Устройство для автоматической фокусировки излучения на информационную поверхность оптического диска

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 19) 5 в 4 С 1 1 031 Ц у ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ ССпО делАм изОБРетений и ОтнРы(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ИНФОРМАЦИОННУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ОПТИЧЕСКОГО ДИСКА(57) Изобретение относится к техникезаписи и воспроизведения информациис помощью оптического излучения и позволяет повысить точность и помехозапрпгенность фокусировки. Генератор 5сигнапа сканирования через модулятор9 осуществляет модуляцию длины волныизлучения полупроводникового лазера 1, которое фокусируется эонной пластинкой (или голограммной линзой) 2на информационную поверхность оптического диска, а также сканируетвдоль нормали к этой поверхности изза хроматизма эонной пластинки 2. Полосовой фильтр 7 осуществляет спектральное выделение сигнала сканирования с частотой в пределах 10100 кГц, что позволяет годавить возникающие помехи. Сигналом ошибки фокусировки осуществляется управлениеприводом 4Приводятся математическиеформулы, определякицие фокусное расстояние эонной пластинки или голограммной линзы и расстояние между ми-,онимальным сечением распределения поля,в резонаторе лазера и зонной пластин-,кой или голограммной линзой.,1 ил.Изобретение относится к вычислительной технике, В частности к технике записи и воспроизведения инФормации с помод 1 ью оптического ,лэлучения,и может быть использовано при воспроизведении циФровой, Вцдео- и звуковойинФормации с дискового носителя,Цель изобретения - повьш 1 енле точности и помехозаЩИЩенности Фокусиров-.ки при повышении отношения сигнал,по/Г,меха, воспроизведенного ИИФормационнаго сигнала и упрощение конструкцииустройства.На чертеже представлен:. схемаустройства.Устройства содержит паупроводни-,ковый лазер 1 зон.у:с 1 вгастинку 2Фотаприемник 3 привод ; тработк 1 лошибки Фокусировки, генератор 5 си 1 - 20нала сканирования, синхронный детек.тор 6, полосовои Фильтр 7, оптическийдиск 8 и модулятор 9 длины Волны излучения лазера.2Устройство работает следующим абразом.ГепеРсзтаР 5 сигнала сканиРОВЯНИЯреиоцупятор 9 длины волны иэлучеч с ния лазера осущес 1 вляетадуляцию 1 длины волны излучения поппроводни 1;:- ВО О ЛЯ 3 ЕРс 1 Эта МОДУЛИ."ЧЯ МОЖЕТ осущестВляться пу 1 ем модуляции апти- лескай длины ре 30 нятора В ре 3 ультяте периодического изменения ега оптичес-З: ких либо геометрических параметров,Такое изменение может бьш ь достигнуто, например, эя счет модуляции така накачки либо температуры лазерного кристалла, либо возбуждения колебаний 40 длины резанатаря ультразвукам 8 пер вом случае генератор 5 сигнала скянировани соединен с полупровод 1 ликавым лазером через управляемь 1 й блок пиТавня ПОСЛЕДНЕГО Катаршй ВЫПОЛННЕ-. сц, :Рункции модулятора 9 длины волны иэлучещи лазера во второ", - через управляе 1 ыл тепловои генератор, в тре- ТЬЕМ,- тэЕЭ ГЕноВЯТОР 1 ЛЕКЯ 1 ЛЛЧЕСК 1 лХ колебаний и звукапровод. Иадулираван ное по дп 1 яне волны лазерное излучение Фокусируется ванной пластинкой 2, Причем бпЯГОДЯря ее хрОмати 31"; фарии руемое зоннай пластинкой:д.нимальное распределение сечен 1 и по."я излученияч чв Фокальнои пласкости:, перет:.жка пучка сканирует Вдоль нормали к инФармацианной повеахности оптического ,ЦИСКЯ 6, сТРЯЖЕННЬЙ ОТ НЕЕ ПУЧОК несущий как воспроизведенную с диска инФормацию, так и инФОрмацию об ошибке Фокусировки, проходя в обратном направлении через ванную пластинку и лазерный резонатор, попадает на Фото- приемник 3 электрический сигнал с выхода которого поступает на паласовой Фильтр , который ос;Ществляет СПЕКТРсЛЬНСЕ ВЬ 1 ДЕЛЕНИЕ ИГНЯЛЯ СКЯНИ равания, прамодулированнаго сигналомошибки Факусир-вки, Благодаря тому,что частота генератора сканирования,.10.,ОО к ц) значительна превьддаетдопустимую частоту при механическомсканировании и Выбирается оптимальной, паласовой Фильтр 7 Осуд 1 ествляетпрактическ:л полное подавление помехиДаже будучи Фильтрам низкоГО поряДка,а следовательно, не вносит скольконибудь ощутимые Фазавые задержки,Этим ОбеспечиБЯется Вьсакзя тачнастьрпомехозащищенность и Утойчивостьсистемы ФокусировкисыхоДЯ паласового ФильтРЯ 7 сиГнс. ошибки факу-иоовк:1 ня несущейчастоте сканирования поступает наВторой вход синхронного, детектора 6,ня первый Вход кОтарОГО Оступаетапорньлл сигналгенератора 5 сигнала ска 111 лровани 13. Зыцелзнный синхрон 1 ым детектором сигнал Ошибки Фокусировки посту 11 яет Ра исполнительныйпривод 4 атрабагки ошибки фокусировки каторы 1 л и отрабатывает этот сигнал,. Учитывая что привод . Выполняетлиш одну Функц 1 лю .- Отработку ошибкиФокусировки которая например дляСИСЕм ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ С КСМПЯКТ-ДИС коь по стандарту осуществляется с усксрением порядка 1 то очевидно., что МОЩность э 1 ОГО привоДЯ может быть весьма незначительной.Яысокоча тотная ;,одуляц,я длиныВолны излучения 10 лпр ОВОД ник ОВО Г О лазеоа 1 приводит к уменьшению временной когерентэости его излучения, Зта в сваю Очеэедт., снижает шумь 1., вызванные интерФеренционными 3 ФФектами, и. следовательно, повышает отна- ШЕНИЕ СИГНЯЛ/ПОМЕХЯ ВОСПРОКсЭВОДИ.ОГО инФармационнога сигнала,.Если воспроизводящий пучок излучения находится на инФормационной дорожке ОптическоГО Диска 8 О ФО"а- приемник 3 может быть установлен в любом месте оптической головки, где не нарушается О 11 т 1 лческая связь элементов ГалаВки. В 1 ястнасти, наприТ(2 +(1 - 12,Б (ЬЪт( , и (2 + Р (1 - Р ) 2,0(л 1,1 24 о 24 Ьо мер, между полупроводниковым лазером и зонной пластинкой можно поместить светоделитель, отводящий часть возвращенного от информационной поверх 5 ности оптического диска пучка излучения на фотоприемник. Следует также отметить, что Фокусирующая оптическая система может быть выполнена в виде голограммной линзы. 10Девиация длины волны излучения, обеспечивающая хотя бы минимально допустимую амплитуду сканирования перетяжки", ограничена Физикой работы лазера и способа модуляции длины волны, а также величиной хроматизма зонной пластинки 2, Дпя повышения отношения сигнал/помеха сигнала ошибки фокусировки необходимо увеличивать амплитуду сканироваыия перетяжки где % - рабочая длина волны зоннойпластинки; 25( =У/ Б ;Б, Б - входная и выходная апертурызонной пластинкиЬХт- максимальное приращение длины волны излучения полупро водникового лазера в пределах заданного диапазона рабочих температур устройства, фокусирует лазерное излучение с изменяющейся длиной волны в пятно, прак" тически не отличающееся от дифракционно ограниченного. Пределы фокусного расстояния обусловлены величиной теплового ухода длины волны лазера. Нижнее значение выбирается для лазеров 40 с небольшим тепловым уходом (напри" мер, с активной температурной стабилизацией), Верхний предел Фокусного Очевидно, что при типичных параметрах устройств воспроизведения ин- формации с оптических дисков, напри 50 мер, принятых при воспроизведении звуковой информации с компакт-дисков: д П = -0,2; д У = 0,5= -0,4);% = 0,78 мкм, 2 = 0,5 мкм, выражение (2) принимает видЬЪ,= 0,01(ьь (3) 55 Следовательно для получения заданной амплитуды сканирования сфокусированного пятна 2 при максимальном до величины порядка допустимой точности ошибки фокусировки (для системы компакт-диск около +0,5 мкм), Такое увеличение осуществляется эа счет повышения хроматизма зонной пластинки, величина которого зависит от фокусного расстояния последней, но с увеличением хроматизма могу.т возникнуть недопустимо большие аберрации, вызванные изменением длины волны излучения в процессе работы при изменении температуры активной зоны лазера.Используя стандартную методику аберрационного расчета дифракционных линз, выполненньх в виде зонных пластинок, и методику расчета хода лучей через них, можно показать, что эонная пластинка с фокусным расстоянием Е, определяемым соотношением расстояния определяется параметрамисуществующих промышленных полупроводниковых лазеров. Выбранное фокусноерасстояние обеспечивает воэможностьполучения заданной амплитуды сканирования сфокусированного пятна 2,при такой девиации длины волны излучения лазера ЬЪ , которая можетбыть легко достигнута модуляцией токанакачки или изменением оптическойдлины резонатора. Действительно, девиация длины волны излучения ЬЪобеспечивающая заданную амплитудусканирования сфокусированного пятна2 , связана с максимальным приращением длины волны излучения полупроводникового лазера, обусловленным изменением его температуры в пределахзаданного диапазона рабочих темп:ра тур устройства Ъ Ъ;, соотношением тепловом уходе длины волны Ь Ъ,.7,5 нм необходима легко технически реализуемая девиация длины волныоьЪ = 1 - 1,5 А (для типичных инжекционных полупроводниковых лазеров, используемых в устройствах воспроизведения информации с оптических дисков, градиент теплового ухода 6% / /аТ = 0,25 нм/К, поэтому при йХт =7,5 нм, диапазон температура Т = = ЗО,К, что соответствует рабочему диапазону температур, задаваемому в- рабочая длина пластинкиД йд ОЙ О олны зонной пластн з 1 +Д+ 2 Ц 2 т тееющешЗ 1-Р) 12(,- -йлина волны ироводниковогредней емпеиапазона,Ъ 1 олурибочего ения лазераатуре анияедела т ера ор сигнала сканиру сканирования в100 кГц. рассто нием р сто д ВНИИПИ Заказ 5450/46 Тираж 5 одписно Проектнаягтехнических условиях на устройствавоспроизведения информации).Расстояние й между минимальнымраспределением поля в резонаторе ла-зера и эонной пластинкой определяетсяиэ соотношения где р щ%И9 " длина волны излучения полу"проводникового лазера присредней температуое рабочегодиапазона, 15и обеспечивает практически полное отутствие сферохроматической аберрани, а следовательно, дифракционноограниченную Фокусировку излучениялазера, длина волны которых может от" 20личаться от расчетной длины волнызонной пластинки 9, до +43, Напри- .мер, если зонная пластинка рассчитанана длину волны780 нм, то устройство будет нормально Функционировать при установке в него лазера,длина волны излучения которого лежитв интервале 750-8 Ю мн,Использование модуляции длины вны излучения совместно с большим хматизмом, присущим зонной пластинкИли голограммной линзе, обеспечиваетсканирование положения "перетяжки"сфокусированного пучка. Благодаряэлектронному сканированию удается рез-Зко поднять частоту сканирования, по"высить точность и помехозащищенностьФокусировки, увеличить отношение сигвходная и выходная апертуры эонной пластинки,максимальное приращение дли" 5 ны волны излучения полупроводникового лазера в пределах заданного диапазона рабочих температур устройства, ие И меящу минимальным сечеределения поля в резонаторе55 оизв,-полигр. пр-тие, г, Уж нал/помеха информационного сигнала иснизить мощность привода отработкиошибки фокусировки. Формула изобретения Устройство для автоматической фокусировки излучения на информационную поверхность оптического диска, содержащее оптически связанные полупроводниковый лазер, Фокусирующую оптическую систему и фотоприемник, объединенные в оптическую головку, снабженную приводом отработки ошибки фокусировки, а также генератор сигнала сканирования и синхронный детектор, с первым входом которого соединен выход генератора сигнала сканирования, а выход связан с входом привода отработки ошибки фокусировки, о т л нч а ю щ е е с я. тем, что, с целью повышения точности и помехозащищенности Фокусировки лри повышении отношения сигнал/помеха воспроизведенного сигнала н упрощении конструкции, в него введены полосовой Фильтр и модулятор длины волны излучения лазера, вход полосового фильтра соединен с вводом фотоприемника, выход " с вторым входом синхронного детектора, при этом выход генератора сигала сканирования соединен с полупроводниковым лазером через модулятор длины волны излучения лазера, Фокусирующая оптическая система выполнена в виде зонной пластинки или голограммной линзы с фокусным расстоянием Г, определяемым из соотношения