CN101218645B - 具有可变带宽的光驱 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种操作光驱的方法，该光驱例如用于CD、DVD，HD-DVD或BD盘。更具体的说，本发明通过对包含在光驱的数据通道或辅助通道内的信号施加一个低通滤波器，可以改进光驱读取光学载体期间的信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)。低通滤波器的带宽频率(f0)取决于光学载体上光束(5)的正切线速度(v1)。因此，本发明提供一种动态方式来设置数据通道或辅助通道内低通滤波器的带宽。本发明还涉及一种相应的光驱。

Description

具有可变带宽的光驱

本申请涉及一种操作光驱的方法，该光驱能够从/向光学载体再现/记录信息，光学载体例如CD、DVD、HD-DVD或BD盘。更具体的说，本发明改进光驱从光学载体读取期间的信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)。本发明还涉及一种相应的光驱。

在光盘介质例如CD，DVD和BD上的光学存储信息被广泛用于越来越多的应用中。信息或数据被设置在螺旋状的轨道上，通过激光单元写入光盘介质和/或从其中读取，所述激光单元被设置在光驱设备的所谓光学拾取单元(OPU)内。OPU还包含光电检测装置，例如用于检测被反射的激光的光电检测器集成电路(PDIC)。

从盘介质获取信息是在以特定角频率(w1)持续旋转盘介质期间通过沿着盘介质的径向移动OPU来实现的。在盘介质的特定径向位置(r1)处，激光束(5)具有相应的正切线速度(v1)，该速度由角频率(w1)和径向位置(r1)的乘积确定；v1＝r1×w1，如图1所示。

从盘介质获得的数据信号的谱，根据介质上激光束的线速度而改变。在从介质获取信息到信息接收器时，在光驱的数据处理装置内，数据信号可以确定一个数据路径或一个所谓的通道。为了获得理想的读出信号，尤其是在数据处理中的各个不同点获得足够高的信噪比(SNR)，通常应用一个或多个低通滤波器来分离出数据中的高频噪声分量。低通滤波器的特征是其带宽，即截止频率，例如现有技术中常用的-3dB点。低通滤波所选择的带宽，具有的可接受信噪比(SNR)是在盘介质上激光束的低和高正切线速度(v1)之间的折衷结果。带宽通常依照每种盘类型(CD，DVD，BD)和每种速度(1×，2×，4×，12×等)设置。对于CD，在1×速时，该带宽一般是1.5MHz，对于DVD，在1×速时，该带宽一般是9MHz，对于BD，在1×速时，该带宽一般是20MHz。

迄今为止，在光学存储领域，获得可接受的信噪比(SNR)已经不再成为问题。一部分原因在于激光束的光束强度提供了提高信噪比(SNR)的简单方式，例如增加光强会立即增强读出信号的SNR。

但是，目前所应用的激光束光强，例如蓝光盘(BD)，在读取期间尤其在记录期间投射到盘介质的激光能量接近破坏和/或损害一次写入/多次写入介质的记录标记的量级。

因此，一种用于信息的光学存储的改进方法是有益的，尤其是能够改进信噪比(SNR)的更有效和/或可靠的方法是有益的。

由此，本发明尤其试图缓和，减轻或消除一个或多个上述缺点中的单独或任意组合。尤其，本发明的一个目标是提供一种能够解决现有技术中信噪比(SNR)不足的上述问题的方法。

通过提供一种在光驱读取光学载体期间优化信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)的方法，获得本发明的第一方面中的该目标和其他目标，所述载体包含圆形和/或螺旋设置的光学可读效应(optically readable effects)，所述方法包含下列步骤：

a)通过旋转装置以角频率(w1)旋转载体，

b)将聚焦光束引导到载体上，光束在载体上的第一径向位置(r1)上具有正切线速度(v1)，

c)通过光电检测装置检测来自载体的反射光，所述光电检测装置适于响应所述检测光以产生第一信号，

d)通过第一处理装置(ASP)根据所述第一信号产生相应的第二信号，所述第二信号是模拟信号，以及

e)通过第二处理装置(DSP)根据所述第二信号产生相应的第三信号，所述第三信号是数字信号，

其中步骤d)和/或步骤e)包含对于所述第一，第二和第三信号中的任一个施加低通滤波器的子步骤，所述低通滤波器具有取决于光学载体上光束的正切线速度(v1)的带宽频率(f0)。

本发明尤其，但不是唯一的，有益在于提供一种方法，避免在向/从光学载体记录和/或从其再现信息期间将带宽固定为一个特定值。因此，如果给定光学载体上辐射束的正切线速度(v1)的数值，则根据或依赖于所述正切线速度(v1)的所述数值来选择带宽。光学载体上辐射束的正切线速度(v1)的数值也可以是线速度的目标值，下面将具体描述。因此，本发明提供一种设置光驱的数据通道或者辅助通道内低通滤波器的带宽的动态方式，其能够优化从光学载体的读取性能，尤其是从载体的信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)。

有利的，带宽频率(f0)基本与光学载体上辐射束的正切线速度(v1)成比例。因此，带宽频率(f0)和线速度之间具有简单的比例关系。

对于一些实施例，在读取光学载体期间的至少预定周期时间内，可以基本恒定的角频率(w1)旋转光学载体。这即施用于一些光驱的所谓恒定角速度(CAV)条件。其结果是在载体的不同径向位置上会存在可变的线速度，且当光束的径向位置在载体上变化时，为了改变带宽频率，本发明是尤其有益的。

对于另一些实施例，载体上聚焦光束的正切线速度(v1)在读取光学载体期间的至少预定周期时间内保持基本恒定。这即用于一些光驱的所谓恒定线速度(CLV)条件。对于这类光驱，本发明尤其有用。尤其在光驱改变光束的径向位置的情况下。在这种情况下，带宽频率被调整为实际的线速度，且能够立即启动载体读取，因此，直到载体的旋转速度达到相关的目标速度才需要等候。使用本发明能够将存取时间相应的减少大约1秒。

因此，低通滤波器具有取决于光学载体上光束的正切线速度(v1)的当前值的带宽频率(f0)。

可选的，为了减少光盘读取的存取时间(access time，访问时间)，低通滤波器的带宽频率(f0)，取决于光学载体上光束的正切线速度(v1)的目标值。

有利的，低通滤波器可以应用于第一处理装置(ASP)的模拟区域内。一些优选滤波器包括巴特沃斯(butterworth)滤波器和贝赛尔(bessel)滤波器。低通滤波器可选的或者额外的被应用在第二处理装置(DSP)的数字区域内。滤波器是有限冲击(FIR)型。

所述低通滤波器还可以应用于摆动信号，其中摆动信号包含指示光学载体上轨道的摆动的信息。可选的或者额外的，摆动信号被用于以相对较高的精度来测量光学载体上光束的正切线速度(v1)。可选的，例如如果不能够或难以从摆动信号获得正切线速度(v1)的指示信息时，其可能从旋转装置获得。例如如果旋转装置包含用于测量光学载体的实际角频率(w1)的测量装置。因此，例如来自旋转装置的闭环控制的测速信号或者频率信号可以被用于获得表示光学载体上光束的线性正切速度(v1)的信息。一般来说，这是非常稳定的方式，尽管其精度不如从摆动信号获得的线性正切速度(v1)的指示信息。

在第二方面中，本发明涉及一种光驱，其能够在读取相关的光学载体期间优化信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)，所述载体包含圆形和/或螺旋设置的光学可读效应(ophcally readable effects)，所述光驱包含：

a)适合于以角频率(w1)旋转载体的旋转装置，

b)引导聚焦光束到载体上的装置，该光束在载体的第一径向位置(r1)上具有正切线速度(v1)，

c)能够检测来自载体的反射光的光电检测装置，所述光电检测装置适于响应于所述检测光产生第一信号，

d)能够根据所述第一信号产生相应的第二信号的第一处理装置(ASP)，所述第二信号是模拟信号，以及

e)能够根据所述第二信号产生相应的第三信号的第二处理装置(DSP)，所述第三信号是数字信号，

其中光驱还适于对所述第一，第二和第三信号中的任一个施加低通滤波器，所述低通滤波器具有取决于光学载体上光束的正切线速度(v1)的带宽频率(f0)。

在第三方面中，本发明涉及一种计算机程序产品，其能够使得计算机系统控制如本发明的第三方面的光驱，所述计算机系统包含至少一个相关的具有数据存储装置的计算机。

这方面本发明尤其，但不局限于，有益在于，本发明优选的通过计算机程序产品来实施，该计算机程序产品使得计算机系统执行本发明第二方面的操作。因此，可以预见通过将计算机程序产品安装在计算机系统上来控制所述光驱，一些已知光驱可以被改变以根据本发明来操作。该计算机程序产品可以提供在任何类型的计算机可读介质上，例如磁性或光学介质，或者通过基于网络例如因特网的计算机。

本发明的第一，第二和第三方面可以分别与其他方面中的任意一个相组合。本发明的这些和其他方面根据下面描述的实施例而清楚，并将进行阐释。

下面通过实例，参照附图来具体阐释本发明，其中

图1是被旋转的光学载体以及位于载体上的聚焦光束的示意图，

图2是本发明中光驱的实施例的示意框图，

图3是本发明中光驱的处理器的示意框图，

图4的波特图示出了作为对数频率的函数的数值转移函数，以及

图5是本发明的方法的流程图。

图1是以角频率w1旋转的光学载体1以及位于载体1上的聚焦光束5的示意图。光束4位于距离载体1中心的径向距离r1的位置处。在该径向位置上，聚焦光束5具有正切线速度v1。正切线速度v1由角频率w1和径向距离r1的乘积而确定；v1＝r1×w1。

图2示出了本发明的光学装置或驱动器以及光学信息载体1。载体1通过保持装置30来固定和旋转。

载体1包含适于通过辐射光束5来记录信息的材料。记录材料可以是，例如，磁光类型、相变型、染色型、金属合金例如Cu/Si或任何其他适合的材料。信息以光学可检测区域的格式被记录在载体1上，该区域对于可重写介质被称为标记，对于一次写入介质被称为凹坑。

所述装置包含一个光学头20，有时也称作光学拾取器(OPU)，光学头20由致动装置21，例如电动步进马达，来移动。光学头20包含光电检测系统10，辐射源4、分光镜(beam splitter)6、物镜7、以及能够在载体1的径向和聚焦方向上移动物镜7的物镜移动装置9。光学头20还包含分光装置22，例如光栅或全息图案，其能够将辐射束5分成至少三个分量以用于三点差分推挽径向跟踪(three spot differential push-pull tradial tracking)，或者任何其他可用的控制方法。为了简便起见，辐射束5在通过分光装置22之后仅示为单个光束。类似的，反射的辐射束8也包含不止一个分量，例如三点光束及其衍射光束，但为了简便在图1中仅示为一个光束8。

光电检测系统10的功能是将从载体1反射的辐射束8转换成电信号。因此，光电检测系统10包含数个光电检测器，例如光电二极管、电荷耦合设备(CCD)等，其能够产生一个或多个电输出信号，该信号在本发明中被定义为第一信号。光电检测器互相空间排列，其具有足够的时间分辨率来检测误差信号，即聚焦FE和径向跟踪FE信号。聚焦FE和径向跟踪误差RE信号被传输到处理器50，其中由PID(比例集成差分)控制装置操作的常用伺服系统被用于控制辐射束5在载体1上的径向位置和聚焦位置。

光电检测系统10还向处理器50输出一个读信号或表示信息已经从载体1读向处理器50的RF信号。在处理器50内，读信号可能通过RF信号的低通滤波转换成一个中心孔径(CA)信号。

发射辐射束或光束5的辐射源4可以是例如半导体激光器，具有可变功率，也可能具有可变的辐射波长。可选的，该辐射源4包含不止一个激光器。在本发明中，术语“光”被认为包含适于光学记录和/或再现的任意类型的电磁辐射束，例如可见光，紫外光(UV)，红外光(IR)等。

光学头20被光学设置，使得辐射束5通过分光镜6和物镜7被引导到光学载体1上。从载体1反射的辐射束8由物镜7聚集，其在通过分光器6之后落在光电检测系统10上，如上所述该光电检测系统将入射的辐射束8转换成电输出信号。

处理器50从光电检测装置10接收并分析第一信号。处理器50还向致动装置21、辐射源4、物镜移动装置9和旋转装置30输出控制信号，如图2所示。类似的，处理器50可以接收数据，如标记61所示，并且处理器50可以从读取过程中输出数据，如标记60所示。如图2所示，处理器50包含两个部分；第一处理装置为模拟信号处理器ASP(也称为RF处理器)以及第二处理装置为数字信号处理器DSP。

图3是图2所示光学装置的处理器50的示意框图。另外，在处理器50的左侧示出了光电检测装置10，示意图中同时示出了被划分成四个部分并被用于中心光束8的一个中心光电检测器10.1，以及各自被划分成两个部分的两个邻近光电检测器10.2，其用于中心光束8的旁束。

在图3中被定义为RF的第一信号被从光电检测装置10传输到处理器50。通过处理器50对第一信号的处理确定了一个RF通道或者RF数据路径，如处理器50的上部所示。通常，第一RF信号是入射到中心检测器10.1上的光强的总和。

在图3中被定义为A..D的另一个第一信号也被从光电检测装置10传输到处理器50。A...D信号包含光电检测器10.1和10.2的不同光电检测部分的分离分量，随后用于聚焦误差跟踪、径向误差跟踪、摆动信号、与获取镜面信号的写时钟同步等。通过处理器50对该第一信号的处理确定了一个辅助通道或者辅助数据路径，如处理器50的下部所示。

在处理器50中，上部和下部通道内的三个具有低通滤波器LPF(1)，LPF(2)，LPF(3)的模块被表示为本发明的可能实施例。

这三个实施例是分离和独立的实施例，因此，这三个实施例的任何组合都是可行的。而且，本领域技术人员能够实现根据本发明的其他可能的低通滤波器应用，优选在处理器50内。尽管在一个实施例中，可以在光学头20内执行低通滤波，但因为光学头20仅具有有限的可用空间，并且应该具有低成本，因此该方式不是优选的。另外，对于下部的辅助通道，低通滤波器LPF(4)被应用在DSP中，在ADC之后。

在上部通道内，第一RF信号由LPF(1)进行初始低通滤波，然后在可变增益放大器VGA内放大。放大之前或之后的信号在本发明中被称作第二信号。

RF第二信号被传输到DSP，以在ADC中进行初始模数转换。因此在转换到数字域之后，RF信号在本发明中被称作第三信号。随后，在数字域中，低通滤波器LPF(2)依赖于正切线速度v1被应用于第三信号。由于简单地清除频域中的高频分量，因此上部通道中在该阶段很容易实施。在峰值检测模块内的峰值确定之后，峰值检测模块可被用于控制可变增益放大器VGA，使用例如阈值检测或维特比(viterbi)检测领域中常用的处理流程在位检测模块中执行了位检测。在位检测之后，应用了通道解码器，例如(1，7)pp解码器。(1，7)pp解码器是，例如用于BD驱动器中的通道代码。最后，根据适当的标准执行误差校正码(ECC)解码。因此，对于CD该标准是CIRC，对于DVD该标准是RS产品码，而对于BD该标准是LDC+BIS。

在下部通道内，第一信号A..D被传输到处理相关第一信号A..D的和差电路+/-，其用于径向跟踪，例如推挽信号PP，并由本发明的低通滤波器LPF(3)滤波。在下部通道该阶段，应用滤波器到具有特殊的优点，因为在去除不期望的高频分量之后，可以避免或限制模数转换中常见的混杂问题。在LPF(3)滤波之前或之后，下部通道被认为是包含了本发明中的第二信号。经过下部VGA的放大之后，第二信号PP被传输到DSP。

PP第二信号被传输到DSP，用于在DSP的下部ADC执行初始模数转换，该ADC是输出PCM信号的快速ADC。因此，当转换到数字域之后，PP信号被认为是根据本发明的第三信号。在DSP内，第三信号被应用到锁相环PLL，用于与例如用于载体1上写入定时的写入时钟同步。类似的，峰值检测模块中的峰值确定被用于控制ASP内下部通道的可变增益放大器VGA。DSP还通过摆动检测装置来确定摆动频率、摆动幅度等。在本发明的特定实施例中，摆动检测装置被用于以相对较高的精度确定载体1上光束5的正切线速度v1。因为摆动周期长度的公差很小，该精度优于例如2％。另外，因为在记录期间和记录之后，可能存在从RF通道到下部摆动通道的串扰，所以在下部通道内有一个ECC模块，其显著减小摆动SNR。

图4的波特图示出了数值转移函数|T|，作为低通滤波器的对数频率的函数。通常，低通滤波器衰减高频分量，而保留了相对未受影响的低频分量。低通滤波器的特征是带宽f0，例如相对幅度减小3dB的频率。另外，滤波器由带宽f0上的衰减率来命名，因此1阶滤波器每十个频率衰减20dB，2阶滤波器每十个频率衰减40dB，依此类推。许多类型的滤波器都可以应用于数字域和模拟域(有源和无源实施方式)。因此，在本发明的教导下，本领域技术人员可以应用任何类型的低通滤波器。通常，为了抑制信号带外的噪声，陡峭的低通滤波器，即高阶是优选的，但是滤波器还应不明显影响数据信号内零转换的定时(timing)。

对于上部通道，ASP内的优选滤波器是低通滤波器LPF(1)，其是可编程类型的三阶巴特沃思滤波器。对于DSP，低通滤波器LPF(2)是FIR类型。对于ASP内的下部通道，低通滤波器LPF(3)可以是可编程的任何常用类型。滤波器的附加类型可以例如在Saunders college 1991年出版的由A.S.Sedra和K.C.Smith撰写的《微电子电路》中找到。

从数学上来说，本发明的原理，即低通滤波器LPF的带宽频率f0取决于光学载体上辐射束5的正切线速度v1，其可以表示为；

f0＝f0(v1)。

一个实施例中，该函数关系是简单的比例关系；

f0＝k1×v1，

其中k1是预先确定的常数。但是，该函数关系不局限于任何特定的数学关系。因此，如果例如该函数关系可以是线性关系

f0＝k1×v1+k2，

k2是预先确定的常数、二次关系、平方关系、多项式关系、指数关系等。在实际应用中，希望可以使用任何合适的函数拟合，所述函数的特性是滤波对于高速线速度变得比低速线速度更加主要，其是保持可接受的SNR所需要的。

图5是本发明中方法的流程图。该方法能够优化在读取光学载体1期间的信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)。该方法包含如下步骤：

S1，由旋转装置30以角频率w1旋转载体1，

S2，将聚焦光束5引导到载体上，如图1所示，光束或辐射束5在载体上的第一径向位置1处具有正切线速度v1，

S3，由光电检测装置10检测由载体反射的光8，如图2所示，所述光电检测装置适于响应于所述检测光而产生第一信号，

S4，由第一处理装置ASP根据所述第一信号产生相应的第二信号，所述第二信号是模拟信号，以及

S5，由第二装置DSP根据所述第二信号产生第三信号，所述第三信号是数字信号，

其中步骤S4和/或步骤S5包含对于所述第一，第二和第三信号中任一个应用低通滤波器LPF1，LPF2或LPF3的子步骤。低通滤波器的带宽频率或截止频率f0取决于光学载体上光束5的正切线速度v1。

尽管本发明已经结合特定的实施例进行了具体说明，但是不应当局限于上述特定形式。相反，本发明的范围仅由附随的权利要求来限定。在权利要求中，所包含的术语不排除其他元件或步骤的存在。另外，尽管独立的特征可能被包含在不同的权利要求中，也可能将这些特征有利的组合，并且不同权利要求包含的内容不意味着特征组合不是可行和/或有利的。另外，单独的标记不排除多个。因此，“一”，“一个”，“第一”，“第二”等标记不排除多个。另外，权利要求中的标记不应认为限制本发明的范围。

Claims (12)

1.一种方法，用于优化光驱读取光学载体(1)期间的信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)，所述载体包含圆形和/或螺旋设置的光学可读效应，所述方法包含步骤：

a)由旋转装置(30)以角频率(w1)旋转载体(1)，

b)将聚焦光束(5)引导到载体上，聚焦光束(5)在载体上的第一径向位置(r1)处具有正切线速度(v1)，

c)由光电检测装置(10)检测来自载体的反射光(8)，所述光电检测装置适于响应于所述检测光来产生第一信号，

d)由第一处理装置(ASP)根据所述第一信号产生相应的第二信号，所述第二信号是模拟信号，以及

e)由第二处理装置(DSP)根据所述第二信号产生相应的第三信号，所述第三信号是数字信号，

其中步骤d)和/或步骤e)包含对于所述第一、第二和第三信号中任一个应用低通滤波器(LPF1，LPF2，LPF3)的子步骤，所述低通滤波器的带宽频率(f0)取决于光学载体上聚焦光束(5)的正切线速度(v1)。

2.如权利要求1所述的方法，其中带宽频率(f0)与光学载体(1)上聚集光束的正切线速度(v1)成比例。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中光学载体(1)在读取光学载体期间的至少预定周期时间内以恒定的角频率(w1)旋转。

4.如权利要求1所述的方法，其中载体(1)上聚焦光束(5)的正切线速度(v1)在读取光学载体期间的至少预定周期时间内保持恒定。

5.如权利要求1或4所述的方法，其中所述低通滤波器的带宽频率(f0)取决于光学载体上聚焦光束(5)的正切线速度(v1)的目标值。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述低通滤波器的带宽频率(f0)取决于光学载体上聚焦光束(5)的正切线速度(v1)的当前值。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述低通滤波器被应用于第一处理装置(ASP)的模拟域中。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述低通滤波器被应用于第二处理装置(DSP)的数字域中。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述低通滤波器被应用于摆动信号，所述摆动信号包含表示光学载体上轨道摆动的信息。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述摆动信号被用于测量光学载体上聚焦光束(5)的正切线速度(v1)。

11.如权利要求1所述的方法，其中旋转装置(30)包含测量装置，用于测量光学载体的实际角频率(w1)。

12.一种光驱，其能够优化读取相关光学载体(1)期间的信噪比(SNR)和/或载噪比(CNR)，所述载体包含圆形和/或螺旋设置的光学可读效应，所述光驱包含：

a)旋转装置(30)，适于以角频率(w1)旋转载体(1)，

b)装置(4，7)，将聚焦光束(5)引导到载体上，该聚焦光束(5)在载体上的第一径向位置(r1)处具有正切线速度(v1)，

c)光电检测装置(10)，能够检测来自载体的反射光(8)，所述光电检测装置适于响应于所述检测光产生第一信号，

d)第一处理装置(ASP)，能够根据所述第一信号产生相应的第二信号，所述第二信号是模拟信号，以及

e)第二处理装置(DSP)，能够根据所述第二信号产生相应的第三信号，所述第三信号是数字信号，

其中光驱还包括应用于所述第一、第二和第三信号中任一个的低通滤波器(LPF1，LPF2，LPF3)，所述低通滤波器的带宽频率(f0)取决于光学载体上聚焦光束(5)的正切线速度(v1)。

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