Устройство оптической дискретной записи и воспроизведения информации (его варианты)
Изобретение относится к технике накопления информации с относительным перемещением записывающей головки и оптического носителя и может быть использовано в вычислительной технике при организации банков данных. Цель изобретения повышение достоверности записи путем ее контроля в реальном масштабе времени с возможностью последующей коррекции Цель достигается за счет коммутации на 90° плоскости поляризации излучения источника 1 плоскополяризованного излучения. Модуляцию излучения осуществляют электрооптическим модулятором 2, а ослабление интенсивности луча в плоскости Y - анализатором 3. При воспроизведении информации плоскость поляризации фиксируют в направлении У, при котором обеспечивается ослабление излучения анализатором 3 до подпорогового уровня. При многократном воспроизведении информация на оптическом носителе 8 не затирается , а в режиме записи информации сигнал воспроизведения используют для контроля записываемой информации в реальном масштабе времени. 2 с. и 3 з.п ф-лы, 10 фиг. (Л С
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 11 В 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3925408/10 (22) 08.07.85 (46) 23.04.91. Бюл. М 15 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР (72) А.П.Токарь, В.В.Петров, Д.А.Попов, С.M.Øàíoéëo и А,А.Антонов (53) 681.84.083.8(088.8) (56) Патент ФРГ М 2843584,кл. G 11 В 7/00, 1979. (54) УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОЙ ДИСКРЕТНОЙ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
ИНФОРМАЦИИ (ЕГО ВАРИАНТЪ|) (57) Изобретение относится к технике накопления информации с относительным перемещением записывающей головки и оптического носителя и может быть использовано в вычислительной технике при организации банков данных. Uenb изобретения—. Ж „1644214 А1 повышение достоверности записи путем ее контроля в реальном масштабе времени с возможностью последующей коррекции, Цель достигается за счет коммутации на 90 плоскости поляризации излучения источника 1 плоскополяризованного излучения. Модуляцию излучения осуществляют электрооптическим модулятором 2, а ослабление интенсивности луча в плоскости Y = анализатором 3. При воспроизведении информации плоскость поляризации фиксируют в направлении У, при котором обеспечивается ослабление излучения анализатором 3 до подпорогового уровня. При многократном воспроизведении информация на оптическом носителе 8 не затирается, а в режиме записи информации сигнал воспроизведения используют для контроля записываемой информации в реальном масштабе времени. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 10 фиг.
1644214
10
35
Изобретение относится к технике накопления информации с относительным перемещением записывающей головки и оптического носителя и может быть использовано в вычислительной технике при органиэации банков данных, Цель изобретения — повышение достоверности записи путем ее контроля в реальном масштабе времени с возможностью последующей коррекции.
На фиг,1 приведена схема первого варианта предлагаемого устройства; на фиг.2— схема блока сравнения; на фиг,3 — то же, вариант выполнения; на фиг.4 — векторные диаграммы поляризованного излучения; на фиг.5 — функциональная схема второго варианта выполнения устройства; на фиг,6— то же, первый пример выполнения; на фиг.7— то же, второй пример выполнения; на фиг,8 — векторные диаграммы поляризованного излучения в устройстве по второму примеру выполнения; на фиг.9 — предлагаемое устройство, третий пример выполнения; на фиг.10 — векторные диаграммы поляризованного излучения в устройстве по третьему примеру выполнения.
Запись информации при относительном перемещении луча и носителя осуществляется в результате воздействия на регистрирующее покрытие носителя излучения, промодулированного по интенсивности. Модуляцию излучения осуществляют коммутацией на 90 плоскости его поляризации с помощью электрооптического модулятора и последующим ослаблением интенсивности в одной из плоскостей поляризации (плоскости У, фиг.4 и 8) с помощью анализатора. Анализатор в этом случае представляет собой элемент (например, поляризационную призму, стопу Столетова и др.), пропускающий излучение одной плоскости поляризации (плоскости Х, фиг. 4 и 8) и ослабляющее в t> раз узлучение с плоскостью .поляризации ей перпендикулярной.
При воспроизведении информации плоскость поляризации фиксируют в направлении (например, направление У, фиг.4 и 8), при котором обеспечивается ослабление излучения в анализаторе до подпорогового уровня. Тем самым обеспечивается многократное воспроизведение записанной информации беэ ее затирания, В режиме записи информации сигнал воспроизведения используют для контроля в реальном масштабе времени записываемой информации. При этом с целью исключения влияния изменения. интенсивности прямого луча в процессе записи на интенсивность отраженного луча обе плоскости поляризации прямого луча после анализатора дополнительно поворачивают на один и тот же угол такой величины, при котором значения составляющих излучения, плоскости поляризации которых ориентированы в направлении Y (фиг.4 и 8), были бы одинаковы при любом значении записываемого дискретног0 сигнала. В таком случае отраженный от носителя информации световой поток промодулирован по интенсивности только за счет изменения коэффициента отражения регистрирующего покрытия, обусловленного записанной информацией и/или дефектами носителя. Поэтому, если сигнал воспроизведения.практически совпадает с записываемым сигналом по форме, запись считают верной, в противном случае ее повторяют.
Устройство (фиг.1) содержит последовательно оптически установленные источник
1 плоскополяризованного излучения,элек1рооптический модулятор 2, анализатор 3, второй оптический выход которого сопряжен с первым фотоприемником 4, активный оптический элемент 5, поляриэационный светоделитель 6, объектив 7 и подвижный носитель 8 информации. Второй оптический выход поляризационного светоделителя 6 сопряжен с вторым фотоприемником 9, выход которого подключен к первому входу блока 10 сравнения. К второму входу последнего подключен выход первого фотоприемника 4, В качестве источника 1 плоскополяриэованного излучения могут использоваться оптические квантовые генераторы (например, выпускаемый серийно лазер ЛНТ-402):
В качестве электрооптического модулятора
2 могут быть использованы серийно выпускаемые модуляторы МЛ-102 или МЛ-103, у которых сняты штатные анализаторы. В качестве анализатора 3 может быть использована поляризационная призма с многослойным (с различными показателями преломления для отдельных слоев) светоделительным покрытием, пропускающим излучение для одной плоскости поляризации (фиг.4, ориентированная в направлении Х) и отражающим определенную часть (например, 90Я>) излучения для другой плоскостй поляризации (фиг.4, ориентированная в направлении Y). Активный оптический элемент 5 представляет собой оптический элемент, который изготовлен иэ вещества, обладающего естественной оптической активностью, т.е, поворачивающий плоскость поляризации проходящего через него излучения. В случае применения кристаллического вещества, например кварца, активный оптический элемент представляет собой
1644214 плоскопараллельную пластинку, вырезанную перпендикулярно оптической оси, с толщиной д= Ж а где ф- требуемый угол поворота плоскости поляризации;
a — удельная оптическая активность вещества.
В случае применения жидкого активного вещества, например, камфоры, скипидара, оптически активный элемент представляет собой кювету с жидкостью длиной
Ж аС где С вЂ” концентрация активного вещества.
В качестве поляризационного светоделителя 6 могут быть использованы либо поляризационная призма с многослойным светоделительным покрытием, пропускающим излучение одной плоскости поляризации (фиг.4, ориентированная в направлении
X) без ослабления и отражающим определенную часть (порядка 20 — 30%) излучения с перпендикулярной ей плоскостью поляризации (фиг,4, ориентированная в направлении Y), либо плоскопараллельная пластина, установленная таким образом, что угол падения излучения на нее равен углу Брюстера. Обьектив 7 представляет собой известный оптический элемент. Наилучшим вариантом выполнения подвижного носителя информации является оптический диск с электроприводом. Фотоприемники 4 и 9 включают в себя преобразователь свет— сигнал (например, фотодиод ФД-256) и предварительный усилитель.
Блок 10 сравнения (фиг.2) может быть выполнен в виде последовательно .соединенных аналогового ключа 11 и компаратора 12.
Блок 10 сравнения (фиг.3) может также быть выполнен в виде двухканального устройства, содержащего первый 13 и второй
14 компараторы, выходы которых к входам первой логической схемы И-НЕ 15 подключены непосредственно, а к входам второй логической схемы И-НЕ 16 — через первую
17 и вторую 18 логические схемы ИЛИ-НЕ.
Выходы первой 15 и второй 16 логических схем И-НЕ при этом подключены к третьей логической схеме ИЛИ-НЕ 19.
Во втором варианте выполнения устройства (фиг.1) анализатор 3 выполнен не в виде поляризационной призмы, а представляет собой стопу Столетова, отдельные элементы из конструктивных соображений разнесены в пространстве. Анализатор 3 содержит последовательно оптически уста5
55 новленные две поворотные призмы 20 и три плоскопараллельные светоделительные пластинки 21, Поворотная призма 20 может быть типа
AP-90о, входные грани которой расположены под определенным углом к отражательной грани полного внутреннего отражения, при котором угол падения излучения на входные грани равен углу Брюстера. Плоскопараллельные светоделительные пластины 21 установлена под таким углом к оптической оси системы, при котором угол падения излучения на грани пластинки также равен углу Брюстерз. В таком случае излучение, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении Х (фиг,4), проходит через отражательные призмы 20 и светоделительные пластинки 21 без потерь на отражение, а излучение, плоскость поляризации ориентирована в направлении У (фиг.4), частично отражается на каждой грани отражательных призм 20 и светоделительных пластинок 21. Таким образом, элементы анализатора 3 служат одновременно поворотными элементами и светоделительными элементами систем автофокусировки и слежения за дорожкой, что позволяет уменьшить потери света в оптической системе. Остальные элементы данной функциональной схемы могут быть реализованы аналогично функциональной схеме устройства, приведенной на фиг.1.
В устройстве (фиг.6) вместо естественного активного оптического элемента 5 используется активный магнитооптический элемент 22, который представляет собой оптически неактивное вещество (например, стекло ТФ), помещенное в продольное магнитное поле катушки с большим количеством витков. Поддействием магнитного поля в таком веществе происходит поворот плоскости поляризации проходящего через него излучения на угол р=рн i, где о — постоянная Верде;
Н вЂ” напряженность магнитного поля;
1 — длина пути света в материале активного магнитооптического элемента 16, равная длине материала магнитооптического элемента.
Остальные элементы данной функциональной схемы могут быть выполнены аналогично устройству, схема которого приведена на фиг,1, Устройство (фиг.7) содержит последовательно оптически установленные источник 1 плоскополяризованного излучения, электрооптический модулятор 2, анализатор 3, активный магнитооптический элемент 22, 1644214 объектив 7 и подвижный носитель информации 8. Второй оптический выход анализатора 3 сопряжен с входом первого фотоприемника 4, а третий оптический выход анализатора 3 сопряжен с входом второго фотоприемника 9. Выходы первого 4 и второго 9 фотоприемников подсоединены к соответствующим входам блока 10 сравнения.
Все блоки данной функциональной схемы могут быть выполнены аналогично блокам рассмотренных функциональных схем, Устройство (фиг.9) содержит последовательно оптически установленные источник 1 плоскополяризованного излучения, электрооптический модулятор 2, анализатор 3, оптический фазовый элемент 23, объектив 7 и подвижный носитель 8 информации. Второй оптический выход анализатора 3 сопряжен с входом первого фотоприемника 4, а третий оптический выход анализатора 3 со-. пряжен с входом второго фотоприемника 9.
Выходы первого 4 и второго 9 фотоприемников подсоединены к соответствующим входам блока 10 сравнения.
Оптический фазовый элемент 23 представляет собой пластинку определенной толщины, вырезанную из одноосного кристалла (например, кварца) вдоль оптической оси. При падении на оптический фазовый элемент 23 плоскополяризованного излучения перпендикулярно оптической оси на его выходе в общем случае получают эллиптически поляризованное излучение„так как оптический фазовый элемент 23 в этом. случае вносит разность фаз между обыкновенным и необыкновенными лучами, величина которой пропорциональна толщине пластинки.
Остальные функциональные элементы устройства могут быть выполнены аналогично устройству, функциональная схема которого приведена на фиг,7.
Устройство (фиг.1) работает следующим образом.
Излучаемый источником 1 плоскополяризованного излучения луч, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении У (фиг.4), попадает на электрооптический модулятор 2, который в режиме записи является своего рода коммутатором плоскости поляризации излучения. При записи логического нуля плоскость поляризации проходящего через электрооптический модулятор 2 излучения не изменяет своей ориентации (фиг.4а), а при записи логической единицы плоскость поляризации поворачивается на 90 (фиг.4а). При прохождении такого излучения с коммутируемой плоскостью поляризации через анализатор 3 основная часть излучения. (2) Поэтому излучение на входе поляризационного светоделителя 6 и при записи логического нуля и при записи логической единицы содержит составляющие с плоскостями поляризации, ориентированными в
40 направлениях Х и Y (фиг.4). При прохождении через поляризационный светоделитель
6 составляющие, плоскости поляризации которых ориентированы на в направлении Y (фиг.4), ослабляются в хд раз, а составляю45 щие, плоскости поляризации которых ориентированы в направлении Х (фиг.4), не ослабляются. Поэтому интенсивность излучения на выходе поляризационного светоделителя 6 при записи логического нуля и
50 логической единицы равна соответственно
l"p" = Ха 1о($1п ф+Хд со$ p); г . г
1- - = lp (со$ ф+ хд $1п p), г а глубина модуляции попадающего на регистрирующее покрытие подвижного носителя 8 информации через объектив 7 излучения равна ITl
"(+") 10
30 плоскость поляризации которого ориентирована в направлении Y (фиг.4), отражается светоделительным покрытием. Через анализатор проходит только часть излучения (фиг.4б) I"p" = ra Ip, где Ip интенсивность излучения в любой. плоскости поляризации на выходе электрооптического модулятора
2, Ya — коэффициент пропускания излучения, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении Y анализатором
3. Излучение же, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении Х (фиг.4) пропускается анализатором 3 без отражения (фиг.4б), т.е. I" >" = Ip. Отраженный анализатором световой поток, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении У, попадает на первый фотоприемник 4 (фиг.4а) и в нем преобразуется в электрический сигнал. Выходящее из анализатора 3 излучение попадает далее на активный оптический элемент 5, в котором обе плоскости поляризации, т.е. соответствующие как логическому нулю, так и логической единице, поворачиваются на одинаковый угол ф (фиг,4г), величина которого такова, что проекции на направление Y интенсивностей световых потоков выходного излучения одинаковы и при записи логического нуля и при записи логической единицы, т.е.
l"-О," -со$2 у = I- г sin p
2 (1) или lp Ха со$4 = 1о $1п ф, 2 ° 2 откуда p = +. arctg r
1644214 или с учетом (1)
1 +, д (3) а (а + Гд)
В результате на подвижном носителе Я фиксируется записываемая информация с некоторым контрастом. Регистрирующие слои для подвижного носителя 8 информации выбирают такими, что они обеспечивают достаточно высокую величину контраста, Указанным требованиям в большей степени удовлетворяют регистрирующие покрытия (например, халькогенидные), которые для максимальной интенсивности падающего излучения дают минимальный коэффициент отражения, и наоборот, Поэтому глубина модуляции отраженного от подвижного носителя 8 информации излучения меньше, чем для падающего излучения. Далее отраженное от подвижного носителя 8 информации излучение проходит через объектив 7 и попадает на поляризационный светодели,тель 6, в котором составляющие с плоскостями поляризации, ориентированными в направлении Y (фиг,4), отражаются на второй фотоприемник 9, в котором преобразуются в электрический сигнал, В силу соотношения (1) величина этого сигнала пропорциональна только коэффициенту отражения засвечиваемого падающим лучом участка регистрирующего покрытия подвижного носителя информации, т.е. является сигналом воспроизведения. Причем в режиме записи коэффициент отражения при записи логической единицы изменяется уже в процессе самой записи. Поэтому с целью предотвращения появления заметных искажений сигнала воспроизведения постоянная времени формирования должна быть по крайней мере на порядок меньше длительности импульсов записываемого сигнала. При выполнении этого условия сигнал воспроизведения, поступающий на блок 10 сравнения, при отсутствии дефектов регистрирующего покрытия практически полностью совпадает по форме (в соответствующей фазе, зависящей от числа каскадов в предусилителях первого 4 и второго 9 фотоприемников) с записываемым сигналом. При наличии же отличий формы сигналов записи и воспроизведении можно утверждать, что они обусловлены дефектами регистрирующего покрытия подвижного носителя 8 информации. В последнем случае с блока 10 сравнения на блок управления (не показан) поступает команда о необходимости повторения записи, В режиме воспроизведения на электрооптический модулятор 2 подается постоянное напряжение, соответствующее уровню логического
55 нуля записываемого сигнала в режиме записи. Поэтому плоскость поляризации излучения на выходе электрооптического модулятора 2 постоянно ориентирована в направлении X (фиг.4). Это излучение поэтому в анализаторе 3 ослабляется a r, раз и пройдя затем через активный оптический элемент 5, поляризационный светоделитель
6 и объектив 8 модулируется по интенсйвности записанной на регистрирующем покрытии подвижного носителя 8 информацией, Отраженный от подвижного носителя 8 информации луч, проходя через обьектив 7 и поляризационный светоделитель 6, попадает на второй фотоприемник 9, в котором преобразуется в сигнал воспроизведения.
Сигнал воспроизведения с зыхода второго фотоприемника далее поступает на сооТВВТствующее воспроизводящее устройство (дисплей, принтер и т.д,). В режиме считывания контроль записи не производится.
Блок сравнения (фиг.2) работает следующим образом.
На управляющий вход аналогового ключа 11 подается дискретный записываемый сигнал и при уровне логической единицы запирает его, а при уровне логического нуля отпирает его. Поэтому, если поступающий на информационный вход аналогового ключа 11 сигнал воспроизведения повторяет по форме сигнал записи и отличается от него только полярностью (а это обеспечивается, например, надлежащим выбором числа каскадов в предусилителях первого 4 и второго
9 фотоприемников), то на выходе аналогового ключа 11 сигнал постоянно сохраняет примерно нулевое значение. Если же сигнал воспроизведения отличается от сигнала записи не только полярностью, но и формой и/или величиной, сигнал на выходе аналогового ключа 11 в некоторые моменты времени принимает значения, заметно отличные от нулевого уровня. Это и зарегистрировано компаратором 12.
Блок 10 сравнения, функциональная схема которого приведена на фиг.3, работает следующим образом, В первом 13 и втором 14 компараторах сигналы воспроизведения и записи соответственно дискретизируются по уровню, Импульсные сигналы с их выходов на первую схему И-НЕ 15 поступают проинвертированными соответственно в первой 17 и второй 18 схемах ИЛИ-НЕ, а на вторую схему
И-НЕ 16 — непосредственно. При неискаженной записи поэтому на выходе первой логической схемы И-НЕ 15 сигнал принимает уровень логической единицы при записи, например, логической единицы, а на выходе
1644214
20
50 второй логической схемы И-НЕ 16 — при записи, например, логического нуля. В результате при неискаженной записи сигнал на выходе третьей логической схемы ИЛИНЕ 19 принимает постоянное значение, соответствующее логическому нулю. В этом случае, если сигнал воспроизведения в какие-то моменты времени отличается по форме от сигнала записи, сигнал на выходе третьей логической схемы ИЛИ-НЕ 19 в эти моменты времени принимает значения, соответствующие логической единице. Поэтому импульсы, снимаемые с выхода третьей логической схемы ИЛИ-НЕ 19 могут быть использованы в качестве команды перезаписи информации.
Устройство, функциональная схема которого приведена на фиг.5, работает следующим образом.
В режиме записи излучаемой источником 1 плоскополяризованного излучения луч проходит через электрооптический модулятор 2, в котором плоскость его поляризации под действием записываемого дискретного сигнала коммутируется на 90 .
И для уровня записываемого сигнала, соответствующего логическому нулю, плоскость поляризации излучения на выходе электрооптического модулятора 2 ориентирована в направлении Y (фиг.4), а для уровня, соответствующего логической единице, плоскость поляризации выходного излучения ориентирована в направлении Х. Далее световой поток последовательно проходит через поворотные призмы 20 и плоскопараллельные пластинки 21. Поскольку угол падения излучения на грани элементов 20 и 21 равен углу Брюстера, световой поток, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении Х (фиг.4), проходит через эти оптические элементы без ослабления, а световой поток, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении Y (фиг.4), частично отражается от каждой грани призм 20 и светоделительных пластинок 21. Установив определенное количество призм 20 и светоделительных пластинок 21, можно добиться нужного уровня ослабления излучения, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении У, а следовательно, согласно выражения (3) и требуемую величину коэффициента модуляции луча, воздействующего на подвижный носитель 8 информации. Применение такого анализатора 3 в виде рассредоточенной в пространстве стопы Столетова позволяет использовать отдельные оптические элементы анализатора 3 одновременно и в качестве элементов, изменяющих направление излучения и в качестве светоделителей для фотодатчиков систем контроля или автоматической регулировки диаграммы направленности, положения на информационной дорожке и фокусировки луча на регистрирующее покрытие подвижного носителя 8 информации, В остальном устройство работает аналогично устройству, функциональная схема которого приведена на фиг,1, Работа устройства, функциональная схема которого приведена на фиг.6, отличается от работы устройства по схеме на фиг.1 лишь деталями обратного прохождения отраженного от подвижного носителя 8 информации луча. Дело в том, что при обратном прохождении плоскополярйзованного луча через естественный оптический активный элемент его плоскость поляризации поворачивается в противоположном по отношению к падающему лучу направлении. Поэтому ориентация плоскостей поляризации падающего луча на выходе анализатора 3 совпадает с ориентацией плоскостей поляризации отраженного луча на выходе естественного оптического активного элемента 5 (фиг.4б), присутствующего в функциональных схемах, изображенных на фиг.1.и 5. В устройстве, функциональная схема которого приведена на фиг.6; плоскость поляризации отраженного от подвижного носителя 8 информации луча при прохождении через магнитооптический элемент дополнительно поворачивается на тот же угол и в ту же сторону, что и плоскость поляризации падающего луча, Поэтому ориентация плоскостей поляризации отраженного луча на выходе магнитооптического элемента отлична от ориентации плоскостей поляризации падающего луча на выходе анализатора 3. Это определенным образом сказывается на обратном прохождении луча, но не влияет на ранее описан- ный механизм записи и считывания информации.
Устройство, функциональная схема которого приведена на фиг,7, работает следующим образом.
В режиме записи информации излучаемый источником 1 плоскополяризованного излучения луч,проходит через электрооптический модулятор 2, в котором плоскость поляризации излучения коммутируется (фиг,8а); и анализатор 3, в котором излучение, ллоскость поляризации которого ориентирована в направлении Y (фиг.8), ослабляется в t> раз, а излучение, плоскость поляризации которого ориентирована в направлении Х, не ослабляется (фиг.8б)..По13
1644214 скольку в этом устройстве при повторном после отражения от подвижного носителя 8 информации прохождении излучения через магнитооптический активный элемент величина угла поворота плоскости поляризации 5 увеличивается (фиг. 8 в), отпадает необходимость использования поляризационного светоделителя. Вследствие отсутствия поляризационного светоделителя соотношение (1) выполняется уже в плоскости 10 подвижного носителя 8 информации и поэтому интенсивность излучения, воздействующего на регистрирующее покрытие, при записи логического нуля и логической единицы соответственно равна 15
