Способ слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи и дисковый носитель для его осуществления

 

Изобретение относится к технике записи/воспроизведения информации на оптических дисках. На носитель оппозитно информационному слою нанесен зеркальный слой. Излучение источника с помощью оптической системы фокусируют в зоне зеркального слоя. Отраженное излучение направляют на информационный слой. Носитель оптической записи содержит средство слежения за информационной дорожкой носителя, которое выполнено в виде оптического элемента с увеличением -1 (например, двояковыпуклой линзы, или градиентной линзы, или линзы Френеля, или голограммного элемента), который размещен в центре носителя симметрично оси его вращения. Параметры оптической системы удовлетворяют приведенным в описании соотношениям. Благодаря этому изменение пространственного положения информационной поверхности носителя из-за вибраций и других причин компенсируется соответствующим изменением положения зеркального слоя и оптического элемента, что обеспечивает одновременно с автофокусировкой осуществление автотрекинга, без использования инерционных следящих систем, что позволяет увеличить для оптических дисков скорость обмена информацией до 100 Мб/с. 4 с. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к системам записи/считывания информации в устройствах оптической памяти с относительным эксплуатационным перемещением дискового носителя оптической записи (т.е. с относительным изменением пространственного положения светочувствительного информационного слоя) и оптической головки, и может быть широко использовано в информационной технике, преимущественно в высокоскоростных дисковых устройствах цифровой звуко- и/или видеозаписи, а также оптических запоминающих устройствах, требующих суперпрецизионного совмещения фокусируемого записывающего и/или считывающего светового пучка со светочувствительным слоем носителя информации (оптической записи).

Большинство применяемых в настоящее время методов слежения за информационной дорожкой носителей оптической записи (преимущественно, дисковых) основано на перемещении фокусирующего средства, которое (т.е. перемещение упомянутого средства) должно быть строго согласовано со случайными (непредсказуемыми) изменениями пространственного положения информационной поверхности дорожки (в процессе считывания) или светочувствительного информационного слоя (в процессе записи) носителя информации относительно фокуса светового пучка. Упомянутые изменения пространственного положения информационной поверхности дорожки (или светочувствительного информационного слоя) дискового носителя могут возникать вследствие механических вибраций, и/или технологической разнотолщинности подложки диска, и/или отклонений формы поверхности светочувствительного информационного слоя носителя оптической записи (информации).

В подобных случаях для повышения скорости записи/считывания информации необходимо обеспечить снижение инерционности подвижных фокусирующих средств за счет уменьшения массы и, соответственно, размеров этих средств, что отрицательно (в частности, уменьшение размеров) сказывается на качестве записи/считывания информации при высоких скоростях движения дискового носителя в процессе обмена информацией вследствие ухудшения оптических характеристик следящей системы.

При максимально допустимых (промышленно реализованных в настоящее время) скоростях движения носителя оптической записи (до 10000 оборотов в минуту в 50х МАХ CD-RОМ) средняя скорость обмена информацией не превышает 5 Мбайт/сек.

Таким образом, способы, основанные на электронно-механическом слежении за информационной дорожкой дисковых носителей оптической записи (т.е. способы автоматической компенсации погрешностей фокусировки и трекинга световых пучков), исчерпали свои возможности в системах, применяемых для регистрации и считывания больших объемов информации при высоких относительных скоростях перемещения дискового носителя и фокусируемого на нем считывающего или записывающего светового пучка.

Так, например, в устройствах оптической записи/считывания информации на дисковых носителях при высоких скоростях вращения носителя уровни вибраций достигают величин порядка 4g. При этом наблюдается перегрев и ускоренное механическое изнашивание оптико-механических узлов следящей системы.

Более конкретно вибрации могут вызвать сход сфокусированного излучения (пучка) с дорожки дискового носителя оптической записи. Если случается сход с дорожки, то следящее за дорожкой сервоуправление так же, как и фокусирующее сервоуправление, расстраивается и прерывает сигналы воспроизведения или производит неестественные искусственные сигналы воспроизведения. В обычной практике приходится бороться с вибрациями с помощью механически защищающей от сильных сотрясений системы.

Существующие в настоящий момент CD накопители включают источник излучения и некую оптическую систему, которая это излучение фокусирует на информационную (светочувствительную) поверхность соответствующей дорожки оптического диска. В такой оптической системе слежения за информационной дорожкой предусмотрено ответвление части отраженного излучения на специальные датчики. Есть несколько различных способов, которые позволяют оценить смещение оптического диска в продольном (т.е. вдоль оси вращения) или в поперечном направлении. Этот сигнал в дальнейшем измеряется, усиливается и используется для того, чтобы управлять положением оптической головки относительно информационной поверхности диска.

Таким образом, традиционный подход, который используется при автофокусировке и автотрекинге, основан на измерении по отраженному сигналу смещения фокуса светового пучка относительно информационной поверхности дорожки и управлении (синхронизированном перемещении головки) с помощью систем, например, механического или акустического типа.

Есть некоторые следящие системы с использованием чисто оптических методов автофокусировки посредством изменения длины волны излучения. Эти способы позволяют фокусировать генерируемый источником излучения световой сигнал (пучок) непосредственно на заданную дорожку или на заданный участок поверхности дискового носителя оптической записи.

В частности, известен способ автофокусировки оптического излучения на информационном (светочувствительном) слое носителя оптической записи (информации), при котором излучение фокусируют в плоскости светочувствительного слоя носителя. В процессе эксплуатации выделяют сигнал расфокусировки излучения, по которому определяют величину и направление расфокусировки. Далее поддерживают излучение в сфокусированном состоянии в соответствии с сигналом расфокусировки посредством изменения длины волны оптического излучения, генерируемого источником.

Данный способ может быть реализован посредством устройства, в котором в качестве источника излучения используется оптический излучатель, способный в соответствии с управляющими сигналами изменять длину волны излучения, а также устройством с набором из нескольких монохроматических оптических излучателей (см. а.с. SU 1154709, кл. G 11 В 7/08, 1982 г.).

К недостаткам данного известного из уровня техники способа следует отнести относительно узкий диапазон компенсации дефокусировки и конструктивную сложность средств компенсации дефокусировки, в частности необходимость использования набора монохроматических излучателей. Кроме того, данный способ слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи не предусматривает осуществления одновременно с автофокусировкой автотрекинга, что ограничивает функциональные возможности такой системы слежения.

Известен способ слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи (в частности, сервоуправления трекингом), согласно которому посредством генератора ошибки трекинга формируют сигнал упомянутой ошибки, соответствующий величине отклонения считывающего светового пятна (формируемого оптической головкой) от дорожки записи оптического диска. Привод в соответствии с сигналом ошибки трекинга перемещает головку таким образом, чтобы обеспечивалось устранение указанного отклонения. При этом в системе слежения используется датчик регистрации схода светового пятна с информационной дорожки, посредством которого обнаруживается, что световое пятно в данный момент не находится на соответствующей дорожке записи, и, соответственно, выдается соответствующий сигнал на регулятор уровня, посредством которого обеспечивается увеличение амплитуды сигнала ошибки трекинга (JP 6048542 В4 /63-264961/, 1994 г.).

К недостаткам рассматриваемого известного из уровня техники способа осуществления автотрекинга следует отнести необходимость в процессе записи/воспроизведения механического перемещения оптической головки в соответствии с управляющими сигналами подстройки, что не позволяет использовать данную следящую систему при высоких скоростях записи/воспроизведения информации (ввиду значительной инерционности оптической головки). Кроме того, данный способ слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи не предусматривает осуществления одновременно с автотрекингом и автофокусировки, что ограничивает функциональные возможности такой системы слежения.

Из уровня техники также известен способ слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи, согласно которому наряду с автофокусировкой обеспечивается и автотрекинг, что в значительной степени повышает качество записи/воспроизведения информации на информационном слое дискового оптического носителя. Выработка сигналов ошибок фокусировки и трекинга согласно данному известному способу осуществляется посредством единственного оптического блока, что снижает светоэнергетические потери в процессе отработки сигналов ошибок в процессе эксплуатации (а.с. SU 1791846, кл. G 11 B 7/09, 1993 г.).

К основным недостаткам этого известного из уровня техники способа слежения за информационной дорожкой следует отнести необходимость механического перемещения считывающей (записывающей) головки (т.е. фокусирующих оптических средств) для компенсации дефокусировки и осуществления автотрекинга в процессе эксплуатации, что влечет за собой следующие негативные последствия.

Поскольку оптическая головка является инерционной системой, то приходится минимизировать вес и размеры входящих в нее оптических фокусирующих элементов в ущерб оптическим параметрам, поскольку высокая инерционность не позволяет обеспечить скорость записи/считывания выше определенного предела без потери качества.

Для того, чтобы плотность записи по всей дорожке была постоянной, необходимо в процессе смещения головки по радиусу соответствующим образом изменять угловую скорость вращения носителя. При этом, если информация считывается с разных участков носителя (разнесенных по радиусу), возникает необходимость в постоянной подстройке оптической инерционной системы в достаточно короткие промежутки времени (50 - 100 мсек). Ввиду значительной инерционности фокусирующей системы только в 12-скоростных (предельно в 16-скоростных) накопителях осуществимы запись/считывание информации с постоянной линейной скоростью, а при более высоких скоростях вращения носителя следящая система не успевает перестраиваться за вышеуказанный промежуток времени, вследствие чего работает вразнос. Поэтому приходится осуществлять вращение носителя с постоянной угловой скоростью, что ведет к уменьшению объема информации, записываемой на данном носителе, а также к значительному перепаду скорости обмена информацией при смещении оптической головки от центра диска к его периферии.

Наиболее близким к патентуемому объекту изобретения является следующий способ слежения (в частности, автофокусировки) за информационной дорожкой дискового носителя информации.

Известен способ автофокусировки оптического излучения на информационном слое носителя информации, согласно которому посредством первой компоненты оптической системы формируют первичное изображение светового сигнала источника излучения, которое фокусируют в зоне зеркальной поверхности отражателя (совмещенного с задней поверхностью оптического клина) средством фокусировки этой компоненты оптической системы; при помощи средства фокусировки второй компоненты оптической системы фокусируют однократно отраженное от упомянутой зеркальной поверхности излучение на информационном (светочувствительном) слое носителя; эксплуатационное (т.е. возникающее в процессе записи/воспроизведения) изменение пространственного положения информационного слоя носителя сопровождают процессом компенсации расфокусировки (относительно этого слоя) упомянутого отраженного излучения, который (процесс компенсации) осуществляют путем перемещения зеркальной поверхности отражателя вдоль главной оптической оси средства фокусировки первой компоненты оптической системы, причем изменения пространственных положений упомянутых информационного слоя и зеркальной поверхности определенным образом согласуют между собой (а.с. SU 1509996, кл. G 11 В 7/08, 1987 г.).

К основным недостаткам данного известного из уровня техники способа автофокусировки, как и в предыдущих случаях, следует отнести инерционность системы компенсации дефокусировки ввиду наличия в ней синхронизируемых (с эксплуатационными изменениями пространственного положения фоточувствительного слоя носителя) оптико-механическим методом подвижных элементов (в частности, оптического клина с зеркальной поверхностью), что влечет за собой негативные последствия, аналогичные вышеописанным.

Кроме того, к недостаткам следует отнести отсутствие возможности осуществления автотрекинга наряду с автофокусировкой.

Из уровня техники также известен дисковый носитель оптической записи, содержащий прозрачные для светового излучения подложку и расположенные на ней светочувствительный и отражающий слои, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, которое выполнено в виде сформированной на диске предварительной канавки с кодом абсолютного времени, который записывается в предварительную канавку наложением на вобулирующие сигналы для слежения во время формирования упомянутой канавки (RU 2107954, кл. G 11 В 7/00, 1998 г.).

К основным недостаткам данного известного из уровня техники дискового оптического носителя следует отнести (как и в ранее рассматриваемых случаях) необходимость механического перемещения считывающей (записывающей) головки (т.е. фокусирующих оптических средств) для компенсации дефокусировки и осуществления автотрекинга в процессе эксплуатации, что влечет за собой вышеперечисленные негативные последствия.

В основу заявленного изобретения была положена задача создания такого способа слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи в сочетании с дисковым носителем для его осуществления, которые в совокупности обеспечивали бы возможность осуществления как автотрекинга, так и компенсации расфокусировки в процессе записи/воспроизведения информации исключительно оптическими методами и средствами без использования специальных следящих систем, адаптивно связанных с механическими и/или электромагнитными узлами подстройки упомянутых оптических средств, т.е. расширение функциональных возможностей за счет повышения качества записи/воспроизведения информации преимущественно на высокоскоростных носителях посредством создания безинерционной оптической системы автотрекинга и компенсации расфокусировки при упрощении ее конструкции.

Поставленная задача в отношении объекта изобретения "способ" достигается посредством того, что в способе слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи, согласно которому посредством первой компоненты оптической системы формируют первичное изображение светового сигнала источника излучения, которое фокусируют в зоне зеркальной поверхности отражателя средством фокусировки этой компоненты оптической системы; при помощи средств фокусировки второй компоненты оптической системы фокусируют отраженное от упомянутой зеркальной поверхности излучение на светочувствительном слое носителя; эксплуатационное изменение пространственного положения светочувствительного слоя носителя сопровождают процессом компенсации расфокусировки относительно этого слоя упомянутого отраженного излучения, который осуществляют путем перемещения зеркальной поверхности отражателя вдоль главной оптической оси средства фокусировки первой компоненты оптической системы, причем изменения пространственных положений упомянутых светочувствительного слоя и зеркальной поверхности определенным образом согласуют между собой, согласно изобретению перед формированием и фокусировкой первичного изображения светового сигнала в зоне зеркальной поверхности отражателя светочувствительный слой носителя ориентируют вдоль зеркальной поверхности отражателя; процесс компенсации расфокусировки осуществляют одновременно с автотрекингом, для чего изменения пространственных положений информационного слоя носителя и зеркальной поверхности отражателя согласуют таким образом, что их относительное пространственное положение остается неизменным во времени; фокусирование на светочувствительном слое носителя, отраженного от зеркальной поверхности отражателя излучения, осуществляют путем последовательного двойного фокусирования этого отраженного излучения посредством последовательно расположенных по ходу отраженного луча первого оптического блока и второго оптического блока с линейным увеличением, близким или равным величине -1, причем последний размещают в центре носителя симметрично оси его вращения, после чего осуществляют дальнейшее преобразование отраженного излучения посредством дополнительного объектива второй компоненты; а в качестве оптической системы используют систему с телецентрическим ходом лучей и продольным увеличением "α", близким или равным величине 0,5/к, где к - количество отражений светового пучка источника излучения от зеркальной поверхности отражателя, при следующем соотношении фокусных расстояний средства фокусировки и дополнительного объектива второй компоненты оптической системы: f₂/f₁=0,5, где f₂ - фокусное расстояние средства фокусировки второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей; f₁ - фокусное расстояние дополнительного объектива второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей.

Оптимально заданное продольное увеличение оптической системы при заданном соотношении фокусных расстояний средства фокусировки и дополнительного объектива второй компоненты оптической системы обеспечивать посредством использования первого оптического блока и средства фокусировки первой компоненты оптической системы со следующим соотношением фокусных расстояний: где F₂ - фокусное расстояние объектива первого оптического блока; ₁ - фокусное расстояние средства фокусировки первой компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей; к - количество отражений светового пучка источника излучения от зеркальной поверхности отражателя.

Целесообразно неизменное во времени относительное пространственное положение светочувствительного слоя носителя и зеркальной поверхности отражателя осуществлять посредством использования в качестве отражателя непосредственно носителя, на котором оппозитно светочувствительному слою формируют зеркальный отражающий слой.

Оптимально первичное изображение светового сигнала источника излучения на зеркальной поверхности отражателя и его сфокусированное на светочувствительном слое носителя вторичное изображение (отображение) формировать на прямой, совпадающей с общей главной оптической осью упомянутых средств фокусировки первой и второй компонент оптической системы.

Поставленная задача в отношении объекта изобретения "устройство" решается посредством того, что: - в одном из вариантов выполнения в дисковом носителе оптической записи, содержащем прозрачные для светового излучения подложку и расположенные на ней светочувствительный и отражающий слои, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, согласно изобретению средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде двояковогнутой или двояковыпуклой линзы с линейным увеличением, близким или равным -1, которая размещена в центре носителя симметрично оси его вращения; - в другом варианте выполнения в дисковом носителе оптической записи, содержащем прозрачные для светового излучения подложку и расположенные на ней светочувствительный и отражающий слои, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, согласно изобретению средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде дифракционного оптического элемента с линейным увеличением, близким или равным -1, который размещен в центре носителя симметрично оси его вращения; дифракционный оптический элемент может быть выполнен в виде линзы Френеля или в виде голограммного элемента; - в следующем варианте выполнения в дисковом носителе оптической записи, содержащем прозрачные для светового излучения подложку и расположенные на ней светочувствительный и отражающий слои, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, согласно изобретению средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде градиентной линзы с линейным увеличением, близким или равным -1, которая размещена в центре носителя симметрично оси его вращения.

Изобретение поясняется чертежами.

Фиг. 1 - принципиальная схема одного из возможных вариантов выполнения устройства для реализации патентуемого способа слежения (т.е. автофокусировки и автотрекинга) за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи.

Фиг.2 - один из возможных вариантов выполнения носителя оптической записи.

Фиг.3 - другой возможный вариант выполнения носителя оптической записи.

Фиг. 4 - еще один из возможных вариантов выполнения носителя оптической записи.

Физический принцип автофокусировки оптического излучения на информационном (светочувствительном) слое носителя информации в патентуемом способе заключается в следующем.

Перед началом эксплуатации (т.е. перед формированием и фокусировкой первичного изображения светового сигнала /пучка/ от источника 1 излучения в зоне зеркальной поверхности 2 отражателя) светочувствительный слой 3 носителя 4 оптической записи ориентируют вдоль зеркальной поверхности 2 отражателя. Далее посредством первой компоненты (т.е. компоненты для трансформации первичного светового сигнала /пучка/, генерируемого источником 1 излучения) оптической системы формируют первичное изображение светового сигнала, генерируемого источником 1 излучения, которое фокусируют в зоне зеркальной поверхности 2 отражателя средством 5 фокусировки этой компоненты оптической системы. Затем при помощи последовательно расположенных по ходу отраженного луча первого оптического блока 6 и второго оптического блока 7 (с линейным увеличением, близким или равным величине -1) второй компоненты оптической системы (т.е. компоненты для трансформации отраженного от упомянутой зеркальной поверхности 2 светового сигнала /пучка/) последовательно осуществляют двойную фокусировку отраженного от зеркальной поверхности 2 излучения, например, в зоне оси вращения 8 носителя 4 симметрично относительно его плоскости. Причем второй оптический блок 7 размещают в центре носителя 4 симметрично его оси 8 вращения. Оптимально второй оптический блок 7 размещать непосредственно на оси 8 дискового носителя 4 оптической записи и жестко связывать с последним. В этом случае в процессе записи информационных дорожек последние всегда будут сцентрированы относительно главной оптической оси упомянутого оптического блока 7 как при записи, так и при воспроизведении информации, вне зависимости от того, в каком устройстве записи/считывания и с какой децентровкой будет установлен носитель 4.

Затем осуществляют дальнейшее преобразование отраженного излучения посредством дополнительного объектива 9 и фокусирующего объектива (средства 10 фокусировки) второй компоненты оптической системы с целью фокусировки отраженного излучения на светочувствительном (информационном) слое 3 носителя 4. Эксплуатационное изменение пространственного положения информационного слоя 3 носителя 4 сопровождают процессом компенсации расфокусировки (относительно этого слоя 3) при одновременном автотрекинге упомянутого отраженного излучения, которые (т.е. процесс компенсации расфокусировки и автотрекинг) осуществляют путем перемещения зеркальной поверхности 2 отражателя вдоль главной оптической оси 11 средства 5 фокусировки первой компоненты оптической системы и смешения оптического блока 7 совместно с носителем 4. В процессе записи/считывания информации изменения пространственных положений упомянутых светочувствительного (информационного) слоя 3 и зеркальной поверхности 2 согласуют между собой таким образом, что их относительное пространственное положение остается неизменным во времени (т.е. обеспечивают строгую синхронизацию упомянутых перемещений). При этом в качестве оптической системы используют систему с телецентрическим ходом лучей и продольным увеличением, близким или равным следующей величине α = 0,5/к, где α - продольное увеличение оптической системы с телецентрическим ходом лучей; к - количество отражений светового сигнала (пучка), генерируемого источником 1 излучения, от зеркальной поверхности 2 отражателя, при следующем соотношении фокусных расстояний средства 10 фокусировки и дополнительного объектива 9 второй компоненты оптической системы: f₂/f₁=0,5, где f₂ - фокусное расстояние средства 10 фокусировки второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей; f₁ - фокусное расстояние дополнительного объектива 9 второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей.

Заданное продольное увеличение оптической системы при заданном соотношении фокусных расстояний средства 10 фокусировки и дополнительного объектива 9 второй компоненты оптической системы целесообразно обеспечивать посредством использования первого оптического блока 6 и средства 5 фокусировки первой компоненты оптической системы со следующим соотношением фокусных расстояний: , где F₂ - фокусное расстояние объектива 12 первого оптического блока 6; F₁ - фокусное расстояние средства 5 фокусировки первой компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей; к - количество отражений светового пучка источника 1 излучения от зеркальной поверхности 2 отражателя.

Целесообразно неизменное во времени относительное пространственное положение светочувствительного слоя 3 носителя 4 и зеркальной поверхности 2 отражателя осуществлять посредством использования в качестве отражателя непосредственно носителя 4, на котором оппозитно светочувствительному (информационному) слою 3 формируют зеркальный отражающий слой 13. Данное условие позволяет упростить процесс синхронизации пространственных перемещений светочувствительного информационного слоя 3 и зеркальной поверхности 2 (т.е. зеркального отражающего слоя 13) в процессе эксплуатации носителя 4 оптической записи.

Оптимально первичное изображение светового сигнала источника 1 излучения на зеркальной поверхности 2 отражателя (или отражающем слое 13 носителя 4) и его сфокусированное на информационном светочувствительном слое 3 носителя 4 отображение (т.е. вторичное изображение) формировать на прямой, совпадающей с общей главной оптической осью 11 упомянутых средств 5 и 10 фокусировки первой и второй соответственно компонент оптической системы. Это условие обеспечивает компенсацию расфокусировки как при плоскопараллельном эксплуатационном смещении информационного светочувствительного слоя 3, так и при его угловом смещении, например, относительно оси 8 вращения, в случае использования дискового оптического носителя 4 оптической записи (информации).

Дисковый носитель 4 оптической записи согласно одному из патентуемых вариантов исполнения включает прозрачные для светового излучения подложку 14 и расположенные на ней светочувствительный и зеркальный отражающий слои 3 и 13 соответственно, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, которое выполнено в виде двояковогнутой или двояковыпуклой линзы 15 с линейным увеличением, близким или равным -1, которые размещены в центре носителя 4 симметрично оси 8 его вращения и преимущественно жестко закреплены относительно носителя 4 оптической записи.

Дисковый носитель оптической записи согласно другому патентуемому варианту выполнения отличается от вышеописанного лишь тем, что средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде дифракционного оптического элемента, например в виде линзы 16 Френеля или виде голограммного элемента с линейным увеличением, близким или равным -1.

Дисковый носитель оптической записи согласно еще одному патентуемому варианту выполнения отличается от вышеописанного лишь тем, что средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде градиентной линзы 17 с линейным увеличением, близким или равным -1.

Более подробно основные принципы реализации патентуемого способа (в совокупности с использованием носителя оптической записи для его реализации) раскрыты ниже на примере описания работы конкретного варианта выполнения устройства оптической записи (с однократным отражением светового луча от зеркальной поверхности 2 или отражающего слоя 13) для реализации вышеназванного способа.

Устройство оптической записи (реализующее согласно изобретению как автофокусировку оптического излучения на светочувствительном слое 3 носителя 4, так и автотрекинг) в общем случае включает отражатель с зеркальной поверхностью 2 (в качестве которой может быть использован отражающий слой 13 носителя 4), источник 1 излучения (например, газовый или полупроводниковый лазер), блок кодирования/декодирования информации, связанный с модулятором лазерного излучения (на чертежах условно не показаны), и оптическую систему. Последняя, по меньшей мере, содержит светоделительный элемент 18, один выход которого оптически связан со средством 5 фокусировки первой компоненты оптической системы с возможностью формирования сфокусированного первичного изображения сигнала от источника 1 излучения в зоне зеркальной поверхности 2 отражателя (или слоя 13 носителя 4), а второй выход этого светоделительного элемента 18 оптически связан (через последовательно установленные первый оптический блок 6 и второй оптический блок 7, зеркало 19, дополнительный объектив 9 и зеркало 20 с крышей) со средством 10 фокусировки второй компоненты упомянутой оптической системы с возможностью фокусирования отраженного от зеркальной поверхности 2 (или слоя 13) излучения (сигнала) на информационном светочувствительном слое 3 носителя 4.

Использование в рассматриваемой оптической системе зеркала 20 с крышей необходимо для получения заданного коэффициента линейного увеличения во второй компоненте оптической системы в двух взаимно перпендикулярных направлениях с целью обеспечения осуществления автотрекинга при смещении носителя 4 в плоскости, перпендикулярной оси 8 его вращения по двум координатам.

Отражатель снабжен средством перемещения его зеркальной поверхности 2 вдоль главной оптической оси 11 средства 5 фокусировки первой компоненты оптической системы с возможностью компенсации расфокусировки (относительно светочувствительного слоя 3) и обеспечения автотрекинга упомянутого отраженного излучения в процессе эксплуатационного изменения пространственного положения носителя 4 оптической записи. Зеркальная поверхность 2 отражателя (или отражающий слой 13 носителя 4) расположена вдоль светочувствительного (информационного) слоя 3 носителя 4 со стороны средства 5 фокусировки первой компоненты оптической системы. Средство перемещения зеркальной поверхности 2 отражателя выполнено в виде синхронизатора перемещений, обеспечивающего неизменное во времени относительное пространственное положение упомянутых зеркальной поверхности 2 и светочувствительного слоя 3 в процессе эксплуатационного изменения пространственного положения последнего. В качестве оптической системы применена система с телецентрическим ходом лучей и продольным увеличением, близким или равным следующей величине: α = 0,5/к, где α - продольное увеличение оптической системы с телецентрическим ходом лучей; к - количество отражений светового сигнала (генерируемого источником 1 излучения) от зеркальной поверхности 2 отражателя (или отражающего слоя 13 носителя 4), при следующем соотношении фокусных расстояний средства 10 фокусировки и дополнительного объектива 9 второй компоненты оптической системы: f₂/f₁=0,5, где f₂ - фокусное расстояние средства 10 фокусировки (т.е. фокусирующего объектива) второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей; f₁ - фокусное расстояние дополнительного объектива 9 второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей.

Оптимально заданное продольное увеличение оптической системы при заданном соотношении фокусных расстояний средства 10 фокусировки и дополнительного объектива 9 второй компоненты оптической системы обеспечивать посредством использования первого оптического блока 6 и средства 5 фокусировки первой компоненты оптической системы со следующим соотношением фокусных расстояний: где F₂ - фокусное расстояние объектива 12 первого оптического блока 6; F₁ - фокусное расстояние средства 5 фокусировки первой компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей; к - количество отражений светового пучка источника 1 излучения от зеркальной поверхности 2 отражателя (или отражающего слоя 13 носителя 4 оптической записи).

Следует отметить, что для сканирования оптического носителя по радиусу часть оптической системы, включающая, по крайней мере, средства фокусировки первой и второй компонент оптической системы, выполнена с возможностью перемещения в радиальном направлении. При этом для сохранения телецентричности хода лучей в оптической системе целесообразно ввести в ход лучей две пары наклонных зеркал, расположенные одна под другой симметрично относительно носителя, соответственно, в каждой из компонент оптической системы, а перемещение подвижной части оптической системы осуществлять посредством поворота этой части относительно общей оси наклонных зеркал совместно с двумя из них, ближайшими к носителю. Вторую пару зеркал можно при этом выполнить как светоделители, тогда источники и/или приемники излучения могут быть установлены неподвижно (данный вариант исполнения на чертежах условно не показан, поскольку не является предметом настоящего изобретения).

Выполнение вышеупомянутых соотношений (условий) в оптической системе с телецентрическим ходом лучей обеспечивает как автофокусировку, так и автотрекинг в широком диапазоне величин отклонений носителя 4 оптической записи от исходного положения в процессе эксплуатации при сохранении исходного пространственного положения оптической головки.

Объясняется это следующим. Второй оптический блок 7, который жестко связан с центральной частью носителя 4 информации используется для того, чтобы при неподвижности подвижной части оптической системы в радиальном направлении обеспечить относительное перемещение светового пятна (сфокусированного на светочувствительном слое 3 /дорожке/ по окружности постоянного радиуса относительно главной оптической оси второго оптического блока 7) независимо от смещения носителя 4 в ортогональном относительно упомянутой оптической оси направлении. Это обеспечивается следующим образом.

Допустим, что в исходном положении носителя вторичные изображения источника (S₀ и S₁) посредством соответствующих элементов рассматриваемой оптической системы формируются строго на оси 8 вращения носителя 4, а изображение S₂ - на главной оптической оси средства 10 фокусировки второй компоненты рассматриваемой оптической системы. Если же ось 8 вращения носителя 4 (вместе со вторым оптическим блоком 7) смещается в направлении, перпендикулярном этой оси 8, на величину X, то вышеупомянутое изображение (S₁ ¹) сместится в том же направлении на величину 2Х. При этом, если последнее изображение (S₁ ¹) сформировать в виде изображения (S₂ ¹) на информационном светочувствительном слое 3 носителя 4, то при линейном увеличении второй компоненты рассматриваемой оптической системы, равном "β", изображение (S₂ ¹) рассматриваемой точки сместится на некую величину X¹ = 2Xβ. Полагая, что X¹= Х, получим что β = 0,5. То есть при линейном увеличении "β" второй компоненты оптический системы, равном 0,5 (при однократном отражении светового луча), изображение (S₂ ¹) рассматриваемой точки также сместится на величину X. То есть изображение (S₂ ¹) рассматриваемой точки сместится в том же самом направлении и на ту же самую величину, что и носитель 4.

Таким образом, рассматриваемая точка будет все время находиться на одном и том же расстоянии относительно оси 8 вращения носителя 4, соответствующей оси второго оптического блока 7.

В графических материалах смещенные положения оси 8 вращения и непосредственно носителя 4 обозначены соответственно позициями 8' и 4'.

Иными словами, для того чтобы процессы автофокусировки и автотрекинга в рассматриваемой оптической системе с телецентрическим ходом лучей осуществлялись в комбинации, необходимо, чтобы при линейном увеличении второй компоненты оптической системы, равном 0,5, было обеспечено продольное увеличение всей оптической системы, также равное 0,5 (или 0,5/к при многократном отражении светового луча от зеркальной поверхности 2). Для этого достаточно установить коэффициент линейного увеличения первой компоненты оптической системы равным (или при многократном отражении светового луча от зеркальной поверхности 2).

Принцип реализации патентуемого способа на примере работы устройства для автофокусировки и автотрекинга оптического излучения на информационном светочувствительном слое 3 носителя 4 оптической записи рассмотрен ниже для случая использования в качестве носителя 4 информации оптического диска в системе записи информации на светочувствительном (информационном) слое 3 оптического диска.

Как известно, современные оптические диски имеют зеркальное отражающее покрытие в виде отражающего слоя 13 (соответствующее согласно изобретению зеркальной поверхности 2), расположенное вдоль светочувствительного (информационного) слоя 3 вблизи последнего, которое необходимо для того, чтобы обеспечить возврат считывающего светового пучка (сигнала), генерируемого источником 1 излучения (преимущественно лазерного).

Также известно, что при смещении зеркала (зеркальной поверхности 2) любая точка зеркального изображения смещается ровно на удвоенную величину смещения этого зеркала (зеркальной поверхности 2) относительно некоторой плоскости отсчета.

То есть, если сфокусировать генерируемое оптическим источником 1 излучение вблизи зеркальной (отражающей) поверхности 2 оптического диска (с одной стороны этого диска, например, посредством объектива), то при эксплуатационном изменении пространственного положения (т. е. смещении) этого диска точка фокуса объектива, отраженная в зеркале, будет смещаться строго на удвоенную величину смещения зеркальной поверхности 2 этого диска. При этом, если отображенный сигнал подвести к противоположной стороне диска и попытаться сфокусировать (например, посредством объектива) этот сигнал на светочувствительном информационном слое 3 носителя 4 информации при продольном увеличении трансформирующей упомянутый сигнал оптической системы, равным единице, то это обеспечить не удастся, поскольку изображение фокуса будет смещаться в направлении смещения зеркальной поверхности 2 диска в два раза быстрее (т.е. на удвоенную величину по сравнению с величиной смещения упомянутой поверхности диска). Для того чтобы вторичное изображение фокуса (т.е. фокуса формируемого посредством компоненты обратного хода оптической системы) смещалось с той же скоростью, что и зеркальная поверхность 2 (а соответственно, и светочувствительный слой 3) диска (т.е. на ту же величину, что и упомянутые зеркальная поверхность 2 и/или светочувствительный слой 3), необходимо обеспечить в компоненте обратного хода оптической системы продольное увеличение "α", близкое или (в оптимальном случае) равное величине 0,5, что обеспечит уменьшение величины смещения вторичного изображения фокуса в области светочувствительного (информационного) слоя 3 носителя 4 информации в два раза. В этом случае в достаточно широком диапазоне величин смещения диска вдоль оси 8 его вращения фокусировка отраженного от зеркальной поверхности 2 (или отражающего слоя 13) диска светового сигнала (пучка) будет обеспечиваться строго на светочувствительном информационном слое 3 носителя 4 оптической записи (в частности, оптического диска). Ограничение диапазона смещений обусловлено непостоянством коэффициента продольного увеличения при отклонении хода лучей от телецентрического вследствие изменения продольной сферической аберрации фокусирующих средств. Для увеличения диапазона смещений необходимо применять специально рассчитанные телецентрические оптические системы, удовлетворяющие условию Гершеля.

Если в упомянутой компоненте обратного хода обеспечить многократное отражение светового сигнала (пучка) от зеркальной поверхности 2 отражателя (или отражающего слоя 13 носителя 4), то для обеспечения синхронного перемещения фокуса светового сигнала (пучка) и информационного светочувствительного слоя 3 необходимо уменьшить коэффициент продольного увеличения оптической системы в отношении, равном количеству "к" отражений светового сигнала (генерируемого источником 1 излучения) от зеркальной поверхности 2 (или отражающего слоя 13).

Световой сигнал (пучок), например, генерируемый газовым или полупроводниковым лазером, модулируется электро- или акустическим модулятором (в графических материалах условно не показанным) в соответствии с сигналом блока кодирования информации (также условно не показанным в графических материалах). Плоскость поляризации лазерного излучения (пучка) ориентирована так, что оно практически без отражения проходит поляризационное покрытие светоделительного элемента 18 (светоделительного кубика). После прохождения четвертьволновой пластинки 21 излучение (ставшее циркулярно поляризованным) попадает в фокусирующий объектив (соответствующий средству фокусировки 5) первой компоненты оптической системы, посредством которого оно (т.е. излучение) фокусируется на зеркальной отражающей поверхности 2 (или отражающем слое 13) носителя 4 (в виде оптического диска). Следует отметить, что фокусировку целесообразно осуществлять не строго на упомянутой зеркальной поверхности 2, а вблизи нее для того, чтобы царапины, пыль на зеркальной отражающей поверхности 2 не оказывали влияние на структуру и геометрию пучка. Отразившись от зеркальной поверхности 2 оптического диска излучение в обратном порядке проходит через вышеупомянутый фокусирующий объектив и после прохождения четвертьволновой пластинки 21 меняет поляризацию таким образом, что при прохождении через светоделительный элемент 18 поток отраженного излучения полностью отражается от его светоделительного покрытия и в дальнейшем (как ранее подробно рассматривалось) посредством последовательного преобразования в первом и втором оптических блоках 6 и 7 (соответственно) и дополнительном объективе 9 попадает в фокусирующий объектив (соответствующий средству 10 фокусировки) второй компоненты оптической системы, посредством которого фокусируется на светочувствильном информационном слое 3 оптического диска.

В результате проявляется вышеописанный эффект "зеркала". То есть при смещении отражающей зеркальной поверхности 2 носителя 4 оптической записи (совместно с этим носителем 4) на величину "Δ" относительно своего предыдущего положения, изображение фокуса смещается относительно этого нового положения зеркальной поверхности 2 на величину "2Δ". При условии использования оптической системы с продольным увеличением, равным 0,5, и телецентрическим ходом лучей, обеспечивающим постоянство коэффициента продольного увеличения при перефокусировке (при однократном отражении оптического излучения, генерируемого источником 1, от зеркальной поверхности 2, т.е. при к= 1), плоскость изображения также сместится на величину "Δ", то есть изображение "последует" за диском и, соответственно, всегда будет фокусироваться на его информационном светочувствительном слое 3.

Следует отметить, что условие выполняется абсолютно точно, если расстояние между отражающей зеркальной поверхностью 2 и информационным светочувствительным слоем 3 остается практически неизменным (например, при толщине подложки носителя 4 оптической записи, близкой к нулю). В противном случае (т.е. при конечной толщине подложки) технологически достаточно сложно обеспечить постоянство ее толщины на всех участках. Так, например, у компакт-дисков толщина подложки в пределах одного оборота может меняться на 10...20 микрон. В свята с тем, что фокусировка светового сигнала (пучка) на информационный светочувствительный слой 3, как правило, осуществляется через прозрачную подложку, изменение ее толщины будет вызывать дефокусировку излучения. Для устранения этого недостатка носитель 4 оптической записи можно поместить в иммерсионную среду с показателем преломления, близким к показателю преломления материала подложки (например, так как это сделано в опубликованной заявке на изобретение 94010467, кл. G 11 В 7/24, 1995 г.). Можно также ограничиться применением иммерсионной среды только со стороны подложки. В этом случае, однако, коэффициент продольного увеличения оптической системы необходимо уменьшить в "n" раз, где "n" - коэффициент, равный отношению коэффициентов преломления иммерсионной среды и среды, с которой граничит отражающая зеркальная поверхность 2 носителя 4 оптической записи.

Предложенный способ автофокусировки и автотрекинга может быть использован как при записи, так и при считывании информации с любого известного из уровня техники дискового оптического носителя при наличии на нем соответствующим образом расположенного отражающего покрытия (с учетом того, что в случае считывания информации ход лучей в телецентрической оптической системе меняется на противоположный и в систему должен быть введен дополнительный блок в виде приемника излучения, например с ПЗС-линейкой, условно показанный на фиг.1 пунктиром).

В предлагаемом техническом решении в качестве опорного движущегося зеркала используется непосредственно зеркальная отражающая поверхность 2 (или отражающий слой 13) носителя 4 оптической записи, а синхронизация смещения фокуса светового пучка с движением носителя 4 осуществляется посредством дополнительной компоненты оптической системы, сформированной непосредственно в носителе 4.

Практическое осуществление патентуемого способа автофокусировки и автотрекинга было осуществлено на экспериментальном макете установки, в которой в качестве фокусирующего элемента использовался стандартный микрообъектив с числовой апертурой NA=0,14. В качестве второго оптического блока с линейным увеличением, равным -1, использовался двухкомпонентный симметричный объектив с числовой апертурой NA=0,11, закрепленный на оси вращения имитатора оптического диска.

При этом была обеспечена компенсация дефокусировки при смещениях диска из фокуса микрообъектива в пределах до 2 мм в поле зрения порядка 0,2 мм (на поверхности имитатора), а автотрекинг обеспечивался при радиальных смещениях в диапазоне до 0,5 мм.

Применение патентуемого способа и дискового носителя оптической записи для реализации способа снижает ограничения на размеры и массу фокусирующих оптических средств оптической системы записи/считывания (в силу абсолютной неподвижности этих средств), а также на скорость движения носителя 4 оптической записи, в силу безинерционности обратной связи (оптическая компенсация погрешностей фокусировки и трекинга).

Еще один очень перспективный вариант промышленного использования рассматриваемого способа и дискового носителя для его осуществления - это использование патентуемых технических решений в системах (носителях информации) с объемной памятью. В этом случае патентуемые способ слежения и дисковый носитель для его реализации позволяют обеспечивать запись/считывание информации на определенном слое оптического носителя, а при настройке оптической системы на определенную информационную дорожку этого слоя фокус считывающего (или записывающего) светового пучка всегда будет находиться на этой дорожке, независимо от того, какие искажения будут вносить технологические погрешности изготовления носителя оптической записи и/или его эксплуатационные изменения пространственного положения и формы (т.е. изменения пространственного положения отражающей зеркальной поверхности и соответствующего светочувствительного информационного слоя, соответственно, в определенных допустимых пределах).

Следует отметить, что заявленный способ (в совокупности с дисковым носителем оптической записи для его реализации) действует одновременно для всего множества точек в поле зрения оптической системы, то есть допускает многоканальную запись/считывание информации на участке поверхности диска. В связи с этим в качестве источника излучения и приемника информации могут быть использованы, соответственно, решетки из светоизлучающих и светочувствительных элементов.

Использование патентуемого способа (в совокупности с дисковым носителем оптической записи для его реализации) в системах оптической записи/считывания информации позволяет достичь скорости записи/считывания информации до 100 Мбайт/сек. Время доступа при этом в случае применения жестких или гибких оптических дисков не будет превышать величин порядка 5...10 мсек.

Формула изобретения

1. Способ слежения за информационной дорожкой дискового носителя оптической записи, согласно которому посредством первой компоненты оптической системы формируют первичное изображение светового сигнала источника излучения, которое фокусируют в зоне зеркальной поверхности отражателя средством фокусировки этой компоненты оптической системы; при помощи средств фокусировки второй компоненты оптической системы фокусируют отраженное от упомянутой зеркальной поверхности излучение на светочувствительном слое носителя; эксплуатационное изменение пространственного положения светочувствительного слоя носителя сопровождают процессом компенсации расфокусировки, относительно этого слоя, упомянутого отраженного излучения, который осуществляют путем перемещения зеркальной поверхности отражателя вдоль главной оптической оси средства фокусировки первой компоненты оптической системы, причем изменения пространственных положений упомянутых светочувствительного слоя и зеркальной поверхности определенным образом согласуют между собой, отличающийся тем, что перед формированием и фокусировкой первичного изображения светового сигнала в зоне зеркальной поверхности отражателя светочувствительный слой носителя ориентируют вдоль зеркальной поверхности отражателя; процесс компенсации расфокусировки осуществляют одновременно с автотрекингом, для чего изменения пространственных положений информационного слоя носителя и зеркальной поверхности отражателя согласуют таким образом, что их относительное пространственное положение остается неизменным во времени; фокусирование на светочувствительном слое носителя отраженного от зеркальной поверхности отражателя излучения осуществляют путем последовательного двойного фокусирования этого отраженного излучения посредством последовательно расположенных по ходу отраженного луча первого оптического блока и второго оптического блока с линейным увеличением, близким или равным величине -1, причем последний размещают в центре носителя симметрично оси его вращения, после чего осуществляют дальнейшее преобразование отраженного излучения посредством дополнительного объектива второй компоненты; а в качестве оптической системы используют систему с телецентрическим ходом лучей и продольным увеличением "α", близким или равным величине 0,5/k, где k - количество отражений светового пучка источника излучения от зеркальной поверхности отражателя, при следующем соотношении фокусных расстояний средства фокусировки и дополнительного объектива второй компоненты оптической системы: f₂/f₁=0,5, где f₂ - фокусное расстояние средства фокусировки второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей; f₁ - фокусное расстояние дополнительного объектива второй компоненты оптической системы с телецентрическим ходом лучей.

2. Способ слежения по п.1, отличающийся тем, что заданное продольное увеличение оптической системы при заданном соотношении фокусных расстояний средства фокусировки и дополнительного объектива второй компоненты оптической системы обеспечивают посредством использования первого оптического блока и средства фокусировки первой компоненты оптической системы со следующим соотношением фокусных расстояний: где F₂ - фокусное расстояние объектива первого оптического блока; ₂ - фокусное расстояние средства фокусировки первой компоненты двухкомпонентной оптической системы с телецентрическим ходом лучей; k - количество отражений светового пучка источника излучения от зеркальной поверхности отражателя.

3. Способ слежения по п.1, отличающийся тем, что неизменное во времени относительное пространственное положение светочувствительного слоя носителя и зеркальной поверхности отражателя осуществляют посредством использования в качестве отражателя непосредственно носителя, на котором оппозитно светочувствительному слою формируют зеркальный отражающий слой.

4. Способ слежения по п.1, отличающийся тем, что первичное изображение светового сигнала источника излучения на зеркальной поверхности отражателя и его сфокусированное на светочувствительном слое носителя вторичное изображение формируют на прямой, совпадающей с общей главной оптической осью упомянутых средств фокусировки первой и второй компонент оптической системы.

5. Дисковый носитель оптической записи, содержащий прозрачные для светового излучения подложку и расположенные на ней светочувствительный и зеркальный отражающий слои, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, отличающийся тем, что средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде двояковогнутой или двояковыпуклой линзы с линейным увеличением, близким или равным -1, которая размещена в центре носителя симметрично оси его вращения.

6. Дисковый носитель оптической записи, содержащий прозрачные для светового излучения подложку и расположенные на ней светочувствительный и зеркальный отражающий слои, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, отличающийся тем, что средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде дифракционного оптического элемента с линейным увеличением, близким или равным -1, который размещен в центре носителя симметрично оси его вращения.

7. Дисковый носитель по п.6, отличающийся тем, что дифракционный оптический элемент выполнен в виде линзы Френеля.

8. Дисковый носитель по п.6, отличающийся тем, что дифракционный оптический элемент выполнен в виде голограммного элемента.

9. Дисковый носитель оптической записи, содержащий прозрачные для светового излучения подложку и расположенные на ней светочувствительный и зеркальный отражающий слои, а также средство слежения за информационной дорожкой носителя, отличающийся тем, что средство слежения за информационной дорожкой выполнено в виде градиентной линзы с линейным увеличением, близким или равным -1, которая размещена в центре носителя симметрично оси его вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4