Способ исследования оптического диска оригинала и устройство для его осуществления - RU2107893C1
Код документа: RU2107893C1
Чертежи
Описание
Настоящее изобретение относится к исследованию процессоров, выполняемых с оптическими дисками-оригиналами, представляющими собой оригиналы, предназначенные для создания, например, компакт-дисков или лазерных дисков. Оно относится как к устройству для исследования оптических дисков-оригиналов, так и к способу исследования оптических дисков-оригиналов.
Оптические диски, например компакт-диски или лазерные диски, в настоящее время изготавливаются посредством выполнения ряда процессов управления и копирования, которые в общих чертах заключаются в следующем.
Во-первых, плоский отполированный стеклянный диск оригинала (обычно имеющий диаметр 240 мм и толщину 5-6 мм) покрывают тонким ровным слоем 9 обычно толщиной 130 нм) позитивного фоторезиста.
Затем луч синего лазерного света фокусируют в маленькое пятно на поверхности стекла с покрытием посредством пропускания его через линзу типа объектива микроскопа. Лазерный свет модулируют в соответствии с электрическим сигналом, который получают из соответствующего ему подлежащего записи телевизионного, звукового или другого информационного сигнала. Посредством вращения стеклянного диска при одновременном обеспечении радиального перемещения между точкой фокусирования лазерного света и осью вращения диска создают модулированное световое пятно, вычерчивающее спиральную дорожку на стеклянной поверхности с покрытием, начиная с маленького радиуса и продвигаясь к внешней стороне.
Таким образом, в слое фоторезиста образуется скрытое изображение, состоящее из ряда экспонированных и неэкспонированных частей спиральной дорожки. Шаг спирали обычно составляет 1,6 мкм. Кромки экспонированных участков не имеют резких границ; из-за того, что сфокусированное световое пятно по существу ограничивается дифракцией, оно имеет скругленный профиль интенсивности.
Следующий этап состоит в том, чтобы проявить невидимое изображение. Это осуществляется посредством приведения поверхности с покрытием в соприкосновение с проявляющей жидкостью (например, водным проявляющим раствором), обычно посредством вращения стекла в горизонтальной плоскости (поверхность с покрытием обращена вверх) и одновременной подачи на нее потока проявляющей жидкости, так чтобы жидкость распространялась по поверхности и в конечном итоге отбрасывалась к кромке диска. Проявляющая жидкость растворяет экспонированные участки покрывающего фоторезиста, оказывая в то же время гораздо меньшее влияние на неэкспонированные участки, так что экранированные участки становятся ямками в покрытии. По мере того, как проявляющая жидкость постепенно разрушает фоторезист, ямки вначале делаются круглыми в поперечном сечении, пока вся толщина слоя фоторезиста не растворится в наиболее сильно экспонированной части (центре) каждой ямки. После этого плоская средняя часть основания ямки (определяемого поверхностью стекла) расширяется, в то время как стенки ямки отступают и становятся более крутыми.
Процесс проявления не продолжается неконтролируемо, а преднамеренно прекращается в момент, когда ямка становится соответствующего размера. Контроль размера ямок весьма важен потому, что он влияет на возможность воспроизведения с изготовленных в результате процесса проявления дисков, в частности величины и симметрии воспроизводимой формы сигнала. Следующая цель прекращения проявления этим способом состоит в обеспечении того, чтобы стенки ямок были не слишком крутыми, потому что в противном случае их трудно воспроизводить при последующих процессах гальванического покрытия и формовки.
Многие аспекты процесса управления, включая изменение формы ямок во время проявления, описаны в работе Principles of Optical Disk Systems, G. Bouwhuis (Adam Hilger, 1985).
Ширина ямок обычно составляет 0,5 мкм, в то время как длина ямок и промежутки между ними вдоль дорожки - переменные, причем записываемая информация содержится в этих переменных интервалах.
Последний принципиальный этап процесса изготовления оригинала состоит в металлизации проявленной поверхности диска оригинала обычно серебром или никелем. В результате поверхность становится проводящей, что позволяет наносить на нее с помощью электролиза значительный слой никеля (до 0,3 мм). Затем этот слой никеля можно отделить от стекла неповрежденным и образовать металлический оригинал или исходный элемент.
На последующих этапах гальванопокрытия и отделения можно делать дубликаты металлического оригинала. Эти дубликаты (известные как матрицы) затем используют в качестве одной поверхности литейной формы в машине для литья под давлением (или инжекции-сжатия). В качестве альтернативы можно использовать сам металлический оригинал. В любом случае формовочную машину используют для изготовления дисков из пластмассового материала, поверхность которых представляет дубликат поверхности с ямками проявленного стеклянного диска оригинала с покрытием.
И, наконец, отлитые диски металлизируют (обычно алюминием) на несущей информацию стороне с ямками, металлизированную поверхность покрывают защитным лаком и на покрытый лаком слой печатают маркировочную информацию.
Отлитые диски воспроизводят посредством фокусирования лазерного луча с помощью линзы через толщину пластмассы на внутреннюю поверхность металлического слоя. Для светового луча эта внутренняя металлическая поверхность несет негативный дубликат исходных ямок, т.е. "выступы". Сигнал воспроизведения получается из света, отраженного обратно в линзу, а дифракционные свойства выступов являются критическими при определении характера получаемых сигналов. Важными факторами являются высота, ширина и форма выступов.
Высота выступов определяется главным образом толщиной первоначального фоторезистивного покрытия. Ширина и форма выступов определяются менее точно, и на них оказывают влияние большое количество параметров в процессе экспонирования и проявления, в том числе интенсивность лазерного света, размер и профиль пятна, температура и влажность окружающей среды, чувствительность фоторезистора, химический состав проявляющей жидкости и время проявления.
Если надлежащим образом контролировать все релевантные параметры, то технологический процесс может обеспечить стабильные рабочие характеристики. Точные регулировки можно производить ретроспективно путем контроля сигналов, получаемых посредством воспроизведения с покрытого металлом стеклянного диска оригинала, или даже ожидая, когда будут получены отлитые в форме дубликаты дисков с последующим их воспроизведением.
Однако, желательно осуществить непосредственный контроль на более ранней стадии, и это можно делать во время процесса проявления. Процесс образования ямок можно контролировать оптическим путем в ходе их развития, и процесс проявления можно прекратить (например, посредством замены потока проявляющей жидкости потоком промывающей воды) после обнаружения соответствующих очертаний ямок. Ясно, что этим способом осуществляется управление только одной переменной процесса (временем проявления). Однако, важно иметь возможность воздействия на размер ямок и, следовательно, на величину и симметрию информационного сигнала при последующем воспроизведении дисков. Если бы на этой стадии можно было управлять размером ямок, то процесс стал бы гораздо менее чувствительным к изменениям других параметров технологического процесса.
Было обнаружено, что для этого не нужно наблюдать ямки при помощи микроскопа или выполнять операцию эквивалентную воспроизведению записи. Достаточную информацию для практического управления получают в результате относительно грубых наблюдений. Если коллимированный луч света, например, диаметром до нескольких миллиметров, направлять вверх через стекло на поверхность с покрытием в область, где в покрытии имеются ямки, то свет дифрагируется ямками. Эффект такой дифракции более заметен в радиальном направлении, потому что, благодаря регулярному расстоянию между дорожками с записью, большая часть лифрагированного света, выходящего от диска, концентрируется в дискретные лучи в радиальной плоскости, представляющие различные порядки дифракции. (Это свойство радиального дифрагирования наблюдают даже если различные соседние витки спирали дорожек, которые проходят через луч света, не идентичны, и имеют мелкую квазилинейную структуру ямок в тангенциальном направлении). Выходящий луч, который будет виден даже при отсутствии ямок (обычный передаваемый луч), называется лучом нулевого порядка.
Кроме того, дополнительно к обычному отраженному лучу, известному как отраженный луч нулевого порядка, можно видеть другую группу дифрагированных лучей, идущих обратно через стекло. Такие дифрагированные лучи могут представлять "отраженные", в противоположность "передаваемым".
При известном способе наблюдения слоя фоторезиста лазерный луч света проходит вверх через стеклянный диск оригинала, а детектор располагает под диском так, чтобы он пересекал один из передаваемых дифрагированных лучей, обычно дифрагированный луч первого порядка, во время проявления. Когда измеряемая интенсивность происходит заранее установленный порог, проявление автоматически прекращается. Этот известный способ представляет некоторые существенные трудности. Во время проявления слой проявляющей жидкости течет по поверхности диска оригинала. Если этот слой равномерный и плоский, он не изменяет направлений различных лучей света при их переходе в воздушную среду.
Однако в действительности на поверхности проявляющей жидкости имеет место флуктуирующая картина колебаний (ряби). Выходящие лучи света преломляются на неровной поверхности жидкости, в результате чего имеют место колебания их направлений распространения. Поэтому необходимо, чтобы оптический датчик, предназначенный для определения интенсивности лучей первого порядка, охватывал большую площадь, чем было бы необходимо в противном случае. Более важно то, что (прямой) луч нулевого порядка также преломляется случайным образом, и в этом случае может потребоваться установка датчика лучей первого порядка. Поскольку интенсивность луча нулевого порядка во много раз превышает интенсивность дифрагированного луча, качество измерений из-за этого может серьезно ухудшаться, поэтому существует необходимость в улучшении надежности известного способа.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, когда образование ямок во время проявления оптического диска оригинала контролируется путем направления луча света на участок поверхности оптического диска оригинала и приема по меньшей мере одного дифрагированного луча света, имеется жесткое тело, соприкасающееся со слоем проявляющей жидкости, и это жесткое тело находится на некотором расстоянии от поверхности оптического диска оригинала и располагается недалеко от участка поверхности оптического диска оригинала, на который падает луч света. Это жесткое (твердое) тело в данном случае предотвращает появление ряби или других изменений, обычно имеющихся в толщине слоя проявляющей жидкости, на участке падения луча света, тем самым снижая или устраняя влияния таких изменений в слое проявляющей жидкости контроль проявления оптического диска оригинала.
Твердое тело предпочтительно является прозрачным и позволяет действовать в качестве окна для любого или обоих лучей света, как идущего к оптическому диску оригинала, так и дифрагированного луча света от оптического диска оригинала. Поскольку по меньшей мере часть оптического пути от источника светового луча к детектору дифрагированного луча света затем должна непрерывно проходить через слой проявляющей жидкости, можно видеть, что важно обеспечивать точный контроль его поверхностей, чтобы можно было достоверно измерять интенсивность дифрагированного луча.
Однако, настоящее изобретение может быть также использовано и в устройствах, в которых лучи света от источника к оптическому диску оригинала и от оптического диска оригинала к детектору не проходят через слой проявляющей жидкости. На первый взгляд, контроль слоя проявляющей жидкости в соответствии с настоящим изобретением в этом случае больше не требуется. Однако, на практике этого не происходит, поскольку по меньшей мере некоторая часть светового луча от источника пройдет в этот слой и будет иметься свет, отраженный от поверхности этого слоя, который удален от диска. В частности, происходит отражение прямого луча или луча нулевого порядка, который, если эта поверхность допускает наличие ряби или других флуктуаций, флуктуирует по направлению и может поступать на детектор и, таким образом, создавать помехи измерениям. Таким образом, в этом случае также важно контролировать поверхности слоя жидкости.
В вышеприведенном описании термин дифрагированный луч охватывает дифракцию как при передаче, так и при отражении. Таким образом, источник луча, падающего на оптический диск, может находиться на той же стороне оптического диска, где и детектор, который обнаруживает дифрагированный луч, или может находиться на противоположной стороне.
Имеется много различных способов, которыми можно осуществить изобретение в этом его аспекте. В простейшем случае твердое тело представляет собой прозрачное окно в корпусе. Корпус полый и может в этом случае содержать детектор, предназначенный для обнаружения дифрагированного луча, и (или) источник луча, который падает на оптический диск. В этом случае поверхность окна, удаленная от оптического диска, остается сухой, а промежуток между окном и оптическим диском заполняется жидкостью, предотвращая тем самым возмещение световых лучей. В предварительном случае по меньшей мере дифрагированный луч проходит через окно, а в более предпочтительном - и падающий луч, и дифрагированной луч, но также возможно, что через окно проходит падающий луч, а дифрагированный луч обнаруживается с противоположной стороны оптического диска.
Также возможно, что падающий и дифрагированный лучи проходят через оптический диск по направлению к той поверхности диска, которая соприкасается с жидкостью, и от нее. В этом случае нет необходимости делать твердое тело прозрачным.
Чтобы гарантировать наличие достаточного количества проявляющей жидкости, рядом с оптическим диском оригинала обычно предусматривается соответствующее средство подачи этой жидкости. Поэтому в соответствии с этим аспектом настоящего изобретения твердое тело может изготавливаться в виде единой конструкции со средством для подачи проявляющей жидкости. Например, твердое тело может представлять собой стенку этого средства подачи. В качестве альтернативы, в том случае, если средство подачи включает в себя насадку, через которую проходит проявляющая жидкость к оптическому диску оригинала, окно можно выполнить в стенке этой насадки таким образом, чтобы дифрагированный и (или) падающий лучи проходили через жидкость в насадке и через окно в стенке насадки к детектору или от источника света (в зависимости от обстоятельств).
В каждом из этих вариантов выполнения дифрагированный (или падающий) луч проходит непосредственно от проявляющей жидкости в твердое прозрачное тело (или наоборот0, потому что твердое прозрачное тело находится в непосредственном соприкосновении с проявляющей жидкостью, предотвращая тем самым колебания на поверхности проявляющей жидкости из-за ряби. Как упоминалось выше, можно также обеспечить прохождение падающего луча света через прозрачное тело даже в том случае, если детектор находится на другой стороне оптического диска от прозрачного тела.
В соответствии с другим аспектом изобретения, который не зависит от первого аспекта, но может быть использован совместно с ним, образование ямок во время проявления оригинала оптического диска контролируют посредством восприятия интенсивности дифрагированного луча света, причем дифрагированный луч наблюдают на той же стороне диска оригинала, от которой падающий луч попадает на диск, т.е. дифрагированный луч наблюдается при отражении. Использование отраженного, а не передаваемого луча дает некоторые конкретные преимущества. Все оптические детали можно располагать над диском, можно обеспечить нечувствительность измерений, например, к условиям под поверхностью стекла, и оригинал диска можно монтировать на непрозрачной поворотной платформе или крестовине, не создавая помех оптическим измерениям. Имеется также более существенное преимущество. Было обнаружено, что интенсивность, например, дифрагированного луча первого порядка на сильно отличается в случае ее измерения при передаче через поверхность оригинала с ямками или при отражении от нее. Однако луч нулевого порядка или прямой луч сильной ослабляется при отражении по сравнению с передаваемым. Это означает, что интенсивность луча первого порядка, измеряемая как доля луча нулевого порядка, больше при отражении, чем при передаче. Поэтому последствия, создаваемые рассеянным светом от луча нулевого порядка, поступающего в детектор луча первого порядка, имеет менее серьезные, если используется отраженный луч.
В соответствии с третьим аспектом изобретения источник света периодически модулируется по интенсивности. Это позволяет осуществлять контроль по меньшей мере одного дифрагированного луча, ограничивая влияние окружающего света. Таким образом, пропуская выходной сигнал, например, детектора луча первого порядка через фоточувствительный детектор, опорным входным сигналом которого является тот же входной сигнал, что и используется для модуляции лазерного света, и вырабатывая благодаря этому выходной сигнал постоянного тока, пропорциональный той составляющей продетектированной интенсивности света, которая изменяется синхронно с упомянутым сигналом, можно по существу исключить влияние на выходной сигнал постоянного тока любого продетектированного светового сигнала, отличного от светового сигнала упомянутого источника света. Источник света предпочтительно представляет собой лазерный диод, и его выходной световой луч модулируется электронными средствами. И вновь этот третий аспект может быть независимым, или его можно использовать совместно с первым и (или) вторым аспектами.
Ниже приведено описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения со ссылками на чертежи, на которых представлено
следующее:
На фиг. 1 - схема лучей, дифрагированных на поверхности;
фиг. 2 - схематическое изображение оптического воспринимающего устройства, иллюстрирующее общий принцип
настоящего изобретения;
фиг. 3 - оптическое воспринимающее устройство
(оптический датчик), соответствующее первому варианту осуществления настоящего изобретения;
фиг. 4 - общий вид
устройства проявления, включающего в себя оптический датчик по фиг. 3;
фиг. 5 - вид оптического датчика и расположенной рядом дозирующей насадки;
фиг. 6 - объединенное устройство
оптического датчика и дозирующей насадки, соответствующее второму варианту
осуществления изобретения;
фиг. 7 - объединенное устройство оптического датчика и дозирующей насадки,
соответствующее третьему варианту осуществления изобретения;
фиг. 8 - блок-схема
электронной системы, предназначенной для управления процессом проявления в ответ на выходной сигнал
оптического воспринимающего устройства;
фиг. 9 - усовершенствование показанной на фиг. 8
электронной системы, обеспечивающее более точное управление процессом проявление в ответ на выходной
сигнал оптического воспринимающего устройства.
Перед описанием вариантов осуществления настоящего изобретения будут пояснены общие принципы, лежащие в основе настоящего изобретения.
Как упоминалось выше, в настоящем изобретении используется дифрагированный
луч, получаемый из луча света, падающего на оптический диск оригинала. В простейшем случае,
когда луч света падает нормально (т.е. перпендикулярно) на поверхность 100, например, на поверхность
оптического диска оригинала, угол между нормалью и дифрагированным лучом m-го порядка определяется
выражением:
Qm= sin-1(mλ/nP), (1) ,
где
λ - длина волны света в вакууме; P - шаг дорожек записи; n - показатель преломления среды, в
которой наблюдают луч.
Однако, луч света не обязательно должен падать нормально.
На фиг. 1 показана картина лучей, дифрагированных структурой ямок в верхней (покрытой) поверхности 100 диска в том случае, когда падающий луч 101 поступает под небольшим углом к нормали.
Необходимо отметить, что хотя на фиг. 1 показан падающий луч 101, достигающий поверхности 100 через диск, аналогичный набор дифрагированных лучей формируется, когда падающий луч 101 достигает поверхности 100 с внешней стороны диска.
Интенсивности дифрагированных лучей различных порядков зависят от размера и формы проявления ямок. Таким образом, информацию о ходе проявления можно получить посредством измерения интенсивностей дифрагированных лучей как доли интенсивности падающего луча (или, в качестве альтернативы, как доли интенсивности луча нулевого порядка).
Длина волны света должна быть достаточно большой, чтобы свет не засвечивая фоторезист. Обычно используют свет гелий-неонового лазера (длина волны 633 нм). В этом случае вышеприведенное уравнение (1) показывает, что при нормальном падении, при шаге дорожек записи 1,6 мкм, два дифрагированных луча выходят в воздушную среду с каждой стороны от луча нулевого порядка под углами 23 и 52o к нормали.
На практике наиболее полезную информацию для контроля процесса получают из интенсивности одного из лучей первого порядка, поскольку эта интенсивность плавно возрастает до оптимальной стадии проявления и за ее пределы, тогда как интенсивность луча второго порядка стремится достигнуть предела и после этого уменьшается при дальнейшем проявлении. Нет необходимости в подробных теоретических выкладках для определения необходимого порогового значения; для практического использования систему можно калибровать посредством установления эмпирического соотношения между пороговым значением и характеристиками воспроизведения окончательных отлитых в форме дисков. На устанавливаемые пороговые значения будут оказывать существенное влияние изменения как шага дорожек записи, так и толщины покрытий фоторезистора, но их влияние можно также определять эмпирическим путем и соответственно учитывать. Измерения шага дорожек записи изменяют направление дифрагированного луч, а оптический датчик должен обеспечивать возможность приема лучей в диапазон направлений, который соответствует диапазону используемых шагов дорожек записи (обычно 1,5 - 1,7 мкм в случае компакт-диска).
Теоретическое рассмотрение этого вопроса содержится в работе J.H.T. Pasman, J. Audio Eng. Soc., vol. 41, N 1/2, Jannaky 1993.
Теперь в общих чертах будет описано поведение анализируемых дифрагированных лучей, прохождение этих дифрагированных лучей через прозрачное тело, расположенное рядом с оптическим диском оригинала.
На фиг. 2 показан оптический диск оригинала 3 со слоем покрытия 2 на нем. Покрывающий слой 2 представляет собой материал фоторезиста. При обработке оптического диска оригинала 3 слой 2 подвергают воздействию модулированным лазерным светом для создания серии экспонированных и неэкспонированных участков в слое 2, соответствующих необходимой схеме расположения ямок, которые должны быть сформированы на оптическом диске оригинала 3. Для проявления слоя 2 и таким образом создания соответствующей схемы расположения ямок, слой 2 подвергают воздействию проявляющей жидкости (проявителя) 14.
Настоящее изобретение направлено на исследование этого процесса проявления. Как показано на фиг. 2, корпус 1 находится рядом с оптическим диском оригинала 3, причем в этом корпусе имеется окно 4. Корпус 1 расположен так, что окно 4 находится в соприкосновении с проявляющей жидкостью 14 и погружено в нее. Следовательно, в области размещения окна 4 отсутствует рябь на поверхности проявляющей жидкости 14, хотя на других участках рябь (15) имеется.
Чтобы исследовать процесс проявления, луч света 6 направляют на покрывающий слой 2 оптического диска 3 через окно 4. Как было описано со ссылкой на фиг. 1, наличие полностью или частично проявленных ямок в той области покрывающего слоя 2, которая освещается лучом 6, обуславливает появление дифрагированных лучей, включающих в себя дифрагированный луч 8 первого порядка (дифрагированный при отражении) и отраженный луч 10 нулевого порядка. На фиг. 2 не показаны дополнительные дифрагированные лучи, дифрагированные при передаче, а также при отражении, которые обычно формируются как показано выше со ссылкой на фиг. 1. Затем для определения процесса проявления покрывающего слоя 2 посредством проявляющей жидкости 14 контролируется по меньшей мере один из дифрагированных лучей (предпочтительно дифрагированного луча 8 первого порядка). Поскольку оптические пути луча 6 и луча 8 устойчивы осуществляются точные измерения.
Теперь будет приведено подробное описание варианта осуществления настоящего изобретения со ссылкой на фиг. 3. На фиг. 3 элементы, которые соответствуют элементам фиг. 2, обозначены теми же ссылочными позициями.
В показанном на фиг. 3 варианте осуществления водонепроницаемый металлический корпус 1 располагают во время процесса проявления над вышеописанным проявляющим слоем 2 горизонтального стеклянного диска оригинала. В основании корпуса 1 смонтировано окно 4 из искусственного сапфира. Герметизированный твердотельный лазерный диод образует источник света 5, который излучает коллимированный световой луч 6 с длиной волны 670 нм. Круглая маска 7 ограничивает диаметр луча света 6 примерно до 1 мм. Источник 5 на лазерном диоде установлен под малым углом, равным примерно 5-10o к вертикали, чтобы предотвратить обратное прохождение в него отраженного света. Корпус 1 ориентирован в радиальном направлении относительно диска оригинала 3, так что (при наличии проявленных ямок в слое покрытия 2) дифрагированный луч 8 первого порядка лежит в плоскости чертежа и попадает в фотодиодный датчик 9. Размеры датчика 9 достаточно велики для перехвата луча 8 при любом допустимом значении шага дорожек, записанных на диске 3 (диапазон шагов дорожек записи 1,5-1,7 нм соответствует угловому диапазону 3,5o или линейному размеру 3 мм на расстоянии 50 мм от детектора).
Отраженный луч 10 нулевого порядка перехватывается зачерненным внутри поглощающим цилиндром 11, чтобы минимизировать рассеянный свет, который мог бы попасть в детектор 9. При необходимости (но не обязательно) детектор луча нулевого порядка 16 может быть размещен в цилиндре 11, чтобы луч первого порядка можно было измерять в долях отсчета нулевого порядка. Однако, обычно выходной сигнал лазерного диода 5 стабилизируется местной цепью обратной связи, так что он оказывается достаточно стабильным для целей контроля процесса без непосредственного измерения луча нулевого порядка 10.
Недалеко от окна 4 в предпочтительном случае может быть расположено отверстие 12, чтобы предотвратить попадание на детектор 9 света, рассеянного назад от нижней поверхности 13 диска оригинала 3.
Окно 4 необходимо располагать достаточно близко к слою покрытия 2, чтобы гарантировать, что проявляющая жидкость 14 смачивает окно 4 и заполняет пространство между ним и слоем покрытия 2. Практически может быть реализован зазор величиной 0,5 мм. Чтобы содействовать заполнению жидкостью зазора датчик необходимо размещать близко к насадке для подачи проявителя и "ниже по потоку" от нее (в направлении вращения диска). Датчик предпочтительно закреплен на том же кронштейне, который поддерживает насадку. В предпочтительном варианте насадка подает проявитель в диапазоне радиусов на диске, охватывающем по меньшей мере область записи программ (23-58 мм в случае компакт-диска), а оптический датчик направляет луч света 6 к радиусу на диске у нижнего конца этого диапазона (возможно, 30 мм), так что достоверные отсчеты получаются даже в тех случаях, когда, в целях экономии времени на изготовление оригинала, область записи заканчивается на малом радиусе.
Выбор искусственного сапфира в качестве материала окна 4 определяется его сопротивлением химическому воздействию и его сопротивлением к царапинам. Проявляющие растворы обычно являются щелочными и, как обнаружено, вызывают разъедание и помутнение стеклянного окна в ходе его использования. Окно должно иметь хороший уровень полировки, на его верхнюю поверхность может быть нанесено антиотражательное покрытие для уменьшения рассеяния света от падающего луча 6 назад к детектору 9. Вследствие высокого показателя преломления сапфира для этой цели подходит простой четвертьволновый слой покрытия фторидом магния.
На фиг. 4 показан общий вид в вертикальном разрезе устройства проявления, содержащего показанный на фиг. 3 датчик. Диск оригинала 3 расположен на треноге 30, которая вращается на выступе 31. Два кронштейна 32 и 33 отводятся при загрузке диска, а при проявлении устанавливаются в положения, показанные на фиг. 4. Кронштейн 32 может обеспечивать подачу проявителя через веерообразную насадку 34. Кронштейн 33 может обеспечивать подачу смывающей воды через аналогичную насадку 35. Корпус 1 датчика смонтирован за насадкой 34, причем сапфировое окно 4 находится рядом с покрывающим слоем 2 на верхней поверхности диска 3. В показанном устройстве направление вращения диска 3 осуществляется против часовой стрелки, если смотреть сверху, так что проявитель переносится от насадки 34 к блоку датчика. Последовательность технологического процесса может начинаться с пропускания промывочной воды из насадки 35, с последующим пропусканием проявляющей жидкости из насадки 34, а затем переключением обратно на подачу промывочной воды из насадки 35. При завершающем промывании насадка 34 убирается. После тщательного промывания диск 3 сушится посредством вращения с высокой скоростью. Время, когда поток проявляющей жидкости должен сменяться потоком промывающей воды, определяется электронными средствами с использованием выходного сигнала детектора 9 луча света первого порядка.
На фиг. 5 показан вид в поперечном разрезе корпуса 1 датчика рядом с распределительной насадкой 34. Корпус 1 и насадка 34 (фиг. 5) образуют единый блок, причем блок 34 имеет такую форму, что его выход 41 находится рядом с концом корпуса, содержащим окно 4. Детектор (не показан на фиг. 5) и источник 5 расположены в корпусе 1.
На фиг. 6 показан второй вариант, в котором блок оптического датчик объединен с распределительной насадкой 34. Форма лазерного диода 5, диафрагмы 7, детектора 9 и поглотителя 11 аналогичны тем же элементам, показанным на фиг. 3, и соответствующие детали обозначены одними и теми же ссылочными позициями.
В показанном на фиг. 6 втором варианте падающий луч 6 от лазерного диода 5, отраженный луч 10 нулевого порядка и дифрагированный луч 8 первого порядка проходят не через воздушную среду, а через прозрачное тело 35, образующее стенку насадки 34, которая изготовлена из пластмассы на основе полиакрилата. Вместо окна 4 здесь используется плоская полированная нижняя поверхность 40 насадки 34. Нижняя поверхность 40 имеет одинаковую протяженность с каждой стороны от прорези 42, через которую распределяется проявляющая жидкость, так что проявляющая жидкость вытесняется между нижней поверхностью 40 и покрывающим слоем 2, образуя, таким образом, оптическую однородную часть траектории света к покрывающему слою 2 и от него. Зазор между нижней поверхностью 40 и слоем покрытия 2 может составлять примерно 2 мм.
Падающий луч 6 от лазерного диода 5 поступает в прозрачное тело 35 из пластмассы, а луч 8 первого порядка выходит из него через дополнительные полированные поверхности в прозрачном теле 35. Поглотитель, аналогичный показанному на фиг. 3 поглотителю 11, предпочтительно образуют срезом материала тела 35, оставляя короткий стержень, шероховатая наружная поверхность которого зачернена.
На фиг. 7 показан еще один вариант, в котором блок оптического датчика объединен с распределительной насадкой 34. Лазерный диод 5, диафрагма 7, детектор 9 и поглотитель 11 вновь аналогичны показанным на фиг. 3 подобным элементам, но лучи света 6, 10 и 8 проходят через проявляющую жидкость в самой насадке 34, достигая поверхности 2 диска через прорезь 43 в насадке 34, через которую выходит также проявляющая жидкость. Прорезь 43 выполняют несколько шире (например, 2 мм), чем прорезь 42 в показанном на фиг. 6 варианте, причем луч света 6 съюстирован так, что он проходит через нее по центру. Предусмотрено по меньшей мере одно полированное окно 50 для выхода луча 6 и для выхода луча 8 из полости насадки 34. Можно обеспечить отдельные окна 50 для лучей 6 и 8, но может оказаться достаточным иметь одно окно 50. В насадке 34 могут образоваться пузырьки, поэтому поток жидкости необходимо направлять таким образом, чтобы пузырьки, если они образуются, оседали в точках, которые не пересекаются ни одним из лучей 6, 10, 8.
В системе передач также можно использовать любой из чувствительных элементов, показанных на фиг. 3, 5, 6 и 7. В таком случае источник лазерного диода 5 не нужно располагать в блоке чувствительного элемента. Вместо этого падающий луч света от лазерного диода направляют снизу через стеклянный диск 3 в окно 4, на поверхность 40 или диафрагму 43 в зависимости от обстоятельств. Если для удержания диска 3 использована тренога 30, то в электронных средствах обнаружения можно обеспечить поправку на периодическое прерывание луча ветвями треноги 30; в качестве альтернативы, можно обойтись без треноги, если к диску 3 прикреплен центральный прилив, чтобы его можно крепить непосредственно на выступе 31.
На фиг. 8 показана блок-схема электронной системы, предназначенной для формирования из выходного сигнала детектора 9 сигнала, предназначенного для прерывания проявления, в соответствии с третьим аспектом изобретения. Источник 5 на лазерном диоде имеет модулированный вход, который позволяет осуществлять переключение световой мощности между высоким значением и низким значением в ответ на подаваемый извне сигнал. Генератор 110 генерирует сигнал в форме меандра с частотой порядка 10 кГц, который подается на упомянутый модулирующий вход источника 5 на лазерном диоде и на вход опорного сигнала фазочувствительного детектора или умножителя 112. Выходной сигнал детектора 9 проходит через предварительный усилитель 113, устройство связи по переменному току 114 и дополнительный усилитель 115, обеспечивая сигнал переменного тока, который подается на сигнальный вход умножителя 112. Выходной сигнал 116 умножителя 112 фильтруется фильтром нижних частот117, чтобы удалить высокочастотные составляющие, связанные с сигналом генератора 111. Прошедший через фильтр выходной сигнал 118 соответствующим образом усиливается усилителем 119, выходной сигнал 120 которого поступает на один вход компаратора 121, на второй вход которого поступает опорное напряжение 122, получаемое с потенциометра 123. Выходной сигнал 124 компаратора 121 представляет собой сигнал, который при превышении продетектироваанным детектором 9 лучом света порогового значения, определяемого опорным напряжением 122, переходит в состояние, обеспечивающее прерывание проявления.
На усилитель 119 поступает также напряжение установки нуля 125 с потенциометром 126; это позволяет устанавливать выходной сигнал 120 на нуль при отсутствии проявленных ямок в покрывающем слое 2, компенсируя таким образом попадание какого-либо рассеянного света в детектор 9 в блоке 1, например от поверхности окна 4.
Нет необходимости полностью включать и выключать выходной сигнал лазерного диода сигналом 11. Достаточна умеренная глубина модуляции, если она стабильна во времени.
На фиг. 9 показана схема усовершенствования последней части электронной схемы, в которой дифференцирующая цепь 127 понижает опорное напряжение, подаваемое на компаратор 121, на величину, пропорциональную скорости приращения напряжения 120. С помощью этой схемы можно компенсировать с приемлемым приближением задержки в работе различных клапанов, которые прерывают проявление в ответ на сигнал 124. Чем быстрее растет напряжение 120, тем ниже пороговое напряжение 128, так что компаратор 12 упреждает, по существу на фиксированный временной интервал, время, когда напряжение 120 достигнет величины напряжения 122. Режим дифференцирования схемы 127 определяется главным образом элементами C1 и R1; дополнительные элементы R2 и C2 служат для ограничения усиления на высокой частоте.
Реферат
Использование: в испытательной технике, для исследования оптических дисков-оригиналов, предназначенных для создания компакт-дисков или лазерных дисков. Сущность изобретения: для контроля процесса проявления слоя фоторезиста на оптическом диске оригинала с помощью проявляющей жидкости прозрачное тело приводится в соприкосновение с проявляющей жидкостью. Луч света падает на оптический диск оригинала от источника, а дифрагированный луч проходит через проявляющую жидкость и прозрачное тело к детектору. Дифрагированный луч формируется из падающего луча света посредством отражения и представляет собой дифрагированный луч первого порядка. Падающий луч света модулируется. Проявление слоя фоторезиста контролируется посредством контроля изменений дифрагированного луча света, обнаруживаемого детектором, 2 с. и 18 з.п.ф-лы, 9 ил.
