專利名稱：光盤記錄介質(zhì)特性的測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光盤記錄介質(zhì)特性的測試裝置，屬材料的物化性能測試技術(shù)領(lǐng)域。
對于可擦寫和寫一次類型的光盤，用戶可以自己把數(shù)據(jù)寫到光盤上。這些數(shù)據(jù)存儲于光盤中的記錄介質(zhì)層中，因此該記錄介質(zhì)的特性，直接影響到光盤的性能。如果記錄介質(zhì)的特性很差，則有可能使用戶寫入的數(shù)據(jù)不能正確讀出而造成數(shù)據(jù)丟失。因此在記錄介質(zhì)的研制過程中，必須對有關(guān)性能進(jìn)行測試，測試的性能包括1)記錄介質(zhì)層反射率的均勻性；2)寫入或擦除前后的讀出信號反差；3)記錄介質(zhì)寫、讀、擦激光功率及脈寬的測定和優(yōu)選；4)某點(diǎn)的寫擦循環(huán)壽命等。然后根據(jù)測試結(jié)果對記錄介質(zhì)的成份和結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。
測試介質(zhì)特性的基本原理是，把一定功率的激光聚焦于測試樣片(盤)的記錄介質(zhì)層某點(diǎn)，測定其反射回的光強(qiáng)從而得到該點(diǎn)反射率；接著可以發(fā)出一定脈寬、一定功率的激光脈沖，用于寫入或擦除，然后再次測定該點(diǎn)反射率。
測試裝置中激光束正確聚焦是實(shí)現(xiàn)讀出寫入及擦除的必要前提，即光學(xué)頭必須將激光準(zhǔn)確聚焦在測試樣片的記錄介質(zhì)表面。聚焦誤差檢測的線性范圍約25μm，即樣片記錄面應(yīng)該落于這一范圍內(nèi)才能啟動聚焦閉環(huán)控制系統(tǒng)，正確實(shí)現(xiàn)聚焦和測試。這就需要線性區(qū)自動預(yù)搜索，即在光學(xué)頭聚焦線圈的驅(qū)動電路中加偏置電壓，促使光學(xué)頭相對樣片上下運(yùn)動，直至樣片記錄面落于聚焦誤差檢測的線性區(qū)。已有技術(shù)中，用數(shù)字伺服芯片進(jìn)行預(yù)搜索的過程是在激勵(lì)光學(xué)頭相對盤片作上下運(yùn)動的過程中，首先探測反射光和信號(見圖4)是否達(dá)到一定幅值，滿足此條件后，接著探測聚焦誤差信號是否達(dá)到一定幅值，該條件進(jìn)一步滿足后，最后第三步探測聚焦誤差信號的過零點(diǎn)(圖4中的C點(diǎn))，于此點(diǎn)切入聚焦閉環(huán)控制。上述測試技術(shù)的缺點(diǎn)是整個(gè)測試裝置比較復(fù)雜，用簡單的通用集成芯片電路幾乎不能實(shí)現(xiàn)，需采用復(fù)雜的專用DSP系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)一種光盤記錄介質(zhì)特性的測試裝置，改進(jìn)已有技術(shù)結(jié)構(gòu)中的預(yù)搜索結(jié)構(gòu)，使用通用芯片實(shí)現(xiàn)預(yù)搜索，以簡化測試裝置，降低設(shè)備成本。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的光盤記錄介質(zhì)特性的測試裝置，包括物鏡及力矩器、λ/4波片，偏振分束鏡、準(zhǔn)直整形單元、激光器、恒功率控制、脈寬發(fā)生、功率發(fā)生、聚焦單元、信號探測器、信號處理、聚焦預(yù)搜索及控制。恒功率控制使激光器發(fā)出一定功率的激光，激光器發(fā)出的發(fā)散激光束經(jīng)＂準(zhǔn)直整形單元＂作用成為圓形平行光束，遇偏振分束鏡后，一個(gè)偏振方向的光透射，經(jīng)λ/4波片后由物鏡聚焦至樣片，由樣片反射回的激光經(jīng)過物鏡，再次通過λ/4波片，偏振方向總共偏轉(zhuǎn)90°，遇偏振分束鏡反射，經(jīng)聚焦單元作用由信號探測器探測其光強(qiáng)及聚焦誤差，聚焦預(yù)搜索及控制完成聚焦自動預(yù)搜后切入聚焦閉環(huán)控制，并保持聚焦?fàn)顟B(tài)，脈寬發(fā)生和功率發(fā)生產(chǎn)生一定脈寬和功率的激光脈沖實(shí)現(xiàn)寫入或擦除。聚焦預(yù)搜索及控制由信號生成、判別比較、比例積分微分校正、電子開關(guān)、搜索驅(qū)動、功率驅(qū)動組成，樣片記錄面和聚焦點(diǎn)位置的差值由信號探測器檢測并經(jīng)信號生成電路處理得到聚焦誤差電信號，輸入比例積分微分校正，同時(shí)作判別比較，若未達(dá)到設(shè)定閾值，則判別比較輸出信號控制電子開關(guān)斷開，并控制搜索驅(qū)動信號生成電路驅(qū)動力矩器帶動物鏡搜索盤片，若達(dá)到設(shè)定閾值，則控制搜索驅(qū)動信號生成電路停止搜索，接通電子開關(guān)，比例積分微分校正輸出信號作用于力矩器，完成聚焦自動預(yù)搜索。
本發(fā)明設(shè)計(jì)的光盤記錄介質(zhì)特性的測試裝置，由于準(zhǔn)線性區(qū)光盤聚焦自動預(yù)搜索機(jī)制是單一閾值判別，用一比較器即可完成，所以用簡單的通用集成芯片電路就可以實(shí)現(xiàn)對光盤記錄介質(zhì)特性的測試，降低了測試裝置總體制造成本，而且測試操作方便，測試技術(shù)易于掌握。


圖1是本發(fā)明設(shè)計(jì)的測試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2和圖3是測試裝置電路圖。
圖4是聚焦誤差信號和反射光和信號關(guān)系圖。
圖5是準(zhǔn)線性區(qū)聚焦預(yù)搜索及控制系統(tǒng)原理框圖。
圖6和圖7是準(zhǔn)線性區(qū)聚焦預(yù)搜索電路圖。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
圖1中，1是被測樣片，2是物鏡，3是力矩器，4是λ/4波片，5是信號探測器，6是偏振分束鏡，7是激光器，恒功率控制使激光器發(fā)出一定功率的激光，聚焦預(yù)搜索及控制完成聚焦自動預(yù)搜后切入聚焦閉環(huán)控制，并保持聚焦?fàn)顟B(tài)，激光器發(fā)出的發(fā)散激光束經(jīng)＂準(zhǔn)直整形單元＂作用成為圓形平行光束，遇偏振分束鏡后，一個(gè)偏振方向的光透射，經(jīng)λ/4波片由物鏡聚焦至樣片，由樣片反射回的激光經(jīng)過物鏡，再通過λ/4波片，偏振方向總共偏轉(zhuǎn)90°，遇偏振分束鏡反射，經(jīng)聚焦單元作用由信號探測器探測其光強(qiáng)及聚焦誤差，基本測試過程如下1)首先由＂恒功率控制＂根據(jù)功率探測器探測得到的激光功率大小，反饋控制激光器發(fā)出一定功率的激光。
2)接著由＂聚焦預(yù)搜索及控制＂完成聚焦自動預(yù)搜索功能，切入聚焦閉環(huán)控制并保持聚焦?fàn)顟B(tài)。
3)讀出信號探測器探測樣片反射回的激光強(qiáng)度，其信號經(jīng)＂讀出信號處理＂，由＂讀出裝置＂如電壓表讀出，其數(shù)值代表此時(shí)激光聚焦處記錄介質(zhì)的反射率。
4)＂功率發(fā)生＂和＂脈寬發(fā)生＂在＂觸發(fā)控制＂的觸發(fā)下，控制激光器發(fā)出一定脈寬、一定功率的激光脈沖，用于寫入或擦除。
5)讀寫入或擦除后的反射率。
6)在水平方向上調(diào)節(jié)三維工作臺實(shí)現(xiàn)記錄介質(zhì)不同點(diǎn)的選定。
7)重復(fù)以上步驟3～6。
測試裝置的電路圖如圖2和圖3所示。根據(jù)圖2和圖3，由運(yùn)放U1、三極管Q1、電阻器U4組成的恒功率控制電路，控制激光器發(fā)出恒定功率的讀激光，由運(yùn)放U4A、U4B、U3A、U3B、U3C、U3D組成的信號處理電路，將信號探測器3探測得到的從樣片反射回來的激光光強(qiáng)信號，進(jìn)行處理放大，其值代表該點(diǎn)的反射率，該反射率由讀出裝置如電壓表讀出。在觸發(fā)控制S1的觸發(fā)下，由集成片U2A和變阻器R25組成的脈寬發(fā)生電路，產(chǎn)生一定脈寬的脈沖信號，其寬度通過調(diào)節(jié)變阻器R25可調(diào)。由三極管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和變阻器R11組成的功率發(fā)生電路，通過調(diào)整變阻器R11產(chǎn)生一定大小的激光功率驅(qū)動電流，并在上述脈沖信號的脈寬時(shí)間內(nèi)作用于激光器，使其發(fā)出一定功率、一定脈寬的寫入或擦除激光脈沖。
上述測試過程中，準(zhǔn)線性區(qū)自動預(yù)搜索的原理是檢測到聚焦誤差信號達(dá)到一定幅值(如圖4中的mn線段或m’n’線段所標(biāo)示)時(shí)，切入閉環(huán)控制，雖然該時(shí)刻有可能只是接近線性區(qū)而并非真正處于線性區(qū)(圖4中的m和m’點(diǎn))，但仍然能夠可靠實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制，這也是＂準(zhǔn)線性區(qū)＂的含義。
圖5是聚焦預(yù)搜索及控制系統(tǒng)的原理框圖。樣片記錄面位置和光學(xué)頭激光束焦點(diǎn)位置的差值，通過光學(xué)系統(tǒng)得到光強(qiáng)信號，由光電探測器檢測轉(zhuǎn)換并經(jīng)＂信號生成＂電路處理得到聚焦誤差電信號，輸入給比例微分積分(PID)校正環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的幅相特性，驅(qū)動光學(xué)頭中的力矩器，帶動物鏡跟隨樣片記錄面移動，保持激光束焦點(diǎn)在樣片記錄面上。＂搜索驅(qū)動＂環(huán)節(jié)用于自動預(yù)搜索功能，在＂判別比較＂的控制下產(chǎn)生一定電壓波形，激勵(lì)力矩器帶動物鏡相對樣片上下移動，搜索線性區(qū)。
圖4中的聚焦誤差信號，橫坐標(biāo)是實(shí)際聚焦誤差，即光學(xué)頭激光束焦點(diǎn)和樣片記錄面的相對距離，縱坐標(biāo)是檢測到的聚焦誤差電壓信號。C點(diǎn)代表焦點(diǎn)，聚焦誤差為零。BCD段是線性區(qū)，在該范圍內(nèi)聚焦誤差信號和實(shí)際聚焦誤差基本是線性關(guān)系；聚焦控制系統(tǒng)應(yīng)工作在這一范圍內(nèi)，此時(shí)控制系統(tǒng)是負(fù)反饋，能穩(wěn)定在焦點(diǎn)，也就是說，在有聚焦誤差時(shí)，聚焦誤差信號(正或負(fù)值)經(jīng)過控制系統(tǒng)校正放大，驅(qū)動力矩器帶動物鏡向減小聚焦誤差信號的方向移動，直至聚焦誤差信號為零，如圖中箭頭1和2所示。G點(diǎn)則是偽焦點(diǎn)，F(xiàn)G段是偽焦點(diǎn)區(qū)，該區(qū)反饋特性與線性區(qū)一致，也是負(fù)反饋，故控制系統(tǒng)也能穩(wěn)定在該偽焦點(diǎn)，如圖中箭頭6所示，但偽焦點(diǎn)只是聚焦誤差信號檢測光路造成的虛假現(xiàn)象，并非實(shí)際焦點(diǎn)，是控制系統(tǒng)需要避免的。至于DEF段及AB段，由曲線方向即可看出，它們的反饋特性與BCD段及FG段相反，是正反饋，控制系統(tǒng)不可能穩(wěn)定在零點(diǎn)E點(diǎn)及A點(diǎn)，也就是說，在這兩段內(nèi)，如果聚焦誤差信號不為零，則聚焦誤差信號(正或負(fù)值)經(jīng)過控制系統(tǒng)校正放大，會驅(qū)動力矩器帶動物鏡向增大聚焦誤差信號(不一定增大聚焦誤差)的方向移動，如圖中箭頭4、5和3所示。
在準(zhǔn)線性區(qū)光盤聚焦自動預(yù)搜索開始工作時(shí)，圖5中的＂判別比較＂首先打開S開關(guān)，反饋控制系統(tǒng)不工作；接著指令＂搜索驅(qū)動＂產(chǎn)生搜索波形，驅(qū)動力矩器帶動物鏡相對樣片上下移動；同時(shí)＂判別比較＂檢測聚焦誤差信號是否達(dá)到一定的幅值，比如小于圖1中mn線段的標(biāo)示的負(fù)值或大于m’n’線段所標(biāo)示的正值，一旦該條件滿足，則指令＂搜索驅(qū)動＂停止工作，并閉合S開關(guān)，啟動反饋控制系統(tǒng)。以圖1中mn線段所標(biāo)示閾值為例，因?yàn)閮H檢測聚焦誤差信號是否小于該負(fù)值，而不參照此時(shí)物鏡的移動方向是靠近或遠(yuǎn)離樣片，所以該條件滿足時(shí)有可能是n點(diǎn)或m點(diǎn)。如果是位于線性區(qū)BCD段內(nèi)的n點(diǎn)，則于該點(diǎn)啟動反饋控制系統(tǒng)當(dāng)然沒有問題，如果是位于線性區(qū)外AB段內(nèi)的m點(diǎn)，則由于AB段是正反饋特性，m點(diǎn)的聚焦誤差信號會驅(qū)動力矩器帶動物鏡向B點(diǎn)移動，此時(shí)雖然聚焦誤差信號增大，但實(shí)際聚焦誤差減小。到達(dá)B點(diǎn)后，B點(diǎn)的聚焦誤差信號會驅(qū)動力矩器帶動物鏡進(jìn)一步移動而進(jìn)入線性區(qū)BCD段，從而也可正確實(shí)現(xiàn)聚焦控制。如果以圖1中m’n’線段所標(biāo)示的正值作為判斷閾值，則情況類似。
準(zhǔn)線性區(qū)光盤聚焦自動預(yù)搜索機(jī)制中，聚焦信號觸發(fā)閾值(圖4中mn或m’n’線段示意)的大小設(shè)定原則是，小于線性區(qū)最大峰值(圖4中B、D點(diǎn)示意)，保證在線性區(qū)或準(zhǔn)線性區(qū)得到觸發(fā)，同時(shí)大于偽焦點(diǎn)區(qū)最大峰值(圖4中F點(diǎn)示意)，保證不會在偽焦點(diǎn)區(qū)導(dǎo)致誤觸發(fā)。
圖6和圖7是準(zhǔn)線性區(qū)聚焦預(yù)搜索及控制的電路圖。＂聚焦誤差信號生成＂部分的運(yùn)放U4C對圖3中＂信號處理＂電路預(yù)放大得到的F1和F2兩個(gè)聚焦信號作相減運(yùn)算，得到聚焦誤差信號。聚焦誤差信號一方面輸入由運(yùn)放U4D及外圍阻容電路組成的＂PID校正＂電路，另一方面由運(yùn)放U12A組成的＂判別比較＂與變阻器R37設(shè)定的閾值比較，判定其幅值是否達(dá)到設(shè)定閾值。如果不到設(shè)定閾值，則＂判別比較＂部分輸出信號控制電子開關(guān)S2斷開，同時(shí)控制＂搜索驅(qū)動信號生成電路＂，由計(jì)數(shù)芯片U10、U11和D/A轉(zhuǎn)換芯片U5對集成芯片U7發(fā)出的方波進(jìn)行計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)換并將計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)換成模擬信號，該模擬信號由U9B、U9C、U9D、U8B組成的外圍電路生成三角波。驅(qū)動信號通過驅(qū)動芯片U6驅(qū)動力矩器帶動物鏡搜索盤片記錄面；如果到達(dá)設(shè)定閾值，則控制＂搜索驅(qū)動信號生成電路＂通過驅(qū)動芯片U6保持輸出幅值，同時(shí)接通電子開關(guān)，使＂PID校正＂輸出信號作用于力矩器而進(jìn)入閉環(huán)控制，保持聚焦?fàn)顟B(tài)。
本發(fā)明的光盤記錄介質(zhì)特性測試裝置，可以直接用于測試磁光盤反射率均勻性。如果對本發(fā)明的光學(xué)系統(tǒng)增加磁光特性寫入和檢測，電路部分增加相應(yīng)的控制和處理功能，則還可測試磁光盤的其它特性。尤其是本發(fā)明的準(zhǔn)線性區(qū)聚焦預(yù)搜索方法適用于測試磁光盤的磁光特性。
對于動態(tài)測試，只需要增加光盤夾持裝置、主軸電機(jī)及其控制電路、軌道跟蹤電路和相應(yīng)的寫入、讀出控制處理電路，即可測試光盤的動態(tài)性能。本發(fā)明的準(zhǔn)線性區(qū)聚焦預(yù)搜索方法也同樣適用。
權(quán)利要求
1.一種光盤記錄介質(zhì)特性的測試裝置，該裝置包括物鏡及力矩器、λ/4波片，偏振分束鏡、準(zhǔn)直整形單元、激光器、恒功率控制、脈寬發(fā)生、功率發(fā)生、聚焦單元、信號探測器、信號處理，其特征在于還包括聚焦預(yù)搜索及控制；恒功率控制使激光器發(fā)出一定功率的激光，激光器發(fā)出的發(fā)散激光束經(jīng)＂準(zhǔn)直整形單元＂作用成為圓形平行光束，遇偏振分束鏡后，一個(gè)偏振方向的光透射，經(jīng)λ/4波片后由物鏡聚焦至樣片，由樣片反射回的激光經(jīng)過物鏡，再次通過λ/4波片，偏振方向總共偏轉(zhuǎn)90°，遇偏振分束鏡反射，經(jīng)聚焦單元作用由信號探測器探測其光強(qiáng)及聚焦誤差，聚焦預(yù)搜索及控制完成聚焦自動預(yù)搜后切入聚焦閉環(huán)控制，并保持聚焦?fàn)顟B(tài)，脈寬發(fā)生和功率發(fā)生產(chǎn)生一定脈寬和功率的激光脈沖實(shí)現(xiàn)寫入或擦除；所述的聚焦預(yù)搜索及控制由信號生成、判別比較、比例積分微分校正、電子開關(guān)、搜索驅(qū)動、功率驅(qū)動組成，樣片記錄面和聚焦點(diǎn)位置的差值由信號探測器檢測并經(jīng)信號生成電路處理得到聚焦誤差電信號，輸入比例積分微分校正，同時(shí)作判別比較，若未達(dá)到設(shè)定閾值，則判別比較輸出信號控制電子開關(guān)斷開，并控制搜索驅(qū)動信號生成電路驅(qū)動力矩器帶動物鏡搜索盤片；若達(dá)到設(shè)定閾值，則控制搜索驅(qū)動信號生成電路停止搜索，接通電子開關(guān)，比例積分微分校正輸出信號作用于力矩器，完成聚焦自動預(yù)搜索。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光盤記錄介質(zhì)特性的測試裝置,該裝置由物鏡及力矩器、光路系統(tǒng)、激光器、恒功率控制、脈寬發(fā)生、功率發(fā)生、信號探測器以及聚焦預(yù)搜索及控制組成。一定功率的激光聚焦于測試樣片的記錄介質(zhì)層某點(diǎn),測定其反射回的光強(qiáng)從而得到該點(diǎn)反射率,再發(fā)出一定脈寬、功率的激光脈沖,用于寫入或擦除,測定該點(diǎn)的反射率。本發(fā)明裝置使用準(zhǔn)線性區(qū)光盤聚焦自動預(yù)搜索機(jī)制,由簡單的通用集成芯片電路即可完成測試,因而成本低,測試方便。
文檔編號G11B20/18GK1178980SQ97119089
公開日1998年4月15日 申請日期1997年10月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月24日
發(fā)明者徐端頤, 蔡忠平, 潘龍法 申請人:清華大學(xué)