专利名称：光盘记录介质特性的测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种光盘记录介质特性的测试装置，属材料的物化性能测试技术领域。
对于可擦写和写一次类型的光盘，用户可以自己把数据写到光盘上。这些数据存储于光盘中的记录介质层中，因此该记录介质的特性，直接影响到光盘的性能。如果记录介质的特性很差，则有可能使用户写入的数据不能正确读出而造成数据丢失。因此在记录介质的研制过程中，必须对有关性能进行测试，测试的性能包括1)记录介质层反射率的均匀性；2)写入或擦除前后的读出信号反差；3)记录介质写、读、擦激光功率及脉宽的测定和优选；4)某点的写擦循环寿命等。然后根据测试结果对记录介质的成份和结构进行改进。
测试介质特性的基本原理是，把一定功率的激光聚焦于测试样片(盘)的记录介质层某点，测定其反射回的光强从而得到该点反射率；接着可以发出一定脉宽、一定功率的激光脉冲，用于写入或擦除，然后再次测定该点反射率。
测试装置中激光束正确聚焦是实现读出写入及擦除的必要前提，即光学头必须将激光准确聚焦在测试样片的记录介质表面。聚焦误差检测的线性范围约25μm，即样片记录面应该落于这一范围内才能启动聚焦闭环控制系统，正确实现聚焦和测试。这就需要线性区自动预搜索，即在光学头聚焦线圈的驱动电路中加偏置电压，促使光学头相对样片上下运动，直至样片记录面落于聚焦误差检测的线性区。已有技术中，用数字伺服芯片进行预搜索的过程是在激励光学头相对盘片作上下运动的过程中，首先探测反射光和信号(见图4)是否达到一定幅值，满足此条件后，接着探测聚焦误差信号是否达到一定幅值，该条件进一步满足后，最后第三步探测聚焦误差信号的过零点(图4中的C点)，于此点切入聚焦闭环控制。上述测试技术的缺点是整个测试装置比较复杂，用简单的通用集成芯片电路几乎不能实现，需采用复杂的专用DSP系统。
本发明的目的是设计一种光盘记录介质特性的测试装置，改进已有技术结构中的预搜索结构，使用通用芯片实现预搜索，以简化测试装置，降低设备成本。
本发明设计的光盘记录介质特性的测试装置，包括物镜及力矩器、λ/4波片，偏振分束镜、准直整形单元、激光器、恒功率控制、脉宽发生、功率发生、聚焦单元、信号探测器、信号处理、聚焦预搜索及控制。恒功率控制使激光器发出一定功率的激光，激光器发出的发散激光束经＂准直整形单元＂作用成为圆形平行光束，遇偏振分束镜后，一个偏振方向的光透射，经λ/4波片后由物镜聚焦至样片，由样片反射回的激光经过物镜，再次通过λ/4波片，偏振方向总共偏转90°，遇偏振分束镜反射，经聚焦单元作用由信号探测器探测其光强及聚焦误差，聚焦预搜索及控制完成聚焦自动预搜后切入聚焦闭环控制，并保持聚焦状态，脉宽发生和功率发生产生一定脉宽和功率的激光脉冲实现写入或擦除。聚焦预搜索及控制由信号生成、判别比较、比例积分微分校正、电子开关、搜索驱动、功率驱动组成，样片记录面和聚焦点位置的差值由信号探测器检测并经信号生成电路处理得到聚焦误差电信号，输入比例积分微分校正，同时作判别比较，若未达到设定阈值，则判别比较输出信号控制电子开关断开，并控制搜索驱动信号生成电路驱动力矩器带动物镜搜索盘片，若达到设定阈值，则控制搜索驱动信号生成电路停止搜索，接通电子开关，比例积分微分校正输出信号作用于力矩器，完成聚焦自动预搜索。
本发明设计的光盘记录介质特性的测试装置，由于准线性区光盘聚焦自动预搜索机制是单一阈值判别，用一比较器即可完成，所以用简单的通用集成芯片电路就可以实现对光盘记录介质特性的测试，降低了测试装置总体制造成本，而且测试操作方便，测试技术易于掌握。
图1是本发明设计的测试装置的结构示意图。
图2和图3是测试装置电路图。
图4是聚焦误差信号和反射光和信号关系图。
图5是准线性区聚焦预搜索及控制系统原理框图。
图6和图7是准线性区聚焦预搜索电路图。
下面结合附图，详细介绍本发明的内容。
图1中，1是被测样片，2是物镜，3是力矩器，4是λ/4波片，5是信号探测器，6是偏振分束镜，7是激光器，恒功率控制使激光器发出一定功率的激光，聚焦预搜索及控制完成聚焦自动预搜后切入聚焦闭环控制，并保持聚焦状态，激光器发出的发散激光束经＂准直整形单元＂作用成为圆形平行光束，遇偏振分束镜后，一个偏振方向的光透射，经λ/4波片由物镜聚焦至样片，由样片反射回的激光经过物镜，再通过λ/4波片，偏振方向总共偏转90°，遇偏振分束镜反射，经聚焦单元作用由信号探测器探测其光强及聚焦误差，基本测试过程如下1)首先由＂恒功率控制＂根据功率探测器探测得到的激光功率大小，反馈控制激光器发出一定功率的激光。
2)接着由＂聚焦预搜索及控制＂完成聚焦自动预搜索功能，切入聚焦闭环控制并保持聚焦状态。
3)读出信号探测器探测样片反射回的激光强度，其信号经＂读出信号处理＂，由＂读出装置＂如电压表读出，其数值代表此时激光聚焦处记录介质的反射率。
4)＂功率发生＂和＂脉宽发生＂在＂触发控制＂的触发下，控制激光器发出一定脉宽、一定功率的激光脉冲，用于写入或擦除。
5)读写入或擦除后的反射率。
6)在水平方向上调节三维工作台实现记录介质不同点的选定。
7)重复以上步骤3～6。
测试装置的电路图如图2和图3所示。根据图2和图3，由运放U1、三极管Q1、电阻器U4组成的恒功率控制电路，控制激光器发出恒定功率的读激光，由运放U4A、U4B、U3A、U3B、U3C、U3D组成的信号处理电路，将信号探测器3探测得到的从样片反射回来的激光光强信号，进行处理放大，其值代表该点的反射率，该反射率由读出装置如电压表读出。在触发控制S1的触发下，由集成片U2A和变阻器R25组成的脉宽发生电路，产生一定脉宽的脉冲信号，其宽度通过调节变阻器R25可调。由三极管Q2、Q3、Q4、Q5、Q6和变阻器R11组成的功率发生电路，通过调整变阻器R11产生一定大小的激光功率驱动电流，并在上述脉冲信号的脉宽时间内作用于激光器，使其发出一定功率、一定脉宽的写入或擦除激光脉冲。
上述测试过程中，准线性区自动预搜索的原理是检测到聚焦误差信号达到一定幅值(如图4中的mn线段或m’n’线段所标示)时，切入闭环控制，虽然该时刻有可能只是接近线性区而并非真正处于线性区(图4中的m和m’点)，但仍然能够可靠实现闭环控制，这也是＂准线性区＂的含义。
图5是聚焦预搜索及控制系统的原理框图。样片记录面位置和光学头激光束焦点位置的差值，通过光学系统得到光强信号，由光电探测器检测转换并经＂信号生成＂电路处理得到聚焦误差电信号，输入给比例微分积分(PID)校正环节，改善系统的幅相特性，驱动光学头中的力矩器，带动物镜跟随样片记录面移动，保持激光束焦点在样片记录面上。＂搜索驱动＂环节用于自动预搜索功能，在＂判别比较＂的控制下产生一定电压波形，激励力矩器带动物镜相对样片上下移动，搜索线性区。
图4中的聚焦误差信号，横坐标是实际聚焦误差，即光学头激光束焦点和样片记录面的相对距离，纵坐标是检测到的聚焦误差电压信号。C点代表焦点，聚焦误差为零。BCD段是线性区，在该范围内聚焦误差信号和实际聚焦误差基本是线性关系；聚焦控制系统应工作在这一范围内，此时控制系统是负反馈，能稳定在焦点，也就是说，在有聚焦误差时，聚焦误差信号(正或负值)经过控制系统校正放大，驱动力矩器带动物镜向减小聚焦误差信号的方向移动，直至聚焦误差信号为零，如图中箭头1和2所示。G点则是伪焦点，FG段是伪焦点区，该区反馈特性与线性区一致，也是负反馈，故控制系统也能稳定在该伪焦点，如图中箭头6所示，但伪焦点只是聚焦误差信号检测光路造成的虚假现象，并非实际焦点，是控制系统需要避免的。至于DEF段及AB段，由曲线方向即可看出，它们的反馈特性与BCD段及FG段相反，是正反馈，控制系统不可能稳定在零点E点及A点，也就是说，在这两段内，如果聚焦误差信号不为零，则聚焦误差信号(正或负值)经过控制系统校正放大，会驱动力矩器带动物镜向增大聚焦误差信号(不一定增大聚焦误差)的方向移动，如图中箭头4、5和3所示。
在准线性区光盘聚焦自动预搜索开始工作时，图5中的＂判别比较＂首先打开S开关，反馈控制系统不工作；接着指令＂搜索驱动＂产生搜索波形，驱动力矩器带动物镜相对样片上下移动；同时＂判别比较＂检测聚焦误差信号是否达到一定的幅值，比如小于图1中mn线段的标示的负值或大于m’n’线段所标示的正值，一旦该条件满足，则指令＂搜索驱动＂停止工作，并闭合S开关，启动反馈控制系统。以图1中mn线段所标示阈值为例，因为仅检测聚焦误差信号是否小于该负值，而不参照此时物镜的移动方向是靠近或远离样片，所以该条件满足时有可能是n点或m点。如果是位于线性区BCD段内的n点，则于该点启动反馈控制系统当然没有问题，如果是位于线性区外AB段内的m点，则由于AB段是正反馈特性，m点的聚焦误差信号会驱动力矩器带动物镜向B点移动，此时虽然聚焦误差信号增大，但实际聚焦误差减小。到达B点后，B点的聚焦误差信号会驱动力矩器带动物镜进一步移动而进入线性区BCD段，从而也可正确实现聚焦控制。如果以图1中m’n’线段所标示的正值作为判断阈值，则情况类似。
准线性区光盘聚焦自动预搜索机制中，聚焦信号触发阈值(图4中mn或m’n’线段示意)的大小设定原则是，小于线性区最大峰值(图4中B、D点示意)，保证在线性区或准线性区得到触发，同时大于伪焦点区最大峰值(图4中F点示意)，保证不会在伪焦点区导致误触发。
图6和图7是准线性区聚焦预搜索及控制的电路图。＂聚焦误差信号生成＂部分的运放U4C对图3中＂信号处理＂电路预放大得到的F1和F2两个聚焦信号作相减运算，得到聚焦误差信号。聚焦误差信号一方面输入由运放U4D及外围阻容电路组成的＂PID校正＂电路，另一方面由运放U12A组成的＂判别比较＂与变阻器R37设定的阈值比较，判定其幅值是否达到设定阈值。如果不到设定阈值，则＂判别比较＂部分输出信号控制电子开关S2断开，同时控制＂搜索驱动信号生成电路＂，由计数芯片U10、U11和D/A转换芯片U5对集成芯片U7发出的方波进行计数转换并将计数值转换成模拟信号，该模拟信号由U9B、U9C、U9D、U8B组成的外围电路生成三角波。驱动信号通过驱动芯片U6驱动力矩器带动物镜搜索盘片记录面；如果到达设定阈值，则控制＂搜索驱动信号生成电路＂通过驱动芯片U6保持输出幅值，同时接通电子开关，使＂PID校正＂输出信号作用于力矩器而进入闭环控制，保持聚焦状态。
本发明的光盘记录介质特性测试装置，可以直接用于测试磁光盘反射率均匀性。如果对本发明的光学系统增加磁光特性写入和检测，电路部分增加相应的控制和处理功能，则还可测试磁光盘的其它特性。尤其是本发明的准线性区聚焦预搜索方法适用于测试磁光盘的磁光特性。
对于动态测试，只需要增加光盘夹持装置、主轴电机及其控制电路、轨道跟踪电路和相应的写入、读出控制处理电路，即可测试光盘的动态性能。本发明的准线性区聚焦预搜索方法也同样适用。
权利要求
1.一种光盘记录介质特性的测试装置，该装置包括物镜及力矩器、λ/4波片，偏振分束镜、准直整形单元、激光器、恒功率控制、脉宽发生、功率发生、聚焦单元、信号探测器、信号处理，其特征在于还包括聚焦预搜索及控制；恒功率控制使激光器发出一定功率的激光，激光器发出的发散激光束经＂准直整形单元＂作用成为圆形平行光束，遇偏振分束镜后，一个偏振方向的光透射，经λ/4波片后由物镜聚焦至样片，由样片反射回的激光经过物镜，再次通过λ/4波片，偏振方向总共偏转90°，遇偏振分束镜反射，经聚焦单元作用由信号探测器探测其光强及聚焦误差，聚焦预搜索及控制完成聚焦自动预搜后切入聚焦闭环控制，并保持聚焦状态，脉宽发生和功率发生产生一定脉宽和功率的激光脉冲实现写入或擦除；所述的聚焦预搜索及控制由信号生成、判别比较、比例积分微分校正、电子开关、搜索驱动、功率驱动组成，样片记录面和聚焦点位置的差值由信号探测器检测并经信号生成电路处理得到聚焦误差电信号，输入比例积分微分校正，同时作判别比较，若未达到设定阈值，则判别比较输出信号控制电子开关断开，并控制搜索驱动信号生成电路驱动力矩器带动物镜搜索盘片；若达到设定阈值，则控制搜索驱动信号生成电路停止搜索，接通电子开关，比例积分微分校正输出信号作用于力矩器，完成聚焦自动预搜索。
全文摘要
本发明涉及一种光盘记录介质特性的测试装置,该装置由物镜及力矩器、光路系统、激光器、恒功率控制、脉宽发生、功率发生、信号探测器以及聚焦预搜索及控制组成。一定功率的激光聚焦于测试样片的记录介质层某点,测定其反射回的光强从而得到该点反射率,再发出一定脉宽、功率的激光脉冲,用于写入或擦除,测定该点的反射率。本发明装置使用准线性区光盘聚焦自动预搜索机制,由简单的通用集成芯片电路即可完成测试,因而成本低,测试方便。
文档编号G11B20/18GK1178980SQ97119089
公开日1998年4月15日 申请日期1997年10月24日 优先权日1997年10月24日
发明者徐端颐, 蔡忠平, 潘龙法 申请人:清华大学