專利名稱：信息載體和用于在設(shè)備中定位這種信息載體的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于在讀取設(shè)備中定位信息載體的系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及所述信息載體。
本發(fā)明應(yīng)用于光數(shù)據(jù)存儲領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光存儲解決方案現(xiàn)在廣泛用于內(nèi)容發(fā)布，例如用在基于DVD(數(shù)字萬用盤)標(biāo)準(zhǔn)的存儲系統(tǒng)中。光存儲相比于硬盤和固態(tài)存儲的較大優(yōu)點在于信息載體能夠容易和低成本的進(jìn)行復(fù)制。
由于在驅(qū)動器中存在大量的運(yùn)動元件，所以在執(zhí)行讀/寫操作時，如果在這種操作期間考慮所述運(yùn)動元件要求的穩(wěn)定性，則使用光存儲解決方案的已知應(yīng)用不耐受震動。因此，光存儲解決方案不能容易和有效的用在易受震動的應(yīng)用中，例如用在便攜式設(shè)備中。
由此已經(jīng)開發(fā)了新的光存儲解決方案。這些解決方案將光存儲的使用廉價和可拆除的信息載體的優(yōu)點與固態(tài)存儲的信息載體是靜止的和其讀取需要有限數(shù)量的運(yùn)動元件的優(yōu)點結(jié)合起來。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種用于在讀取和/或?qū)懭胙b置中關(guān)于光斑陣列精確定位信息載體的系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)，包括-用于產(chǎn)生施加給一個信息載體的周期光斑陣列的光學(xué)元件，所述信息載體包括第一周期結(jié)構(gòu)和第二周期結(jié)構(gòu)，所述第一和第二周期結(jié)構(gòu)會與所述周期光斑陣列發(fā)生干涉以分別產(chǎn)生第一莫爾圖和第二莫爾圖，-用于從所述第一和第二莫爾圖獲得介于所述周期光斑陣列和所述信息載體之間的角度值的分析裝置，-用于根據(jù)從所述角度值獲得的控制信號調(diào)節(jié)所述信息載體相對于所述光斑陣列的角度位置的致動裝置。
光斑陣列被施加給信息載體用于讀取存儲在所述信息載體上的數(shù)據(jù)。因為信息載體對應(yīng)于透明或非透明基本區(qū)域的陣列；所以光斑陣列是規(guī)則的并定義一個周期柵格。根據(jù)基本區(qū)域的透明狀態(tài)，光斑被傳送或不被傳送給將接收的光信號轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)據(jù)的檢測器。
所述信息載體包括放置在存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)部的周期結(jié)構(gòu)。當(dāng)光斑陣列與這些周期結(jié)構(gòu)發(fā)生干涉時，莫爾圖就被產(chǎn)生和檢測出來。在分析莫爾圖的過程中，能夠精確的測量信息載體和光斑陣列之間的角度偏差，因為光斑陣列和信息載體之間的較小偏差會導(dǎo)致莫爾圖的較大變化。由此可從莫爾圖得到反應(yīng)這種偏差的控制信號，并將其用作改變信息載體和光斑陣列之間的相對角位置的致動器的輸入信號。由此可使光斑和信息載體的基本區(qū)域完美對齊，從而導(dǎo)致能夠以低的錯誤率讀取信息載體。
本發(fā)明還涉及一種趨用于通過周期光斑陣列進(jìn)行讀取和/或?qū)懭氲男畔⑤d體，所述信息載體包括-通過一組基本數(shù)據(jù)區(qū)定義的數(shù)據(jù)區(qū)，-具有相同第一周期的第一周期結(jié)構(gòu)和第二周期結(jié)構(gòu)，所述第一和第二周期結(jié)構(gòu)會與所述周期光斑陣列發(fā)生干涉以分別產(chǎn)生第一和第二莫爾圖。
通過周期結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的每個莫爾圖可被用于獲得角度偏差的絕對值，而從兩個莫爾圖獲得的信息組合被用于確定所述角度偏差的符號。
使用莫爾圖是有利的，因為它可帶來了對偏差角的精確測量。
此外，在信息載體上印刷這種周期結(jié)構(gòu)是經(jīng)濟(jì)的，并因此可專用于內(nèi)容發(fā)布環(huán)境。
下面將給出本發(fā)明的詳細(xì)解釋和其它方面。


現(xiàn)在將參考下文結(jié)合附圖所述的實施例來解釋本發(fā)明的具體方面，其中相同的部分或子步驟被以相同的方式指示圖1表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)；圖2表示根據(jù)本發(fā)明的第一光學(xué)元件；圖3表示根據(jù)本發(fā)明的第二光學(xué)元件；
圖4表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的詳細(xì)視圖；圖5表示根據(jù)本發(fā)明的微單元掃描的原理；圖6表示根據(jù)本發(fā)明的信息載體的掃描；圖7通過多視圖表示根據(jù)本發(fā)明的信息載體的掃描；圖8表示根據(jù)本發(fā)明的掃描的具體元件；圖9表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一局部頂視圖；圖10表示根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二局部頂視圖；圖11表示根據(jù)本發(fā)明的莫爾圖產(chǎn)生和檢測過程；圖12表示根據(jù)本發(fā)明的信息載體的第一實施例；圖13表示根據(jù)本發(fā)明的信息載體的第二實施例；圖14表示根據(jù)本發(fā)明的信息載體的第三實施例；圖15表示根據(jù)本發(fā)明的角度校正的原理。
具體實施例方式
圖1表示根據(jù)本發(fā)明的、目的在于產(chǎn)生反應(yīng)讀取裝置中的信息載體101的角度誤差的控制信號并根據(jù)所述控制信號校正所述角度誤差的系統(tǒng)的三維視圖。
所述系統(tǒng)包括一個光學(xué)元件102，用于產(chǎn)生施加和掃描信息載體101的周期光斑陣列103。輸入光束104被施加給光學(xué)元件102的輸入端?？赏ㄟ^用于擴(kuò)展輸入激光束的波導(dǎo)或通過二維耦合微激光陣列來實現(xiàn)輸入光束104。
根據(jù)圖2中所示的第一實施例，光學(xué)元件102對應(yīng)于二維微透鏡陣列201，相干輸入光束104被施加給其輸入端。所述微透鏡陣列被平行和遠(yuǎn)離信息載體101放置以便將光斑會聚在信息載體101的表面上。微透鏡的數(shù)值孔徑和質(zhì)量決定了光斑的大小。例如，可以使用數(shù)值孔徑等于0.3的二維微透鏡陣列。
根據(jù)圖3中所示的第二實施例，光學(xué)元件102對應(yīng)于二維孔洞陣列301，其輸入端被施加相干輸入光束104。所述孔洞例如是具有1μm直徑的或者更小的圓孔。
在該第二實施例中，光斑陣列103是通過所述孔洞陣列利用Talbot(塔爾伯特)效應(yīng)產(chǎn)生的，塔爾伯特效應(yīng)是以如下方式工作的衍射現(xiàn)象。當(dāng)對具有周期衍射結(jié)構(gòu)(例如孔洞陣列)的物體施加多個相同波長的相干光發(fā)射器(例如，輸入光束104)時，衍射光在位于距離衍射機(jī)構(gòu)預(yù)測距離z0的平面處重新結(jié)合成相同的發(fā)射器圖像。放置信息載體101的這個距離z0被稱作為塔爾伯特距離。塔爾伯特距離z0由關(guān)系式z0＝2·n·d2/λ給出，其中，d是光發(fā)射器的周期間隔，λ是輸入光束的波長，n是傳播空間的折射系數(shù)。更加一般的，再成像是在從發(fā)射器進(jìn)一步間隔開的其它距離z(m)處發(fā)生的，并且所述其它距離z(m)是塔爾伯特距離z的倍數(shù)，從而z(m)＝2·n·m·d2/λ，其中n是整數(shù)。對于m＝1/2+整數(shù)也可以發(fā)生再成像，但這里圖像是被偏移過半個周期。對于m＝1/4+整數(shù)和m＝3/4+整數(shù)也可以發(fā)生再成像，但圖像具有加倍的頻率，這意味著光斑的周期關(guān)于孔洞陣列的周期被減半。
利用塔爾伯特效應(yīng)允許在距孔洞陣列相對較大的距離處(幾百微米，由z(m)表示)產(chǎn)生高質(zhì)量的光斑陣列，而不需要光學(xué)透鏡。這允許例如在孔洞陣列和信息載體之間插入一個覆蓋層，用于防止信息載體免受污染(例如，灰塵，指印，……)。此外，與使用微透鏡陣列相比，該過程便于實現(xiàn)并且允許以低成本方式提高施加給信息載體的光斑的密度。
再回到圖1，信息載體101包括用于存儲二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)區(qū)105。數(shù)據(jù)區(qū)105包括被組織為矩陣形式的相鄰基本數(shù)據(jù)區(qū)?；緮?shù)據(jù)區(qū)被表示為相鄰的正方形，但它們也可以具有不同的形狀?；緮?shù)據(jù)區(qū)的尺寸被指代為S。存儲在數(shù)據(jù)區(qū)105上的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的狀態(tài)例如由透明或不透明基本區(qū)域(也就是，光吸收)代表?；緟^(qū)域被印刷在類似玻璃或塑料的材料上。
光斑被施加在信息載體101的基本區(qū)域上。如果將光斑施加在非透明基本區(qū)域上，則沒有輸出光束通過信息載體。相反，如果在透明基本區(qū)域上施加光斑，則光斑就會通過信息載體并且然后能夠通過檢測器106檢測到。
在數(shù)據(jù)區(qū)域105的一部分區(qū)域上施加和掃描每個光斑。信息載體101的掃描是通過沿x和y軸偏移光斑陣列103執(zhí)行的。
檢測器106特別的用于檢測施加光斑的基本數(shù)據(jù)區(qū)的二進(jìn)制值。為此，檢測器106包括在平行平面中與信息載體的數(shù)據(jù)區(qū)105相對的數(shù)據(jù)檢測區(qū)107。它可有利的由CMOS或CCD像素陣列制成。有利的，檢測器的一個像素用于檢測一組基本數(shù)據(jù)。該組基本數(shù)據(jù)中的每個數(shù)據(jù)可通過所述光斑陣列103中的單個光斑連續(xù)讀取。這種在信息載體101上讀取數(shù)據(jù)的方法在下面被稱作宏單元掃描，將在后面對其進(jìn)行說明。
圖4表示信息載體101的數(shù)據(jù)區(qū)105和檢測器106的數(shù)據(jù)檢測區(qū)107的剖面和詳細(xì)視圖。檢測器106包括表示為PX1-PX2-PX3的像素，為了便于理解，限制了顯示的像素數(shù)量。具體地，像素PX1用于檢測存儲在信息載體的數(shù)據(jù)區(qū)A1上的數(shù)據(jù)，像素PX2用于檢測存儲在數(shù)據(jù)區(qū)A2上的數(shù)據(jù)，而像素PX3用于檢測存儲在數(shù)據(jù)區(qū)A3上的數(shù)據(jù)。也稱作宏單元的每個數(shù)據(jù)區(qū)包括一組基本數(shù)據(jù)。例如，數(shù)據(jù)區(qū)A1包括表示為A1a-A1b-A1c-A1d的基本數(shù)據(jù)。
圖5通過示例表示信息載體101的宏單元掃描。存儲在信息載體上的數(shù)據(jù)具有由黑色區(qū)域(即，不透明的)或白色區(qū)域(即，透明的)表示的兩種狀態(tài)。例如，黑色區(qū)域?qū)?yīng)于“0”二進(jìn)制狀態(tài)，而白色區(qū)域?qū)?yīng)于“1”二進(jìn)制狀態(tài)。當(dāng)通過由信息101產(chǎn)生的輸出光束照射檢測器的像素時，所述像素就由白色區(qū)域代表。在那樣的情況下，所述像素就會發(fā)出具有第一狀態(tài)的電子輸出信號(未表示)。相反，當(dāng)檢測區(qū)于107的一個像素未從信息載體接收任何輸出光束時，所述像素就由陰影區(qū)域代表。在那樣的情況下，所述像素就會發(fā)出具有第二狀態(tài)的電子輸出信號(未表示)。
在該示例中，每組數(shù)據(jù)都包括四個基本數(shù)據(jù)，并且單個光斑被同時施加給每組數(shù)據(jù)。通過光斑陣列103對信息載體101的掃描是例如從左至右以增加的橫向偏移執(zhí)行的，所述增加的橫向偏移等于兩個基本數(shù)據(jù)之間的距離S。
在位置A，對不透明區(qū)域施加所有光斑使得檢測器的所有像素都處于第二狀態(tài)。
在位置B，在光斑向右偏移之后，左側(cè)光斑被施加給透明區(qū)域使得相應(yīng)的像素處于第一狀態(tài)，而另兩個光斑被施加給不透明區(qū)域使得檢測器的兩個相應(yīng)像素處于第二狀態(tài)。
在位置C，在光斑向右偏移之后，左側(cè)光斑被施加給不透明區(qū)域使得相應(yīng)的像素處于第二狀態(tài)，而另兩個光斑被施加給透明區(qū)域使得檢測器的兩個相應(yīng)像素處于第一狀態(tài)。
在位置D，在光斑向右偏移之后，中心光斑被施加給不透明區(qū)域使得相應(yīng)的像素處于第二狀態(tài)。而另兩個光斑被施加給透明區(qū)域使得檢測器的兩個相應(yīng)像素處于第一狀態(tài)。
當(dāng)對面向檢測器像素的一組數(shù)據(jù)的所有數(shù)據(jù)都施加了光斑時，就完成了信息載體101的掃描。這意味著信息載體的二維掃描。形成與檢測器的一個像素相對的一組數(shù)據(jù)的基本數(shù)據(jù)通過單個光斑被連續(xù)讀取。
通過光斑陣列對信息載體的掃描是在平行于信息載體的平面內(nèi)進(jìn)行的。一種掃描裝置在兩個方向x和y上提供直移運(yùn)動以掃描信息載體的整個表面。
根據(jù)圖6中所示的第一解決方案，所述掃描裝置相當(dāng)于一個H橋。產(chǎn)生光斑陣列(即，微透鏡陣列或孔洞陣列)的光學(xué)元件102被施行在第一滑板601中，所述第一滑板可沿y軸移動，而第二滑板602可沿x軸移動。為此，第一滑板601包括與導(dǎo)軌607-608接觸的接合點603-604-605-606。第二滑板602可借助于與導(dǎo)軌609-610接觸的接合點611-612-613-614沿x軸移動?；?01和602借助于致動器(未示)平移，例如通過步進(jìn)馬達(dá)、用作傳動裝置的磁性或壓電致動器。
根據(jù)圖7中所示的第二解決方案，掃描裝置被保持在框架701中。用于懸掛框架701的元件被表示在圖8中的詳細(xì)三維視圖中。這些元件包括-第一板簧702，-第二板簧703，-第一壓電元件704，沿x軸為掃描裝置701提供致動，-第二壓電元件705，沿y軸為掃描裝置701提供致動。
圖7中所示的第二解決方案比圖6中所示的H橋解決方案的機(jī)械傳動少。對與框架701接觸的壓電元件進(jìn)行電控制(未示)使得電壓變化導(dǎo)致壓電元件的尺寸變化，從而導(dǎo)致框架701沿x和/或y軸偏移。
位置P1表示掃描裝置701處于第一位置，而位置P2表示掃描裝置701處于在沿x軸經(jīng)過平移之后的第二位置。該圖表示板簧702和703的彈性。
可使用四個壓電元件，即用兩個額外的壓電元件代替板簧來構(gòu)建一個類似的結(jié)構(gòu)。在那樣的情況下，相對的壓電元件對共同以與對抗肌肉對相同的方式在一維中作用。
再回到圖1，信息載體101還包括第一周期結(jié)構(gòu)108和第二周期結(jié)構(gòu)109。所述第一和第二周期結(jié)構(gòu)被印刷在信息載體上。周期結(jié)構(gòu)108和109由透明和不透明的平行條紋構(gòu)成。此后將討論平行條紋的取向。
第一周期結(jié)構(gòu)108用于與周期光斑陣列103發(fā)生干涉，用于在檢測器106的區(qū)域110上產(chǎn)生第一莫爾圖。第一莫爾圖僅是通過從與第一周期結(jié)構(gòu)108相對的周期光斑陣列103截取的光斑子集產(chǎn)生的。第一周期結(jié)構(gòu)108和區(qū)域110是彼此相對的。
第二周期結(jié)構(gòu)109用于與周期光斑陣列103發(fā)生干涉，用于在檢測器106的區(qū)域111上產(chǎn)生第二莫爾圖。第二莫爾圖僅是通過從與第二周期結(jié)構(gòu)109相對的周期光斑陣列103截取的光斑子集產(chǎn)生的。第二周期結(jié)構(gòu)109和區(qū)域111是彼此相對的。
有利的由CMOS或CCD像素陣列制成的區(qū)域110和111測量所述第一和第二莫爾圖的光變化。
所述系統(tǒng)還包括用于從所述第一和第二莫爾圖獲得角度值δ的處理裝置112，所述角度值對應(yīng)于周期光斑陣列103和信息載體101之間的偏差。處理裝置112借助于數(shù)據(jù)總線113與檢測器106連接。處理裝置112可相應(yīng)于一個信號處理器所執(zhí)行的代碼指令，用于獲得-所述第一莫爾圖的光變化的第一頻率值F1，-所述第二莫爾圖的光變化的第二頻率值F2，-來自所述第一頻率值F1和所述第二頻率值F2的所述角度值δ的符號。
所述系統(tǒng)還包括用于調(diào)節(jié)所述信息載體101關(guān)于所述光斑陣列103的角度位置的致動裝置AC1-AC2-AC3。致動裝置AC1-AC2-AC3可以對應(yīng)于壓電致動器。通過電線傳送和通過所述處理裝置112產(chǎn)生的控制信號114來控制致動裝置AC1-AC2-AC3。所述控制信號是從所述角度值δ獲得的。
在如圖1所示的第一實施例中，致動裝置AC1-AC2-AC3與信息載體101的外周接觸。在該情況下，光斑陣列103是固定的，而信息載體101可在所述致動裝置的控制下轉(zhuǎn)動。
可選擇的，在第二實施例(未示)中，致動裝置AC1-AC2-AC3與產(chǎn)生光斑陣列103的光學(xué)元件102的外周接觸。在該情況下，信息載體103是固定的，而光斑陣列103可在所述光學(xué)元件102上的所述致動裝置的控制下轉(zhuǎn)動。
使用三個致動器AC1-AC2-AC3足以繞垂直軸z旋轉(zhuǎn)信息載體101(或光學(xué)元件102)，以便校正角度誤差δ。
圖9表示圖1中所示的系統(tǒng)的局部頂視圖。它表示第一周期結(jié)構(gòu)108和用于施加給所述第一周期結(jié)構(gòu)的光斑子集103。
光斑子集103被沿軸x1定向，而第一周期結(jié)構(gòu)108被沿軸x2定向。周期結(jié)構(gòu)108的周期被標(biāo)記為b1。
軸x1和軸x2之間的角度對應(yīng)于信息載體101和光斑陣列103之間的角度誤差δ。為了清楚的目的，注意已經(jīng)將偏差角δ表示成遠(yuǎn)大于它的實際值。
第一周期結(jié)構(gòu)108被沿軸x3定向，使得軸x2和軸x3定義所述第一和已知角α0。因此將軸x1和軸x3之間的角度的絕對值定義為α1＝|α0+δ| (1)圖11表示與圖9所示類似的局部頂視圖，其中第一莫爾圖的光變化I1的投影被繪制為一個示例。
第一莫爾圖是從周期光斑103和放置在信息載體101上的第一周期結(jié)構(gòu)108之間的干涉得到的。這種光學(xué)現(xiàn)象通常是在使用周期性取樣?xùn)鸥?即，在目前情況下為周期光斑陣列)對具有周期結(jié)構(gòu)(即，在目前的情況下為周期結(jié)構(gòu)108)的輸入圖像進(jìn)行取樣時發(fā)生的，所述周期取樣?xùn)鸥竦闹芷诮咏虻扔谳斎雸D像的周期，其會導(dǎo)致混疊。所述取樣圖像根據(jù)一個角度被放大和旋轉(zhuǎn)，所述角度取決于-輸入圖像的周期和取樣?xùn)鸥竦闹芷谥g的比值；-輸入圖像和取樣?xùn)鸥裰g(即，在目前的情況下為在周期結(jié)構(gòu)108和周期光斑陣列之間)的角位置。如果取樣圖像的光變化被投影到一個給定和相同的軸(即在目前的情況下為軸x1)上δ以獲得一個投影信號，則當(dāng)輸入圖像和取樣?xùn)鸥裰g的相對角位置(即，在目前的情況下為周期結(jié)構(gòu)108和周期光斑陣列103之間的角變化)變化時，該投影信號的周期也會變化。
在目前的情況下，第一莫爾圖的光變化沿軸x1的投影是通過檢測區(qū)域110進(jìn)行的。檢測區(qū)域110、周期結(jié)構(gòu)108和光斑子集103被疊加，但為了清楚的目的，下面只表示出了檢測區(qū)域110。
定義投影信號I1的每個局部測度M可從通過檢測區(qū)域110檢測的一部分莫爾圖的和獲得。例如，局部測度M可從通過檢測器的一組相鄰像素PX4-PX5-PX6產(chǎn)生的信號和獲得，如此等等用于定義其他局部測度?？蛇x擇的，覆蓋像素PX4-PX5-PX6表面的單個像素可被定義用于產(chǎn)生局部測度M。
光變化的頻率可被確定的精度取決于周期結(jié)構(gòu)108的長度L。
在信息載體的數(shù)據(jù)區(qū)105由相鄰基本數(shù)據(jù)區(qū)構(gòu)成的目前情況下，可將它設(shè)置為角度測量的精度在信息載體的整個長度Lfull上不會超過基本數(shù)據(jù)區(qū)的尺寸S的約束。根據(jù)這些條件，能夠顯示出必須校驗下列關(guān)系式b/S＝L/Lfull(2)例如，能夠決定設(shè)置b＝S和L＝Lfull，其中S對應(yīng)于數(shù)據(jù)區(qū)105的兩個相鄰基本數(shù)據(jù)區(qū)之間的距離。
注意信息載體101具有不同長度的側(cè)面，則應(yīng)該將信息載體的長度L解釋為最長側(cè)的尺寸，而如果信息載體是以分段的形式讀出的，則應(yīng)該將信息載體的長度L解釋為段的長度。
能夠看出對于角度值α1校驗b/L＜α1＜b/2p (3)其中b是周期結(jié)構(gòu)108的周期，L是周期結(jié)構(gòu)108的長度，P是周期光斑陣列103的周期，角度α1的絕對值可從下式導(dǎo)出sin(α1)＝b·F1(4)其中F1是投影信號I1的頻率。
第一頻率值F1的測量是通過處理裝置I12執(zhí)行的，例如通過在投影信號I1中檢測連續(xù)最小值和最大值以獲得周期T1，然后獲得通過F1＝1/T1定義的F1，或者產(chǎn)生反向傅立葉變換并將第一階系數(shù)看作F1的測量值。
從等式(1)，知道角度α1的絕對值足以獲得角度δ的絕對值，但不是角度δ的符號。角度δ的符號是重要的，因為它指示關(guān)于信息載體101是在哪個方向上旋轉(zhuǎn)光斑陣列103，并因此指示出致動器AC1-AC2-AC3必須在哪個方向上進(jìn)行作用來取消角度誤差δ。
為了確定角度δ的符號，類似于對由第一周期結(jié)構(gòu)108產(chǎn)生的第一莫爾圖的方式對通過第二周期結(jié)構(gòu)109在檢測區(qū)域111上產(chǎn)生的第二莫爾圖進(jìn)行分析。檢測區(qū)域111、周期結(jié)構(gòu)109和光斑子集103被疊加。
圖10表示圖1中所示的系統(tǒng)的局部頂視圖。其表示第二周期結(jié)構(gòu)109和施加給所述第二周期結(jié)構(gòu)109的光斑子集103。
光斑子集103被沿軸x1定向，而第二周期結(jié)構(gòu)109被沿軸x2定向。周期結(jié)構(gòu)108的周期還被指代為b1。
軸x1和軸x2之間的角度對應(yīng)于信息載體101和光斑陣列103之間的角誤差δ。為了清楚的目的，注意已經(jīng)將偏差角δ表示得遠(yuǎn)大于它的實際值。
第二周期結(jié)構(gòu)109被沿軸x3定向，使得軸x2和軸x3定義所述第二和已知角α0，其與第一周期結(jié)構(gòu)108的已知角α相對。因此將軸x1和軸x3之間的角度α2的絕對值定義為α2＝|α0-δ| (5)第二莫爾圖的光變化的投影被執(zhí)行用于產(chǎn)生投影信號I2(與上述的信號I1類似)，所述投影信號I2的頻率值F2以與第一頻率值F1類似的方式進(jìn)行計算。這就允許獲得軸x1和軸x3之間的角度α2的絕對值sin(α2)＝b·P2(6)其中F2是投影信號I2的頻率值。
因此通過獲知分別從頻率F1和F2通過等式(4)和(6)得到的α1和α2，就可從下式導(dǎo)出角度δ的符號sign(δ)＝sign(α1-α2)(7)其中sign(δ)代表參數(shù)δ的符號。
可選擇的，為了確定角度δ的符號，可將第二周期結(jié)構(gòu)109選擇為與第一周期結(jié)構(gòu)108相同的結(jié)構(gòu)，并與第一周期結(jié)構(gòu)108平行放置。在該情況下，角度δ的符號由從通過第一周期結(jié)構(gòu)108產(chǎn)生的第一莫爾圖的投影獲得信號和從通過第二周期結(jié)構(gòu)109產(chǎn)生的第二莫爾圖的投影獲得的信號之間的相位差的符號給出。
當(dāng)角度α1和α2處在范圍[b/L，b/2p]內(nèi)時應(yīng)用上述的莫爾圖分析。例如，如果圖1中所示的系統(tǒng)的參數(shù)使得b＝500nm，L＝2cm和p＝15μm，則將要測量的角度α1和α2處在范圍[2e-5，0.017]內(nèi)，相當(dāng)于近似在0和1度之間的角度。在該情況下，角度α0有利的處于幾十分之一度的數(shù)量級。
為了能夠測量更大的角度α1和α2，并因此測量更大的偏差角δ，可增加第一周期結(jié)構(gòu)108和第二周期結(jié)構(gòu)109的周期b1。例如，如果b＝p＝15μm，將要測量的角度α1和α2處在范圍[7.5e-4，0.5]內(nèi)，相當(dāng)于近似在0.04和30度之間的角度。在該情況下，角度α0有利的處于幾度的數(shù)量級。
有利的，還可能定義具有第一組周期結(jié)構(gòu)108-109和第二組周期結(jié)構(gòu)108’-109’的信息載體，所述第一組周期結(jié)構(gòu)具有第一周期b1，而所述第二組周期結(jié)構(gòu)具有不同于第一周期b1的第二周期b2(即，更大或更小)，如此后在圖12至14中所述?？墒褂镁哂休^大周期的周期結(jié)構(gòu)對角度偏差執(zhí)行粗略的測量和校正，而使用具有更小的周期的周期結(jié)構(gòu)對角度偏差執(zhí)行精確測量和校正。
圖12表示由周期光斑陣列(未示)讀/寫的信息載體101。信息載體101包括-通過一組基本數(shù)據(jù)區(qū)定義的數(shù)據(jù)區(qū)105。所述基本數(shù)據(jù)區(qū)被以矩陣的形式組織。兩個相鄰基本數(shù)據(jù)之間的距離被指代為S。
-具有相同第一周期b1的第一周期結(jié)構(gòu)108和第二周期結(jié)構(gòu)109。第一周期結(jié)構(gòu)108由按照第一角度α0定向的平行條紋構(gòu)成，而第二周期結(jié)構(gòu)109由按照與所述第一角度α0相反的第二角度定向的平行條紋構(gòu)成。通過軸x2來表示角度α0的值，軸x2對應(yīng)于信息載體101和周期結(jié)構(gòu)的軸。周期結(jié)構(gòu)108-109被平行的放置在數(shù)據(jù)區(qū)105的每一側(cè)上。
如前所述，第一和第二周期結(jié)構(gòu)108-109會與一周期光斑陣列發(fā)生干涉以分別產(chǎn)生第一和第二莫爾圖。
圖13表示由周期光斑陣列(未示)讀/寫的信息載體101。信息載體101包括-通過一組基本數(shù)據(jù)區(qū)定義的數(shù)據(jù)區(qū)105。所述基本數(shù)據(jù)區(qū)被以矩陣的形式組織。兩個相鄰基本數(shù)據(jù)之間的距離被指代為S。
-具有相同第一周期b1的第一周期結(jié)構(gòu)108和第二周期結(jié)構(gòu)109。第一周期結(jié)構(gòu)108由按照第一角度α0定向的平行條紋構(gòu)成，而第二周期結(jié)構(gòu)109也由按照所述第一角度α0定向的平行條紋構(gòu)成。通過軸x2來表示角度α0的值，軸x2對應(yīng)于信息載體101和周期結(jié)構(gòu)的軸。周期結(jié)構(gòu)108-109被平行的放置在數(shù)據(jù)區(qū)105的每一側(cè)上。
如前所述，第一和第二周期結(jié)構(gòu)108-109會與一周期光斑陣列發(fā)生干涉以分別產(chǎn)生第一和第二莫爾圖。
圖14表示由周期光斑陣列(未示)讀/寫的信息載體101。信息載體101包括-通過一組基本數(shù)據(jù)區(qū)定義的數(shù)據(jù)區(qū)105。所述基本數(shù)據(jù)區(qū)被以矩陣的形式組織。兩個相鄰基本數(shù)據(jù)之間的距離被指代為S。
-具有相同第一周期b1的第一周期結(jié)構(gòu)108和第二周期結(jié)構(gòu)109。第一周期結(jié)構(gòu)108由按照第一角度α0定向的平行條紋構(gòu)成，而第二周期結(jié)構(gòu)109也由按照所述第一角度α0定向的平行條紋構(gòu)成。通過軸x2來表示角度α0的值，軸x2對應(yīng)于信息載體101和周期結(jié)構(gòu)的軸。周期結(jié)構(gòu)108-109被平行的放置在數(shù)據(jù)區(qū)105的每一側(cè)上。
-具有相同第一周期b2的第三周期結(jié)構(gòu)108’和第四周期結(jié)構(gòu)109’。所述第二周期b2不同于所述第一周期b1。所述第三和第四周期結(jié)構(gòu)由按照可等于或不同于所述第一角度α0的相同(如所表示的)或相反角度(未示)定向的平行條紋構(gòu)成。周期結(jié)構(gòu)108’-109’被平行的放置在數(shù)據(jù)區(qū)105的每一側(cè)上。
如前所述，第一、第二、第三和第四周期結(jié)構(gòu)108-109-108’-109’會與一周期光斑陣列發(fā)生干涉以分別產(chǎn)生第一、第二、第三和第四莫爾圖。
圖15表示由處理裝置112所執(zhí)行的用于調(diào)節(jié)信息載體101關(guān)于光斑陣列103的角位置的環(huán)路控制的原理。
反映角度δ的值的信號Sδ被傳送給低通濾波器F，所述低通濾波器F趨用于產(chǎn)生傳送給致動器AC1-AC2-AC3的控制信號114。相應(yīng)的，致動器AC1-AC2-AC3校正它們的角位置，其用于修改測量的角度δ。當(dāng)角度δ趨于零時，信息載體和光斑陣列之間的最佳校準(zhǔn)得以滿足。
根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)可有利的在如前所述的用于在信息載體上讀取和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)的設(shè)備中實行。
動詞“包括”及其變化形式的使用并不排除出現(xiàn)權(quán)利要求中所列舉之外的其它元件或步驟。在元件或步驟之前出現(xiàn)的詞“一”或“一個”的使用并不排除存在多個這種元件或步驟。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，包括-用于產(chǎn)生施加給信息載體(101)的周期光斑陣列(103)的光學(xué)元件(102)，所述信息載體(101)包括會與所述周期光斑陣列(103)發(fā)生干涉以產(chǎn)生第一莫爾圖的第一周期結(jié)構(gòu)(108)，和會與所述周期光斑陣列(103)發(fā)生干涉以產(chǎn)生第二莫爾圖的第二周期結(jié)構(gòu)(109)，-用于從所述第一和第二莫爾圖獲得介于所述用期光斑陣列(103)和所述信息載體(101)之間的角度值(δ)的分析裝置，-用于根據(jù)從所述角度值(δ)獲得的控制信號(114)調(diào)節(jié)所述信息載體(101)相對于所述光斑陣列(103)的角度位置的致動裝置(AC1-AC2-AC3)。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述分析裝置包括-用于測量所述第一莫爾圖的光變化和所述第二莫爾圖的光變化的檢測器(106)，-處理裝置(112)，用于獲得所述第一莫爾圖的光變化的第一頻率值(F1)，用于獲得所述第二莫爾圖的光變化的第二頻率值(F2)，和用于從所述第一頻率值(F1)和所述第二頻率值(F2)獲得所述角度值(δ)的符號。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述檢測器(106)包括用于產(chǎn)生定義所述光變化的局部測度(M)的相鄰像素集(PX4-PX5-PX6)。
4.通過周期光斑陣列進(jìn)行讀取和/或?qū)懭氲男畔⑤d體(101)，所述信息載體(101)包括-通過一組基本數(shù)據(jù)區(qū)定義的數(shù)據(jù)區(qū)(105)，-與所述周期光斑陣列發(fā)生干涉以產(chǎn)生第一莫爾圖的第一周期結(jié)構(gòu)(108)，和-具有相同第一周期(b1)的第二周期結(jié)構(gòu)(109)，所述第二周期結(jié)構(gòu)(109)會與所述周期光斑陣列發(fā)生干涉以產(chǎn)生第二莫爾圖。
5.如權(quán)利要求4所述的信息載體，還包括-與所述周期光斑陣列發(fā)生干涉以產(chǎn)生第三莫爾圖的第三周期結(jié)構(gòu)(108’)，-具有相同第二周期(b2)的第四周期結(jié)構(gòu)(109’)，所述第二周期(b 2)不同于所述第一周期(b1)，所述第四周期結(jié)構(gòu)(109’)會與所述周期光斑陣列發(fā)生干涉以產(chǎn)生第四莫爾圖。
6.如權(quán)利要求4或5所述的信息載體，其中-第一周期結(jié)構(gòu)(108)由按照第一角度(α0)定向的平行條紋構(gòu)成，-第二周期結(jié)構(gòu)(109)由按照所述第一角度(α0)或按照與所述第一角度(α0)相對的第二角度定向的平行條紋構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求5或6所述的信息載體，其中-所述第一周期(b1)對應(yīng)于兩個相鄰基本數(shù)據(jù)區(qū)之間的距離(S)，-所述第二周期(b2)對應(yīng)于所述周期光斑陣列的周期(p)。
8.如權(quán)利要求4、5、6或7所述的信息載體，其中所述第一、第二、第三和第四周期結(jié)構(gòu)(108-109-108’-109’)的長度對應(yīng)于信息載體(101)的長度(L)。
9.用于在信息載體上讀取和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)的設(shè)備，所述設(shè)備包括-用于產(chǎn)生施加給所述信息載體(101)的周期光斑陣列(103)的光學(xué)元件(102)，所述信息載體(101)包括第一周期結(jié)構(gòu)(108)和第二周期結(jié)構(gòu)(109)，所述第一和第二周期結(jié)構(gòu)(108-109)會與所述周期光斑陣列(103)發(fā)生干涉以分別產(chǎn)生第一莫爾圖和第二莫爾圖，-用于從所述第一和第二莫爾圖獲得介于所述周期光斑陣列(103)和所述信息載體(101)之間的角度值(δ)的分析裝置，-用于根據(jù)從所述角度值(δ)獲得的控制信號(114)調(diào)節(jié)所述信息載體(101)相對于所述光斑陣列(103)的角度位置的致動裝置(AC1-AC2-AC3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種信息載體，和一種用于在一個設(shè)備中定位這種信息載體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生施加給一個信息載體(101)的周期光斑陣列(103)的光學(xué)元件(102)，所述信息載體(101)包括會與所述周期光斑陣列(103)發(fā)生干涉以產(chǎn)生第一莫爾圖的第一周期結(jié)構(gòu)(108)，和會與所述周期光斑陣列(103)發(fā)生干涉以產(chǎn)生第二莫爾圖的第二周期結(jié)構(gòu)(109)；用于從所述第一和第二莫爾圖獲得介于所述周期光斑陣列(103)和所述信息載體(101)之間的角度值(δ)的分析裝置；和用于通過根據(jù)從所述角度值(δ)獲得的控制信號(114)調(diào)節(jié)所述信息載體(101)相對于所述光斑陣列(103)的角度位置的致動裝置(AC1－AC2－AC3)。
文檔編號G11B7/09GK1950885SQ200580013921
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月28日
發(fā)明者R·亨德里克斯, T·德霍格, P·范德瓦勒 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司