Устройство для записи и считывания информации Советский патент 1992 года по МПК G11C11/42 

Изобретение относится к области записи и воспроизведения информации оптическими средствами и может быть использовано в вычислительной технике при организации банков данных.

Цель изобретения - повышение быстродействия и увеличение надежности устройства.

На фиг.1 приведена функциональная схема устройства; на фиг.2 - блок формирования и фокусировки пучков; на фиг.З - то же, вариант исполнения; на фиг.4 - отражающий элемент, примеры выполнения; на фиг.5 - блок формирования радиоимпульсов; на фиг.6 - функциональная схема блока формирования опорных частот; на фиг.7 - функциональная схема блока позиционирования; на фиг.З - схема синхронного детектора; на фиг.9 - фрагмент дискового носителя с записанной на нем информацией; на фиг.10 - фрагмент записи с наложенным на нее сканирующим пучком излучения; на фиг.11 - график, иллюстрирующий процесс образования сигнала слежения; на фиг. 12 - временные диаграммы работы устройства, режим записи; на фиг. 13 - то же, режим считывания информации.

Устройство (фиг.1) содержит источник 1 излучения (например, лазер), блок 2 формирования и фокусировки пучков, подвижный носитель 3 инфоомации (например, работающий на отрахение оптический диск с электроприводом), фотоприемник 4 (выполненный, например, на базе ФЭУ), блок 5 формирования опорных частот, блок 6 формирования радиоимпульсов, первый и второй синхронные детекторы 7 и 8 и блок 9 позиционирования.

Блок 2 формирования и фокусировки пучков (фиг.2) включает в себя последова;vj

CJ

ся чэ о о

тельно расположенные вдоль оптической оси входную линзу 10, дефлектор 11, поляризационный светоделитель 12, четвертьволновую пластинку 13, отражающий элемент 14, фокусирующую линзу 15, а также выходную линзу 16. Дефлектор 11 расположен на расстоянии, равном фокусному расстоянию входной линзы 10, оптический отражающий элемент 14 и линза 15 механически связаны с блоком 9 позиционирования, дефлектор 11 подключен к выходу блока 6 формирования радиоимпульсов (фиг.1).

Оптический блок 2 также может содержать последовательно расположенные поляризационный светоделитель 12 (фиг.З), дефлектор 11, четвертьволновую пластинку 13, отражающий элемент 14, фокусирующую линзу 15, а также выходную линзу 16, Оптическая ось дефлектора расположена под углом к плоскости колебаний электрического вектора на выходе поляризационного светоделителя 12.

Оптический отражающий элемент 14 (фиг.4) состоит из подложки 141, зеркального отражающего покрытия 14 и расположенного перед ним фазосдвигающего элемента 1411.

Блок 6 формирования радиоимпульсов содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ 17 (фиг.5) и амплитудный модулятор 18, причем элемент ИЛИ 17 соединен с источником сигнала команды режима работы и источником информации, а амплитудный модулятор 18 связан с первым выходом блока 5 формирования опорных частот (фиг.1), выход его подключен к электрическому входу блока 2.

Блок 5 формирования частот формирует синусоидальные колебания кратных частот и включает в себя последовательно соединенные задающий генератор 19, двусторонний ограничитель 20, Т-триггер 21 и резонансный усилитель 22.

Блок 9 позиционирования включает в себя последовательно соединенные блок 23 управления позиционером (фиг 7) и позиционер 24.

Синхронные детекторы 7 и 8, схемы которых аналогичны, включают в себя резонансный усилитель информационного сигнала на транзисторе 25 (фиг.З), снимаемого с фотоприемника 4, резонансный уси- литель на транзисторе 26 опорных колебаний, кольцевой перемножитель на четырех диодах 27-30, фильтр нижних частот на резисторе 31, конденсаторе 32, а также повторитель, выполненный на операционном усилителе 33.

Носитель 3 (фиг.1) содержит информационные дорожки 34 и опорные дорожки 35 (фиг.9 и 10).

В режиме записи информации устройство работает следующим образом.

Излучение источника (фиг.1) плоскополяризованного оптического излучения в дефлекторе 11 (фиг.2) блока 2 отклоняется таким образом, что его смещение на по0 движном носителе информации 3 происходит в направлении, перпендикулярном информационным и опорным дорожкам (фиг.9). Подаваемые на дефлектор 11 радиоимпульсы (фиг.12д) формируются в блоке 6

5 формирования радиоимпульсов, на входы которого подаются записываемый сигнал (фиг. 126), сигнал логического нуля, соответствующий режиму записи (фиг.12а) и синусоидальные колебания первой опорной

0 частоты (порядка нескольких десятков или сотен мегагерц), снимаемые с выхода блока 5 формирования опорных частот (фиг.12г). Мощность излучения источника 1 излучения и параметры регистрирующего покрытия в

5 носителе 3 информации выбираются таким образом, что в отсутствие поперечного смещения излучения происходит запись (например, путем прожигания регистрирующего покрытия) логической единицы исход0 ного сообщения (фиг.126), а при наличии сканирования излучения - запись логического нуля, т.е. регистрирующее покрытие не прожигается. В результате на носителе 3 информации (фиг.9) на концентрических ин5 формационных дорожках 34, расположенных между опорными дорожками 35, в соответствующем коде записывается информация. При этом отраженное от носителя информации 3 излучение через блок 2

0 поступает на фотоприемник 4 и преобразуется в нем в электрический сигнал (фиг.12е). Огибающая этого сигнала повторяет в про- тивофазе исходный записываемый сигнал (фиг. 126) и может быть использована для

5 контроля верности записи. Высокочастотное заполнение сигнала на выходе фотоприемника 4 (фиг. 12е) содержит помимо первой опорной частоты и вторую ее гармонику. Ее появление обусловлено наличием в оптиче0 ском блоке 2 виньетирования пучка записывающего излучения, которое введено с целью уменьшения амплитуды приложенных к дефлектору 11 радиоимпульсов (фиг 12д). Виньетирование записывающего

5 пучка на входном зрачке фокусирующей линзы 15 обусловлено размещением дефлектора 11 в точке сопряженной фокальной плоскости линзы 15, благодаря чему в плоскости регистрирующего покрытия на носителе 3 информации поперечное сечение пучка записывающего излучения в последовательные моменты времени принимает форму, условно показанную на фиг. 10 (на самом деле скорость перемещения пучка излучения вдоль информационной дорожки значительно меньше скорости его сканирования поперек информационной дорожки, в силу чего заштрихованные сечения пучка излучения в существенной степени накладываются друг на друга).

Дифракционный расчет виньетирования в блоке 2 показывает, что помимо изменения формы поперечного сечения записывающего пучка излучения (фиг. 10) в процессе его сканирования поперек информационной дорожки 34 также имеет место изменение его яркости. Поэтому в первом приближении такой пучок излучения можно представить в виде суммы двух пучков: первого, который сканируется поперек информационной дорожки на первой опорной частоте и яркость которого постоянна (на фиг. 11 показан соответствующий ему в фотоприемнике 4 фототек 1ф1 , и второго, который не сканируется, но яркость которого изменяется с частотой вдвое большей первой опорной частоты (на фиг.11 показан соответствующий ему в фотоприемнике 4 фототек 1ф2). На фиг.11 показано, как при уходе центра сканирующего пучка (показаны три последовательных положения А, Б, В сканирующего пучка излучения) относительно центра информационной дорожки 34 изменяется форма фототоков 1ф1 и 1ф2 , а также равного их сумме фототока ф на выходе фотоприемника 4. Очевидно, что при уходе сканирующего пучка излучения с центра информационной дорожки 34 возрастает амплитуда составляющей на первой опорной частоте, фаза этой составляющей изменяется на л: при изменении знака ухода. Поэтому на первый синхронный детектор 7 помимо выходного сигнала с фотопрмемника 4 (фиг. 10е) с блока 5 формирования опорных синусоидальных колебаний кратных частот подаются колебания на первой опорной частоте (фиг.12г). Снимаемый с его выхода сигнал (фиг.12ж) характеризует величину и знак ухода сканирующего пучка излучения с информационной дорожки 34. Он поступает на блок 9 позиционирования, который при посредстве механической связи с блоком 2 возвращает сканирующий пучок к центру информационной дорожки 34.

В режиме считывания информации устройство работает следующим образом.

На вход блока б формирования радиоимпульсов подаются синусоидальные колебания первой опорной частоты (фиг.13г) и сигнал логической единицы (фиг.1 За), соответствующий режиму считывания. Следовательно, сигнал на выходе блока 6

формирования радиоимпульсов (фиг.13д) представляет собой синусоидальные колебания на первой опорной частоте с постоянной амплитудой, в силу чего считывающий пучок излучения непрерывно сканируется

0 поперек информационных дорожек 34 (фиг.9) на носителе 3 информации. При этом слежение за центром информационных дорожек осуществляется таким же образом, как и в режиме записи. Однако, поскольку в

5 режиме воспроизведения яркость отраженного от информационной дорожки пучка из- лучения изменяется соответственно записанной информации, на выходе фотоприемника 4 образуется информационный

0 сигнал (фиг.13е), содержащий помимо первой вторую гармонику опорной частоты, амплитуда которой в несколько раз (примерно в 3-7 раз) превышает амплитуду составляющей на первой гармонике опорной частоты,

5 причем амплитуда второй гармоники принимает максимальное значение (фиг.11), когда пучок излучения находится точно над центром информационной дорожки 34, и уменьшается при уходе пучка с информационной

0 дорожки 34. В режиме записи первая гармоника, наоборот, имела нулевую амплитуду при совпадении центра сканирования с центром информационной дорожки 34 и увеличивалась при уходе пучка излучения с

5 информационной дорожки 34.

Следовательно, для извлечения записанной информации на второй синхронный детектор 8 помимо сигнала, снимаемого с фотоприемника 4 (фиг. 13е), с блока 5 форми0 рования опорных частот подается вторая опорная частота, вдвое большая первой. Использование синхронного детектирования и для целей выделения записанной информации, и для целей слежения за информаци5 онными дорожками обеспечивает высокую надежность функционирования устройства. Блок 2 формирования и фокусировки пучков (фиг.2) работает следующим образом.

0 При отсутствии напряжения на дефлекторе 11 излучение, излучаемое лазером 1, проходит через входную линзу 10, дефлектор 11, поляризационный светоделитель 12, не изменяя своей плоскости поляризации.

5 После четвертьволновой пластинки 13, оптического отражающего элемента 14 и фокусирующей линзы 15 излучение формируется на носителе 3 информации в пучок требуемых размеров. Отразившееся от носителя 3 информации излучение проходит через линзу 15, отражается от отражающего элемента

14и через четвертьволновую пластинку 13 попадает на поляризационный светоделитель 12. За счет двукратного прохождения излучения через четвертьволновую пластинку 13 плоскость поляризации отраженного излучения относительно исходного поворачивается на ж/2. Поэтому поляризационный светоделитель 12 направляет отраженное излучение через выходную линзу 16 на фотоприемник 4. При поступлении на дефлектор 11 радиоимпульсов (фиг. 12д) излучение проходит поляризационный светоделитель 12, четвертьволновую пластинку 13 и, отразившись от отражающего элемента 14, периодически смещается с частотой следования радиоимпульсов в плоскости входного зрачка фокусирующей линзы 15. В результате дифракции излучения на входном зрачке линзы 15 поперечное сечение записывающего пучка в последовательные моменты времени имеет форму, условно показанную на фиг. 10.

Асимметрия дифракционной картины в фокальной плоскости фокусирующей линзы

15достигается посредством специального исполнения отражающего элемента 14 (фиг.4). Элемент состоит из подложки 141, отражающего покрытия 14м и фазосдвигаю- щего элемента 141, При этом подложка 141 и фазосдвигающий элемент 141 могут быть изготовлены как из материалов с одинаковым показателем преломления (фиг.46, в), так и из материалов с различным показателем преломления (фиг.4а, б, в). Отражающее покрытие может быть нанесено как на переднюю грань подложки (фиг.4б, в), так и на заднюю грань (фиг.4а, б, в). Область А-А1, изображенная на фиг.4, соответствует диаметру пучка излучения при отсутствии управляющего сигнала на дефлекторе 11.

Блок 2, вариант исполнения которого представлен на фиг.З, работает следующим образом.

При отсутствии напряжения на дефлекторе 11 излучение лазера 1 проходит через поляризационный светоделитель 12 и направляется на электрооптический дефлектор 11. Оптическая ось дефлектора 11 установлена под углом а к плоскости поляризации электрического вектора излучения, выходящего из поляризационного светоделителя 12. При этом излучение в дефлекторе расщепляется на обыкновенный и необыкновенный лучи, интенсивности которых являются функцией угла аи поляризованные, соответственно, вдоль кристаллографической и оптической оси дефлектора 11. При приложении управляющего поля к электрооптическому дефлектору 11 на его выходе один луч будет сканировать (е луч, если дефлектор изготовлен на основе кристалла группы 3), а второй луч о практически не

изменит направления своего распространения.

После четвертьволновой пластинки 13, отражающего элемента 14 и линзы 15 пучок излучения формируется на носителе 3 ин0 формации до требуемых размеров. Отразившееся от носителя 3 информации излучение проходит через линзу 15, отражается от отражающего элемента 14 и через четвертьволновую пластинку попадает на вход

5 электрооптического дефлектора 11. За счет двукратного прохождения излучения через четвертьволновую пластинку 13, плоскость поляризации отраженного излучения относительно исходного поворачивается на я/2.

0 Поэтому вдоль оптической оси электрооптического дефлектора в этом случае будет направлена плоскость колебаний обыкновенного луча, что приведет к изменению показателя преломления для данного луча.

5 После прохождения дефлектора 11 излучение направляется поляризационным светоделителем 12 через линзу 16 на фотоприемник 4.

Блок 6 формирования радиоимпульсов

0 (фиг.5) работает следующим образом.

В режиме записи на логический элемент ИЛИ 17 поступает сигнал логического нуля (фиг.12а) и записываемый импульсный сигнал (фиг. 126). Поэтому сигнал на его выходе

5 (фиг. 12в) повторяет входной записываемый сигнал. В амплитудном модуляторе 18 этот сигнал преобразуется в радиоимпульсы (фиг,12д). В режиме считывания на вход элемента ИЛИ 17 подается сигнал логической

0 единицы (фиг.13а), поэтому напряжение на ее выходе (фиг.13в) является постоянным, в силу чего сигнал на выходе амплитудного модулятора 18 (фиг. 13д) повторяет по форме подаваемые на второй его вход синусои5 дальные колебания первой опорной частоты с постоянной амплитудой (фиг.13г).

Блок 5 формирования опорных частот (фиг.6) работает следующим образом.

Задающий генератор 19 формирует

0 синусоидальные колебания удвоенной частоты. Эти колебания поступают на двусто- ронний ограничитель 20 и второй синхронный детектор 8. Снимаемые с выхода двустороннего ограничителя 20 прямо5 угольные импульсы поступают на Т-триггер 21, с выхода которого снимаются прямоугольные импульсы с вдвое меньшей частотой следования. Из этих импульсов в резонансном усиу|ителе 22 выделяется первая гармоника. Снимаемые с выхода резонансного усилителя 22 синусоидальные колебания подаются на входы первого синхронного детектора 7 и блок 6 формирования радиоимпульсов. Сформировать опорные колебания кратных частот можно также с использованием умножителей частоты, однако в этом случае имеет место относитель- но большая нестабильность частот выходных колебаний.

Блок позиционирования 9 (фиг.7) работает следующим образом.

На вход блока 23 управления позиционером с первого синхронного детектора 7 поступает управляющий сигнал, содержащий в себе информацию о величине и знаке ухода пучка излучения с информационной дорожки 34. Снимаемое с выхода блока 23 управления позиционером управляющее воздействие обеспечивает перемещение подвижной части позиционера 24, обеспечивающее возврат пучка излучения на информационную дорожку 34.

Первый и второй синхронные детекторы 7 и 8, схемы которых аналогичны (фиг.8) работают следующим образом.

В резонансных усилителях на транзисторах 25 и 26 происходит усиление информационного сигнала и опорных колебаний. В кольцевом перемножителе на диодах 27- 30 эти сигналы перемножаются, в результате чего выделяется огибающая колебаний на входе транзистора 25. С помощью фильтра нижних частот на резисторе 31 и конденсаторе 32 этот сигнал окончательно очищается от следов несущих колебаний и поступает на вход повторителя на операционном усилителе 33, с которого и снимается продетектированный сигнал.

Формула изобретения

1. Устройство для записи и считывания информации, содержащее источник плоскополяризованного электромагнитного излучения, оптически связанный с блоком формирования и фокусировки пучков, первый оптический выход которого связан с фотоприемником, выход которого подключен к первому входу первого синхронного детектора, выход которого подключен к управляющему входу блока позиционирования, механически связанного с блоком формирования и фокусировки пучков, второй оптический выход которого связан с подвижным носителем информации, блок формирования радиоимпульсов, выход которого подключен к электрическому входу блока формирования и фокусировки пучков, о т личающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и увеличения надежности устройства, в него введены блок формирования опорных частот и второй синхронный детектор, причем первый выход блока формирования опорных частот подключен к первому входу второго синхронного детектора, к второму входу которого подключен выход фотоприемника, второй выход блока формирования опорных частот

подключен к второму входу первого синхронного детектора и первому входу блока формирования радиоимпульсов, второй и третий входы которого являются соответственно информационным входом и входом

команд режима записи устройства, выход второго синхронного детектора является информационным выходом устройства.

2.Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок формирования и фокусировки пучков содержит последовательно расположенные и оптически связанные входную линзу, дефлектор, поляризационный светоделитель, первый выход которого оптически связан с выходной линзой, второй выход поляризационного светоделителя оптически связан через последовательно расположенные четвертьволновую пластинку и отражающий элемент с фокусирующей линзой.

3.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что блок формирования и фокусировки пучков содержит поляризационный светоделитель, первый выход которого оптически связан с выходной линзой, второй выход поляризационного светоделителя оптически связан через последовательно расположенные электрооптический дефлектор, четвертьволновую пластинку и отражающий

элемент с фокусирующей линзой.

4.Устройство по пп.1-3, о т л и ч а ю - щ е е с я тем, что отражающий элемент содержит стеклянную подложку, на поверхности которой размещены отражающий

слой и фазосдвигающий элемент, смещенный от оптической оси на расстояние, превышающее радиус пучка излучения.

СО

О О)

ю

СГ

гOsl

Изобретение относится к устройствам накопления информации и предназначено для использования в вычислительной технике при организации банков данных. Целью изобретения является повышение быстродействия и увеличение надежности устройства. Сканирование излучения на носителе информации осуществляют в направлении, перпендикулярном информационным и опорным дорожкам. Мощность излучения и параметры регистрирующего покрытия носителя информации выбираются таким образом, что в отсутствие поперечного (указанного) сканирования луча происходит запись (например, путем прожигания регистрирующего покрытия) логической единицы, а при наличии сканирования луча - запись логического нуля (т.е. регистрирующее покрытие не прожигается). 3 з.п.ф-лы, 13 ил. со

/ Ш0

%

а

д

Фиг. 7

От фото- приемника

I

От $лчка Фор- И пиромания опорц.

28

31

Фиг,8

35

35

Фиг. 9

Л/

/

/

10

34

/

9 I

/

м

л

J

N

в

/

/

Фиг. Л

Фиг. №

U

ФигЛ

Редактор Е.Папп

Составитель С.Самуцевич

Техред М.МоргенталКорректор А.Осауленко

1735906

Фиг.13