Способ записи и/или считывания оптической информации и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано в системах записи и считывания оптической информации. Способ включает формирование опорного и рабочего оптических каналов по одну сторону от носителя 3 информации; размещение оптически адресуемого пространственного модулятора света (OASLM) 7 в плоскости выходного зрачка опорного канала, сопряженной с плоскостью входного зрачка рабочего канала. Световой пучок опорного канала разделяют на две взаимно когерентные компоненты, одну из которых направляют на ОASLM 7, а другую сначала направляют на носитель 3 информации, затем (после ее отражения от поверхности носителя 3) направляют на OASLM и смешивают с первой. При этом устанавливают определенное соотношение между суммарным продольным увеличением опорного и рабочего каналов и длинами волн рабочего и опорного излучений. Рабочее излучение направляют на OASLM, навстречу опорному, а дифрагировавшую в первом порядке волну фокусируют на носитель информации. Устройство содержит два источника 1 и 2 излучения, светоделитель 4, систему зеркал 8, модулятор 7 света (OASLM), объектив 6, носитель 3 информации и приемник изображения. Технический результат - достижение без инерционности системы автофокусировки при записи и/или считывании информации, а также повышение качества при снижении требований к качеству оптических элементов. 2 с. и 4 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, в частности к системам записи и/или считывания информации в устройствах оптической памяти с относительным эксплуатационным перемещением носителя информации, и может быть широко использовано в высокоскоростных устройствах цифровой видеозаписи, а также в оптических внешних запоминающих устройствах (с односторонним доступом к информационной поверхности носителя), требующих суперпрецизионного совмещения фокусируемого записывающего и/или считывающего светового пучка со светочувствительным слоем информационной дорожки носителя оптической памяти.

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

В подобных случаях для повышения скорости записи/считывания информации за счет снижения инерционности подвижных фокусирующих элементов необходимо уменьшать массу и, соответственно, размеры фокусирующих средств, что отрицательно (в частности, уменьшение размеров) сказывается на качестве записи/считывания информации при высоких скоростях движения носителя в процессе обмена информацией. При максимально допустимых реализованных в настоящее время скоростях движения носителя информации (до 10000 оборотов в минуту в 50х МАХ CD-ROM) средняя скорость обмена информацией не превышает 5 Мбайт/сек.

Таким образом, способы, основанные на электронно-механическом слежении и компенсации погрешностей фокусировки световых пучков, исчерпали свои возможности в системах, применяемых для регистрации и считывания больших объемов информации при высоких относительных скоростях движения носителя и фокусируемого светового пучка. Так, например, в устройствах оптической записи/считывания информации на дисковых носителях при высоких скоростях вращения носителя уровни вибраций достигают величин порядка 4g, наблюдается перегрев и ускоренное механическое изнашивание оптико-механических узлов.

Более конкретно, вибрации могут вызвать сход сфокусированного излучения (например, светового пучка) с дорожки дискового носителя информации. Если случается сход с дорожки, то следящее сервоуправление, также как и фокусирующее сервоуправление, расстраивается и прерывает сигналы воспроизведения или производит неестественные искусственные сигналы упомянутого воспроизведения. В обычной практике приходится бороться с вибрациями посредством механически защищающей от динамических воздействий системы.

Существующие в настоящий момент CD накопители включают источник излучения и некую оптическую систему, которая это излучение фокусирует на рабочую поверхность диска. В этой оптической системе предусмотрено ответвление части отраженного излучения на специальные датчики. Есть несколько различных способов, которые, например, по изменению астигматизма позволяют оценить смещение диска в продольном (т.е. вдоль оси вращения) направлении. Этот сигнал в дальнейшем измеряется, усиливается и используется для того, чтобы управлять положением оптической головки относительно поверхности диска.

Таким образом, традиционный подход, который используется при автофокусировке, основан на измерении по отраженному сигналу смещения по фокусу относительно информационной поверхности дорожки и управлении (синхронизированном перемещении головки) с помощью систем, например, механического или акустического типа. Есть некоторые следящие системы с использованием изменения длины волны излучения. Этот способ позволяет фокусировать луч непосредственно на заданную дорожку или на заданную поверхность.

Известны способ записи и считывания оптической информации и устройство для его осуществления с использованием электрически адресуемого пространственного модулятора света, описанные в патенте US 5844709 (кл. G 02 F 1/03, 1998 г. ). Недостатком известных способа и устройства для его реализации являются конструктивная сложность системы слежения за информационной дорожкой, а также относительная инерционность системы и недостаточный диапазон перемещения фокуса, в частности, светового пучка при слежении за информационной дорожкой носителя информации, обусловленный невысоким пространственным разрешением вышеупомянутого пространственного модулятора света.

Наиболее близким к заявленным способу записи и/или считывания оптической информации и устройству для его осуществления являются способ и устройство, описанные в а.с. SU 1509996 (кл. G 11 В 7/08, 1987 г.).

Известный способ включает фокусирование первичного изображения светового сигнала в зоне зеркальной поверхности отражателя и последующее фокусирование однократно отраженного от упомянутой зеркальной поверхности излучения на информационном слое носителя. Затем эксплуатационное изменение пространственного положения информационного слоя носителя сопровождают процессом компенсации расфокусировки (относительно этого слоя) упомянутого отраженного излучения. Процесс компенсации осуществляют путем перемещения зеркальной поверхности отражателя вдоль главной оптической оси средства фокусировки первой компоненты оптической системы, посредством которой (т.е. первой компоненты) сформировано упомянутое первичное изображение светового сигнала.

Известное из уровня техники устройство (для реализации вышеописанного способа) содержит отражатель с зеркальной поверхностью, источник излучения и оптическую систему, включающую светоделитель, один выход которого оптически связан со средством фокусировки первой компоненты оптической системы с возможностью формирования первичного изображения в зоне зеркальной поверхности отражателя, а второй выход светоделителя оптически связан со средством фокусировки второй компоненты с возможностью фокусирования отраженного от упомянутой зеркальной поверхности излучения на информационном слое носителя. Отражатель снабжен средством перемещения зеркальной поверхности вдоль вышеупомянутой главной оптической оси с возможностью компенсации расфокусировки упомянутого отраженного излучения в процессе эксплуатационного изменения пространственного положения светочувствительного информационного слоя.

Основным недостатком известных из уровня техники способа и устройства для его реализации (осуществления) является инерционность системы компенсации дефокусировки ввиду наличия в ней синхронизируемых (с эксплуатационными изменениями пространственного положения фоточувствительного слоя носителя) оптико-механическим методом подвижных элементов, что влечет за собой негативные последствия, аналогичные вышеописанным.

Технической задачей изобретения является создание такого способа записи и/или считывания оптической информации, который посредством безынерционной (чисто оптической) системы слежения за информационной дорожкой носителя информации позволяет повысить качество записи и/или считывания этой информации, а также упрощение конструкции (в особенности - следящей системы слежения) в целом.

Поставленная задача (в отношении объекта изобретения "способ") достигается посредством того, что в способе записи и/или считывания оптической информации, включающем компенсацию искажений в световом пучке посредством отражения светового пучка от опорной поверхности, движение которой определенным образом согласуют с движением носителя информации, согласно изобретению, формируют опорный и рабочий оптические каналы по одну сторону от носителя оптической информации; размещают оптически адресуемый пространственный модулятор света в плоскости выходного зрачка опорного канала, сопряженной с плоскостью входного зрачка рабочего канала; разделяют оптическое излучение опорного канала на две взаимно когерентные компоненты, одну из которых направляют непосредственно на оптически адресуемый пространственный модулятор света, а вторую направляют на упомянутый модулятор света после ее отражения от опорной поверхности носителя оптической информации, при этом суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов устанавливают в соответствии с условием = 0,5_w/_r, где - суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов; _w - длина волны излучения в опорном канале; _r - длина волны излучения в рабочем канале, кроме того, при записи информации оптическое излучение с длиной волны _r направляют на оптически адресуемый пространственный модулятор света, а дифрагированное в первом порядке излучение фокусируют на записывающем слое носителя оптической информации, а при считывании информации на носитель оптической записи (информации) направляют относительно узкий пучок, например, светового излучения на рабочей длине волны _r, при этом рассеянное на информационных метках носителя информации излучение направляют на оптически адресуемый пространственный модулятор света, после чего дифрагировавшую в первом порядке компоненту излучения направляют на приемник этого излучения.

В частном случае в качестве оптически адресуемого пространственного модулятора света используют фотопроводник, совмещенный с жидкокристаллическим экраном, при этом формирование интерференционной картины на вышеупомянутом оптически адресуемом пространственном модуляторе производят в ближнем ИК-диапазоне, а считывание и/или запись информации в рабочем канале производят в видимом диапазоне.

Целесообразно соотношение длин волн _w и _r устанавливать в соответствии с условием _w/_r = 2. Поставленная задача в отношении объекта изобретения "устройство" достигается посредством того, что устройство записи и/или считывания оптической информации, содержащее носитель оптической информации, по меньшей мере, один источник оптического излучения, светоделитель, один выход которого оптически связан с носителем оптической информации через последовательно размещенные четвертьволновую пластину и объектив, а также систему зеркал и приемник излучения, согласно изобретению, дополнительно содержит второй источник оптического излучения и оптически адресуемый пространственный модулятор света, причем оба источника оптического излучения функционально являются соответственно источниками рабочего и опорного излучения, а оптически адресуемый пространственный модулятор света размещен в плоскости выходного зрачка опорного канала, сопряженной с плоскостью входного зрачка рабочего канала, при этом опорный и рабочий каналы расположены по одну сторону от носителя оптической информации, второй выход светоделителя оптически связан с оптически адресуемым пространственным модулятором через систему зеркал, при этом суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов установлено в соответствии с условием = 0,5_w/_r, где - суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов; _w - длина волны излучения в опорном канале;
_r - длина волны излучения в рабочем канале.

В частном случае оптически адресуемый пространственный модулятор света представляет собой фотопроводник, совмещенный с жидкокристаллическим экраном.

Целесообразно, чтобы соотношение длин волн _w и _r было установлено в соответствии с условием _w/_r = 2.
Изобретение поясняется чертежом, где представлена принципиальная схема одного из возможных вариантов выполнения устройства для реализации заявленного способа записи и/или считывания оптической информации.

Устройство содержит источник 1 рабочего оптического излучения, источник 2 опорного оптического излучения, носитель 3 оптической информации, светоделитель 4, один выход которого оптически связан с носителем 3 оптической информации через последовательно размещенные четвертьволновую пластину 5 и объектив 6. В плоскости выходного зрачка опорного канала, сопряженной с плоскостью входного зрачка рабочего канала, размещен оптически адресуемый пространственный модулятор света (OASLM) 7. Второй выход светоделителя 4 оптически связан с OASLM 7 через систему зеркал 8. Приемник излучения на чертеже не показан.

На конкретном примере реализации изобретения рассмотрим подробно работу устройства и способ записи и считывания оптической информации.

От источника 2 опорного излучения направляют пучок света с длиной волны _w на светоделитель 4. Одна часть этого пучка проходит через светоделитель и, отразившись от системы зеркал 8, падает на OASLM 7. Другая часть пучка, отразившись от светоделителя 4, направляется на носитель 3 оптической информации через четвертьволновую пластину 5 и фокусирующий объектив 6. Отразившись от зеркальной поверхности носителя 3, упомянутая другая часть светового пучка приобретает дефокусировку, равную удвоенному смещению зеркальной поверхности, проходит обратно через объектив 6, четвертьволновую пластину 5, через светоделитель 4 и одновременно с первой частью пучка попадает на OASLM 7, интерферируя с ней.

На модуляторе света OASLM 7 формируется интерференционная картина на длине волны _w при взаимодействии двух упомянутых компонент, одна из которых, назовем ее сигнальной, несет информацию о погрешностях, отклонениях, аберрации и т.д., а другая компонента, назовем ее опорной, представляет собой, например, плоскую неискаженную волну.

Плотность распределения электрических зарядов на фотопроводнике модулятора воспроизводит распределение интенсивности интерференционной картины и, соответственно, вызывает изменение оптических характеристик жидкокристаллического экрана (градиента показателя преломления, модуляции поляризующих свойств).

Указанная картина считывается с помощью рабочей световой волны, направленной от источника 1 рабочего излучения на модулятор 7 навстречу опорной плоской волне. Изменение показателя преломления вызывает возникновение дифрагированной волны, которая полностью копирует сигнальную волну с дефектами, но при условии, что длины волн рабочего и сигнального излучений совпадают, т. е. _r = _w. Поскольку рабочая (восстанавливающая) волна идет навстречу плоской опорной волне, то волновой фронт дифрагировавшей волны в первом порядке будет повторять фронт сигнальной волны. Если же длины волн _r и _w не совпадают, то фронт дифрагировавшей в первом порядке волны будет геометрически подобен опорному в масштабе, равном отношению длин волн _w/_r, и при выполнении соотношения = 0,5_w/_r смещение фокуса дифрагировавшего пучка будет в два раза меньше величины дефокусировки сигнального пучка, т.е. в точности равно смещению носителя, и, следовательно, фокус дифрагировавшего пучка всегда будет следить за информационным слоем носителя 3.

Более того, поскольку указанная дифрагировавшая (восстановленная) волна распространяется по тому же пути, что и сигнальная волна, т.е. через светоделитель 4, пластину 5 и объектив 6, но лишь в одном направлении, то возможна частичная компенсация искажений, вносимых оптическими компонентами. Наиболее полная компенсация может быть достигнута при выполнении условия _w/_r = 2. В этом случае кроме компенсации дефокусировки, вызванной смещением носителя 3 информации, будут полностью компенсированы искажения, связанные с аберрацией объектива 6, т.к. сигнальная волна два раза проходит объектив 6, при этом ее искажения за счет аберрации объектива удваиваются по сравнению с дифрагировавшей (восстановленной) волной, которая проходит через объектив 6 один раз. Таким образом сочетание условий = 0,5_w/_r и _w/_r = 2 является идеальным.

Заявленные способ и устройство позволяют фокусировать излучение при одностороннем доступе к информационной поверхности носителя оптической информации (например, диска), что достигается за счет использования OASLM (транспаранта), обеспечивающего комплексное сопряжение световой волны. Существует широкий класс пространственных модуляторов света. В нашем случае достаточно использовать модуляторы, не требующие больших электрических напряжений и которые работают при малых освещенностях света. Самыми подходящими являются модуляторы на основе ферроэлектриков. Еще одним преимуществом изобретения является использование одного и того же объектива в рабочем и опорном каналах, ахроматизированного для длин волн _r и _w. Объектив корректируют на сферическую аберрацию так, что волновая сферическая аберрация в опорном канале на длине волны _w в плоскости OASLM (после двойного прохождения волны через объектив) равна волновой сферической аберрации на длине волны _r рабочего канала.

Кроме того, изобретение позволяет проводить безынерционную запись и считывание информации, снизить требование к качеству оптических элементов и повысить качество изображения, а также избавиться от механической системы слежения за информационной дорожкой.

Формула изобретения

1. Способ записи и/или считывания оптической информации, включающий компенсацию искажений в световом пучке посредством отражения светового пучка от опорной поверхности, движение которой определенным образом согласуют с движением носителя информации, отличающийся тем, что формируют опорный и рабочий оптические каналы по одну сторону от носителя оптической информации; размещают оптически адресуемый пространственный модулятор света в плоскости выходного зрачка опорного канала, сопряженной с плоскостью входного зрачка рабочего канала; разделяют оптическое излучение опорного канала на две взаимно когерентных компоненты, одну из которых направляют непосредственно на оптически адресуемый пространственный модулятор света, а вторую направляют на упомянутый модулятор света после ее отражения от опорной поверхности носителя оптической информации; при этом суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов устанавливают в соответствии с условием = 0,5_w/_r, где - суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов; _w - длина волны излучения в опорном канале; _r - длина волны излучения в рабочем канале; при записи информации оптическое излучение с длиной волны _r направляют на оптически адресуемый пространственный модулятор света, а дифрагированное в первом порядке излучение фокусируют на записывающем слое носителя оптической информации; при считывании информации на носитель оптической информации направляют узкий пучок света на рабочей длине волны _r, при этом рассеянное на информационных метках носителя информации излучение направляют на оптически адресуемый пространственный модулятор света, после чего дифрагировавшую в первом порядке компоненту излучения направляют на приемник излучения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптически адресуемого пространственного модулятора света используют фотопроводник, совмещенный с жидкокристаллическим экраном, при этом формирование интерференционной картины на оптически адресуемом пространственном модуляторе производят в ближнем ИК-диапазоне, а считывание и/или запись информации в рабочем канале производят в видимом диапазоне.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что соотношение длин волн _w и _r устанавливают в соответствии с условием _w/_r = 2.
4. Устройство для записи и/или считывания оптической информации, содержащее носитель оптической информации, по меньше мере, один источник оптического излучения, светоделитель, один выход которого оптически связан с носителем оптической информации через последовательно размещенные четвертьволновую пластину и объектив, а также систему зеркал и приемник излучения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй источник оптического излучения и оптически адресуемый пространственный модулятор света, причем оба источника оптического излучения функционально являются соответственно источниками рабочего и опорного излучения, а оптически адресуемый пространственный модулятор света размещен в плоскости выходного зрачка опорного канала, сопряженной с плоскостью входного зрачка рабочего канала, при этом опорный и рабочий каналы расположены по одну сторону от носителя оптической информации, второй выход светоделителя оптически связан с оптически адресуемым пространственным модулятором через систему зеркал, при этом суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов установлено в соответствии с условием = 0,5_w/_r, где - суммарное продольное увеличение опорного и рабочего каналов; _w - длина волны излучения в опорном канале; _r - длина волны излучения в рабочем канале.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оптически адресуемый пространственный модулятор света представляет собой фотопроводник, совмещенный с жидкокристаллическим экраном.

6. Устройство по п.4 или 5, отличающееся тем, что соотношение длин волн _w и _r устанавливают в соответствии с условием _w/_r = 2.м

РИСУНКИ

Рисунок 1