CN101248486A - 高频中心孔径跟踪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在相关光学记录载体上进行径向跟踪的光学系统。该光学系统包含至少一个射线发射装置，所述射线发射装置能够发射至少三条光束：用于读取和/或记录信息的第一光束，和用于跟踪的至少第二光束和第三光束。所述光学系统适合于由基于第二和第三光束的中心孔径信号的高频分量生成的跟踪误差信号进行第一光斑的径向跟踪。跟踪误差信号可以是基于中心孔径信号的高频分量的功率的DC电平的差信号生成的。
Description
本发明涉及一种用于再现相关光学记录载体上的光学可读效应(effect)和/或在相关光学记录载体上记录光学可读效应并且在光学记录载体上进行径向跟踪的光学系统。本发明此外还涉及一种跟踪光学系统的光束的方法，而且本发明还涉及一种实现该方法的软件，并且涉及一种用于生成跟踪信号的单元。
为了满足信息存储容量和速度不断增高的要求，可以得到的光学介质，例如光盘(CD)、数字通用盘(DVD)和蓝光盘(BD)，在存储容量以及读取和记录速度方面表现出连续不断的提升。在满足推动存储手段得到改进的要求的过程中，还需要改进跟踪方法。
传统上，径向跟踪是通过监测径向跟踪误差信号的DC值(低频部分)来完成的。在公开日本专利申请JP2002-216378中，公开了一种跟踪误差检测装置，其中跟踪误差信号是通过从包括排列成沟槽曲折(meander)结构的轨道的介质上反射回来的子光束的高频推挽信号来检测的。
基于推挽信号的径向跟踪可能会遇到光束着陆问题，即，与因检测器相对于碰撞光束偏离中心而造成的推挽信号偏差有关的问题；而沟槽曲折结构可能会妨碍轨道间距的缩短。
本发明的发明人已经意识到，用来改善径向跟踪的手段是很有益的，因而作出了本发明。
本发明寻求改善光学存储系统的跟踪性能。最好，本发明单独地或以任何组合形式减轻、缓解或消除上述或其它缺点之一或其中多个。
由此，在一个方面，给出了一种用于再现和/或记录沿着相关光学记录载体上的轨道排列的光学可读效应的光学系统，该系统包括：
-至少一个射线发射装置，该射线发射装置能够发射
-第一光束和相应的第一光斑，用于读取和/或记录载体内作为可读效应的信息，和
-至少第二光束和第三光束以及相应的第二和第三光斑，第二光斑相对于第一光斑沿着第一方向位移，并且第三光斑相对于第一光斑沿着第二方向位移，
-光电检测器，该光电检测器能够检测从光学记录载体反射回来的射线，
其中，所述光学系统适合于由基于从第二和第三光斑反射回来的射线的中心孔径信号(CA)的高频(HF)分量生成的跟踪误差信号进行第一光斑的径向跟踪。
该光学系统可以是用在诸如CD播放器、DVD播放器、BD播放器、光学计算机设备之类的设备中的光学系统。该光学系统包括至少一个射线源。该射线源可以是至少一个射线发射装置，所述射线发射装置能够发射至少三条光束：一条用于从/向数据载体中读取和/或记录数据的光束，和两条用于生成径向跟踪信号的光束(第二和第三光束)。第二和第三光束不必专门用于跟踪的用途，而且也可以例如用于再现数据。本发明主要致力于从/向上面已经包含数据的数据载体中读取和/或记录信息，因为第一光斑的跟踪是通过CA信号的HF分量获得的。数据的记录可以例如是在直接重写(DOW)的情形下进行的，在直接重写中，在单独一次行经数据轨道的过程中，由新的数据替换旧的数据。不过，本发明也适合应用于在记录的情形下对″空白″载体的跟踪，只要可以从载体上读取出HF信号，例如从预先形成在盘上的数据或跟踪标记中读取。
按照第一个方面，本发明尤其但非专门地由于几个原因而具有优势。第一个优势在于，通过基于从第二和第三光斑反射回来的射线的中心孔径信号(CA信号)的高频分量来生成跟踪误差信号，可以给出处于与聚焦误差信号不同的频率域中的跟踪误差信号，因为聚焦误差信号是低频信号。这样就能够消除或者至少减少与聚焦和跟踪误差信号的串扰相关的问题，从而给出了更加稳定的系统。另一个优势在于，通过使跟踪误差信号基于CA信号，可以避免或至少减少与光束着陆相关的问题。这个方面中的另一个优势在于，可以避免分裂光电检测器。在使用推挽跟踪时，需要用到分裂光电检测器。不过，应当注意，可以为了其它的目的将光电检测器分裂开，比如聚焦跟踪，因此这一优势可以是避免了将不同的区段分成两半地接在一起以及随之而来的电路。再另一个优势在于，该光学系统可以适用于单轨道读取以及多轨道读取，从而提供了通用的系统。
权利要求2和3中定义的可选特征对于在使用第一光束来进行数据读取、而第二和第三光束是跟踪光束的实施方式中生成跟踪误差信号来说是很有益处的。
权利要求4中定义的可选特征对于在使用至少第一、第二和第三光束来进行数据读取、同时使用第二和第三光束来进行第一光束的径向跟踪的实施方式中生成跟踪误差信号来说是很有益处的。
权利要求5和6中定义的可选特征是很有益处的，因为通过使跟踪误差信号基于中心孔径信号的高频分量的功率的差信号或功率的DC电平的差信号，生成在跟踪循环电路中使用的跟踪误差信号不需要或者仅仅需要很少的信号处理，从而提供了稳定和节约成本的系统。
按照本发明的第二个方面，给出了一种用于生成跟踪误差信号的单元，该单元包括：
-用于与能够检测从相关光学记录载体反射回来的射线的一个或多个光电检测器连接的输入部分，该输入部分接收代表入射在光电检测器上的射线的输入信号，所述输入信号包括：
-代表第一入射光束的第一信号，该第一入射光束是用于读取和/或记录载体中作为可读效应的信息的光束，
-代表至少第二入射光束和第三入射光束的至少第二和第三信号，所述至少第二和第三入射光束相对于第一光束在相关载体上沿着第一和第二方向位移，
-用于输出跟踪信号的输出部分，和
-处理单元，用于基于所检测到的反射射线生成跟踪误差信号，
其中，所述跟踪误差信号适合于第一光束的径向跟踪，该跟踪误差信号是基于在所述输入部分输入的、第二和第三入射光束的射线的中心孔径信号的高频分量生成的。
本发明的这个方面的优势尤其但非专门地在于，本发明可以在某些公知的光学系统中实现，从而改变了公知系统的操作，于是仅由公知系统的微小变化就可以使该系统的操作与本发明的各个不同方面一致。
在第三个方面，本发明涉及一种操作按照本发明的第一个方面的光学系统的方法，其中在一种使用情形下，跟踪是通过使用基于从相关载体反射回来的射线的中心孔径信号的高频分量的跟踪误差信号来进行的。
在第四个方面，本发明涉及可在计算硬件上执行用以实现按照第三方面的方法的软件。
本发明的这个方面的优势尤其但非专门地在于，通过在控制光学系统的操作的计算硬件中实现第三个方面的方法，本发明可以在某些公知的光学系统中实现。在公知系统中实现可以是与按照本发明的第二个方面的单元的实现同时完成的。
总地来说，在本发明的范围之内，可以以任何可行的方式将本发明的各个不同方面组合和结合起来。参照下文中介绍的实施方式，将会了本发明的这些和其它方面、特征和/或优点，并且将会参照下文介绍的实施方式阐述本发明的这些和其它方面、特征和/或优点。
现在将参照附图仅以举例的方式介绍本发明的实施方式，其中：
附图1示意性地图解说明光学系统和相关载体的实施方式，
附图2表示HF信号作为单个光斑在载体上的径向位移的函数的示意性图解说明。
附图3示意性地图解说明在使用两个侧光斑(side spot)的情形下作为径向位移的函数的HF信号。
附图4示意性地图解说明将CA信号转换成代表CA信号的HF含量的DC信号的方法，
附图5图解说明示意性的跟踪误差信号，和
附图6示意性地图解说明对具有元轨道结构的载体进行跟踪的情形。
在附图1中示意性地图解说明了光学系统1和相关载体10的实施方式。载体10由夹持构件2固定并且由该夹持构件2旋转。载体10包括适合于借助射线束3记录信息的材料。该载体可以是适合于用在可以以可读效应的形式记录信息的光学系统中的任何类型的载体，可读效应即可用光学手段检测的区域，对于可重写介质而言也称为标记，对于一次写入介质而言称为凹坑。光学纹理18是沿着螺旋形轨道19排列的。这里，示出了展现出三条轨道的一段。
光学系统包括光电检测器或者光电检测器系统4(这里图示为3光斑光电检测器)、射线源5(比如激光器)、分束器6、物镜7和准直器17。该光学系统还包括光束分割构件8，比如光栅或全息图案，它能够将射线束3分离成至少三个分量11、12和13，即，用于在载体中读取和/或记录信息的第一光束，和相对于第一光束发生位移的第二和第三光束。这些光束在载体上聚焦为第一光斑120、第二光斑110和第三光斑130。光束11、12和13可以例如是高强度主光束和两个低强度辅光束或侧光束。辅光束11和13可以是给定阶次的衍射光束。这些光束从光学载体上反射回来并且将它们送往光电检测器，并且反射射线9也包括不止一个分量，即，三个光束11、12和13的反射分量。
在这种实施方式中，射线源与光束分割构件(或光栅)一起构成了射线发射装置。这是设计能够发射至少三条光束的射线发射装置的节约成本的设计方法。不过可以想象出等价的手段，比如激光二极管阵列，其中各个二极管能够发射强度不同或相同的射线。
光电检测器4的功能是将从载体10反射回来的射线9转换成电信号。光电检测器或者该检测器的一部分可以包括不止一个感光区域，这些感光区域是由较小的检测器单元构成的，就象本实施方式中那样，在本实施方式中，存在三个较小的检测器单元，或者这些感光区域是以任何给定的形式构成的，用来以适当的方式检测射线。可以将构成光电检测器的某些(或全部)感光区域分段，以便能够实现聚焦和径向跟踪误差二者的检测。可以将代表入射在检测器上的射线束的光电检测器信号(比如第一、第二和第三信号)在单元19的输入部分处输入。可以将第二和第三光束传送给一个或多个元件14来测量第二和第三光束的HF功率。将HF功率测量结果输入到处理单元15中，该处理单元15将HF功率转换为DC电平并且将副光斑的信号彼此相减，从而生成跟踪误差信号，比如径向S曲线。将跟踪误差信号传送到径向跟踪伺服系统。
光电检测器4还将读取信号或第一信号(代表正在从载体10上读取的信息的RF信号)发送到元件16。元件16可以是一个处理单元，或者用于将读取信号送到用来提取和处置从载体中读取的信息的处理单元的单元。
附图2表示HF信号作为单个光斑在载体上的径向位移的函数的示意性图解说明。在附图2A-2C中，示出的是，对于三种不同的情形，作为时间t的函数而绘制出的测得HF信号，sA、sB和sC。在附图2A中，示出的是以中心轨道21为中心的射线光斑20A，致使HF信号的振幅较大，或者相应地致使测得HF功率较大。说到中心、上方、下方之类不应当理解为说的是载体上的给定几何位置；这些说法仅仅是为说明的目的而提出的。在附图2B中，示出的是相对于轨道21偏离中心的射线光斑20B。光斑20B朝向相邻(上方)轨道22位移，致使HF信号的振幅比附图2A中的情形下的HF信号振幅小，因为与附图2A中光斑的中心部分覆盖轨道的情形相比，射线光斑的中心部分覆盖了较多的间脊区域。在附图2C中，示出的是与附图2B的情形相比，相对于轨道21偏离中心的程度更大的射线光斑20C。此处光斑20C以中心轨道与相邻(上方)轨道22之间的间脊区域为中心，致使HF信号的振幅与附图2A和附图2B中的情形下的HF信号振幅相比更小。
附图3示意性地图解说明在使用两个侧光斑的情形下作为径向位移的函数的HF信号。这样附图3示意性地图解说明了本发明的″双光斑跟踪″型方法。标注为30A、30B和30C的光斑是用于在载体中读取和/或写入作为可读效应的信息的第一光束的相应光斑，而标注为31A、31B、31C、32A、32B和32C的光斑是第二和第三光束的相应光斑，第二光斑相对于第一光斑沿着第一方向位移，即，朝向下方相邻轨道33，而第三光斑相对于第一光斑沿着第二方向位移，即，朝向上方相邻轨道34。第二和第三光斑的位移是沿着与轨道的延伸方向垂直的方向进行的，即，沿着朝向一侧的相邻轨道的方向35或者朝向另一侧的相邻轨道的方向36。位移的大小可以是相邻轨道之间间距的分数。在本实施方式中，位移的大小是相邻轨道之间间距的1/4。这样做是有利的，因为对于1/4的位移，达到了振幅变化量相对于脱离轨道运动的最大敏感度。
在附图3A-3C中，示出的是，对于三种不同的情形，针对第二和第三光斑，作为时间t的函数而绘制出的测得HF信号。信号s2A、s2B、s2C图解说明的是与第二光斑31A、31B、31C相关的信号，而信号s3A、s3B、s3C图解说明的是与第三光斑32A、32B、32C相关的信号。
附图3A图解说明的是射线光斑30A以中心轨道35为中心并且第二光斑31A和第三光斑32A在中心轨道35的两侧位移了轨道的1/4的情形。来自各个侧光斑的HF信号类似于附图2B的情形，即，各个光斑在HF信号中导致中等振幅。由于信号类似，因此它们在相减时彼此相消。在附图3B中，图解说明的是中心光斑沿着向上的方向(如由标注为37的箭头所示的方向)脱离轨道的情形。由于侧光斑与中心光斑是联动的，因此侧光斑31B和32B都沿着相同的方向发生移动并且移动量与中心光斑相同。第二光斑31B朝向中心轨道移动，导致相应的HF信号s2B的振幅增大，而第三光斑32B朝向中心轨道35与上方相邻轨道34之间的间脊区域移动，导致相应的HF信号s3B的振幅减小。在这种情形下，侧光斑信号存在不对称，从而差信号变为正值。在附图3C中，图解说明的是中心光斑沿着向下的方向(如由标注为36的箭头所示的方向)脱离轨道的情形。在这种情形下，第二光斑31C离开中心轨道，并且相应的HF信号s2C的振幅减小，而第三光斑32C朝向中心轨道35移动，并且相应的HF信号s3C的振幅减小，从而差信号变为负值。
从第二和第三光斑反射回来的CA信号的HF分量被用来生成跟踪误差信号。跟踪误差信号可以是基于中心孔径信号的高频分量的功率的DC电平的差信号生成的。可以通过如附图4中所示的方法将信号s2A-s3C转换成代表HF含量的DC信号。
首先借助高通滤波器HP对光电检测器上检测到的CA信号400进行转换，从而消除了可能存在的信号偏移401。然后对经过高通变换的信号进行乘方，得到了信号的功率测量结果PM，402。随后借助低通滤波器LP对功率信号402进行变换，从而给出代表CA信号的HF含量的DC信号DC，403。该方法可以包括除所介绍步骤之外的其它步骤，或者所介绍步骤的替代步骤。例如该方法可以包括初始信号、中间信号和/或结果信号的归一化。可以按照由使用情形决定的频率对代表HF含量的DC信号进行采样，采样率可以是kHz或MHz量级。
附图5图解说明按照本发明可以获得的示意性跟踪误差信号500。该跟踪误差信号是所谓的S曲线，表示作为相对于轨道的中心位置的跟踪误差或者光斑位移d的函数的差信号DS。
在如附图3A中所示的主光斑以轨道为中心的情形下，来自各个侧光斑的HF信号是相似的，结果造成代表HF含量的DC信号(附图4)也是相似的，并且侧光斑的差信号彼此相消，得到很小或为零的差50。在中心光斑如附图3B中所示的那样沿着向上的方向脱离轨道的情形下，侧光斑HF信号存在不对称，从而差信号变为正值52，反过来在中心光斑如附图3C中所示的那样沿着向下的方向脱离轨道的情形下也是一样的，只是差信号变成了负值51。通过驱动跟踪伺服系统使得差信号得以稳定在零值50附近，第一射线束会保持在轨道上。
附图6示意性地图解说明针对元轨道(比如TwoDOS类型的格式)进行跟踪的情形。元轨道60由数个位行组成，这数个位行由稍大一些的空轨道区域(也称为保护带61，62)与下一个元轨道分隔开。这样，第一保护带61和第二保护带62之间夹着一个元轨道。载体格式可以由相对于该载体的中心位置基本上成螺旋形地或者基本上同心地设置的多条轨道组成。附图6中元轨道内轨道的数量是四条，不过可以设想到任何适当的数量，具体来说：2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19和20。射线源的数量等于轨道的数量，从而获得了整个元轨道的并行读出。射线源彼此联动，从而如果一个光斑脱离轨道，则全部光斑都会脱离轨道。因此这种情形类似于附图3和4中所示的情形，因为如果光斑串沿着向上的方向移动，则标注为63的光斑会朝向数据密度较高的相邻轨道移动，而标注为64的光斑会朝向数据密度较低的保护带移动，并且反过来对于沿着相反方向进行的光斑移动也是一样的。通过使用从与保护带相邻的外侧光斑63、64(即，在本实施方式中，外侧光斑为第二和第三光斑)反射回来的CA信号的HF分量，不需要额外的光斑就可以获得整串光斑的跟踪。外侧光斑63、64的CA信号在本实施方式中可以同时用于读取数据和用于径向跟踪。
虽然本发明是结合优选实施方式来介绍的，但是并不意味着要受到本文提出的具体形式的限制。而是，本发明的范围仅仅由所附权利要求限定。
在这一章节中，为了解释说明的目的而不是限定的目的给出了所公开实施方式的某些具体细节，从而提供了本发明的清楚和透彻的理解。不过，本领域技术人员应当很容易理解，本发明可以按照并不与本文提出的细节确切一致的其它实施方式来具体实现，而不会严重脱离本公开文本的思想和范围。此外，在本文中，为了简明和清楚，省略了公知设备、电路和方法的详细介绍，以便避免不必要的细节和可能造成的混淆。
在权利要求中引入了附图标记，不过附图标记的引入仅仅是出于清楚的原因，不应将此看作是对权利要求保护范围的限制。
Claims (9)
1.一种光学系统(1)，用于再现和/或记录沿着相关光学记录载体(10)上的轨道(19，60)排列的光学可读效应(18)，该系统包括：
-至少一个射线发射装置(5)，该射线发射装置能够发射
-第一光束(12)和相应的第一光斑(120)，用于读取和/或记录载体内的作为可读效应的信息，和
-至少第二光束(11)和第三光束(13)以及相应的第二和第三光斑(110，130)，第二光斑相对于第一光斑沿着第一方向(35)位移，并且第三光斑相对于第一光斑沿着第二方向(36)位移，
-光电检测器(4)，该光电检测器能够检测从光学记录载体反射回来的射线，
其中，所述光学系统适合于由基于从第二和第三光斑反射回来的射线的中心孔径信号(400)的高频分量生成的跟踪误差信号(500)进行第一光斑的径向跟踪。
2.按照权利要求1所述的光学系统，其中，第二和第三光斑沿着与轨道的延伸方向垂直的方向发生的位移的大小是相邻轨道之间的间距的分数。
3.按照权利要求2所述的光学系统，其中，所述分数是相邻轨道之间间距的1/4。
4.按照权利要求1所述光学系统，适合于在一包括以一个或多个螺旋排列在轨道(60)中的可读效应的相关光学记录载体上进行跟踪，所述一个或多个螺旋由保护带分隔开，其中第二光斑(64)位于与第一保护带(61)相邻的轨道上，并且其中第三光斑(63)位于与第二保护带(62)相邻的轨道上。
5.按照权利要求1所述的光学系统，其中，跟踪误差信号是基于从第二和第三光斑反射回来的射线的中心孔径信号的高频分量的功率的差信号生成的。
6.按照权利要求1所述的光学系统，其中，跟踪误差信号是基于从第二和第三光斑反射回来的射线的中心孔径信号的高频分量的功率的DC电平(403)的差信号生成的。
7.用于生成跟踪误差信号的单元(19)，该单元包括：
-用于与能够检测从相关光学记录载体(10)反射回来的射线的光电检测器(4)连接的输入部分，该输入部分接收代表入射在光电检测器上的射线的输入信号，所述输入信号包括：
-代表第一入射光束(12)的第一信号，该第一入射光束是用于读取和/或记录载体中作为可读效应(18)的信息的光束，
-代表至少第二入射光束(11)和第三入射光束(13)的至少第二和第三信号，所述至少第二和第三入射光束相对于第一光束在相关载体上沿着第一和第二方向(35，36)位移，
-用于输出跟踪信号的输出部分，和
-处理单元(15)，用于基于所检测到的反射射线生成跟踪误差信号，
其中，所述跟踪误差信号适合于第一光束的径向跟踪，该跟踪误差信号(500)是基于在所述输入部分输入的、第二和第三入射光束的射线的中心孔径信号(400)的高频分量生成的。
8.一种跟踪用于再现和/或记录沿着相关光学记录载体(10)上的轨道(19，60)排列的光学可读效应的光学系统(1)的光束的方法，该系统包括：
-至少一个射线发射装置(4)，该射线发射装置能够发射
-第一光束(12)和相应的第一光斑(120)，用于读取和/或记录载体内的作为可读效应的信息，和
-至少第二光束(11)和第三光束(13)以及相应的第二和第三光斑(110，130)，第二光斑相对于第一光斑沿着第一方向(35)位移，并且第三光斑相对于第一光斑沿着第二方向(36)位移，
-光电检测器(4)，该光电检测器能够检测从光学记录载体反射回来的射线，
其中，该方法包括步骤：
基于从第二和第三光斑反射回来的射线的中心孔径信号(400)的高频分量生成跟踪误差信号(500)。
通过使用该跟踪误差信号沿着相关光学记录载体上的给定轨道跟踪第一光束。
9.可在计算硬件上执行用以实现权利要求8中所述方法的软件。
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