CN1279516C - 质量测试设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了用于光盘的质量测试设备，这种光盘以螺旋形或者环形图案的形式存储可光学读取的信息，该螺旋形或环形图案定义多个基本同心的轨道(3)。该设备具有激光光源(21)和驱动机构(22)，将激光束点从激光光源投到光盘的表面，并且沿径向跨越至少一些轨道在一部分光盘表面上移动激光束点。光探测器(21)探测所投射的激光束点在移动中的反射。该光探测器(21)产生与该移动激光束点跨越各个轨道的路径有关的、随时间变化的测量信号(HF)。处理设备(40)测量了光盘的选定部分的信号振幅，并提供了包括关键参数的输出，该参数例如是对于坑和脊的环形图案中的对称性和相关信号强度。

Description

质量测试设备和方法
技术领域
总体来说，本发明涉及用于光学数据载体的测试设备，更具体地说是涉及用于测量通过读取不同轨道接收到的振幅参数的设备和方法，该设备用于一种光盘，这种光盘以螺旋形或者环形图案的形式存储可通过光学方式读取的信息，该螺旋形或环形图案定义了多个基本上同心的轨道。
现有技术的描述
光学数据载体用于存储大量的数字信息，该数字信息比如是代表音乐、图像或者用于计算机的数字数据，例如程序文件和数据文件。最常见类型的光学数据载体是密致盘，密致盘可以有几种不同的数据格式，在这些数据格式中CD-Audio、CD-ROM、CD-ROM XA、CD-I、CD-R和CD-RW是最常见的。在几十年前就建立了用于密致盘的标准，并且自从那时起就一直使用。在最近几年里，制造了更复杂类型的光学数据载体；DVD(数字通用盘)和SACD(超级音频CD)。
上述密致盘的一个共同特征是它们都在一个较小的表面上存储了大量的信息。通过激光束以很高的准确度读取该数字信息，尽管可以根据纠错编码方法将该信息存储在密致盘上，但密致盘的生产商和经销商仍然非常希望在密致盘的生产中进行质量测试。对于CD必须执行Philips和Sony所制定的规格，而对于DVD必须执行DVD组制定的规格，从而确保在密致盘中出现的错误和缺陷最少，这些错误和缺陷出现在信息承载层中。
当检查密致盘质量时，测量和登记了各种各样的参数，既有物理参数(例如偏斜度、偏心度、串扰等)，又有逻辑误差(各种位错误率、块错误率和脉冲串错误率)。其它重要的参数是密致盘透明塑料层中的双折射度和所谓抖动，即当读取或者播放该密致盘时获得的信号统计的随时间的变化。此外，与光盘质量相关的一个重要参数是当读取该光盘时获取的信号振幅。
众所周知，一张普通音频CD是基于大约1.2mm厚、具有12cm直径的塑料盘。该塑料盘通常被制成透明聚碳酸酯塑料的注入成模的片。在制造过程中，塑料盘被印制上一些微小的凸点(bump)，这些凸点被排列成一个单独连续的、代表存储在CD中信息的螺旋形图案。使用一个压模来印制该螺旋形图案的微小凸点。在形成聚碳酸酯透明盘时，将一个薄的反射的铝层溅射到该盘上，从而覆盖所述螺旋形图案的凸点。然后，将一个薄的光敏聚合物层加到铝层上用于保护。最后，将CD标签印到光敏聚合物层上。
螺旋形图案的凸点通常被称为坑，这是因为当从铝层看时它们表现的是坑的形状。在相邻坑之间的区域通常被称为脊或者平面区。
每一圈或周的连续螺旋形图案基本上构成一个圆形的轨道，该轨道与以后各圈或周的螺旋形图案是同心的。因此，尽管该圆形轨道事实上是以一个单个连续的螺旋形图案联系在一起，但CD通常被描述为具有多个圆形轨道。一张CD有大约22,000个轨道，而一张DVD有大约50,000个轨道。
附图1图示了一张CD或DVD光盘1，具有一个单独连续的螺旋形图案2的坑和平面区。如上所述，该螺旋形图案构成多个基本上同心的圆形轨道3。该光盘1有一个中心开口5用于与驱动转轴接合从而旋转光盘1。
附图2详细图示了几个轨道。坑(或凸点)如6所示，因而中间的平面区(或脊)如7所示。
如上所述，制造CD时使用了压模。一张主盘是压模的几何数据源，可以通过将一个薄层的光刻胶或者其它可擦除材料施加到玻璃盘上来制成主盘。控制设备沿半径方向从玻璃盘的中心持续移动到它的外围，从而以一种图案将该光刻胶层曝光，该图案对应于最终产品(即该CD)中需要的螺旋形图案的坑和平面区。很明显，将该坑从光盘的脊中清晰地分辨出来是非常重要的。更具体地说，当读取光盘时需要正确地识别具有不同尺寸的坑。
由于并未为了读取而优化该压模的坑，所以当读取压模时生成的HF-信号不同于最终的光盘的HF-信号。
当生产光盘时，关于在压模和盘之间如何影响坑结构每一条生产线都有其自己的特点。因此，不同生产线之间的信号输出关系存在差异。对于CD而言，具有关于信号电平的规格。由于上述的不同生产线的特征很难建立一个标准，所以没有对应的压模标准。因此很难通过仅仅检查压模来预见当读取制作的盘时得到的信号电平。
因此，很需要能够测试出对于光盘的正确读取而言太弱的信号电平。
现在，读取整盘从而测量与不同坑长度相联系的信号电平。特别关注的是所谓的I3和I11电平。一旦I3和I11电平太低，由于很难实现正确读取光盘上所存储的信息，所以将会出现解码问题。
发明概述
本发明寻求提供一种快速自动的方法，用于测量与光盘中不同坑尺寸有关的信号振幅参数。
根据已公开的独立的专利权利要求，该目标已经通过一种设备和方法实现。
根据一个优选实施例，提供了一个用于光盘的质量测试设备，该光盘以限定了多个基本上同心轨道的螺旋形或者环形图案的形式存储可通过光学方式读取的信息。该设备具有一个激光光源和一个驱动机构，该设备将激光束点从激光光源投射到光盘的表面。此外该驱动机构导致该投射的激光束点沿半径方向在光盘表面上移动，并跨越这些轨道。放置一个光探测器以探测所投射的激光束点在移动中发生的反射或者第一级衍射。该激光探测器产生一个随时间变化的测量信号，该信号与该移动激光束点跨越各个轨道的路径有关。一个处理设备或者控制器，例如具有相关软件的微处理器(CPU)，确定了在每一个瞬时该测量信号的振幅，并且作为回应提供了一个表示关键参数的输出，该参数例如用于环形图案中坑和脊的对称性和相关信号强度。
从下面的优选实施例的详细介绍中，其它目标、特征和优点将更清晰地表现出来。
附图简述
参照附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1是说明光盘和形成多个同心轨道的连续螺旋形图案的示意性图解。
图2是图1中光盘上几个轨道的一小部分区域的示意性图解。
图3是根据本发明用于光盘的质量测试设备的示意性框图。
图4图解了在处理链中不同时刻期间该测量信号的图形。
图5图解了一束径向扫描测试原理，该原理将与本发明的优选实施例结合使用。
图6是根据本发明的质量测试方法的一个示意性流程框图。
详细描述
图3根据一个优选实施例给出了质量测试设备的概览。盘驱动器9、10用于以转轴马达9和可旋转轴10的形式在图3中11所示的方向上旋转光盘1，该过程采取了一种该技术领域内众所周知的方式。将一个激光扫描单元20放置在接近于光盘1的一个表面的位置，并且该激光扫描单元可以在光盘1的径向上移动，如在图3中由12表示。激光扫描单元20以一个径向上的扫描激光束照射光盘1表面，测试来自该光盘表面的反射，生成一个随时间变化的测量信号作为回应并且提供该信号，该信号在附图中被标记为HF——高频。在径向扫描过程中，通过盘驱动器(转轴马达9和转轴10)使光盘1保持旋转。
如上所述，激光扫描单元20包括机械驱动装置22，该装置用于驱动激光扫描单元20的光学组件或者光学读取设备21在光盘1的图3中所示的方向12上沿光盘表面径向移动。然而，这种机械驱动机构22本身在该技术领域内是众所周知的，因此对于技术人员而言，剩下只需要根据实际应用来选择合适的机械和电力部件(例如电动机和机械承载装置)。从本质上讲，任何设备都是适合的，只要该设备能够驱动激光扫描单元20的光学部件21以高精度在所需要的径向上移动。此外，激光源可以在大量的市场上可得到的部件中选择，并且可以在需要的波长范围工作，例如在大约800nm波长。
从图4a中可以看出，来自激光扫描单元20的随时间变化的输出信号HF包括两个主要信号成分。第一、低频、包络信号是当激光扫描单元20沿着跨越光盘1的轨道的表面上进行径向运动时，由激光扫描单元20投射点的反射束的强度变化而产生的。当该点在坑6的中心时，反射束的强度最小，当该点处于相邻坑6之间或者轨道3之间的中间平坦区域的中心时，反射束的强度将最大。
第二、高频、信息信号是由轨道3中存在的实际坑6和脊7区域的吸收和反射产生的。
该高频信息信号被低频包络信号进行AM调制，这一点可以从图4a中看出。该调制的特殊性在于：高频信息信号并没有被低频信号对称地调制，而是对于振幅有一个几乎固定的上限401和一个由包络信号调制的较低的振幅限制402。
图5是对于生成该复合HF-信号的根本原理的更加详细的描述。当激光扫描单元20的径向扫描装置沿光盘1表面的径向54移动光学读取设备21时，从激光扫描单元20中生成的输出信号HF将包括两个主要的正弦信号成分，该成分可以在图4a和图5中找到。如上所述，每当扫描激光束经过坑6中心时，该低频包络信号将达到局部最小值，并且当激光束经过相邻坑6之间的脊时，该低频包络信号将达到局部最大值。在跨越轨道的路径中，包络信号将对上面提到的在经过坑和脊区域产生的高频信号进行调幅。由于激光点具有比实际轨道3更长的直径，因此当点在两个相邻轨道3之间经过时将产生不相关的高频信号，即该高频信号将包括来自两个相邻轨道3的信息。
在上下文中很容易理解：轨道速度，即当盘1旋转时坑经过读取设备21的速度远远大于当激光扫描单元20在盘1的径向上移动时的速度(即径向扫描速度)。通过这个速度上的差异，读取设备21将可以聚焦于轨道3足够长的时间从而测试一系列的坑和脊。因此，检测到的坑数量将依赖于半径扫描速度和轨道速度而变化。在一个优选实施例中，一系列(5到20个)坑将足够进行下述的测量过程。
在优选实施例中，在进行进一步的处理之前，该复合信号被采样并且通过模数转换器(ADC)30转换成数字形式。通过这样处理，由于复合信号的后续处理可以更加容易地在数字域进行而不是在模拟域中进行，并且由于新的函数和计算算法可以在没有硬件改变的情况下在数字域实现，所以增强了系统的灵活性。
在处理设备40中接收到复合信号，该处理设备包含控制器41、RAM存储器45a、ROM存储器45b和硬盘驱动器45c，如在图3中所示。控制器41还连接到例如键盘46和鼠标47的输入设备上，同时还被连接到例如显示器48的输出设备上。如将在下面详细描述的，通过执行存储在存储器45a、45b或者45c中任意一个存储器里的程序指令，控制器41将以一种优选实施方案执行一个质量测试算法。该质量测试算法将根据由激光扫描单元20获得的随时间变化的测量信号(HF)来确定一个对于振幅参数的、关于光盘1质量的测量值。
控制器41可以由任何一种市场上可得到的微处理器来实现。可替换的方案是，其他适合的电子逻辑电路例如专用集成电路(ASIC)或者现场可编程门阵列(FPGA)可以代替控制器41。相应地，存储器45a、45b、45c，输入设备46、47和输出设备48都可以由商业上可得到的部件实现，在此不再详述。
为了清楚起见，下述的质量测试算法将被分成不同的功能块。然而应该强调的是，这些功能块可以通过软件实现，也同样可以通过硬件实现。
为了实现正确测量，光盘1的旋转速度必须适应于光学读取设备21的径向位置。这是因为当光学读取设备21从盘1中心向外移动时，坑以更快的速度经过光学读取设备(坑的切线速度等于盘旋转速度乘上半径)。作为一个可替换方案，由于切线速度和径向位置之间的关系已知，所以处理设备40可以随之补偿从不同径向位置读取时产生的影响。
来自ADC30的信号被传送到选择块42，在该块里，相关信息信号部分被从复合信号中提取出来。因为信号包络提供了关于激光点是投射在轨道3的中心还是在两个轨道3中间的某个地方(即脊)的信息，所以选择块42可以定义一个时间窗口，相关的信息存于其中。图4a图示了复合信号，在该复合信号中，与单个轨道相联系的相关信息存在于由包络信号定义的一系列时隙tR1-tRi中。由时隙tN1-tNi定义的该信号剩下的部分包括混合来自两个相邻轨道的信息的信号信息，即没有相关信息存在于这部分信号中。
在选择块42处理之后，信号的形式是如图4b所示的形式。时隙tN可以被用于对存在于时隙tR中的复合信号进行后续的处理和评估，如图4b所示。在这里需要强调的是相关信号部分的选择既可以在模拟域又可以在数字域进行。作为在模拟域中进行的实例，一个可控制的开关可以在将信号送入ADC30之前选择信号的相关部分。
下一个块，测量块43从选择块42中接收相关信号信息的序列。为了简化该相关信号部分的信号电平的测量，在信息信号中应用一个逆包络函数(inverse envelope function)。通过这一过程，在时隙tR中的信号电平将具有独立于在时隙中进行测量的位置的相同参考电压。图4c表示了经过包络补偿之后的相关信号信息。在这里应当理解：根据优选实施例的图4a-4c图示的信号是二进制数的形式，这是因为从模拟域到数字域的转换是在处理该信号之前进行的。然而为了清楚起见，该信号是作为模拟信号示出的。
在包络补偿之后，处理设备40通过在每一瞬时检查被采样的和补偿的信息信号的值来测量信号振幅。该信息信号最好存放在RAM存储器45a和硬盘45c中。
在处理设备中的一个识别块44确定由坑或者在长度为3T、11T或14T(DVD)级别的坑之间的距离所产生的I3或I11的信号成分是否存在于实际时隙tR中。为了产生比例I3/ITOP和I11/ITOP，还确定了最大值ITOP。该信号电平I3/ITOP和I11/ITOP是基于超过一个时隙的信息。
根据下述公式确定与该信号的中点电平有关的I3或I11信号电平的对称性：(I3MID-I11MID)/I11。如果I3或I11信号的中点电平相同，可得对称性＝0。一旦信号对称性太差就会出现解码问题，因此信号对称性很重要。
参考图6，在优选实施例中，对图3中的控制器41进行编程，通过读取存储在存储器45a、45b或者45c中任意一个存储器中的一套程序指令并且顺序地执行程序指令，从而执行一个质量测试算法。在图6的流程图中，如上所述，引导步骤60、62和64代表了由激光扫描单元20和模数转换器30执行的操作。
接下来，在步骤66中，选择块42将检查复合信号并且确定激光点是聚焦在轨道上还是在两个相邻轨道之间。对复合信号进行的低通滤波将阻挡信息信号并使包络信号通过，从而从复合信号中提取出包络信号。通过检查例如包络信号的导数，选择块42能够确定包络信号是否在它的最小值，在该最小值处找到相关高频信息。由于包络信号的频率是常数，或者至少为已知，所以选择块42能够将一个窗口函数应用到复合信号中，这将在最小值附近选择该复合信号的一部分。
在步骤68中，复合测量信号的选择部分被提供给测量块43，该块将检查被采样的和模数转换的信号从而确定每一瞬时的信号振幅。通过将一个逆包络信号加到该信号的已选择部分以用于简化I3、I11和ITOP信号电平的检测，从而开始了信息信号的处理。
然后，在步骤70中，测量块43将在信息信号中发现的关于不同振幅值的信息提供给识别块44。如上所述，该振幅值直接对应于轨道3中发现的不同的坑长度。于是，识别块44识别该序列中发现的不同振幅值。
在步骤72中，识别块44确定在该序列中是否存在I3、I11或ITOP成分值。在优选实施例中，识别块使用来自一个或者多个序列的坑和脊的信息，即来自多于一个轨道的信息。
如果识别模块44确定在序列中不存在I3、I11或ITOP成分值，则执行返回到步骤62的开始处。另一方面，如果在该序列中发现任意相关振幅值，则一个计算块49计算I3/ITOP和I11/ITOP的值。该计算块49还测试I3和I11的值，从而确定信号对于一个公共偏磁电平而言是否对称。如果信号并不呈现出对称性，则控制器40将在步骤74产生一个警报或者通过例如显示器48提供另一种输出。可替换的方案是，控制器40也可以简单地将所有这些测试的对称性错误和其他输出数据记录到硬盘42中用于后续的离线使用。
尽管上面的描述涉及一种具有单个连续的螺旋形图案的坑和平面区域的光盘，基本上形成了很多同心互连的轨道，但是可以预见的是：本发明也可以应在其他的、不包含单个螺旋形图案而是多个不相连的圆形或者环形信息轨道的光学媒质。
还能预见的是：本发明的质量测试方法可以包括计算机程序产品，该产品以一种计算机可读的形式存储在适当的记录媒质中(例如光盘或磁光盘、磁硬盘、电子存储器)和/或作为光、电或者电磁信号在计算机化的网络中传输，该产品包括多条程序指令，当该指令被计算机读取和执行时将会执行根据本发明的方法。
参照优选实施例已经在上面描述了本发明。然而，其他区别于上述实施例的实施例同样有可能落入本发明的范围之内，正如在附带的专利权利要求书中所限定的。

Claims (17)

1.用于一种光盘(1)的信号质量测试设备，这种光盘(1)以螺旋形或者环形图案(2)的形式存储通过光学方式读取的信息，该螺旋形或者环形图案(2)定义了多个同心轨道(3)，
其特征在于：
光学读取设备(21)；
驱动机构(22)，该驱动机构适用于将光学读取设备(21)沿径向在光盘(1)表面的一部分上移动，并且跨越至少一些所述轨道(3)；
处理设备(40)，该处理设备适用于选择一部分从所述光学读取设备接收到的随时间变化的测量信号，所述测量信号与移动的光学读取设备跨越各个轨道的路径有关，并且其中该处理设备(40)适用于在所述部分中测量信号振幅。
2.根据权利要求1所述的信号质量测试设备，其中在所述部分中测量信号振幅，从而识别在所述轨道中与所述信号信息相关的至少一个信号模式。
3.根据权利要求1所述的信号质量测试设备，其中处理设备(40)从模数转换器(30)中接收测量信号，该模数转换器连接在光学读取设备(21)和处理设备之间。
4.根据权利要求1所述的信号质量测试设备，其中处理设备进一步包括用于存储程序指令和/或测量数据的存储装置(45a，b，c)。
5.根据权利要求1所述的信号质量测试设备，其中所述处理设备(40)包括现场可编程门阵列形式的控制器(41)。
6.根据权利要求1所述的信号质量测试设备，其中所述处理设备(40)包括专用集成电路形式的控制器(41)。
7.根据权利要求1所述的质量测试设备，其中所述处理设备(40)包括微处理器形式的控制器(41)。
8.用于测试一种光盘(1)的信号质量的方法，这种光盘(1)以螺旋形或者环形图案(2)的形式存储通过光学方式读取的信息，该螺旋形或者环形图案(2)定义了多个同心轨道(3)，
其特征在于下述步骤：
使光学读取设备(21)沿径向跨越至少一些所述轨道(3)对光盘(1)表面的至少一部分进行扫描(60)；
产生(64)一个随时间变化的测量信号，该信号与该光学读取设备跨越各个轨道的路径有关；
选择(66)至少一部分测量信号，该测量信号包括与单个轨道有关的信息；并且
在所述部分中测量(68)信号振幅。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括步骤：从在所述部分中测量得到的信号振幅中识别(70)出与所述轨道中的信息相关的至少一个位模式。
10.根据权利要求8所述的方法，其中测量信号的所述部分被用来补偿与径向扫描有关的影响。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述补偿包括将一个逆包络信号加到(68)该测量信号上的步骤。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述位模式至少为第一I3位模式。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述位模式至少为第一I11或I14位模式。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述位模式至少为第一ITOP位模式。
15.根据权利要求8所述的方法，其中进行径向扫描的速度低于轨道速度。
16.根据权利要求8所述的方法，进一步包括计算I3/ITOP和I11/ITOP的比值的步骤。
17.根据权利要求8所述的方法，进一步包括确定I3和I11信号成分的对称水平的步骤。
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