УСТРОЙСТВО СТАБИЛИЗАЦИИ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ДИСКА Российский патент 1998 года по МПК G11B7/95 G11B19/24 

Изобретение относится к области записи и воспроизведения информации на оптических дисках.

Изменения частоты следования данных в записанной на оптическом диске сигналограмме приводят в условиях работы с канальными кодами, учитывающими межсимвольную интерференцию, к изменению уровня межсимвольной интерференции и искажению сигнала воспроизведения.

Отклонения от номинального значения линейной скорости дорожки при записи и воспроизведении суммируются и оказывают дестабилизирующее влияние на систему синхронизации данных воспроизведения.

Изменения частоты следования данных в записанной на оптическом диске сигналограмме появляются вследствие непостоянства линейной скорости движения дорожки данных, которая изменяется как следствие уменьшения радиуса дорожки данных в процессе считывания информации, так и из-за случайных колебаний скорости вала двигателя, эксцентриситета дорожки, деформаций диска и относительного угла наклона между поверхностью воспроизведения оптического диска и поверхностью линзы объектива считывающей или записывающей системы.

Допустимая нестабильность линейной скорости дорожки данных обычно составляет сотые доли процента.

Известны системы записи и воспроизведения информации на оптических дисках, содержащие системы контроля и стабилизации скорости вращения оптического диска (например, патент US N 4674076, кл. С 11 В 7/095, 1987). Данная система включает датчик скорости оптического диска, работающий по нанесенным на дорожках оптического диска служебным меткам, блок электронной обработки сигнала, выход которого связан с приводом вращения диска.

Данная система не обеспечивает возможность качественной записи информации на оптический диск, не имеющий предварительно выполненных на нем служебных меток.

Известно использование контрольной шкалы при воспроизведении и записи информации на оптический диск, не имеющий предварительно выполненных дорожек со служебной информацией (патент US N 5590102, кл. G 11 В 7/095, 1996). Сигналы коррекции ошибок положения и фокусировки считывающего или записывающего пучка вырабатываются блоком сравнения текущих данных и данных, полученных при считывании контрольной шкалы. Однако в указанной системе не предусмотрен блок коррекции скорости вращения оптического диска, кроме того, требования к точности выполнения контрольной шкалы являются жесткими.

Наиболее близким к предложенному является устройство стабилизации скорости вращения лазерного диска, которое может использоваться как при записи, так и при воспроизведении информации, содержащее датчик скорости, включающий лазер, приемник и специальный секторный диск с оптическими метками, выполненными в виде секторов с радиусами, равными радиусу секторного диска, установленный на валу двигателя, блок сравнения текущего значения скорости с ее эталонным значением, и блок коррекции (заявка ЕПВ N 0344994 А2, G 11 В 29/247, 06.12.89). Указанное устройство позволяет устранить нестабильность скорости вращения вала двигателя.

Недостатком такого датчика является невозможность контроля отклонения линейной скорости дорожки оптического диска, вызванной ее эксцентриситетом, а также вызванной деформацией диска и углом наклона поверхности оптического диска; кроме того, требуется высокая точность изготовления секторного диска.

Задачей изобретения является повышение степени стабилизации скорости вращения оптического диска как при записи, так и при воспроизведении информации путем контроля отклонения линейной скорости дорожки оптического диска вследствие непостоянства линейной скорости движения дорожки данных, случайных колебаний скорости вала двигателя, эксцентриситета дорожки, деформаций диска и относительно угла наклона между поверхностью воспроизведения оптического диска и поверхностью линзы объектива считывающей системы. Кроме того, устройство позволяет производить запись на оптический диск, не имеющий предварительно выполненных дорожек со служебной информацией. Технической задачей изобретения является также снижение требований к точности изготовления секторного диска.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве стабилизации скорости вращения оптического диска, содержащем датчик скорости оптического диска с установленным на валу двигателя секторным диском с оптическими метками и блок сравнения сигнала ошибки текущего значения скорости с ее эталонным значением, последовательно соединенный с блоком коррекции скорости, связанным с двигателем, секторный диск выполнен равным по размеру считываемым и/или записываемым оптическим дискам, оптические метки выполнены в виде секторов с радиусами, равными радиусу секторного диска, датчик скорости оптического диска содержит лазер с системой фокусировки и радиального смещения луча, считывающего информацию с секторного диска, связанного с датчиком радиального смещения луча, считывающего или записывающего информацию на оптическом диске, а также последовательно соединенные приемник с продольным фотоэффектом с установленной перед ним экранирующей маской, к делительной шине которого приложены разнополярные напряжения смещения, и блок статистического усреднения результатов измерений, выход которого соединен с блоком сравнения сигнала ошибки, а блок коррекции скорости соединен с системой радиального смещения луча, считывающего или записывающего информацию на оптическом диске, при этом размер приемной площадки приемника с продольным фотоэффектом и размеры экранирующей маски согласованы с размером оптических меток на секторном диске и расстоянием между ними таким образом, чтобы при вращении оптического диска приемник с продольным фотоэффектом вырабатывал импульсы различной полярности.

В частности блок статистического усреднения результатов измерений выполнен в виде операционного усилителя, выход которого соединен с тремя селекторами отрицательных импульсов и тремя селекторами положительных импульсов, выходы селекторов отрицательных импульсов через формирователи импульса запуска соединены соответственно с первыми входами трех коммутирующих триггеров, выходы селекторов положительных импульсов через формирователи импульса срыва соединены соответственно со вторыми входами триггеров, выходы триггеров соединены с первыми входами трех схем совпадения, вторые входы которых соединены с задающим генератором, а выходы схем совпадения соединены со схемой "или", выход которой связан со счетчиком импульсов.

Как правило, блок статистического усреднения результатов измерений дополнительно содержит соединенный со счетчиком формирователь импульса сброса, соединенный с выходом первого триггера.

В одном частном случае оптические метки на секторном диске выполнены в виде участков, отражающих излучение и имеющих форму секторов, при этом лазер и приемник с экранирующей маской установлены по одну сторону секторного диска.

В другом частном случае оптические метки на секторном диске выполнены в виде участков, пропускающих излучение и имеющих форму секторов, при этом лазер и приемник с экранирующей маской установлены по разные стороны секторного диска.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства стабилизации скорости вращения оптического диска; на фиг. 2 - расположение приемника с продольным фотоэффектом относительно оптических меток секторного диска; на фиг. 3 схематически изображен секторный диск; на фиг. 4 - временная диаграмма сигнала, снимаемого с коллектора приемника с продольным фотоэффектом.

Устройство стабилизации скорости вращения оптического диска, установленного на валу 1 двигателя 2, содержит секторный диск 3 с оптическими метками 4, приемник 5 с продольным фотоэффектом с экранирующей маской 6, установленной непосредственно перед фоточувствительной поверхностью приемника, фоточувствительная поверхность которого ориентирована таким образом, что на нее попадает отраженное от меток секторного диска или пропущенное через них излучение лазера 7, и блок электронной обработки сигнала.

Приемник с продольным фотоэффектом (инверсионный фотодиод) вырабатывает продольную ЭДС, величина и полярность которой зависит от смещения пучка излучения относительно центра приемника (см. Якушенков Ю.Г. Основы оптико-электронного приборостроения. - М.: Советское радио, с. 139-141). Инверсионная характеристика приемника с продольным фотоэффектом приведена на фиг. 4.

Для работы датчика определения скорости необходимо обеспечить соответствие между размером фоточувствительной площадки приемника 5 с продольным фотоэффектом, размерами экранирующей маски 6, размером оптических меток 4 и расстоянием между ними, а также шириной пучка излучения лазера 7. Указанные параметры должны быть выбраны таким образом, чтобы при вращении секторного диска приемник с продольным фотоэффектом вырабатывал импульсы различной полярности (фиг. 4), соответствующие пересечению каждой оптической меткой пучка излучения лазера, т.е. чтобы на фоточувствительную площадку приемника с продольным фотоэффектом одномоментно не попадали сигналы от двух оптических меток секторного диска. Как правило, расстояние между метками превышает расстояние между щелями маски. Размер и расстояние между оптическими метками выбираются также в соответствии с быстродействием приемника с продольным фотоэффектом; обычно при скорости вращения 25 об/с (радиус диска порядка 50 мм) метки нанесены с пространственной частотой порядка 200 лин/мм. Временная частота сигнала приемника с продольным фотоэффектом при этом составляет около 1,5 МГц. Этим требованиям удовлетворяют современные приемники с продольным фотоэффектом, постоянная времени которых составляет единицы микросекунд.

Заданная ширина пучка излучения лазера может достигаться фокусировкой пучка; может быть использована цилиндрическая линза, или оптическая система разделения пучка излучения лазера на два. В последних случаях значительно усложняется блок 8 фокусировки считывающего луча; однако поскольку точность измерения скорости при наличии экранирующей маски и статистического усреднения результатов измерений не зависит от размера пучка, предпочтительным является соответствующий выбор размера сфокусированного пучка излучения лазера.

При вращении секторного диска оптические метки 4 пересекают щели в экранирующей маске 6, и на коллекторе приемника с продольным фотоэффектом появляются соответствующие моментам пересечения импульсы тока различной полярности (фиг. 4), которые поступают на инвертирующий вход операционного усилителя 9. При условии идентичности щелей экранирующей маски, однородной фоточувствительности фотоприемника и его равномерной засветки импульсы тока будут также идентичными независимо от формы оптической метки, и, следовательно, временной интервал между импульсами для любой произвольно взятой фазы будет строго постоянен и равен t = L/v, где L - расстояние между щелями экранирующей маски, v - линейная скорость перемещения оптических меток.

Из-за неидентичности формы щелей и поверхностной неоднородности фоточувствительности фотоприемника сигнальные импульсы могут иметь разброс в некоторой области; для повышения точности измерения скорости необходимо снизить погрешность измерения временной задержки импульсов путем статистического усреднения результатов измерения, производимых для различных фаз сигналов. В частности, усреднение производится путем накопления статистической суммы по результатам трех измерений t₁, t₂, t₃ в блоке 10 статистического усреднения результатов измерений. Для этого сигнал с выхода операционного усилителя 9 подается на три селектора 11, 12, 13 отрицательных импульсов и три селектора 14, 15, 16 положительных импульсов. Для обеспечения идентичности фаз сигналов на выходе амплитудных селекторов их пороги ограничения выбраны соответственно попарно равными. Сигналы с выхода амплитудных селекторов после формирования их соответствующими формирователями импульсов запуска 17, 18, 19 или срыва 20, 21, 22 поступают на входы коммутирующих триггеров 23, 24, 25, открывающих схемы совпадения 26, 27, 28 на интервалы времени t₁, t₂, t₃. На вторые входы схем совпадения 26, 27, 28 подаются импульсы с задающего генератора 29 эталонной частоты f₀, сдвинутые по фазе на интервал времени t₀ = 1/3 f₀. Счетчик 30 импульсов, соединенный с выходами схем совпадения 26, 27, 28 через схему ИЛИ 31, регистрирует число импульсов, пропорциональное величине t = t₁ + t₂ + t₃ = L/v + Δt₁ + Δt₂ + Δt₃, чем обеспечивается усреднение.

Устройство может дополнительно содержать формирователь импульсов сброса, вход которого соединен с выходом триггера 23, а выход - со счетчиком 30 импульсов, что позволяет производить обнуление счетчика в начале очередного измерения и, тем самым, увеличить время индикации, определяемое частотой следования меток.

Сигнал, пропорциональный линейной скорости оптических меток секторного диска, подается в блок 32 сравнения, в котором вырабатывается сигнал, пропорциональный ошибке в величине скорости.

Поскольку линейная скорость перемещения считываемого (записываемого) участка диска прямо пропорциональна скорости вращения и обратно пропорциональна радиусу дорожки считывания (записи), для обеспечения постоянной линейной скорости при радиальном смещении считывающего (записывающего) пучка необходимо корректировать скорость вращения диска.

Блок 33 коррекции скорости вырабатывает управляющий сигнал в соответствии с сигналом, пропорциональным измеренной ошибке в величине скорости, а также в соответствии с радиусом дорожки считывания (записи). Данная коррекция обеспечивается связью блока 33 с датчиком радиального смещения луча, считывающего или записывающего информацию на оптическом диске. Для того, чтобы учесть эксцентриситет деформации диска и относительный угол наклона между поверхностью воспроизведения оптического диска и поверхностью линзы объектива считывающей или записывающей системы, блок 34 радиального смещения луча, считывающего информацию с секторного диска, связан с датчиком радиального смещения луча, считывающего или записывающего информацию на оптическом диске, что обеспечивает синхронное радиальное смещение этих лучей и, тем самым, учет радиуса и ошибки радиуса дорожки оптического диска.

При использовании предложенного устройства коррекции скорости максимальная погрешность скорости составляет не более 0,01%. При этом требования к точности изготовления секторного диска не являются жесткими благодаря наличию экранирующей маски и усреднению результатов измерений.

Устройство используется при записи и воспроизведения информации на оптических дисках и позволяет повысить степень стабилизации скорости вращения оптического диска как при записи, так и при воспроизведении информации, а также производить запись на оптический диск, не имеющий предварительно выполненных дорожек со служебной информацией. Устройство стабилизации скорости вращения оптического диска содержит датчик скорости оптического диска с установленным на валу двигателя секторным диском, равным по размеру считываемым и/или записываемым оптическим дискам, с оптическими метками в виде секторов с радиусами, равными радиусу секторного диска, и блок сравнения сигнала ошибки текущего значения скорости с ее эталонным значением, последовательно соединенный с блоком коррекции скорости, связанным с двигателем. Датчик скорости оптического диска содержит лазер с системой фокусировки и радиального смещения луча, считывающего информацию с секторного диска, связанного с датчиками радиального смещения луча, считывающего или записывающего информацию на оптическом диске, последовательно соединенные приемник с продольным фотоэффектом с установленной перед ним экранирующей маской и блок статистического усреднения результатов измерений, выход которого соединен с блоком сравнения. Блок коррекции скорости соединен с системой радиального смещения луча. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство стабилизации скорости вращения оптического диска, содержащее датчик скорости оптического диска с лазером, приемником и установленным на валу двигателя секторным диском с оптическими метками, выполненными в виде секторов с радиусами, равными радиусу секторного диска, и блок сравнения сигнала текущего значения скорости с ее эталонным значением, последовательно соединенный с блоком коррекции скорости, связанным с двигателем, отличающееся тем, что секторный диск выполнен равным по размеру считываемым и/или записываемым оптическим дискам, лазер содержит систему фокусировки и радиального смещения луча, считывающего информацию с секторного диска, связанную с датчиками радиального смещения луча, считывающего или записывающего информацию на оптическом диске, перед приемником, выполненным с продольным фотоэффектом, установлена экранирующая маска, к делительной шине приемника приложены разнополярные напряжения смещения, датчик скорости оптического диска содержит последовательно соединенный с приемником блок статического усреднения результатов измерений, выход которого соединен с блоком сравнения, а блок коррекции скорости соединен с системой радиального смещения луча, считывающего или записывающего информацию на оптическом диске, при этом размер приемной площадки приемника с продольным фотоэффектом и размеры экранирующей маски согласованы с размером оптических меток на секторном диске и расстоянием между ними таким образом, чтобы при вращении оптического диска приемник с продольным фотоэффектом вырабатывал импульсы различной полярности. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок статического усреднения результатов измерений выполнен в виде операционного усилителя, выход которого соединен с тремя селекторами отрицательных импульсов и тремя селекторами положительных импульсов, выходы селекторов отрицательных импульсов через формирователи импульсов запуска соединены соответственно с первыми входами трех коммутирующих триггеров, выходы селекторов положительных импульсов через формирователи импульса срыва соединены соответственно со вторыми входами триггеров, выходы триггеров соединены с первыми входами трех схем совпадения, вторые входы которых соединены с задающим генератором, а выходы схем совпадения соединены со схемой ИЛИ, выход которой связан со счетчиком импульсов. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что блок статического усреднения результатов измерений дополнительно содержит соединенный со счетчиком формирователь импульса сброса, соединенный с выходом первого триггера. 4. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что оптические метки на секторном диске выполнены в виде участков, отражающих излучение и имеющих форму секторов, при этом лазер и приемник с экранирующей маской установлены по одну сторону секторного диска. 5. Устройство по любому из пп.1 - 3, отличающееся тем, что оптические метки на секторном диске выполнены в виде участков, пропускающих излучение и имеющих форму секторов, при этом лазер и приемник с экранирующей маской установлены по разные стороны секторного диска.