為信息讀出光；2).將激光器輸出的細激光束通過擴束準直器變換為粗的平行激光束；將粗的平行激光束經(jīng)相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為非相干光，用非相干光照明空間光調(diào)制器；3).用空間光調(diào)制器作為并行信息輸入元件，用CCD攝像機加圖像采集卡作為并行信息讀出器件，用光子型材料的樣品薄膜作為信息存儲記錄介質(zhì)，用高分辨率成像鏡頭將加載在空間光調(diào)制器上的信息微縮成像到樣品薄膜上；通過分光元件連接空間光調(diào)制器、并行信息讀出器件及高分辨率成像鏡頭，使信息寫入光與信息讀出光從不同的方向分別進入樣品薄膜與并行信息讀出器件；4).通過微調(diào)高分辨率成像鏡頭，使并行信息讀出器件可清晰地觀察到樣品薄膜表面；5).用計算機在空間光調(diào)制器上加載圖像或數(shù)字編碼信息；通過微調(diào)空間光調(diào)制器，使并行信息讀出器件可同時清晰地看見圖像或數(shù)字編碼信息與樣品薄膜表面；6).用快門控制信息寫入曝光時間，將空間光調(diào)制器上的信息存儲到樣品薄膜上；7).存儲在樣品薄膜上的信息經(jīng)過高分辨率成像鏡頭放大成像到并行信息讀出器件上；調(diào)節(jié)并行信息讀出器件前的偏振片，控制進入并行信息讀出器件的光強，由并行信息讀出器件將圖像或數(shù)字編碼信息捕捉到計算機；8).通過計算機對捕捉到的數(shù)字編碼信息進行解碼，恢復(fù)原始信息；9).通過計算機控制二維微移平臺移動，更換放置在二維微移平臺上樣品薄膜的不同位置，可重新存儲新的圖像或數(shù)字編碼信息；10).通過計算機控制二維微移平臺精確尋址，可讀出樣品薄膜不同位置存儲的信息。
上述樣品薄膜的記錄材料可采用具有光學雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料。
上述樣品薄膜的存儲盤片采用透射式結(jié)構(gòu)或反射式結(jié)構(gòu)均可。
上述樣品薄膜的記錄材料以采用光致變色材料為佳；上述激光器可采用波長與樣品薄膜的記錄材料匹配的連續(xù)激光器或脈沖激光器。
上述分光元件可采用偏振分光棱鏡或偏振鍍膜分束片，最佳方案是使用偏振分光棱鏡。
上述高分辨率成像鏡頭可采用長工作距離平場顯微物鏡，也可采用大視場高倍率消像差微縮成像鏡頭。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點1.采用并行光信息寫入和讀出方法，每次寫入和讀出的信息量大。每次可寫入和讀出1024×768比特或更多的信息。
2.本發(fā)明是基于光子型材料特性的高速并行光信息寫入和讀出方案；由于沒有熱效應(yīng)，響應(yīng)速度很快。
具體實施例方式
本發(fā)明是在光子型材料上存儲模擬圖像或數(shù)字編碼信息，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的并行高速存取，每次可寫入或讀出1024×768比特或更多的信息，是基于光子型材料特性的高速并行光信息寫入和讀出方法。本發(fā)明使用的光存儲材料可為具有光學雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料，如光致變色材料。未來的光存儲發(fā)展方向是光子型材料的并行讀寫。光子型材料光存儲利用的是物質(zhì)吸收光子后電子能級躍遷、重新分布或化學鍵異構(gòu)化等直接作用，使記錄介質(zhì)產(chǎn)生物理或化學變化而實現(xiàn)存儲。由于沒有熱效應(yīng)，響應(yīng)速度可以很快。
本發(fā)明通過激光器產(chǎn)生信息寫入光。激光器可以是波長與感光記錄材料匹配的連續(xù)或脈沖激光器。用快門精確控制信息寫入曝光時間。用空間光調(diào)制器作為并行信息輸入元件；用CCD攝像機加圖像采集卡作為并行信息讀出器件；用光子型材料樣品薄膜作為信息存儲記錄介質(zhì)；采用高分辨率成像鏡頭將加載在空間光調(diào)制器上的信息微縮成像到信息存儲記錄介質(zhì)上進行寫入；讀出信息時則將存儲在信息存儲記錄介質(zhì)上的信息放大成像到信息讀出器件的光敏面上；采用分光元件連接空間光調(diào)制器、信息讀出器件及高分辨率成像鏡頭，使信息寫入光與讀出光從不同的方向分別進入信息存儲記錄介質(zhì)與信息讀出器件；在空間光調(diào)制器前放置相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器，用非相干光照明空間光調(diào)制器；在激光器與相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器之間放置擴束準直器，將激光器輸出的細激光束變換為粗的平行激光束；在信息讀出器件前放置光強控制偏振片，控制進入信息讀出器件的光強；信息存儲記錄介質(zhì)放置在可計算機編程控制的二維微移平臺上進行尋址操作；使用發(fā)光二極管或信息寫入激光作為信息讀出光。并行信息讀出器件亦可采用CMOS攝像機加圖像采集卡，或者采用數(shù)碼相機。信息存儲記錄介質(zhì)為具有光學雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料薄膜，如光致變色材料薄膜。信息存儲記錄介質(zhì)的存儲盤片可以是透射式結(jié)構(gòu)或反射式結(jié)構(gòu)。透射式結(jié)構(gòu)是在光學玻璃基片上直接制備記錄材料薄膜。反射式結(jié)構(gòu)是在全反射鏡表面先鍍一層四分之一波片，然后再在四分之一波片上制備記錄材料薄膜。其中四分之一波片起改變反射光偏振方向的作用。高分辨率成像鏡頭為一種長工作距離平場顯微物鏡，或者是大視場高倍率消像差微縮成像鏡頭。分光元件為偏振分光棱鏡或偏振鍍膜分束片，最佳方案是使用偏振分光棱鏡。相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器可采用由微型電機帶動一塊毛玻璃旋轉(zhuǎn)構(gòu)成(專利ZL 02 2 62008.7)，或是由一個振動器帶動一塊毛玻璃振動的裝置。它起到將激光器發(fā)出的相干光轉(zhuǎn)換為非相干光的作用，可消除相干光帶來的噪聲信號，提高記錄和讀出信息的信噪比。
信息讀出光信息存儲記錄介質(zhì)為透射式結(jié)構(gòu)存儲盤片時，使用發(fā)光二極管作為讀出光。其特點在于可更換不同波長的發(fā)光二極管，針對不同吸收的樣品產(chǎn)生不同波長的照明光，提高讀出圖像的質(zhì)量(專利ZL 02 2 62126.1)。采用發(fā)光二極管作為照明讀出光源，發(fā)光二極管前加有偏振片及聚光物鏡，聚光物鏡控制照明光只集中在要讀出信息的樣品區(qū)域，偏振片可對讀出光起偏，有利于讀出光全部通過偏振分光棱鏡進入圖像讀出器件，以降低所需讀出光的強度，減小讀出光對寫入信息的擦除作用。
信息讀出光對于信息存儲記錄介質(zhì)為反射式結(jié)構(gòu)存儲盤片時，使用信息寫入激光作為讀出光。此時空間光調(diào)制器加載白屏，激光功率調(diào)弱，利用從樣品薄膜反射回來的光可以進入信息讀出器件進行讀出。
空間光調(diào)制器可由計算機控制加載待存儲的模擬圖像或數(shù)字編碼信息?？臻g光調(diào)制器可采用各種不同分辨率的透射式空間光調(diào)制器；信息讀出器件可讀取樣品薄膜上寫入的信息，存入計算機。高分辨率成像鏡頭的成像質(zhì)量決定系統(tǒng)的存儲密度。二維微移平臺用于固定樣品薄膜，可由計算機編程控制其精密移動和定位，實現(xiàn)尋址。
權(quán)利要求
1.一種并行光信息寫入和讀出方法，其特征在于該方法包括1).用激光器輸出的激光作為信息寫入光；用發(fā)光二極管或信息寫入激光作為信息讀出光；2).將激光器輸出的細激光束通過擴束準直器變換為粗的平行激光束；將粗的平行激光束經(jīng)相干光到非相干光轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為非相干光，用非相干光照明空間光調(diào)制器；3).用空間光調(diào)制器作為并行信息輸入元件，用CCD攝像機加圖像采集卡作為并行信息讀出器件，用光子型材料的樣品薄膜作為信息存儲記錄介質(zhì)，用高分辨率成像鏡頭將加載在空間光調(diào)制器上的信息微縮成像到樣品薄膜上；通過分光元件連接空間光調(diào)制器、并行信息讀出器件及高分辨率成像鏡頭，使信息寫入光與信息讀出光從不同的方向分別進入樣品薄膜與并行信息讀出器件；4).通過微調(diào)高分辨率成像鏡頭，使并行信息讀出器件可清晰地觀察到樣品薄膜表面；5).用計算機在空間光調(diào)制器上加載圖像或數(shù)字編碼信息；通過微調(diào)空間光調(diào)制器，使并行信息讀出器件可同時清晰地看見圖像或數(shù)字編碼信息與樣品薄膜表面；6).用快門控制信息寫入曝光時間，將空間光調(diào)制器上的信息存儲到樣品薄膜上；7).存儲在樣品薄膜上的信息經(jīng)過高分辨率成像鏡頭放大成像到并行信息讀出器件上；調(diào)節(jié)并行信息讀出器件前的偏振片，控制進入并行信息讀出器件的光強，由并行信息讀出器件將圖像或數(shù)字編碼信息捕捉到計算機；8).通過計算機對捕捉到的數(shù)字編碼信息進行解碼，恢復(fù)原始信息；9).通過計算機控制二維微移平臺移動，更換放置在二維微移平臺上樣品薄膜的不同位置，可重新存儲新的圖像或數(shù)字編碼信息；10).通過計算機控制二維微移平臺精確尋址，可讀出樣品薄膜不同位置存儲的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的并行光信息寫入和讀出方法，其特征在于所述樣品薄膜的記錄材料為具有光學雙穩(wěn)態(tài)的光子型材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的并行光信息寫入和讀出方法，其特征在于所述的樣品薄膜的存儲盤片為透射式結(jié)構(gòu)或反射式結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的并行光信息寫入和讀出方法，其特征在于所述樣品薄膜的記錄材料為光致變色材料；所述的激光器是波長與樣品薄膜的記錄材料匹配的連續(xù)激光器或脈沖激光器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的并行光信息寫入和讀出方法，其特征在于所述的分光元件為偏振分光棱鏡或偏振鍍膜分束片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的并行光信息寫入和讀出方法，其特征在于所述的高分辨率成像鏡頭為長工作距離平場顯微物鏡，或者是大視場高倍率消像差微縮成像鏡頭。
全文摘要
一種并行光信息寫入和讀出方法，其用激光作為信息寫入光，用發(fā)光二極管或信息寫入激光作為信息讀出光；用空間光調(diào)制器作為并行信息輸入元件，用CCD攝像機加圖像采集卡作為并行信息讀出器件，用光子型材料的樣品薄膜作為信息存儲記錄介質(zhì)；用高分辨率成像鏡頭將加載在空間光調(diào)制器上的信息微縮成像到存儲記錄介質(zhì)薄膜上進行寫入，讀出信息時則將存儲在記錄介質(zhì)薄膜上的信息放大成像到信息讀出器件的光敏面上。采用分光元件連接空間光調(diào)制器、信息讀出器件及高分辨率成像鏡頭，使信息寫入光與讀出光從不同方向分別進入存儲記錄介質(zhì)薄膜與信息讀出器件。該方法每次可同時寫入和讀出1024x768比特信息，實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的并行高速存取。
文檔編號G11B7/128GK1707626SQ200410026228
公開日2005年12月14日 申請日期2004年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月10日
發(fā)明者姚保利, 雷銘 申請人:中國科學院西安光學精密機械研究所