光盘轴向机械动态特性测量方法的研究

　　1　引　　言

　　光盘轴向机械动态特性主要是指在工作状态下光盘的轴向偏摆和轴向加速度。光盘的轴向机械特性和光盘机聚焦伺服系统密切相关,是光盘标准中的重要内容。光盘系统的性能可通过提高系统转速得到有效改进,因此光盘系统的转速提高得很快。在光盘记录密度和系统转速提高的前提下,为保证光盘的可换性,必须对光盘的机械特性(这里特指光盘的轴向机械特性)提出更高的要求。因此,ISO制定的各类光盘标准都用特定的篇幅,对各类光盘的机械特性作了明确规定。

　　国外许多著名公司和研究机构非常重视对光盘机械特性测试方法和仪器的研究与开发。SPIE、IEICE收录了不少测量光盘机械特性的仪器和测试原理的文献[1～3]。九五期间,笔者承担了国家重点科技攻关项目“超高密度超大容量磁光盘产业化关键技术研究”子项目“磁光盘机械特性测试系统”的研究和开发任务。在该系统的研发过程中,发现关于光盘轴向机械特性缺乏系统的理论性的分析,因此对各种测量方法优缺点的分析难以令人信服;为此根据聚焦伺服系统和光盘轴向机械特性的关系,分析了轴向偏摆的构成,建立了完备的数学模型,据此提出了全新的测量方法。

　　2　测试对象的讨论

　　轴向偏摆(Axial Deflection)是指光盘记录层的轴向偏差。国际标准规定:轴向偏摆是在指定的转速下,光盘记录层信息区内任一点在参考平面法线方向上对其名义位置的偏差[1]。通常情况下,轴向偏摆在数百微米的范围。轴向偏摆大小实际决定了聚焦伺服系统的跟踪范围。

　　轴向加速度(Axial Acceleration)是由参考伺服系统来定义的。例如,国际标准ISO/IEC DIS 15041:1996(E)(以下简称为“标准”)针对650MB 3.5’磁光盘,规定用以下伺服系统来定义其轴向加速度:

　　因此,合格光盘轴向加速度规定了光盘记录层的轴向偏摆的突变应小于参考伺服系统的瞬态响应范围。

　　当前还没有直接测量光盘轴向加速度的方法,光盘轴向加速度都是通过轴向偏摆对时间求二阶导数导出的,所以轴向偏摆的测量精度就显得尤为重要。因此,下面将建立轴向偏摆的数学模型并分析各种测量方法的精度。

　　3　数学模型的建立

　　根据光盘轴向偏摆的定义,轴向偏摆dH主要来源于以下因素:光盘基片厚度hs均匀性偏差、光盘基片折射率n偏差以及光入射面与基准面夹角θ的偏差[5]。即:

　　首先分析基片厚度hs及基片折射率n的变化对光盘轴向偏摆H的影响。由折射率公式并根据图1所示的基本几何关系[4],易得如下公式: