CN101116140A - 补偿功率输出随时间变化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

提供了一种补偿系统(100)中激光器功率输出随时间变化的方法，该系统利用激光器(130)在光盘(102)上记录可见标记。该方法包括(a)将来自激光器(130)的测试光束(132)施加到光盘(102)上，以确定光学参数的测试值(158)，(b)为该光学参数确定测试值(158)与预定的参考值(234)之间的差异(236)，和(c)调整激光器功率输出以补偿该差异(236)。提供了一种补偿激光器功率输出随时间变化的装置，该装置包括(a)激光器(130)，其用于将测试光束(132)施加到光盘(106)上，以确定光学参数的测试值(158)，(b)检测器(156)，其与激光器功率输出相关联，用于感测该光学参数的测试值(158)，(c)处理器(159)，其耦合到检测器(158)用于确定光学参数的测试值(158)与预定的参考值(234)之间的差异(236)，以及(d)控制器(118)，其耦合到处理器(159)用于调整激光器的功率输出(132)以补偿该差异(236)。

Description

补偿功率输出随时间变化的方法和装置

背景技术

近年来，已经开发了许多能够利用低功率激光器在介质上产生图像的装置和方法。这些激光器被用来在光存储盘，例如CD，DVD等，的数据面上读写数据。典型地，随着盘的转动各种不同类型的数据被写到盘的数据面。可以通过在记录介质上作表示一或者零的标记来记录数据。为了产生精确定位并且具有便于检测的陡沿的按需塑造的标记，采用了各种不同的数据记录策略。

数据盘的数据面的反面常用于手写或者贴上或标记与记录的数据相应的描述和说明的标签。最近，已经开发了利用激光在光盘的非数据面生成标签的装置和方法，其中所用激光与在盘的数据面上读写数字或电子数据所采用的激光相同。参考美国专利申请公开No.2003/0108708(Anderson等)，其中公开了激光敏感材料在盘标签上的应用，其中激光敏感材料在光和热的作用下发生化学反应，结果在标签上引起颜色和明暗的改变。

在使用光盘驱动器的盘的任一面上作标记的过程中，通过与激光器相关的光学器件上的灰尘堆积或污染积累，激光器的功率输出会随着时间而变小。由于老化引起的激光器输出端或前端传感器的磨损，有效激光器功率输出也会随时间变小。结果，使用过程中，在工厂利用前感测二极管电压校准和设置的初始激光器功率输出会严重减小。激光器功率输出端的一些磨损不能被前感测二极管检测出来，因为其在光学器件处理激光束之前测量离开激光器的功率。此外，用于检测激光器功率输出反射的光电检测器的输出会由于温度变化而发生畸变或失真。

在盘的标签面作标记，采用Anderson申请中描述的技术，优化标签上的化学性质以便在写激光束的波长吸收尽可能多的光。结果，写激光频率处的光的反射率很小，并且写入和非写入区域之间的反射率的变化可能比检测电路的噪声电平还要低。相应地，由于非写入介质与写入介质之间的低对比度，很难在标签记录介质上校准光功率。

目前校准激光器功率输出的一种方法是测量利用介质的标记过程对介质进行正确标记所需要的功率。然后在驱动器工厂重复该功率测量方法，并且每个驱动器都调至由介质确定的功率以便正确标记。这种方法依赖于这两种功率测量之间的有效的相关性，但有时候情况并非如此。此外，这种方法并不涉及测量现场所作的标记以确定是否达到有效的光密度。

发明内容

一种补偿系统中激光器功率输出随时间变化的方法，其中该系统利用激光器在光盘上记录可见标记，该方法包括(a)将来自激光器的测试光束施加到光盘上，以确定光学参数的测试值，(b)确定该光学参数的测试值和预定的参考值之间的差异，和(c)调整激光器功率输出以补偿该差异。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的激光写和检测系统的示意图；

图2是图1所示框图的局部示意图；

图3是结合本发明的实施例使用的光盘的平面图；

图4是结合本发明的实施例使用的模数转换器电路的示意图；

图5是结合本发明的实施例使用的用于准备参考数据的方法的流程图；

图6是结合本发明的实施例使用的调整激光器功率输出的方法的流程图；

图7是利用前端二极管参数调整激光器功率输出的方法的流程图；

图8是利用校正因子调整前感测二极管参数的方法的流程图。

具体实施方式

现在将参考如附图所示的示例性实施例，并且这里将使用特定的语言来描述相同的实施例。然而，需要理解的是并不因此打算限制本发明的范围。具有本公开物的相关领域技术人员将想到此处所述发明特征的改变和进一步修改以及此处所述发明的原理的其他应用，这些也将包含在本发明的范围之内。

在本发明的一个实施例中，使用激光器在与光盘的数据面相反的盘的标签面上提供图像。该激光器最初在生产过程中经过校准以提供具有合适光密度的图像。在使用过程中，为了提供合适的图像，前感测二极管(front sense diode)检测激光器光束输出并且提供反馈以调整激光器功率输出。然而，激光器下游的光学元件会因灰尘或材料磨损而变脏，从而减少到达记录介质的光量。本发明的该实施例提供了测量到达该记录介质的光量和按需调整激光器以为标签图象保持合适的光密度的方法和装置。

激光器可以通过将激光束指向光盘上的镜像带(mirror band)而校准。反射光被检测并与该带的已知的反射率值相比较。产生代表反射光与已知反射率值之间差异的数据。然后响应于该差异数据按需要增加激光器功率输出，以便将到达光盘的激光保持在所需的水平。

激光系统

图1和2示出了根据本发明的一个实施例的数据存储装置100，其中利用激光器130来读取和/或写入光盘102。更具体地，利用数据存储装置100来读取和/或写入光盘102的光学可写数据面104。数据写入操作完成后，为了标识和标注光盘102，将光盘反转，使得光盘的标签面106可被写入。光学拾取单元(OPU)110提供能量束、透镜以及提供能量射束所需的其他装置用于对介质进行读写，如下面解释的。

存储装置100包括主轴电动机112和轴114，其用于旋转光盘102。具体地，光盘102放置在轴114上，该轴被主轴电动机112旋转或移动到由输入控制信号116所指定的位置。控制器118给主轴电动机112提供控制信号116，该控制器可包括控制硬件和/或软件。

存储装置100进一步包括滑板电动机(sled motor)120和滑板轨道(sled rail)122，其用于移动支撑OPU110的滑板(未示出)。具体地，OPU110位于该滑板上，该滑板在滑板轨道122上由滑板电动机120移动到由来自控制器118的滑板控制信号124所指定的给定位置。

OPU110在光盘102的标签面106上写入和读取标签数据。在一个实施例中，轴114旋转光盘102，与此同时标签数据被写入光盘102。滑板使得OPU110沿径向移动，因此标签数据是按径向增长被写入，其可能构成或不构成光盘102上的轨道。本发明的不同实施例中移动轴114和滑板使得OPU110写入标签数据的方式可能会改变。在共同未决的美国专利申请编号为No.10/898392，2004年7月23目申请，题为“TrackLabeling On a Medium”，以及在共同未决的美国专利申请编号为No.10/867436，2004年6月14日申请，题为“Detecting Radius Of OpticallyWritable Label Side of Optical Disc At Which Markings Have Not BeenWritten.”的申请中给出了这种标签写操作的例子。

再次参考图1，控制器118产生激光器控制信号127到激光器二极管驱动器128，以驱动OPU110。跟踪音圈160连接到精细调整装置162，以对滑板和滑板电动机120的跟踪操作做小调整。同心轨道，如在光盘102的数据面104上所用的，不一定在标签面106上需要。另外，滑板可以小的增量移动，例如大约150微米步长，以提供所需要的图像标记。聚焦致动器164与透镜142关联，以按照需要调整透镜142的焦距。跟踪控制信号166从控制器118传到跟踪音圈160。聚焦控制信号170从控制器118传到聚焦致动器164。

接着，参考图2，更为详细地示出了OPU110。激光器130被布置用于产生光束132，该光束传到透镜134，使得发散的光束变成基本准直光束。该光束132然后传到分色镜136，该分色镜使得一部分光束被反射，然后穿过偏振光束分光器140。光束132的剩余部分穿过分色镜136到达前感测二极管138，该二极管感测光束132的强度。在穿过偏振光束分光器140后，光束132被引导穿过四分之一波片141和聚焦透镜142，以在光盘102的标签面106上写。

该四分之一波片141从激光器(P偏振)接收线性偏振光，并将其转换到圆偏振光。该圆偏振光从盘102上反射并被该四分之一波片141变回线性偏振光(S偏振)。得到的光在激光器发出的原始光的90度偏振方向上。这允许返回的S偏振光能被该偏振光束分光器140反射。该四分之一波片141允许该光束分光器140按如下所述操作。

在产生用于校准的参考数据的过程中，激光器130再次产生穿过透镜134的光束132，该透镜将光束132改变成基本准直光束。光束132穿过分色镜136和偏振光束分光器140照射到光束132先前写到标签面106上的图像。从光盘102的该标签面106上得到的反射光返回穿过透镜142和四分之一波片141到达偏振光束分光器140。该反射束153的一部分经反射被四个光检测器156截获。该光检测器156产生SUM信号158并将其传送至处理器159，如图1所示。该SUM信号相当于从该光盘表面106上反射的光。

在标签写入操作中，该激光器130可反射波长约为780纳米的光束，以便有效地与介质上的化学物质相互作用，并引起图像标记的发生。该聚焦致动器164和跟踪音圈160用于在光盘102的数据面104写入数据。在某些情况中，当写到标签面106时，可不使用跟踪音圈160，因为并没有可跟踪的轨道。

激光器二极管驱动器128可能采用数字使能电流源，该电流源由外部电阻器设置到一个选定的电流值。该四个光检测器156代表四个用于产生SUM信号158的四象限传感器。该四个光检测器156将该信号传输至处理器159。反过来，处理器159可以使控制器118产生到激光器二极管驱动器128的控制信号127，以此调整激光器130的功率水平。

镜像带反射(Mirror Band Reflection)

图3示出了包含盘表面202的光盘200，该盘表面在该盘的中心附近具有已知反射率的镜像环或带206。镜像带206与环辐区(ring spokearea)208相邻，该环辐区具有可用于校准的辐边缘210。另一方面，可以使用实的镜像带。

该镜像带或区域可以通过使一衬底带平坦并未由凹坑或凹槽形成压印作为标准盘生产过程的一部分提供。同样，可以在记录介质涂覆到盘上时通过在表面底下遮蔽正常金属盘的环状或其他区域来提供镜像带。或者，可以将特殊的金属或其他镜像表面应用到记录介质以形成镜像带或区域。

如参考图2所述，来自检测激光器130的光束132被指向光盘102，相应于图3中的光盘200。校准过程中，该光束132射到图3所示光盘的镜像带206，并被反射回OPU110。反射光束153从镜像区域被指向光检测器156，并产生相应的SUM信号158。

现在参考图4，利用处理器159，该SUM信号158可以穿过包括模数转换器232的阈值检测器230，其中该模数转换器具有该SUM信号158作为正输入和参考信号234作为负输入。通过按如下所述方式将输出信号236与存储在处理器159中的校准数据相比较，该输出信号236可用来调整激光器130的功率水平。

用于激光器功率输出的校准数据的初始准备

参考图5，示出了根据本发明的一个实施例的过程300，该过程用于为激光器130准备参考数据并且在制造数据存储装置100的时候存储参考数据。在步骤302，通过引导激光光束132穿过光学器件到达镜像带206，该激光器130可在制造的时候被初始校准。在步骤304，该反射光束153指向该四个光检测器156，结果产生了SUM信号158。接着，在步骤306，来自该激光器130输出的该光束132在其穿过该光学器件的某元件之前也会被该前感测二极管138检测。该前感测二极管138产生激光器输出信号148，该信号表示在该光束132穿过所有光学器件之前从激光器130发射的功率水平。接着，在步骤308，在工厂中对该激光器130选定的不同功率水平测量该SUM信号158和该激光器输出信号148。在步骤310，对每个选定的功率水平确定该SUM信号与该激光器输出信号的参考比率。在步骤312，将该参考比率存储在处理器159中。

使用过程中调整激光器功率输出水平

在该激光器130的使用过程中，灰尘和烧蚀材料会在光学元件上积聚，因此减少了穿过光学元件到达光盘标签面106的光量。这样，随着时间的过去，SUM信号158会减小。相反地，除了长时间后激光器输出强度有微小减弱，该前感测二极管138检测到的光束132保持不变。相应地，该SUM信号158与该激光器输出信号148的比率会随时间减小。需要增加激光器130的功率输出以补偿激光光束穿过光学元件时光的部分损耗。

图6示出了根据本发明的一个实施例的过程350，参考图2中的元件，该过程用于在现场使用中，即在正常使用中，调整激光器130的功率水平。在步骤352，来自激光器130的测试光束132以现场功率水平被引导穿过光学器件到达该镜像带206。在步骤354，该反射光束153指向该光检测器156，产生SUM信号158。接着，在步骤356，来自该激光器130输出的该测试光束132在光穿过光学器件之前也会被该前感测二极管138检测。前感测二极管138产生激光器测试输出信号148，该信号表示在光穿过光学器件之前从激光器130发射的功率水平。

接着，在步骤358，测量该SUM信号158和该激光器输出信号148的幅度。因为光束132在到达光检测器156之前两次穿过光学器件，所以需要调整该SUM信号158以补偿光两次穿过脏的光学器件的损耗。然后，确定相对于激光器130的该现场功率水平的SUM信号158与激光器输出信号148的测试比率。该测试比率也许需要为参考介质和当前现场介质之间的反射率差异做进一步调整。在步骤360，将该现场比率与SUM信号与功率水平与现场功率水平相同的激光器输出信号的相应存储参考比率进行比较。在步骤362，然后调整激光器130的该现场功率水平以最小化该现场比率与该相应参考比率之间的差异。

应该理解的是，可以在本发明的范围之内使用各种其他的方法比较现场光束输出和存储在处理器中的已知光束值，并且调整激光器的功率以补偿激光束穿过光学元件时的部分损耗。

高对比度涂层

作为镜像带或环206的替代，如图3所示，可以在该光盘上添加高对比度涂层作为环或其他测试区域。该涂层增加写入区域和非写入区域之间的对比度之间，以便能更为容易地检测标记。因此，该涂层可以代替镜像带提供在激光器校准中有用的已知反射率的带。

通过回顾，盘上的成像材料对工作在红外频率波长约为780纳米的写激光器起反应。标签面上的成像涂层是成色染料、活化剂和包含在聚合母体的红外天线的混合物。该天线吸收激光器的能量并将其转换为热量。该热量使得该活化剂、染料和母体熔化，允许活化剂与染料起反应。该反应导致该染料发生化学变化，使得可见光谱的不透明性发生变化。但是在红外频率，该不透明性的变化小，并且在写入材料和非写入材料之间的对比很小。

在该实施例中，可以在该盘内径的窄环中或该盘的另一区域提供薄的材料涂层。该涂层材料可以很接近介质材料或与介质材料相同，除了释放的染料在780纳米不透明而在可见频率透明之外。活化剂和聚合母体可以与介质材料的保持一致。该新材料能够在写入区域和非写入介质间提供更高的对比度，从而提高功率校准的精度和可重复性。

作为另一种选择，该涂层材料可以是压缩盘读(CDR)或压缩盘读/写(CDR/W)材料。或者，该涂层材料可以是DVD或DVD读/写(DVD/W)材料。这些替代选择的缺点是也许要对由CDR/W或DVD/W材料得到的结果与介质材料得到的结果进行相关，并且校正可能会在盘上留下可见标记。

对温度变化的热补偿

在本发明的另一实施例中，使用光束波长为780纳米的射频写激光器来传递能量并在光盘上进行标记。已确定，现场仅利用借助监测器对激光器发出的光束的前端校准，在激光器系统的寿命期间会有高达30％的功率损耗。

为了减少这种功率损耗，测试了直接和间接最佳功率校准(OPC)方法。直接OPC指的是对盘进行标记然后观察标记的反射率的过程。间接OPC指的是这样的过程，其中使用具有高反射率的镜像带来提供测试区域，以在不直接感测标记的情况下测试激光器光束功率。将现场功率比率与在不同的功率水平该SUM信号和该激光器输出信号的参考功率比率进行比较。

此外，热效应导致了所得数据的额外的正负6％的变化。相应地，采用热补偿方法调整由温度变化引起的功率损耗。典型地，利用光检测器来感测图像的反射光。该光检测器输出可能对温度敏感，并且会显著随着热变化而变化。根据本发明的一个实施例，会对该SUM信号进行调整以补偿热效应引起的温度变化。

如果利用间接OPC对热效应有适当的补偿，那么能够达到正负1％的可重复性水平。应理解的是，工厂校准精度约为正负5％。前监测器的精度约为正负1％。将这最后三个数字加起来，误差范围约为正负8％，远低于技术要求标准的10％。相应地，如果采用了热补偿，根据本发明的间接OPC的使用提供了可靠的结果。

调整到校准的前感测二极管的激光器功率输出

重新参考图2，该光束132被引导穿过透镜134到达分色镜136，该分色镜使得部分光束被反射并穿过偏振光束分光器140，最终达到该光盘的表面106。光束132的剩余部分穿过分色镜136到达前感测二极管138，该二极管感测光束132的强度。

有许多因素能使得在盘面上产生好的标记的激光器功率输出水平的测量发生变化。该前感测二极管138已被确定为具有随时间变化而相对稳定的电流，这使得其成为建立保持盘上标记质量的基准点的优秀候选。通过将前感测二极管测量的功率直接绑定到所要求的或目标标记质量，大多数的测量变化都可以被消除。

现在参考图7，示出了过程400的流程图，该过程利用前感测二极管的参考参数来调整激光器功率输出。在工厂里，或现场中，该前感测二极管138的输出电压或电流可以设置为与产生所要求标记质量的激光器功率输出相一致。这个所要求的标记质量可以相应于某个希望的位于烧蚀极限和衰减极限正中间的操作点。在那个操作点，为该前感测二极管138确定参考值，例如电流值，并将其存储在存储器中以便进一步使用。然后，当系统驱动器在光盘上写时，该前端二极管138的电流保持在所存储的参考值。

利用上述方法，在步骤402，写激光束被引至该前感测二极管138，在二极管中产生测试电流。在步骤404，将该测试电流与存储在存储器中的二极管电流的参考值相比较，并确定该测试电流与该参考值之间的差异。在步骤406，调整该激光器功率输出，通常是随着激光器的老化而增加功率，以最小化该差异。这样，激光器130的功率随时间的任何变化都会在该前感测二极管的电流上产生一个差值。这样将相对于前感测二极管电流的参考标准来测量激光器功率输出随时间变化的差异。当前感测二极管138以所需参考水平工作时，激光器写功率应处于产生所需质量标记的水平。

利用校正因子调整前感测二极管

进一步的调整涉及前感测二极管输出的变化，其将进一步提高随时间的标记质量。在激光器和激光驱动器寿命期内的标签写入中，功率校准会由于许多原因而发生漂移，包括光学器件上的污染积累。这种漂移会继续降低激光驱动器的功率裕度，最终可使得激光驱动器处于介质规范之外。

在数据面操作过程中，激光驱动器执行最优功率校准(OPC)例程，该例程调整写功率以达到最小的抖动和最大的波形对称。虽然这种功率优化是特别针对被写入的介质而言的，但是可以确定几个盘的所要求的写功率的整体趋势，以便评估与前感测二极管参数相比例如电流，激光器功率输出已经漂移了多少。可以通过与利用OPC确定的实际最优功率相比来保持前感测二极管参数的移动平均从而执行这种确定。从这种关系中可以确定校正因子，然后在写到标签面或区域的过程中将其应用到激光器系统。对于标签面打印，通过校正因子调整该前感测二极管参数以设置标签激光器功率输出。

参考图8，示出了过程450的流程图，该过程通过从写数据确定的校正因子调整该前感测二极管的输出。在步骤452，在光盘上写入数据过程中确定激光器功率输出的变化。在步骤454，从这些变化导出校正因子。可以通过将前感测二极管电流的移动平均和由直接或间接OPC确定的实际最优功率，如上所述，进行比较或其他方式确定该校正因子。在步骤456，通过校正因子调整该前感测二极管的电流输出或其他输出参数，以补偿在数据写过程中先前确定的激光器功率输出漂移。

应该理解的是，上面所参考的配置是为了说明本发明的原理的应用。在不脱离如权利要求书所述的本发明的原理和概念的情况下，各种修改对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。

Claims (10)

1.一种补偿系统(100)中激光器功率输出随时间变化的方法，该系统利用激光器(130)在光盘(102)上记录可见标记，该方法包括：

(a)将来自激光器130的测试光束(132)施加到光盘(102)上，以确定光学参数的测试值(158)；

(b)为该光学参数确定测试值(158)与预定的参考值(234)之间的差异(236)；和

(c)调整该激光器功率输出以补偿该差异(236)。

2.权利要求1的方法，其中施加测试光束(132)的步骤包括将该光束(132)施加到该光盘(102)的反射表面(206)上，以产生测试SUM信号(158)。

3.权利要求2的方法，其中确定差异(236)的步骤包括将该测试SUM信号(158)与参考SUM信号(234)进行比较。

4.权利要求3的方法，其中调整步骤包括调整该激光器功率输出(132)以减小该测试SUM信号(158)与该参考SUM信号(234)之间的差异(236)。

5.权利要求2的方法，其中该反射表面(206)在该测试光束(132)的非可见波长基本上是不透明的，并且在可见光的波长基本上是透明的。

6.权利要求1的方法，其中确定差异(236)的步骤包括确定感测该测试光束(132)的前感测二极管(138)的测试参数(148)，并且将该测试参数(148)与该前感测二极管(138)的参考参数相比较。

7.一种补偿系统(100)中激光器功率输出随时间变化的装置，该系统利用激光器(130)在光盘(106)上记录可见标记，该装置包括：

(a)激光器(130)，用于将测试光束(132)施加到该光盘(106)上，以确定光学参数的测试值(158)；

(b)检测器(156)，其与该激光器功率输出(132)相关联，用于感测该光学参数的测试值(158)；

(c)处理器(159)，其耦合到该检测器(158)，用于为该光学参数确定该测试值(158)与预定的参考值(234)之间的差异(236)；以及

(d)控制器(118)，其耦合到该处理器(159)，用于调整该激光器功率输出(132)以补偿该差异(236)。

8.权利要求7的装置，进一步包括该光盘(106)上的反射面(206)，测试光束(132)施加到该反射面(206)以产生测试SUM信号(158)，其中该检测器(156)感测该测试SUM信号(158)。

9.权利要求8的装置，其中该处理器(159)包括比较装置(232)，其用于比较该测试SUM信号与参考SUM信号(234)。

10.权利要求9的装置，其中该控制器(118)包括控制单元，其用于调整该激光器功率输出(132)以减小该测试SUM信号(158)与该参考SUM信号(234)之间的差异(236)。

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