Устройство для контроля дисков оптических накопителей информации Советский патент 1991 года по МПК G11B7/26 G01B21/30 

Изобретение относится к технике накопления информации с помощью оптических средств и может быть использовано для контроля качества дисковых информационных носителей оптических накопителей информации, преимущест- венно однократной записи.

Целью изобретения является повышение достоверности и производительности контроля дисков оптических накопителей информации путем обеспечения коррекции опорного сигнала дискриминации дефектов в процессе контроля дискя в соответствии с локальным изменением текущего значения коэффициента отражения основы и отражающего покрытия диска, измерения длительностей некачественных участков диска и промежутков между ними, возможности одновременного контроля локальных дефектов и коэффициента отражения диска.

На фиг. 1 изображена Функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы, иллюстрирующие npm Ttnr en. работы; на фиг.4 и 5 - бпок регистрации и

о ел

оо

О

J

схема формирователя блока регистрации соответственно.

Устройство для контроля дисков оптических накопителей информации содержит привод 1 вращения контролируемого диска 2, датчик 3 оборотов, лазерную осветительную систему, включающую лазер 4 и оптическую систему 5, фотоприемник 6, предусилитель 7, фильтр 8 J низких частот, первый 9 и второй 10 дифференциальные усилители, регулируемый источник 11 опорного напряжения, регулируемый делитель 12 напряжения, первый амплитудный дискриминатор 13, j кроме того, устройство содержит втог рой 14 и третий 15 амплитудные дискриминаторы, первый 16 и второй 1 / источники опорного напряжения, генератор 18 тактовых импульсов, блок 19 ре-™ гистрации и вычислительное устройство 20.

Посредством оптической системы 5 обеспечивается оптическая связь между лазером 4, контролируемой поверхнос- 2 тью диска 2 и фотоприемником 6, выход которого подключен к предусилителю 7. Выход предусилителя 1 соединен с входом фильтра 8 низких частот и с вычитающим входом первого дифференциального усилителя 9. Выход фильтра 8 подключен к суммирующим входам первого 9 и второго 10 дифференциальных усили-« телей и к первым входам второго 14 и третьего 15 амплитудных дискриминаторов . Второй дифференциальный усили- 3 тель 10 вычитающим входом соединен с выходом регулируемого источника 11 опорного напряжения, а выходом связан с опорным входом регулируемого делителя 12 напряжения. Информационные входы регулируемого источника 11 опорного напряжения и регулируемого делителя 12 напряжения подключены к информационным выходам вычислительного устройства 20. Первый амплитудный дискриминатор 13 первым входом связан с выходом первого дифференциального усилителя 9, вторым входом - с выходом регулируемого делителя 12 напряжения, а выходом - с первым входом блока 19 регистрации. Вто- рой амплитудный дискриминатор 14 вторым входом подключен к выходу первого источника 16 опорного напряжения, а выходом -к второму входу блока 19 регистрации . Третий амплитудный дискрими- натор 15 вторым входом соединен с выходом - второго источника 17 опорного напряжения, а выходом с третьим вхо4

0

5

дом блока 19 регистрации. Елок 19 регистрации четвертым входом подключен к датчику 3 оборотов, связанному с приводом 1 вращения диска, пятым входом подсоединен к выходу генератора 18 тактовых импульсов, а информационными выходами и выходом сигнала стробирования информации связан с вычислительным устройством 20.

Елок 19 регистрации (см. фиг.4) содержит первый 21, второй 22, третий 23 и четвертый 24 формирователи, логический элемент ИЛИ 25, двоичный счетчик 26 и буферный регистр 27.

Первые входы первого 21, второго 22, третьего 23 и четвертого 24 формирователей подключены соответственно к первому, второму, третьему и четвертому входам блока 19 регистрации. Вторые входы формирователей 21 - 24 и счетный вход двоичного счетчика 26 соединены с пятым входом блока 19 регистрации. Первые выходы формирователей 21 - 24 и информационные выходы двоичного счетчика 26 подсоединены к соответствующим информационным входам буферного регистра 2 7. Вторые выходы формирователей 21-24 подсоединены к отдельным входам логического элемента ИЛИ 25. Выход элемента ИЛИ 25 соединен с входом параллельного занесения данных по информационным входам буферного регистра 27, с входом сброса двоичного счетчика 26 и с выходом сигнала стробирования информации блока 19 регистрации. Информационные выходы буферного регистра 2/ подключены к информационным выходам блока 19 регистрации.

Формирователи 21 - 24 идентичны и могут быть выполнены по схеме, представленной на фиг. 5. Каждый формирователь содержит первый 28, второй 29 и третий 30 триггеры, логические элементы 2И-ИЛИ 31. Первый вход формирователя- соединен с асинхронным установочным входом первого триггера 28, второй вход формирователя связан с синхронизирующими входами триггеров 28 - 30, информационный вход первого триггера 28 подключен к источнику уровня логического нуля, выход первого триггера 28 подсоединен к информа- ционному входу второго триггера 29 инверсный выход второго триггера 29 соединен с первым входом первой группы входов элемента 2И-ИЛИ 31, прямой выход второго триггера 29 соединен

с первым входом второй группы входов элемента 2И-ШШ 31 и с информационным входом третьего триггера 30, прямой выход третьего триггера 3 подключен к второму входу первой группы входов элемента 2И-ИЛИ 31 и к первому выходу формирователя; инверсный выход третьего триггера 30 связан с вторым входом второй группы входов элемен- та 2И-11ЛИ 31; выход элемента 2И-ИЛИ 31 подключен к второму выходу формирователя .

Устройство работает следующим образом.

Сканирование поверхности контролируемого диска 2 лучом лазера достигается вращением диска 2 посредством привода 1 и перемещением лазерного луча в радиальном направлении с помо- щью оптической системы 5, которая фокусирует и направляет лазерный луч на поверхность диска 2. При сканировании мощность отраженного от диска лазерного луча пропорциональна качеству освещаемого участка отражающего покрытия и основы диска 2. Отраженный луч принимается оптической системой 5 и направляется на фотоприемник 6, электрический сигнал с выхода которо- го поступает на предусилитель 7. Сигнал S (см. фиг. За) на выходе предуси- лителя 7 содержит низкочастотную (НЧ), составляющую и выбросы, находящееся в высокочастотной (ВЧ) области спектра сигнала, НЧ-составляющая сигнала S характеризует текущее значение коэффициента отражения бездефектных участков диска и обусловлена нестабильностью физических характеристик конструктив- ных компонентов диска, таких как раз- нотолщинность отражающего покрытия, неоднородность материала основы и т.п. Выбросы, находящиеся в ВЧ-области спектра сигнала характеризуют локаль- ные дефекты диска, такие как царапины и инородные частицы на отражающем покрытии и основе диска и т.п. Таким образом, по ВЧ-составляющей сигнала S может производиться контроль локаль- ных дефектов диска, а по НЧ-составляю- щей - контроль текущего значения коэффициента отражения по поверхности диска

С этой целью сигнал с выхода пред- усилителя 7 подается на фильтр 8 низких частот, выделяющего НЧ-составляю- щую - сигнал Зц|Ч . Контроль коэффициента отражения осуществляется с помощью амплитудных дискриминаторов 14

. Q

5

0 5 0 ,« .-

5

5

и 15, на первые входы которых подается сигнал S,ц г выхода Лнчьтрл 8 iiu-v ких частот, а на вторые входы - уровни опорного напряжения с выходов регулируемых источников 16 и 17 опорного напряжения„ При этом, например, источник 16 опорного напряжения формирует уровень, соответствующий максимально допустимому значению коэффициента отражения диска, а источник 17 опорного напряжения - уровень, соответствующий минимально допустимому значению коэффициента отражения диска. Допуски на отклонение коэффициента отражения диска от номинала определяются параметрами тракта записи-воспроизведения оптического накопителя информации и содержатся в технических условиях на оптический диск данного типа накопителей. При превышении амплитуды сигнала SH4 и соответственно текущего значения коэффициента отражения диска максимально допустимого уровня устанавливается сигнал на выходе амплитудного дискриминатора 14. При снижении амплитуды сигнала и соответственно текущего значения коэффициента отражения диска ниже минимально допустимого уровня устанавливается сигнал на выходе амплитудного дискриминатора 15. При вхождении амплитудного сигнала SHU и соответственно значения коэффициента отражения диска в область допустимых значений сигналы на выходах амплитудных дискриминаторов 14 и 15 сбрасываются. Сигналы с выходов амплитудных дискриминаторов 14 и 15 поступают соответственно на третий и четвертый входы блока 1 9 регистрации. Контроль локальных дефектов диска осуществляется посредством двухка- нальной системы обработки сигналов. В первом (измерительном) канале с помощью первого дифференциального усилителя 9, на вычитающий вход которого поступает сигнал S с выхода пред- усилителя /, а на гуммирующий вход - сигнал с выхода Фильтра 8 низкой частоты, выделяется проинпертиро- ванная высокочастотная доставляющая сигнала S - сигнал , который поступает на первый вход первого амплитудного дискриминатора 13.

Вс втором (опорном) канале формируется опорный сигнал Яд дискриминации дефектов. При этом величина сигнала 5д раяна уровню детектирования информации, который будет вырабатываться детектором информации накопителя на данном участке диска при воспроизведении сигналограммы, обладающей наименьшим динамическим диапазоном сигнала воспроизведения, что соответствует условию наименьшей помехоустойчивости процесса детектирова- ния информации к дефектам диска. Таким образом, величина сигнала ,S i обусловливается коэффициентами отражения основы и отражающего покрытия диска, максимальной плотностью за- писи информации, величиной уровня детектирования информации. Формирование опорного сигнала S дискриминации дефектов производится следующим образом. С помощью второго дифферен- циального усилителя 10, на суммирующий вход которого с выхода фильтра 8 низких частот поступает сигнал Зиц « а на вычитающий вход - уровень напряжения U с выхода регулируемого источ ника 11 опорного напряжения, вырабатывается разностный сигнал Sp (см. фиг. 26)

н,ц «

величина которого представляет собой максимально возможный динамический диапазон сигнала воспроизведения ин- формации надданном участке диска, т.е разность потенциальных уровней нуля и единицы на данном участке диска..

Значение уровня напряжения U 3d- дается кодом, поступающим по информационным шинам из вычислительного устройства 20 на информационный ре- гистр цифроаналогового преобразователя, который может быть использован в качестве регулируемого источника 11 опорного напряжения. Величина уровня напряжения U определяется величиной коэффициента отражения основы диска и может быть определена экспериментально, например посредством сканирования основы диска до нанесения на нее отражающего покрытия с помощью предда- гаемого устройства и измерения напряжения на выходе предусилителя 7 с помощью известных измерительных средств Значение уровня напряжения U может ч быть выбрано равным среднему значению напряжения измеренного по всей поверхности основы, так как в качестве материала основы дисков используется в основном высококачественное оптичесQ0 5

0

5

о 45 CQ -- кое стекло и подобные ему материалы с низким значением коэффициента отражения и флуктуации коэффициента отражения основы диска относительно высокого коэффициента отражения отражающего покрытия в пределах одного диска являются незначительными. В зависимости от разброса абсолютного значения коэффициента отражения основ дисков определяется необходимость измерения значения уровня напряжения U для каждой основы диска или для каждой партии основ дисков.

Разностный сигнал Sp с выхода второго дифференциального усилителя 10 поступает на опорный вход регулируемого делителя 12 напряжения, в качестве которого может быть использован перемножающий цифроанапоговый преобразова тель с информационным регистром, в ко тором делимое напряжение, т.е. разностный сигнал Sp, подается на вход опорного напряжения, а коэффициент деления задается кодом, поступающим . по информационным шинам из вычислительного устройства 20 на информационный регистр цифроаналогового преобразователя. Значение коэффициента деления определяется произведением двух величин

,-Kt,

где К i - коэффициент пропорциональности между величиной динамического диапазона сигнала воспроизведения сигналограмм, обладающей наименьшим диапазоном сигнала воспроизведения, т.е. при максимальной плотности записи, и разностью потенциальных уровней нуля и единицы диска, т.е. величиной сигнала Sp; К - коэффициент, равный величине относительно уровня де- тектирования информации. Значение коэффициента К4 может быть определено экспериментально, например, посредством сканирования незаписанного диска с помощью предлагаемого устройства и измерения величины сигнала Sp на выходе второго дифференциального усилителя 10 с помощью известных измерительных средств; записи с максимальной плотностью последовательности сигналов на участках диска с измеренным значением сигнала S с помощью оптического накопителя информации; воспроизведения записанной

сигналограммы на том же накопителе и измерения величины динамического диапазона сигнала воспроизведения на каждом участке диска с известным значе- нием сигнала Sn. На основе полученных данных может быть вычислено значение коэффициента К для данного типа оптических накопителей информации и дисков.

Значение коэффициента К., т.е. относительного уровня детектирования информации, определяется параметрами детектора информации данного типа накопителей. Например, при амплитудном детектировании, наиболее часто исполь зуемом в оптических накопителях инфор мации, значение относительно уровня детектирования информации, т.е. коэффициента Kg, будет равно отношению части сигнала воспроизведения, заключенной между уровнем детектирования и огибающей сигнала воспроизведения (верхней или нижней в зависимости от полярности сигнала), обусловленной отражающим покрытием диска, к величине диапазона между верхней и нижней огибающими сигнала воспроизведения (см. фиг. 4). Величина данного отношения определяется при проектировании и указывается в технических условиях на данный тип накопителей. Обычно оно равно 0,5.

Опорный сигнал 5д дискриминации дефектов с выхода регулируемого делителя 12 напряжения поступает на второй вход первого амлпитудного дискриминатора 13. В амплитудном дискриминаторе 13 происходит сравнение сигналов Sд и S g ц , поступающих с опорного и измерительного каналов. Превышение амплитуды сигнала SBH уровня опорного сигнала 5д соответствует наличию дефекта на контролируемом участке диска и вызывает установку сигнала на выходе первого амплитудного дискриминатора 13. При уменьшении амплитуды сигнала SR4 ниже уровня опорного сигнала БД сигнал на выходе первого амплитудного дискриминатора 13 сбрасывается. Сигнал с выхода первого амплитудного дискриминатора 13, представляющий собой широтно-импульс- ный модулированный сигнал, где ширина импульсов соответствует длительности дефектов, а ширина пауз - длительности бездефектных участков диска, поступает на первый вход блока 19 регистрации.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

При вращении контролируемого датчика 3 оборотов, подключенный к приводу 1 вращения диска, вьграбаты- вает в начале каждого оборота контролируемого диска 2. импульсный сигнал длительностью не более одного такта относительно частоты генератора 18. Сигнал с выхода датчика 3 оборотов поступает на четвертый вход блока 19 регистрации.

В процессе контроля диска генератором 18 вырабатывается последовательность тактовых импульсов, которые с вьТхода генератора 18 поступают на пятый вход блока 19. регистрации.

I

Блоком 19 регистрации осуществляется измерение длительности некачественных участков диска, формирование признаков дефектов, регистрация признака начала оборота и передача измерительной информагцш в вычислительное устройство 2(}. Сигналами, поступающими через первый, второй и третий входы блока 19 регистрации на первые входы соответственно первого 21, второго 22 и третьего 23 формирователей, отмечается установкой в единичное состояние - начало, а сбросом в нулевое состояние - конец соответственно участков локальных дефектов диска, участков диска с недопустимо высоким значением коэффициента отражения, участков диска с недопустимо низким значением коэффициента отражения. Импульсным сигналом, поступающим через четвертый вход блока 19 регистрации на первый вход четвертого формирователя 23, отмечается начало каждого оборота контролируемого диска.

Работа формирователей . 1 -24 идентична, каждьй из них выполнен по схеме, представленной на фиг. 5, которая работает следующим образом. При перепаде сигнала на первом входе формирователя по переднему фронту тактового импульса, поступающего на второй вход формирователя, на втором выходе формирователя вырабатывается импульс, длительность которого равна длительности тактолого импульса. При этом по заднему фронту того же тактового импульса происходит переключение потенциала сигнала на первом выходе формирователя в соответствии с потенциалом сигнала, установившимся на первом входе формирователя после того перепада этого сигнала, по которому был выработан импульс на втором выходе формирователя.

Импульсы с вторых выходов формирователей 21-24 поступают через логический элемент ИЛИ 25 на вход параллельного занесения данных по информационным входам буферного регистра 27, на вход сброса двоичного счетчика 26 и на выход сигнала стро- бирования информации блока 19 регистрации. В процессе контроля дисков двоичным счетчиком 26 производится подсчет тактовых импульсов, поступающих на его счетный вход с пятого входа блока 19 регистрации. По переднему фронту импульса, поступающего с выхода элемента ИЛИ 25, происходит занесение информации в соответствующие разряды буферного регистра 27 с первых выходов формирователей 21 - 24 и с информационных выходов двоичного счетчика 26 и по заднему фронту этого же импульса происходят сброс в исходное состояние двоичного счетчика 26 и передача информации с буферного регистра 2/ по информационным шинам в вычислительное устройство 20.

При этом фронт передаваемого ин- формационного слова может иметь, например, следующую структуру, каждый из четырех старших разрядов информа- ционного слова содержит признак соответственно локального дефекта, недо10

15

20

25

30

ческие размеры некачественных участко диска, каждого из трех типов: локал -- ные дефекты, недопустимо высокий и недопустимо низкий коэффициенты отра жения, размеры промежутков между нека чественными участками, координаты некачественных участков на диске.

I

Формула изобретения

1. Устройство для контроля дисков оптических накопителей информации, содержащее лазерную осветительную систему, последовательно соединенные фотоприемннк, предусилитель, а также последовательно соединенные регулируе мый делитель напряжения и первый амплитудный дискриминатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности контроля качества дисков, него введены фильтр низкой частоты, первый и второй дифференциальные усилители, второй и третий амплитудные дискриминаторы, регулируемый источник опорного напряжения, первый и второй источники опорного напряжения, блок регистрации, генератор тактовых импульсов, вычислительное устройство, привод вращения диска, связанный с контролируемым диском и сопряженный с датчиком оборотов, причем выход предусилителя соединен с вычитающим входом первого дифференциального уси-,-,-., -Г-, - -пустимо высокого значения коэффициен- лителя и через фильтр низкой частоты

5

0

5

0

ческие размеры некачественных участков диска, каждого из трех типов: локал -- ные дефекты, недопустимо высокий и недопустимо низкий коэффициенты отра жения, размеры промежутков между некачественными участками, координаты некачественных участков на диске.

I

Формула изобретения

1. Устройство для контроля дисков оптических накопителей информации, содержащее лазерную осветительную систему, последовательно соединенные фотоприемннк, предусилитель, а также последовательно соединенные регулируемый делитель напряжения и первый амплитудный дискриминатор, отличающееся тем, что, с целью повышения достоверности и производительности контроля качества дисков, в него введены фильтр низкой частоты, первый и второй дифференциальные усилители, второй и третий амплитудные дискриминаторы, регулируемый источник опорного напряжения, первый и второй источники опорного напряжения, блок регистрации, генератор тактовых импульсов, вычислительное устройство, привод вращения диска, связанный с контролируемым диском и сопряженный с датчиком оборотов, причем выход предусилителя соединен с вычитающим входом первого дифференциального

Изобретение относится к технике накопления информации с помощью оптических средств и позволяет повысить достоверность и производительность контроля качества дисков оптических накопителей информации. При сканировании диска 2 лучом лазера 4 фильтром 8 низких частот выделяется низкочастотная составляющая сигнала, сформированного фотоприемником 6 и предусилите- лем /. Посредством амплитудных дискриминаторов 14 и 15 контролируется коэффициент отражения диска. Дифференциальным усилителем 9 выделяется высокочастотная составляющая сигнала сканирования диска. Цепью элементов, включающей дифференциальный усилитель Ю, регулируемые источник опорного напряжения 11 и делитель 12 напряжения, формируется опорный сигнал дискриминации дефектов. Амплитудным дискриминатором 13 детектируются локальные дефекты диска. Клоком 19 регистрации осуществляются отсчет длительностей некачественных участков диска и промежутков между ними, передача измерительной информации в вычислительное устройство 20, 1 з.п. ф-лы, 5 ил. с SS (Л

та отражения, недопустимо низкого значения коэффициента отражения, начало оборота, а все остальные, младшие, разряды слова содержат значение отсчета данного интервала, соответствующее длительности данного участка контролируемого диска.

В вычислительном устройстве 20 производятся обработка поступившей измерительной информации и вывод ее на терминал. Отсчеты интервалов, поступающие в вычислительное устройство 20, представляют собой временные характеристики длительностей качественных и некачественных участков диска, однако посредством несложных вычислений при известных скорости вращения диска, скорости перемещения луча лазера в радиальном направлении диска начальном радиусе, т.е., с которого начинается контроль диска, количестве проконтролированных оборотов диска могут быть легко определены геомвтри0

5

0

5

с суммирующими входами первого и второго дифференциальных усилителей и первыми входами второго и третьего амплитудных дискриминаторов, выход регулируемого источника опорного напряжения соединен с вычитающим входом второго дифференциального усилителя, выход первого дифференциального усилителя соединен с вторым входом первого амплитудного дискриминатора, а выход второго дифференцирующего усилителя соединен с входом регулируемого делителя напряжения, выходы первого и второго источников опорного напряжения соединены соответственно с вторыми входами второго и третьего амплитудных дискриминаторов, выходы которых соединены соответственно с первым и вторьм входами блока регистрации, третий, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с выходами первого амплитудного дискриминатора, датчика оборотов и генератора тактовых импульсов, информа- цонные выходы и выход сигнала строби рования информации блока регистрации соединен с соответствующими входами вычислительного устройства, первая группа информационных выходов вычислительного устройства соединена с соответствующими входами регулируемого делителя напряжения, а вторая группа информационных выходов вычислительного устройства соединена с соответствующими входами регулируемого источника опорного напряжения.

0

5

0

соответственно к первому, второму, ; третьему, четвертому входам блока регистрации, вторые входы формирователей и счетный вход двоичного счетчика соединены с пятым входом блока регистрации,первые выходы формирователей и информационные выходы двоичного счетчика подсоединены к соответствующим информационным входам буферного регистра, вторые выходы формирователей подсоединены к отдельным входам логического элемента ИЛИ, выход элемента ИЛИ соединен с входом параллельного занесения .данных по информационным входам буферного регистра, входом сброса двоичного счетчика и выходом сигнала стробирования информации блока регистрации, информационные выходы буферного регистра подключены к информационные выходам блока регистрации.

Н.Ч

sp и 5

А

6

Уровень сигнала отралсыи от отражающего покры/пи

Сиенам

SocnpoiuSe- (t денця

Wff

Уробень сигнала отражение от осно&ы диско

Jb---,:

Фиг.1

Уробап ЪвпекгщхЗончя информации

к -Я.

Фиг.З

Фиг.