Способ определения допусков оптической системы считывающей головки для цифровых дисков

Изобретение относится к оптическим системам считывания информации с оптических дисков и может быть использовано при проектировании и анализе допусков и технологической устойчивости оптических систем считывающей головки для цифровых дисков. В заявленном способе моделируют сигнал, считываемый с оптического диска, путем определения сигнала лазерного излучения, отраженного от диска с информационными элементами записываемого слоя и дифрагировавшего на пространственной структуре информационных элементов записываемого слоя; определяют сигнал, считываемый с оптического диска, путем вычисления интенсивности полного отраженного сигнала и ее суммирования в пределах входного зрачка считывающей головки; определяют изменение полученного выходного сигнала в выбранном временном интервале и определяют глубину модуляции выходного сигнала, а также коэффициент влияния Fk данного k-го дефекта считывающей оптической системы на глубину модуляции выходного сигнала. Повторяют обработку для всевозможных дефектов и получают весь вектор коэффициентов влияния Fk и определяют допуска dXk на номинальные параметры оптической системы по приведенной в описании формуле. Технический результат - повышение быстродействия определения допусков и расчета допусков. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к радиоэлектротехнике, более конкретно к проектированию оптических систем считывания информации с оптических дисков, и может быть использовано при расчете допусков и анализе технологической устойчивости оптических систем считывающих головок для цифровых дисков.

В этой области электрорадиотехники используется специальная терминология, которая будет встречаться в описании известных решений и изобретения. Ниже приведены определения некоторых из этих терминов.

Элемент записи - пит или метка, с помощью которых кодируется информация на диске.

Пит - впадина на непрерывной спиральной дорожке диска, являющаяся составной частью информационного рельефа.

Метка - область на диске, имеющая пониженный коэффициент отражения.

Лэнд - ровный участок информационной поверхности диска без элементов записи.

Канавка - протяженная впадина на непрерывной спиральной дорожке диска, содержащая метки.

Элементарный дискрет - наименьшая возможная длина информационного элемента (а именно пита или метки) или "лэнда", с помощью которой кодируется элементарная единица информации, записанной на оптическом диске данного типа.

Структура информационных элементов - совокупность всех информационных элементов, расположенных на записываемом слое оптического диска, рассматриваемых в текущий момент времени.

Стандартная структура информационных элементов - последовательность информационных элементов, при которой вдоль дорожки на диске располагается периодическая структура: информационный элемент из 3 элементарных дискретов, затем чистая дорожка длиной 3Т, затем структура повторяется

Отраженное поле - комплексная амплитуда поля, дифрагированного на одном информационном элементе из структуры информационных элементов цифрового оптического диска.

Полное отраженное поле - сумма комплексных амплитуд полей от всех информационных элементов всей типов.

Сигнал - суммарная по зрачку объектива считывающей головки интенсивность полного отраженного поля

Дефект - любое отклонение расположения какого-либо оптического компонента схемы от номинального.

В известных публикациях (H.H.Hopkms, "Diffraction Theory of Laser Read-Out Systems for Optical Videodisks", J. Opt. Soc. Am. 69(1), 4-24, 1979 [1], а также R.S. Upton, T.D. Miller, "Detector Patterns from Optical Disks", Opt. Eng. 40(6), 1030-1044, June 2001 [2]) описаны способы анализа оптического излучения, отраженного от диска, с учетом характеристик диска, таких как глубина канавки, конфигурация меток, а также отражательная способность меток и "лэндов".

Обе указанные работы содержат, в основном, теоретические выкладки и однако обладают ограниченной применимостью, поскольку не позволяют осуществлять практического моделирования дефектов считывающей оптической системы.

Известен способ моделирования дефектов считывающей оптической системы, заключающийся в том, что для расчета выходного сигнала считывающей головки и влияния на него отдельных дефектов оптической системы и диска используют прямое численное вычисление дифракционных интегралов, необходимых для определения сигнала. Например, в способе, описанном в работе H.Y.Cho et al., "Partial response maximum-likelyhood system and crosstalk cancellation method for high-density optical recording". Opt. Eng. 40(8), 1621-1628, August 2001 [З], канал моделировался весьма близко к реальному оптическому каналу с использованием программы DIFFRACT, MM Research, Inc. Данный способ обеспечивает сравнительно высокую точность определения считываемого сигнала, однако является чрезвычайно трудоемким. Например, время вычисления с применением современных персональных компьютеров только одного мгновенного значения считываемого с диска сигнала составляет единицы и десятки секунд. Поэтому для расчета допусков этот метод малопригоден.

Наиболее подходящим способом моделирования дефектов считывающей оптической системы является способ моделирования сигнала, считываемого с оптического диска (см. опубликованную заявку РФ№2001132131) [4], и способ определения оптимальных параметров оптического диска (См. опубликованную заявку РФ №2001132112) [5]. Однако предложенные способы позволяют рассчитать лишь влияние отдельного дефекта оптической системы, но не произвести расчет допусков системы в целом.

Задачей, которую решает предлагаемое изобретение, является создание способа определения допусков оптической системы головки для считывания цифровых дисков (по влиянию на выходной сигнал), учитывающего влияние всех известных дефектов и не требующего чрезмерных трудозатрат.

Достигаемым техническим результатом является повышение быстродействия расчета допусков путем вычисления вектора влияния всех идентифицируемых дефектов оптической системы на основе эффективных процедур моделирования параметров выходного сигнала, и расчета допусков по аналитической формуле.

Эксперименты, проведенные с помощью указанного способа моделирования сигнала, считываемого с оптического диска, показали, что все идентифицируемые дефекты оптической системы наиболее ощутимо влияют на глубину модуляции выходного сигнала при считывании стандартных информационных элементов длиной 3Т (вдоль дорожки на диске располагается периодическая структура: информационный элемент из 3 элементарных дискретов, затем чистая дорожка длиной 3Т, затем структура повторяется). Поэтому при расчете допусков в качестве основного параметра выходного сигнала следует выбрать глубину его модуляции.

Указанный технический результат достигается тем, что в соответствии с изобретением способ определения допусков оптической системы считывающей головки для цифровых дисков включает этапы, при которых:

а) определяют мгновенную величину выходного сигнала для каждого отдельного дефекта оптической системы считывающей головки при этом:

а.1) записывают в базу параметров значения исходных номинальных параметров оптической системы считывающей головки, оптических дисков различных типов и стандартной структуры информационных элементов записываемого слоя;

а.2) выбирают из базы параметров исходные значения параметров оптической системы считывающей головки, оптического диска и стандартной структуры информационных элементов записываемого слоя, выбираемых из группы, состоящей из канавок, питов и меток на внешней поверхности записываемого слоя и меток на дне канавки;

а.3) записывают в базу дефектов группу из N дефектов, состоящую из линейных смещений и угловых разворотов всех компонентов (включая лазерный источник и цифровой оптический диск) исследуемой оптической системы считывающей головки и величину каждого отдельного дефекта;

а.4) выбирают из базы дефектов тип и величину отдельного дефекта одного из компонентов исследуемой оптической системы считывающей головки;

а.5) вводят выбранный набор значений дефектов и параметров в устройство обработки данных;

а. 6) моделируют считываемый с оптического диска сигнал, получаемый для каждого отдельного дефекта оптической системы считывающей головки, при этом

а.6.1) определяют сигнал лазерного излучения, отраженного от диска и дифрагировавшего на пространственной структуре информационных элементов записываемого слоя, при этом

а.6.1.1) определяют для выбранного оптического диска и стандартной структуры информационных элементов записываемого слоя состав компонентов отраженного дифрагировавшего поля, причем упомянутые информационные элементы выбирают из группы, включающей в себя внешнюю поверхность записываемого слоя, дно и склоны канавки, дно и склоны пита, метку на внешней поверхности записываемого слоя и метку на дне канавки и комбинации упомянутых информационных элементов,

а.6.1.2) для исследуемой оптической системы считывающей головки, оптического диска и каждого информационного элемента записываемого слоя вычисляют комплексную амплитуду соответствующего компонента отраженного поля,

а.6.1.3) вычисляют по всем информационным элементам записываемого слоя суммарную комплексную амплитуду каждого компонента отраженного поля и восстанавливают полное отраженное поле путем сложения суммарных комплексных амплитуд полученных компонентов отраженного поля с соответствующими весами,

а.6.2) определяют считываемый с оптического диска сигнал U(t_i) путем вычисления интенсивности полного отраженного сигнала и ее суммирования в пределах входного зрачка считывающей головки,

б) определяют выходной сигнал как изменение полученного на этапе (а 6.2) сигнала U(t_i) в выбранном временном интервале от t₀ до t_k;

в) определяют глубину модуляции Mod=Umax-Umin полученного на этапе (б) выходного сигнала, где Umax, Umm - соответственно максимальная и минимальная величина выходного сигнала U(t_i);

г) определяют коэффициент влияния Fk данного k-го дефекта оптической системы считывающей головки на глубину модуляции, выходной сигнал по формуле

где Mod_nom - глубина модуляции номинального выходного сигнала, рассчитанного при нулевой величине дефектов всех компонентов;

д) переходят к следующему дефекту из полной группы дефектов, N раз повторяют этапы (а4)-(г) и определяют вектор коэффициентов влияния {Fk} для всей группы из N дефектов;

е) по полученному вектору коэффициентов влияния {Fk} определяют значения допусков dXk на все N дефектов оптической системы считывающей головки по формуле:

где dFzдоп=((Mod_min-Mod_nom)/Mod_nom)**2,

Mod_min, Mod_nom - соответственно минимально допустимая и номинальная глубина модуляции выходного сигнала (задается конструктором считывающей головки);

sumtf - сумма произведения коэффициентов tk*Fk по всем индексам k,

tk - допуск на k-й дефект оптической системы считывающей головки, соответствующий единичной трудоемкости реализации данного допуска (задается конструктором-технологом считывающей головки).

Fk - коэффициент влияния k-го дефекта оптической системы считывающей головки на глубину модуляции выходного сигнала.

При этом на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от внешней поверхности записываемого слоя диска на опорной сфере с координатами (х₂, y₂) по формулам:

где R_оп - расстояние от записываемого слоя оптического диска в номинальном положении до входного зрачка считывающей головки,

Z_д - дефокусировка оптического диска от номинального положения,

Н_пх, Н_пу - радиусы перетяжки освещающего лазерного пучка в сагиттальной и меридиональной плоскостях х₁ z₁ и y₁ z₁ соответственно,

Z_кx, Z_кy - конфокальный параметр освещающего лазерного пучка в плоскости х₁z₁ и y₁z₁ соответственно,

Н_х, Н_у - радиусы освещающего лазерного пучка в плоскостях на опорной сфере x₂z₂ и y₂z₂ соответственно,

А_д - амплитуда освещающего пучка лазера в центре перетяжки на диске,

ρ_д - амплитудный коэффициент отражения внешней поверхности записываемого слоя диска,

К=2π/λ - волновое число, λ - длина волны излучения лазера в вакууме.

Кроме того, на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от дна канавки, по формулам:

где H_x1, H_y1 - радиусы освещающего лазерного пучка на диске в плоскостях х₁z₁ и y₁z₁ соответственно,

ρ_х=-Z_д/(Z_д ²+Z_кx ²) - кривизна волнового фронта освещающего лазерного пучка на диске в плоскости х₁z₁,

ρ_у=-Z_д/(Z_д ²+Z_ку ²) - кривизна волнового фронта освещающего лазерного пучка на диске в плоскости y₁z₁,

В_кан - ширина канавки,

n - показатель преломления подложки диска,

λ_n=λ/n - длина волны лазера в материале подложки диска,

А_2Х=(1/H_x1)², В_2Х=0,5K·n·Z_д/(Z_д ²+Z_кx ²),

А2=А_2Х(πn/(Z_оп·λ))²/(A_2Х ²+В_2Х ²),

В2=В_2Х(πn/(Z_оп·λ))²/(А_2X ²+В_2Х ²),

Z_оп=R_оп+Zд - радиус опорной сферы, вершина которой находится на диске в точке на оси симметрии z₁, z₂ оптической системы считывающей головки,

V_у2=_y2n/(Z_оп·λ);

ρ_кан - амплитудный коэффициент отражения канавки;

Х_кан, Y_кан - координаты центра данной канавки на оптическом диске в системе координат дорожки х_тр у_тр;

Х_кан=-sin(ψ)·Y_{cp_кан}-Х_гл1;

Y_кан=+cos(ψ)·Y_{cp_кан}-Y_гл1.

, - координаты центра канавки на диске в системе координат освещающей оптической системы x₁y₁;

Х_гл1, Y_гл1 - координаты центра главного луча лазерного пятна на диске в системе координат дорожки;

ψ - угол разворота дорожки относительно горизонтальной оси x₁;

и определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала, отраженного от первого и второго склонов канавки, по формулам:

где , - координаты центра первого или второго склона канавки в системе координат освещающей оптической системы, определяемые как

координаты центра первого склона канавки в системе координат дорожки, определяемые как

Y_ск - ширина первого и второго склонов канавки;

где - средняя амплитуда поля лазера по данному склону канавки, причем координаты второго склона канавки в системе координат дорожки, определяются как

Кроме того, на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от пита, по формулам:

где:

А_ср=0,2·[exp(-(x₁/H_X1)²-(y₁/H_Y1)²)+

+exp(-((x₁-0,5X_пит)/H_Х1)²-(y₁/H_Y1)²)+exp(-((x₁+0,5X_пит)/H_Х1)²-(y₁/H_Y1)²)+exp(-(x₁/H_Х1)²-((y₁-0,5Y_пит)/H_Y1)²)+exp(-(x₁/H_Х1)²-((у_l+0,5Y_пит)/H_Y1)²))];

х₁, y₁ - координаты центра пита на диске;

Х_пит, Y_пит - размеры пита вдоль осей x₁ и y₂;

α_Х=0,5n·К·Х_пит(х₂/Z_п);

α_у=0,5n·K·Y_пит(y₂/Z_п);

и вычисляют распределение амплитуд и фаз поля склонов пита по формулам:

где:

- ширина склона пита,

Кроме того, на этапе (а.3.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от метки на внешней поверхности записываемого слоя диска, по формулам:

где:

х₁, y₁ - координаты центра метки на внешней поверхности записываемого слоя,

ρ_мд - амплитудный коэффициент отражения метки на внешней поверхности записываемого слоя диска,

S_мд - площадь метки на внешней поверхности записываемого слоя диска,

Х_мд, Y_мд - размеры метки вдоль осей х₁ и y₁.

Кроме того, на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала, отраженного от метки на дне канавки по формулам:

где:

х₁, y₁ - координаты центра метки на дне канавки;

ρ_мкан - амплитудный коэффициент отражения метки на дне канавки;

S_мкан - площадь метки на дне канавки;

Х_мкан, Y_мкан - размеры метки на дне канавки вдоль осей х₁ и y₁.

При этом на этапе (а.6.1.3) в качестве весов при восстановлении полного отраженного поля используют аберрационные функции зрачка Р_д, Р_кан, Р_пит, Р_мкан, Р_мд, Р_ск соответственно внешней поверхности записываемого слоя диска, канавки, пита, метки на дне канавки, метки на внешней поверхности записываемого слоя диска и склона канавки или пита, определяемые по формулам:

h_кан, h_p - соответственно глубина канавки и пита в длинах волн,

и определяют полное отраженное поле путем суммирования амплитуд полученных компонентов отраженного поля для выбранных информационных элементов с учетом их аберрационных функций зрачка по формуле

где

где N_кан N_пит N_мд N_мкан - соответственно число канавок, питов, меток на лэнде и меток на дне канавки под освещающим лазерным пятном,

Е_д(х₂,y₂) - поле лазера после отражения от внешней поверхности диска;

Е_кан(х₂,y₂), Е_ск1кан(х₂,y₂), Е_ск2кан(х₂,y₂) - суммарное поле от дна и склонов канавки;

Е_р(х₂,y₂), Е_ск1пит(х₂,y₂), Е_ск2пит(х₂,y₂), Е_ск3пит(х₂,y₂), Е_ск4пит(х₂,y₂) - суммарное поле от дна и

Е_мд(х₂,y₂) - суммарное поле меток на внешней поверхности записываемого слоя;

Е_мкан(х₂,y₂) - суммарное поле меток на дне канавки.

При этом определение глубины модуляции Mod выходного сигнала, определяемой как Mod=U_max-U_min, где U_max, U_min - соответственно максимальное и минимальное значение полученного на этапе (б) сигнала, производят для периодической последовательности информационных питов или марок длиной в 3 элементарных дискрета. Имеющуюся в момент времени t_i указанную периодическую структуру питов или марок для момента времени t_i+1 сдвигают на 1 элементарный дискрет.

Изобретение поясняется на примерах его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следующее:

Фиг.1 - блок-схема оптической системы считывающей головки устройства для считывания оптического диска;

Фиг.2 - профиль записывающего слоя оптического диска с нанесенными информационными элементами;

Фиг.3 - системы координат, используемые при моделировании отраженного поля от записываемого слоя оптического диска.

Фиг.4А, 4Б - блок-схема последовательности операций способа определения допусков оптической системы считывающей головки для цифровых дисков.

Фиг.5 - блок-схема последовательности операций, осуществляемых в устройстве обработки данных при реализации этапа определения излучения считывающей головки, отраженного от пространственной структуры информационных элементов оптического диска.

На Фиг.1 представлена структурная схема оптической системы считывающей головки, содержащая CD- или DVD-лазер 1, 2, дифракционную решетку 3, расщепитель 4 лазерного пучка, светоделительный кубик 5, коллимирующую линзу 6, считывающий объектив 7, оптический диск 8, астигматическую линзу 9 и фотодетектор 10.

Конструктивные параметры оптической системы 3-9 лазеров 1, 2 и фотодетектора 10 записаны в базе данных. Туда же помещаются параметры, характеризующие дефекты (разъюстировки) оптической системы, дефокусировку и наклоны диска 8. По этим конструктивным параметрам определяются параметры считывающего лазерного пучка, положение и диаметр входного зрачка оптической системы считывающей головки.

На Фиг.2 показан профиль оптического диска 8. Здесь показано следующее: подложки 11, 12; граница 13 между подложками 11, 12, являющаяся внешней поверхностью записываемого слоя или лэндом; канавка 14 с дном 15 и склонами 16; пит 17 с дном 18 и склонами 19; метка 20 на лэнде и метка 21 на дне канавки.

На Фиг.3 показана плоскость 0₁х₁y₁ записываемого слоя диска, оси z₁, z₂, совпадающие с осью симметрии оптической системы считывающей оптической головки; плоскость 0₂х₂y₂ входного зрачка оптической системы считывающей головки; опорная сфера радиуса R_оп, центр которой расположен в точке 0₁, а вершина - в точке 0₂. Дорожка оптического диска совпадает с осью х_тр. Угол между осями x₁ и х_тр равен ψ. Ось у_тр перпендикулярна оси х_тр, проходит через центр вращения диска и через точку 0₁ и лежит в плоскости х₁y₁.

Заявленный способ определения допусков оптической системы считывающей головки цифровых дисков, описанный ниже со ссылками на Фиг.4А, В и Фиг.5, осуществляется следующим образом.

Как показано на Фиг.4А, В, на этапе 22 записывают в базу данных диапазоны исходных параметров оптических дисков различных типов и стандартной структуры информационных элементов записываемого слоя. При этом в качестве упомянутых исходных параметров выбирают следующие: ширина В_кан и глубина h_кан канавки, величина дефокусировки Z_д диска, показатель преломления n подложки диска, координаты X_гл1, Y _гл1 центра главного луча пучка лазера на диске, угол разворота ψ дорожки относительно горизонтальной оси х₁, амплитудные коэффициенты отражения ρ_д, ρ_кан, ρ_мд, ρ_мкан внешней поверхности записываемого слоя диска, канавки и метки на внешней поверхности записываемого слоя диска и на дне канавки соответственно, амплитуда А_д освещающего пучка лазера в центре перетяжки на диске, размеры Х_пит, Y_пит пита, размеры Х_мд, Y_мд и площадь S_мд метки на внешней поверхности записываемого слоя диска, размеры Х_мкан, Y_мкан и площадь S_мкан метки на дне канавки.

На этапе 23 выбирают с помощью устройства ввода из базы данных набор параметров оптического диска и информационных элементов записываемого слоя.

На этапе 24 записывают в базу все возможные N дефектов оптической системы считывающей головки, а также величину каждого отдельного дефекта. При этом в качестве упомянутых дефектов выбирают следующие: линейные смещения всех компонентов оптической системы по трем осям x, y, z: dx_комп, dу_комп, dz_комп и угловые развороты всех компонентов исследуемой оптической системы вокруг двух осей х и у: dαx_комп, dαу_комп.

На этапе 25 выбирают из базы данных i-й дефект считывающей головки и значение данного отдельного дефекта, причем i=1...N. На этапе 26 вводят выбранный набор параметров в устройство обработки данных (компьютер, в которой загружена программа расчета отраженного дифрагированного поля) и на этапе 27 с помощью устройства обработки определяют лазерное излучение, отраженное от пространственной структуры информационных элементов оптического диска. Более подробно подэтапы этапа 27 описаны ниже со ссылками на Фиг.5.

Как показано на Фиг.5, процедура обработки на этапе 27 начинается с определения на этапе 27.1 состава компонентов отраженного дифрагированного поля для выбранных параметров диска и информационных элементов записываемого слоя, выбираемых из группы, состоящей из внешней поверхности записываемого слоя, дна и склонов канавки, дна и склонов пита, метки на внешней поверхности записываемого слоя и метки на дне канавки. На этапе 27.2 для выбранного оптического диска и каждого информационного элемента вычисляют комплексную амплитуду соответствующего компонента отраженного поля в виде амплитудных и фазовых распределений сигнала лазера по формулам (3)-(16).

На этапе 27.3 вычисляют по всем информационным элементам записываемого слоя суммарную комплексную амплитуду каждого компонента отраженного поля по формулам (19) и на этапе 27.4 суммируют полученные суммарные комплексные амплитуды компонентов отраженного поля с весами, определяемыми по формулам (17). Затем обработка переходит на этап 28 (Фиг.4А)

На этапе 28 определяют сигнал считывающей головки путем определения интенсивности полного отраженного сигнала и ее суммирования в пределах входного зрачка считывающей головки. На этапе 29 определяют временное изменение сигнала, полученного на этапе 27, в выбранном временном интервале от t0 до t_к для данного значения дефекта. При этом временной интервал определения выбирают в несколько раз превышающим период изменения сигнала. На этапе 30 определяют глубину модуляции выходного сигнала Umod как Umod=U_max-U_min.

На этапе 31 определяют коэффициент влияния Fi данного i-го дефекта оптической системы считывающей головки на глубину модуляции выходного сигнала как Fi=(Mod-Mod_nom)/Mod_nom)².

На этапе 32 проверяют, является ли обрабатываемый дефект последним (i=N), и при отрицательном результате проверки возвращаются к этапу 25 для выбора нового дефекта и повторяют этапы обработки на этапах 26-32. Обработка повторно выполняется для другого дефекта из полной группы дефектов для получения моделируемого отраженного сигнала для всех возможных дефектов оптической системы считывающей головки.

При положительном результате проверки на этапе 32 переходят к этапу 33, на котором, после проведения обработки для всех возможных дефектов считывающей головки, определяют вектор коэффициентов влияния (F) для всей группы дефектов и всех компонентов оптической системы считывающей головки.

На этапе 34 определяют по полученному вектору коэффициентов влияния {F} допуска на все дефекты для всех компонентов оптической системы считывающей головки как:

Данное изобретение может быть использовано для моделирования близких к реальным сигналов, считываемых с оптических дисков различных типов, не требуя при этом применения специальных высокопроизводительных ЭВМ, а лишь при помощи обычных персональных IBM-совместимых компьютеров типа микроЭВМ. Предусмотренные заявленным способом новые процедуры обработки данных, характеризующих большое разнообразие типов информационных элементов оптических дисков, и лежащие в основе указанных процедур обработки оригинальные и эффективные аналитические методы позволят конструкторам и разработчикам работать не только над оптимизацией параметров существующих оптических дисков, но и осуществлять с высоким быстродействием предварительное моделирование дисков новых типов на этапе их подготовки к промышленному производству.

1. Способ определения допусков оптической системы считывающей головки для цифровых дисков, включающий этапы, при которых

а) определяют мгновенную величину выходного сигнала для каждого отдельного дефекта оптической системы считывающей головки, при этом

а.1) записывают в базу параметров значения исходных номинальных параметров оптической системы считывающей головки, оптических дисков различных типов и стандартной структуры информационных элементов записываемого слоя;

а.2) выбирают из базы параметров исходные значения параметров оптической системы считывающей головки, оптического диска и стандартной структуры информационных элементов записываемого слоя, выбираемых из группы, состоящей из канавок, питов и меток на внешней поверхности записываемого слоя и меток на дне канавки;

а.3) записывают в базу дефектов группу из N дефектов, состоящую из линейных смещений и угловых разворотов всех компонентов (включая лазерный источник и цифровой оптический диск) исследуемой оптической системы считывающей головки и величину каждого отдельного дефекта;

а.4) выбирают из базы дефектов тип и величину отдельного дефекта одного из компонентов исследуемой оптической системы считывающей головки;

а.5) вводят выбранный набор значений дефектов и параметров в устройство обработки данных;

а.6) моделируют считываемый с оптического диска сигнал, получаемый для каждого отдельного дефекта оптической системы считывающей головки, при этом

а.6.1) определяют сигнал лазерного излучения, отраженного от диска и дифрагировавшего на пространственной структуре информационных элементов записываемого слоя, при этом

а.6.1.1) определяют для выбранного оптического диска и стандартной структуры информационных элементов записываемого слоя состав компонентов отраженного дифрагировавшего поля, причем упомянутые информационные элементы выбирают из группы, включающей в себя внешнюю поверхность записываемого слоя, дно и склоны канавки, дно и склоны пита, метку на внешней поверхности записываемого слоя и метку на дне канавки и комбинации упомянутых информационных элементов,

а.6.1.2) для исследуемой оптической системы считывающей головки, оптического диска и каждого информационного элемента записываемого слоя вычисляют комплексную амплитуду соответствующего компонента отраженного поля,

а.6.1.3) вычисляют по всем информационным элементам записываемого слоя суммарную комплексную амплитуду каждого компонента отраженного поля и восстанавливают полное отраженное поле путем сложения суммарных комплексных амплитуд полученных компонентов отраженного поля с соответствующими весами, и

а.6.2) определяют считываемый с оптического диска сигнал U(t_i) путем вычисления интенсивности полного отраженного поля и ее суммирования внутри области входного зрачка считывающей головки,

б) определяют выходной сигнал как вариацию полученного на этапе (а.6.2) сигнала U(t_i) при изменении времени от начального t₀ до конечного t_к;

в) определяют глубину модуляции Mod=Umax-Umin полученного на этапе (б) выходного сигнала, где Umax, Umin - соответственно максимальная и минимальная величины выходного сигнала U(t_i);

г) определяют коэффициент влияния F_k данного k-го дефекта оптической системы считывающей головки на глубину модуляции выходного сигнала по формуле

F_k=(Mod-Mod_nom)/Mod_nom)**2,

где Mod_nom - глубина модуляции номинального выходного сигнала, рассчитанного при нулевой величине дефектов всех компонентов;

д) переходят к следующему дефекту из полной группы дефектов, N раз повторяют этапы (а4)-(г) и определяют вектор коэффициентов влияния {F_k} для всей группы из N дефектов;

е) по полученному вектору коэффициентов влияния {F_k} определяют значения допусков dX_k на все N дефектов оптической системы считывающей головки по формуле:

где dFzдоп=((Mod_min-Mod_nom)/Mod_nom)**2,

Mod_min, Mod_nom - соответственно минимально допустимая и номинальная глубина модуляции выходного сигнала;

sumtf - сумма произведения коэффициентов t_k·F_k по всем индексам k,

t_k - допуск на k-ый дефект оптической системы считывающей головки, соответствующий единичной трудоемкости реализации данного допуска,

F_k - коэффициент влияния k-го дефекта оптической системы считывающей головки на глубину модуляции выходного сигнала;

- на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от внешней поверхности записываемого слоя диска на опорной сфере с координатами (х₂,у₂), по формулам:

где

R_оп - расстояние от записываемого слоя оптического диска в номинальном положении до входного зрачка считывающей головки,

Z_д - дефокусировка оптического диска от номинального положения,

Н_пх, Н_пу - радиусы перетяжки освещающего лазерного пучка в сагиттальной и меридиональной плоскостях x₁z₁ и y₁z₁ соответственно,

z_кх, Z_ку - конфокальный параметр освещающего лазерного пучка в плоскости x₁z₁ и y₁z₁ соответственно,

Н_х, Н_у - радиусы освещающего лазерного пучка в плоскостях на опорной сфере x₂z₂ и y₂z₂ соответственно,

А_д - амплитуда освещающего пучка лазера в центре перетяжки на диске,

ρ_д - амплитудный коэффициент отражения внешней поверхности записываемого слоя диска,

К=2π/λ, - волновое число, λ - длина волны лазера в вакууме;

- на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от дна канавки, по формулам:

где

H_x1, H_y1 - радиусы освещающего лазерного пучка на диске в плоскостях x₁z₁ и y₁z₁ соответственно,

ρ_x=-Z_д/(Z_д ²+Z_кх ²) - кривизна волнового фронта освещающего лазерного пучка на диске в плоскости x₁z₁,

ρ_у=-Z_д/(Z_д ²+Z_ку ²) - кривизна волнового фронта освещающего лазерного пучка на диске в плоскости y₁z₁,

В_кан - ширина канавки,

n - показатель преломления подложки диска,

λ_n=λ/n - длина волны лазера в материале подложки диска,

А_2Х=(1/H_x1)², В_2Х=0,5K·n·Z_д/(Z_д ²+Z_кх ²),

А2=А_2Х(πn/(Z_оп·λ))²/(A_2Х ²+В_2Х ²),

В2=В_2Х(πn/(Z_оп·λ))²/(А_2X ²+В_2Х ²),

Z_оп=R_оп+Z_д - радиус опорной сферы, вершина которой находится на диске в точке на оси симметрии z₁, z₂ оптической системы считывающей головки,

V_у2=y₂n/(Z_оп·λ);

ρ_кан - амплитудный коэффициент отражения канавки;

Х_кан, Y_кан - координаты центра данной канавки на оптическом диске в системе координат дорожки x_трy_тр;

, - координаты центра канавки на диске в системе координат освещающей оптической системы x₁y₁;

Х_гл1, Y_гл1 - координаты центра главного луча лазерного пятна на диске в системе координат дорожки;

ψ - угол разворота дорожки относительно горизонтальной оси х₁;

и определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала, отраженного от первого и второго склонов канавки, по формулам:

где

, - координаты центра первого склона канавки в системе координат освещающей оптической системы, определяемые как

, - координаты центра первого склона канавки в системе координат дорожки, определяемые как

Y_ск - ширина первого и второго склонов канавки;

где - средняя амплитуда поля лазера по данному склону канавки, при этом координаты второго склона канавки в системе координат дорожки определяются как

на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от пита, по формулам:

где

А_ср=0,2·[exp(-(x₁/H_X1)²-(у₁/H_Y1)²)+

+exp(-((x₁-0,5X_пит)/H_Х1)²-(у₁/H_Y1)²)+exp(-((x₁+0,5X_пит)/H_Х1)²-(у₁/H_Y1)²)+exp(-(x₁/H_Х1)²-((у₁-0,5Y_пит)/H_Y1)²)+exp(-(x₁/H_Х1)²-((у_l+0,5Y_пит)/H_Y1)²))];

x₁, y₁ - координаты центра пита на диске;

Х_пит, Y_пит - размеры пита вдоль осей x₁ и у₂;

α_X=0,5n·К·Х_пит (x₂/Z_п);

α_y=0,5n·K·Y_пит(y₂/Z_п);

и вычисляют распределение амплитуд и фаз поля склонов пита по формулам:

где

- ширина склона пита,

- на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала лазера, отраженного от метки на внешней поверхности записываемого слоя диска, по формулам:

где:

х₁, y₁ - координаты центра метки на внешней поверхности записываемого слоя,

ρ_мд - амплитудный коэффициент отражения метки на внешней поверхности записываемого слоя диска,

S_мд - площадь метки на внешней поверхности записываемого слоя диска,

Х_мд, Y_мд - размеры метки вдоль осей х₁ и y₁;

- на этапе (а.6.1.2) определяют распределение комплексной амплитуды, выраженной через амплитуду и фазу сигнала, отраженного от метки на дне канавки по формулам:

где

x₁, y₁ - координаты центра метки на дне канавки;

ρ_мкан - амплитудный коэффициент отражения метки на дне канавки;

S_мкан - площадь метки на дне канавки;

Х_мкан, y_мкан - размеры метки на дне канавки вдоль осей x₁ и y₁.

- на этапе (а.6.1.3) в качестве весов при восстановлении полного отраженного поля используют аберрационные функции зрачка Р_д, Р_кан, Р_пит, Р_мкан, Р_мд, Р_ск соответственно внешней поверхности записываемого слоя диска, канавки, пита, метки на дне канавки, метки на внешней поверхности, записываемого слоя диска и склона канавки или пита, определяемые по формулам:

h_кан, h_p - соответственно глубина канавки и пита в длинах волн,

- определяют полное отраженное поле путем суммирования амплитуд полученных компонентов отраженного поля для выбранных информационных элементов с учетом их аберрационных функций зрачка по формуле

где

где N_кан N_пит N_мд N_мкан - соответственно число канавок, питов, меток на лэнде и меток на дне канавки под освещающим лазерным пятном,

Е_д(х₂,у₂) - поле лазера после отражения от внешней поверхности диска;

Е_кан(х₂,у₂), Е_ск1кан(х₂,у₂), Е_ск2кан(х₂,у₂) - суммарное поле от дна и склонов канавки;

Е_р(х₂,у₂), Е_ск1пит(х₂,у₂), Е_ск2пит(х₂,у₂), Е_ск3пит(х₂,у₂), Е_ск4пит(х₂,у₂) - суммарное поле от дна и склонов питов;

Е_мд(х₂,у₂) - суммарное поле меток на внешней поверхности записываемого слоя;

Е_мкан(х₂,у₂) - суммарное поле меток на дне канавки.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе (б) при изменении момента времени и определении выходного сигнала для момента времени t_i+1 стандартную структуру питов или марок сдвигают на 1 элементарный дискрет по отношению к исходной структуре в момент времени t_i, где индекс i изменяется от 0 до k.