CN101473377B - 用于确定光学数据载体的临界旋转速度、监控光学数据载体的状况以及生成参考信号的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定光学数据载体(1)的临界旋转速度的设备(9，109)和方法(501)(其中在该临界旋转速度下可能在所述设备(9，109)内发生所述光学数据载体(1)的临界偏转)、一种用于监控光学数据载体(1)的状况的仪器(209)和方法、一种用于从光学数据载体(1)读取数据和/或向其写入数据的仪器(309)和方法以及一种用于生成将被用来确定光学数据载体(9)的临界旋转速度的参考信号的设备(409)和方法。为了提供一种允许在仍然安全的高旋转速度下旋转所述数据载体(1)的用于确定临界旋转速度的设备(9，109)而不会危害所述设备(9，109)和/或所述数据载体(1)，提出一种用于确定光学数据载体(1)的临界旋转速度的设备(9，109)所述设备包括：用于旋转所述光学数据载体(1)的驱动器单元(11)，所述驱动器单元(11)被适配成根据覆盖预定的旋转速度范围的扫描来旋转所述光学数据载体(1)；用于生成测量信号的测量单元(15，115)，其中所述测量信号表示所述光学数据载体(1)的表面(17)与对应于所述扫描的参考位置(19)之间的距离；以及确定单元(21)，其用于通过根据所述测量信号的至少一个特性处理所述测量信号来确定所述光学数据载体(1)的所述临界旋转速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定光学数据载体的临界旋转速度(其中在该临界旋转速度下可能在所述设备内发生所述光学数据载体的临界偏转(critical deflection))的设备和方法、一种用于监控光学数据载体的状况的仪器和方法、一种用于从光学数据载体读取数据和/或向所述光学数据载体写入数据的仪器和方法以及一种生成将被用于确定光学数据载体的临界旋转速度的参考信号的设备和方法。本发明还涉及相应的计算机程序。
背景技术
光盘驱动器中的读取或写入操作的数据吞吐量由记录在所述光盘或光学数据载体上的数据密度以及所述光学数据载体在操作期间的旋转速度决定。对于所述数据载体上的给定数据密度，可以通过提高所述光学数据载体的速度或旋转频率来提高所述吞吐量。
在所述盘驱动器的操作期间，所述光盘可能会由于多种不同原因(例如所述盘的不平衡或静态形变)而出现倾斜和偏转。通常来说，在所述盘驱动器中提供有一个控制组件，以用来把光学拾取单元(OPU)的读出或记录光束保持聚焦在将被读出或记录的盘的表面或平面上。
在光学驱动器中的高盘速下，应当把所述盘的振荡保持在界限内以避免可能会损害读取和写入性能的大的偏转和倾斜。所述盘的动态形变甚至可能导致该盘在高速下发生爆炸。因此，不管是出于安全原因还是出于性能原因都期望所述盘稳定旋转。由于光学驱动器一般将与不同的盘以及不同类型的盘一起使用，因此设计者面临着提供盘驱动器与数据载体的许多不同组合的要求。具有不同机械结构(从而具有不同动态行为)的不同种类的光学数据载体(例如CD、DVD、BD以及各种子类型)使得上述问题进一步复杂化。
在特定速度下(通常高于100Hz)，盘将会发生自激并且开始在没有任何外部激励的情况下振荡。发生这种情况的频率或速度取决于盘属性和驱动器属性。通过精密的设计可以偏移但是不能完全抵消这些频率。为了避免最后发生大的偏转和损坏，应当尽可能避免所述一个或多个临界频率。
一种确保安全性和足够高的性能的常见方法是把所述旋转速度限制到一定范围，其中所述范围被视为对于所有可能的组合都是安全的。这种方法的缺陷在于，某些允许操作在更高速度下(即具有更高数据吞吐量)的盘-驱动器组合被操作在不必要的低速下。
根据另一种方法，起初在相对较高的速度下旋转所述盘，并且如果发现其性能较差(例如在对于正在发生的振荡来说太慢的聚焦控制方面)则降低所述速度。这种方法的危险在于，所述速度可能过高，并且可能会损坏所述驱动器和/或盘。
对于盘与驱动器的特定组合，还有可能把所述速度提高到临界速度之上，以便再次达到一个具有减少的振荡的速度范围。这需要关于在更高速度下通常会发生什么情况以及关于所述盘与所述驱动器之间的相互作用的全面知识。至少必须知道所述特定临界速度是多少。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于确定光学数据载体的临界旋转速度(其中在该临界旋转速度下可能在所述设备内发生所述光学数据载体的临界偏转)的设备和方法，所述设备和方法允许在不危及所述设备和/或所述数据载体的情况下令所述数据载体在仍然安全的高旋转速度下旋转，这例如是通过在可能的或假定的临界旋转速度下对所述光学数据载体的旋转进行实际采样而实现的。
为了实现该目的，本发明提出一种用于确定光学数据载体的临界旋转速度(其中在该临界旋转速度下可能在所述设备内发生所述光学数据载体的临界偏转)的设备，所述设备包括：用于旋转所述光学数据载体的驱动器单元，所述驱动器单元被适配成根据覆盖预定的旋转速度范围的扫描(sweep)来旋转所述光学数据载体；用于生成测量信号的测量单元，其中所述测量信号表示所述光学数据载体的表面与对应于所述扫描的参考位置之间的距离；以及确定单元，其用于通过处理对应于所述扫描的所述测量信号来确定所述光学数据载体的所述临界旋转速度。
此外，提出了相应的方法。
本发明是基于以下认识：驱动器中的非常严重的盘振荡可能将其自身表现为驻波波形(stationary waveform)，并且可能不容易通过常见的光学拾取单元(OPU)控制观察到。偏转和/或相关的倾斜可能展现出相对较大的基本上恒定的幅度(可以与DC值相比)，其中所述偏转的该幅度例如在OPU物镜单元的焦点处可能没有改变(即没有AC分量)。可能无法从所述OPU控制的聚焦致动器的DC信号追踪所述偏转的起源，这是因为所述起源可能是驻波波形、倾斜的盘电动机以及杯形或伞形的盘。此外可能发生的情况是，在所述OPU的焦点处没有或者只有很小的偏转并且有很大的倾斜，其中在所述波形中有一个“节点”。
至少有两种驻波波形的特征表示。首先，所述偏转在若干循环内比最低速度偏转大很多(除非所述驻波波形具有局部“节点”)，其次，所述偏转在若干循环内保持恒定并且随后开始相当剧烈地“振荡”(对于变换到具有更少(对应于下旋)或更多(对应于上旋)波纹的下一个驻波的具有局部“节点”的驻波也发生这种情况)。
已经发现，在例如从聚焦致动器信号导出的恒定频率或速度下的动态行为不足以识别出临界速度，这是因为自激现象可能一直不被检测到，或者可能将其与所述数据载体或所述设备的其他事件或特征相混淆。已经认识到，通过利用预定的频率扫描而不是对恒定旋转频率进行采样，可以激发出多个动态现象，从而得到表征盘与驱动器的特定组合的信号或信号历史。可以通过处理对应于所述光学数据载体的表面上或者所述表面的包层上的一点的信号来导出所述盘与驱动器的组合的动态特征，从而可以预测或识别至少一个临界旋转速度。这里所使用的术语“信号”不指代特定时间点处的单一数值，而是指代某一时间周期内的不同数值的序列。
此外，所述扫描可以包括不同子扫描的迭代，其中可以基于对前一次子扫描的测量信号的处理结果来选择接下来是哪一个(哪一类)子扫描。一般来说，一次扫描或子扫描可以由以下因素来表征：起始速度(或频率)、结束速度(或频率)、扫描时间、扫描模式(例如线性或对数)以及在所述光学数据载体上执行所述扫描的半径。所述半径在扫描期间可以改变。在实践中已经发现精度与舒适度之间的折衷。利用大量扫描和子扫描可以达到几乎完美的精度，但是这将花费相对较长的时间。这一点对于数据量也同样适用。针对精度的参考信号和子扫描的更大数据库也意味着存储所述数据的额外努力以及处理所述数据的额外时间。
根据本发明的另一个实施例，所述确定单元被适配成通过把所述测量信号与至少一个预定参考信号进行比较来处理所述测量信号。
有可能在对应于所述用于确定临界旋转速度的设备的专用参考驱动器中检查大量参考盘的动态行为，并且在该参考驱动器中确定所述参考盘的一个或多个临界旋转速度。因此生成大量参考信号，所述参考信号被存储在所述设备或盘驱动器内以便与测量信号进行比较，其中所述测量信号是在检查所述设备中的实际数据载体的过程中生成的。从参考信号与所述测量信号之间的足够高的相似度可以推断出，所述驱动器中的数据载体展现出与所述参考驱动器中的相应参考盘基本上相同的动态行为，即对于所述数据载体与设备的特定组合以及所述参考盘与参考驱动器的特定组合来说，所述(多个)临界旋转速度是相同的。通过识别出在扫描期间展现出与实际测量的信号或行为最相似的动态行为或信号的参考盘与参考驱动器的组合，现在可以预测出手头的光学数据载体与设备的组合的(多个)临界旋转速度而无需实际在这种速度下旋转所述数据载体。这是一种处理所述测量信号以便确定临界旋转速度的略微间接的方式，其中，作为所述处理的基础的所述测量信号的特性是该测量信号与至少一个参考信号的相似度。
没有必要对完整的测量信号/参考信号应用比较。在某些实施例中，仅仅把所述信号的预定部分彼此进行比较。此外也没有必要把未经处理的数据与测量数据进行比较，这是因为可以在比较之前按照其他方式对所述信号进行处理。术语“测量信号”和“参考信号”应当被理解成包括对应的信号的导出信号(其中包括(但不限于)数学意义上的微分中的导数)，例如原始信号的压缩表示。
根据本发明的一个优选实施例，所述确定单元被适配成把所述测量信号与所述至少一个预定的参考信号进行比较，这是通过以下方式实现的：计算所述测量信号与所述参考信号的内积；以及/或者把所述测量信号与所述参考信号之间的差的平方相加；以及/或者把所述测量信号和平行于横坐标的预定线的相继相交之间的周期与所述参考信号和所述线的相继相交之间的周期进行比较(特别在预定时间周期内对其求平均)。
通过计算所述测量信号与所述参考信号的内积并且可能在随后进行归一化(即除以所述参考信号与其自身的内积)，可以给出所述测量信号与所述参考信号之间的简单相似率。在归一化之后所得到的数值越接近1，所述测量信号与所述参考信号就越相似。获得相似率的另一种简单方式是把所述测量信号与所述参考信号之间的差的平方相加，这类似于公知的“最小平方方法”，从而得到一个相关值。另一种方法包括：把所述测量信号取得给定数值的一个时刻与该测量信号取得所述数值的下一个时刻之间的一个或多个周期和所述参考信号取得所述数值的时刻之间的周期进行比较。实现这种比较的一种简单的方式是比较过零之间的时间，为此考虑若干个相继周期并且对其求平均。
对于所述比较结果有不同的处理方式。一种方式是把与所述测量信号最相似的参考信号相关联的(多个)临界速度作为所述设备中的所述光学数据载体的(多个)临界速度。一种更为保守的方式是把预定数目的最相似的参考信号的临界旋转速度作为手头的数据载体与盘的组合的临界旋转速度。另一种方式是对于所述相似度评定定义一个预定的阈值，也就是说，如果参考信号与所述测量信号的相似度至少等于所述阈值，则把(多个)相应的临界旋转速度取作所述设备中的所述数据载体的(多个)临界旋转速度(的其中之一)。这些方法的组合也是可能的。
所述阈值越高，在匹配的情况下所述测量信号与所述参考信号就越相似。相应地，所确定的(多个)临界旋转速度接近实际的(多个)临界旋转速度。但是，高阈值可能导致其中没有找到参考信号与测量信号之间的匹配的多个事例，即其中无法通过该阈值方法确定临界旋转速度的事例。
根据本发明的另一个实施例，所述确定单元被适配成通过对所述测量信号的形状执行模式识别来处理所述测量信号。
利用所述模式识别来处理所述信号本身的“形状”。执行这种模式识别的一种可行的方式是例如基于小波分析对所述测量信号执行时间/频率分析，以便提取出所述测量信号的要点，从而使得有可能确定临界旋转速度。另一种方式是把所述测量信号馈送到例如具有先前训练的人工智能的判定逻辑或专家系统中，所述判定逻辑或专家系统能够基于一组规则和/或实例确定临界旋转速度。
在本发明的一个有利实施例中，把所述模式识别方法和与参考信号进行比较的方法相组合。如果所有参考信号与所述测量信号的差异都过大，即所有参考信号与所述测量信号的相似度都低于给定的阈值，则替换地使用所述模式识别方法。或者，可以并行地使用所述两种方法，并且把所有确定的结果都视为临界旋转速度。
在本发明的另一个优选实施例中，所述测量单元包括用于引导被聚焦到所述光学数据载体的表面上的辐射束的光学单元，其中所述参考位置是所述辐射束的焦点位置。
在常见的光学驱动器中，所述光学拾取单元(OPU)常常配备有一个控制组件，以便确保由所述OPU使用来读出或写入数据的辐射束的焦点保持在从中读出或者向其写入数据的数据载体的平面或表面附近的特定范围内。因此，可以在无需所述光学数据载体的表面与所述OPU之间的任何物理接触的情况下测量所述数据载体的所述表面相对于所述OPU或所述焦点的位置。此外，可以使用常见的盘驱动器中的现有硬件，其中把由所述控制组件生成的致动器信号作为所述测量信号。因此不必为了在所述盘驱动器中实现本发明而做出硬件改变。
根据另一个实施例，所述测量单元被适配成生成与所述测量信号相关联的旋转定时信号，所述确定单元被适配成使用所述旋转定时信号来处理所述测量信号。
所述旋转信号是一个时间标记，也就是说，其指示预定数目的旋转并且可以被用来把所述测量信号与所述参考信号相关。所述旋转信号使得有可能在其时间线上重新缩放以及重新定位测量信号，以便把所述测量信号的定时适配于参考信号的定时。
在本发明的一个有利实施例中，所述扫描包括所述光学数据载体在所述设备的启动期间的加速以及/或者所述光学数据载体的减速(特别是所述光学数据载体的无驱动或自由轮转减速)。
如果所述光学数据载体或盘的加速被用于所述扫描或者被用在所述扫描内，则启动所述设备所需要的时间仅仅略微增加或者完全不增加。术语“启动”指代所述设备的通电或接通或者所述光学数据载体的插入与所述设备可操作的时刻(即可以在正常操作中从所述光学数据载体读出数据和/或向其写入数据的时刻)之间的时间。在所述光学数据载体的无电力或无驱动减速或者下旋过程中，所述驱动器的附加影响被消除，所述数据载体的动态行为仅仅取决于所述数据载体和所述驱动器内的空间状况(例如所述驱动器中围绕所述盘的(受扰)空气流动)。
根据本发明的另一个实施例，所述扫描包括慢速子扫描和中速子扫描以用于确定所述光学数据载体的静态形状。
在慢速下，所述光学数据载体将不会由于惯性或离心力而发生形变，也就是说，所述数据载体将基本上保持在其静态形状下。所述光学数据载体的表面与所述参考点之间的距离的改变可以反映出所述数据载体略微卷曲这一事实，从而使得有可能确定所述数据载体的静态形状。在中速下，所述盘将会由于离心力而略微“伸展”，并且所述静态形变将在某种程度上被减小。如果所述光学数据载体的表面与所述参考点之间的距离仍然有改变，例如如果需要改变聚焦致动器信号以便把所述OPU的焦点保持在所述盘上，则所述改变例如可能是由于所述盘的不平衡安装或者是由于所述驱动器方面的原因而导致的。由于不平衡所导致的振动可以被认识到并且被滤除，这是因为它们与旋转频率直接耦合。
根据本发明的另一个实施例，所述扫描包括一个恒定旋转速度周期。
与其中有经过特定旋转速度的加速或减速的情况相比，所述盘在所述扫描期间在该特定的恒定旋转速度下的旋转允许在更大程度上确立与该特定旋转速度相关的动态行为。这使得检测该动态行为更加容易，从而便于处理所述测量信号。
在本发明的另一个实施例中，所述用于确定光学数据载体的临界旋转速度的设备还包括：标识所述设备的设备标识符；以及数据单元，其用于把所述确定的临界旋转速度和/或所述测量信号与所述设备标识符一起记录在所述光学数据载体上。
某一特定旋转速度是否对应于驱动器与数据载体的给定组合的临界旋转速度取决于所述驱动器和所述数据载体。但是特定数据载体在特定驱动器中的临界旋转速度可能会随着时间改变，这特别是由于所述数据载体的老化而造成的。温度偏移可能导致一些次要改变。通过把设备标识符(例如所述设备的序列号)与所述测量信号和/或所确定的临界旋转速度一起记录使得有可能观测或监控所述临界旋转速度随着时间的改变。如果临界旋转速度发生了足够大的改变，那么这可能表明所述数据载体例如由于老化或者应力过大而磨损，并且表明应当替换所述数据载体以及应当把所记录的数据存储在别处。
根据本发明的另一方面，提出一种用于监控光学数据载体的状况的仪器，所述仪器包括：如上所述的用于确定所述光学数据载体的临界旋转速度的设备；标识所述设备的设备标识符；数据单元，其用于把所述确定的临界旋转速度和/或所述测量信号与所述设备标识符一起存储在所述光学数据载体上，并且用于读取先前由所述仪器记录在所述数据载体上的所记录的临界旋转速度和/或所记录的测量信号；以及监控单元，其用于把所述确定的临界旋转速度与所述记录的临界旋转速度进行比较，以及/或者把所述生成的测量信号与所述记录的测量信号进行比较。
此外，提出了相应的方法。
在根据本发明确定了所述临界旋转速度之后，与设备标识符(例如所述设备的序列号)一起记录所确定的临界旋转速度，以便确定所述临界旋转速度。在其后的某一时间点处，重复所述确定临界旋转速度的处理，并且把所确定的结果与至少一个先前记录的结果或者多个先前记录的结果进行比较。如果最近的结果与前一个结果没有偏差，则有可能在所述光学数据载体和所述设备中没有发生改变。但是如果存在偏差，则可能表明所述光学数据载体的恶化。对于所述设备标识符的所述附加记录确保仅仅把当前的结果与数据载体和设备的相同组合的前一个结果进行比较。
根据本发明的另一方面，提出一种用于从光学数据载体读取数据和/或向其写入数据的仪器，所述仪器包括如上所述的用于确定所述光学数据载体的临界旋转速度的设备以及用于从所述光学数据载体读取数据和/或向其写入数据的读-写单元，其中所述设备的所述驱动器单元被适配成在所述读-写单元的读取和/或写入过程中避免在所述确定的临界旋转速度下旋转所述光学数据载体。
此外，提出了相应的方法。
针对光学数据载体与用于读/写数据的仪器(例如光盘与盘驱动器)的某种组合确定临界旋转速度以及随后避免所述临界旋转速度的程序可以提高所述仪器的操作性能和安全性。在不同于临界旋转速度的旋转速度下将不会发生由于自激或内部激励而导致的过度动态振荡，而所述过度振荡将会损害所述读写处理的性能。可以减少或者避免所述光学数据载体的磨损，从而可以减缓老化或磨损的过程。此外还可以降低损坏所述仪器或所述光学数据载体的风险。
根据本发明的另一方面，提出一种生成将被用于确定光学数据载体的临界旋转速度的参考信号的设备，所述设备包括：用于旋转参考盘的参考驱动器单元，所述参考驱动器单元被适配成根据覆盖预定的旋转速度范围的扫描来旋转所述参考盘；用于生成表示所述参考盘的表面与参考位置之间的距离的所述参考信号的参考测量单元，其中所述参考信号对应于所述扫描；以及用于测量所述光学数据载体的所述表面的形状的表面单元。
此外，提出了相应的方法。
在所述用于生成参考信号的设备中，有可能测量参考盘的动态行为，而这在常见的盘驱动器中通常是不可能的。对于每一种类型或者对于每一种类型分类需要专用的参考驱动器单元(其代表所述特定类型或类型分类)。此外，对于光学数据载体的每一种类型或者每一种类型分类使用专用的参考盘。对应于所述驱动器单元(其中包括所讨论的盘驱动器的外壳和其他元件)与所述参考盘之间的动态相互作用的相关特征必须与存在于将在其中使用所生成的参考信号的驱动器内的特征基本上完全相同，否则所生成的参考信号可能是无用的，或者必须对其进行操纵以便在用于确定临界旋转速度的设备或方法中提供对所述参考信号的有意义的使用。在操作期间必须对所述参考盘进行附加的测量，但是这些测量一定不能与所述数据载体的动态行为发生干扰，例如一定不能与所述设备内的内部空气动力特性发生干扰。
优选地使用具有处在所述驱动器单元外部的光源和传感器的光学系统。因此，原理上可以使用将被检查的该类标准驱动器，其中具有透明覆盖层(即至少对于所使用的光是透明的)的形式的修改就足够了。所述光学系统包括多个光源和一个传感器(例如高速摄影机)，其中由所述光源所发射的光被所述参考盘的镜表面反射。当所述参考盘不被旋转时，所述参考盘的镜表面优选地是一个平坦表面。在操作期间，由于所述参考盘的偏转，所述镜表面将被卷曲。优选地使用单色光，从而可以忽略色散效应。由所述传感器检测到的所述光源的反射像用来在不影响所述动态行为的情况下确定所述参考盘的所述镜表面的形状，而如果影响了所述动态行为的话则将会损害所测量的参考信号的重要性。通过监控所述光学数据载体的形状使得有可能检测临界旋转速度。用于判定某一旋转速度是否临界的可能标准例如有所述数据载体的形变的绝对值以及所述数据载体的表面的振荡频率。所述参考信号可以被同时测量或者被单独测量。如果所述扫描不延伸到最高可能速度，则优选地单独测量对应于将被执行来如上所述地确定临界旋转速度的所述扫描的参考信号，以便降低损坏所述光学数据载体和/或驱动器的风险。
可以由制造商事先为根据本发明的用于从光学数据载体读出数据和/或向其写入数据的仪器(例如根据本发明的消费者盘驱动器)提供参考数据，即所述(多次)扫描的参数以及对应于多种不同类型(不同类型分类)的光学数据载体的相应的参考信号。此外，还有可能在所述光学数据载体本身之上提供至少其中一些所述数据，可以由所述仪器从所述数据载体中读出所述数据并且随后使用。
附图说明
下面将参照在附图中示出的优选实施例更加详细地描述本发明，其中：
图1示意性地示出了光学数据载体的偏转；
图2示意性地示出了根据本发明的用于确定光学数据载体的临界旋转速度的设备的第一实施例；
图3示意性地示出了用于把聚焦的辐射束导向光学数据载体的表面的光学单元；
图4示意性地示出了根据本发明的用于确定光学数据载体的临界旋转速度的设备的第二实施例；
图5示意性地示出了根据本发明的用于监控光学数据载体的状况的仪器；
图6示意性地示出了根据本发明的用于从光学数据载体读取数据和/或向其写入数据的仪器；
图7示意性地示出了根据本发明的用于生成参考信号的设备；
图8a、8b示意性地示出了图7中所示的设备内的光学数据载体的偏转效应；
图9是示出了根据本发明的确定临界旋转速度的方法的流程图；
图10是示出了根据本发明的监控光学数据载体的状况的方法的流程图；
图11是示出了根据本发明的从光学数据载体读取数据和/或向其写入数据的方法的流程图；
图12是示出了根据本发明的生成参考信号的方法的流程图；以及
图13示出了示例性的测量信号和参考信号。
具体实施方式
图1示意性地示出了光学数据载体1的偏转。所述光学数据载体1可能发生形变或偏转并且展现出驻波波形。这种驻波波形由虚线3表示。所述偏转由箭头5表示。所示出的驻波波形具有多个节点7，所谓的节点即所述光学数据载体1当中的未发生形变的数据载体表面与偏转的表面重合的区域(所述表面的倾斜度差异除外)。
图2示意性地示出了根据本发明的用于确定光学数据载体1的临界旋转速度的设备9的第一实施例。所述设备9包括：具有心轴13的驱动器单元11、测量单元15、存储单元23以及连接到所述驱动器单元11、测量单元15和存储单元23的确定单元21。所述驱动器单元11通过所述心轴13旋转所述光学数据载体1，并且把例如关于旋转速度的旋转数据传送到所述确定单元21。所述测量单元15被适配成测量所述光学数据载体1的表面17与参考位置19之间的距离(由虚线双箭头表示)以及生成表示该距离的测量信号，该测量信号被传送到所述确定单元21。所述确定单元21接收来自所述存储单元23的至少一个参考信号，并且通过把接收自所述测量单元15的所述测量信号与所述参考信号进行比较来处理该测量信号。可以对于几个其他参考信号重复该比较。
当找到匹配时，即当测量信号与参考信号足够相似时，就把与对应的参考信号相关联的(多个)临界旋转速度视为设备9与光学数据载体1的当前组合的(多个)临界旋转速度，从而是所述光学数据载体的临界旋转速度。作为对该比较处理的替换和/或补充，所述确定单元21可以被适配成例如通过执行模式识别来处理所述测量信号，以便确定临界旋转速度。如虚线箭头所示，所述测量单元15可以沿着所述光学数据载体移动。
图3示意性地示出了用于把聚焦的辐射束导向光学数据载体1的表面的光学单元25。所述测量单元15包括光学单元25。所述光学单元25被适配成把聚焦的辐射束27导向光学数据载体1的表面17。所述光学单元25还被适配成检测由所述表面17反射的激光以及例如从所反射的光束的形状检测所述焦点19与所述表面17的偏差。所述表面17的振荡由虚线表示。通常使用的光盘驱动器的光学拾取单元常常按照类似的方式被控制，以便令其激光束的焦点处在将从中读出数据或者将向其写入数据的光盘的平面或表面上。因此，测量单元15可以被实现为常见的光学拾取单元，其中所述聚焦致动器信号被传送到所述确定单元21(与图2对照)以作为所述测量信号。
图4示意性地示出了根据本发明的用于确定光学数据载体1的临界旋转速度的设备109的第二实施例。所述设备109在某种程度上类似于图2中所示的设备9。其包括：具有心轴13的驱动器单元11、测量单元115、存储单元23以及连接到所述驱动器单元11、测量单元115和存储单元23的确定单元21。所述测量单元115包括数据单元131并且进一步连接到标识符单元129，该标识符单元129存储基本上唯一地标识所述设备109的序列号DID。按照与图2中所示的设备9类似的方式确定所述设备109内的所述光学数据载体1的至少一个临界旋转速度。一旦确定了所述至少一个临界旋转速度之后，就将其从所述确定单元21传送到所述测量单元109内的数据单元131。所述数据单元131把所确定的(多个)临界旋转速度与所述设备109的序列号一起记录在所述光学数据载体1上。因此，可以在后来的某一时间从所述数据载体1中获取所确定的(多个)临界旋转速度并且将其与所述序列号DID所属的特定设备109相关联。作为记录所述(多个)临界旋转速度的替换或补充，可以记录所述测量信号本身或其导出信号。
图5示意性地示出了根据本发明的用于监控光学数据载体1的状况的仪器209。所述仪器209包括如上所述的用于确定所述光学数据载体1的临界旋转速度的设备9。所述仪器还包括互连的标识符单元229、数据单元231以及监控单元233。所述设备9也连接到所述数据单元231和所述监控单元233。所述设备9确定所述光学数据载体1的一个或多个临界旋转速度并且将所确定的数据传送到所述数据单元231，该数据单元231把所确定的数据与被存储在所述标识符单元229中的所述序列号DID一起记录在所述数据载体1上，这与上面参照图4描述的类似。此外，所述数据单元231被适配成从所述数据载体1中读出先前记录的数据，并且将其传送到所述监控单元233。所述监控单元从所述数据单元231接收先前记录的数据，其中包括属于所述数据载体1的至少一个临界旋转速度和/或测量信号以及最初采集所述数据的设备的序列号，该监控单元从所述设备9接收新确定的(多个)临界旋转速度和/或新生成的测量信号。通过把先前获得的数据与新生成或确定的数据进行比较，所述测量单元15可以判定所述光学数据载体的状况是否发生了显著改变(例如所述数据载体是否严重恶化)。如果出现了这种显著的恶化，则可以由用户响应于所述仪器209对该效应的指示对记录在所述光学数据载体上的数据进行备份。
一种选项是附加地提供关于所记录的数据被记录的时间的某种指示，比如时间标记。因此，可以随着时间观测所监控的数据载体1的状况改变。在本上下文中，优选地在所述数据载体1上提供对应于确定所述数据载体1的临界旋转速度的多个不同事例的尽可能多的数据分组。但是为了不浪费所述数据载体1上的记录空间，有可能仅仅提供少量分组，例如用最新的分组来替换最早的分组。甚至有可能首先从所述数据载体1中读出数据并且随后用新数据覆写旧数据。
图6示意性地示出了根据本发明的用于从光学数据载体1读取数据和/或向其写入数据的仪器309。所述仪器309在某种程度上类似于图4中所示的设备109，并且包括如2中所示的设备9的特征。所述仪器包括具有心轴13的驱动器单元311、测量单元315、存储单元23以及连接到所述驱动器单元311、测量单元315和存储单元23的确定单元321。所述测量单元315包括读-写单元331。按照与图2中所示的设备9或者图4中所示的设备109类似的方式确定所述仪器309内的光学数据载体1的至少一个临界旋转速度。一旦确定了所述至少一个临界旋转速度之后，就将其从所述确定单元321传送到所述驱动器单元311。所述驱动器单元311现在能够在所述仪器309的操作期间避免所确定的(多个)临界旋转速度。所述读-写单元331被适配成在所述数据载体1上记录用户数据和/或从所述数据载体1读取数据。为了允许达到所述读-写单元331的最优性能，所述驱动器单元311可以在考虑到所确定的(多个)临界旋转速度的情况下被认为是安全的最高旋转速度下旋转所述数据载体1。
图7示意性地示出了根据本发明的用于生成参考信号的设备409。所述设备409包括参考驱动器单元411、参考测量单元415以及表面单元437。所述表面单元437包括多个光源439和一个高速摄影机441。所述光源439被设置成与具有镜表面417的参考盘401相距一定距离435，其所发射的光在所述参考盘401的所述镜表面417处被反射。因此，所述摄影机441检测到由所述镜表面417反射的所述光源439的像。在一个替换实施例中，用一个受照明图案取代所述多个光源439，所述摄影机检测到由所述参考盘的镜表面反射的所述受照明图案的反射。在图7中，所述摄影机与所述参考盘401的距离和所述光源439与所述参考盘401的距离435相同。但是这并不是必须的。本领域技术人员将很容易认识到具有基本上相同或者相似的效果的不同设置(与图8a、8b对照)。此外，所述参考盘401可以是或者可以不是光学数据载体。特别地，不必在所述参考盘401上写入或记录任何数据。
由所述摄影机441检测到的所述像使得有可能测量所述参考数据载体401的形状，从而识别出与所述参考数据载体401的临界旋转速度相关的数据载体驻波模式。此外，所述参考测量单元415生成表示所述参考数据载体401的表面与参考位置419之间的距离的参考信号，其生成方式与上面描述的测量单元生成测量信号的方式相似或完全相同。仪器409与参考数据载体401的组合被发现能够映射所述仪器409的相关联的特定盘驱动器与所述参考数据载体所代表的特定盘的组合，此时这两种组合的动态行为基本上相同，从而所述测量信号与所述参考信号基本上完全相同。因此，所述参考信号可以被用来识别具有和所述参考组合相同的动态行为的盘驱动器与相关数据载体的组合。
图8a、8b示意性地示出了如图7中所示的设备内的光学数据载体的偏转的效应。从图8a中可以看出，如果所述盘被偏转成外端(在该横截面图中)向上偏转，则所述摄影机仅仅检测到靠近该摄影机的光源的像。另一方面，如图8b中所示，如果所述盘在相反方向上偏转，那么所述摄影机还检测到远离该摄影机的光源的像。因此，有可能根据由所述摄影机所检测到的像重建或计算所述参考数据载体的反射表面的形状。
图9是示出了根据本发明的确定临界旋转速度的方法501的流程图。所述方法501包括以下步骤：旋转503光学数据载体、生成505测量信号以及确定507所述临界旋转速度。所述旋转步骤503和生成步骤505被同时实施，其后是所述确定步骤507。所述旋转步骤503包括预定的扫描，所述扫描包括加速509、受控减速511、无驱动减速513以及恒定速度周期515。可以按照任意顺序执行这些子步骤。所述测量信号的生成步骤505包括把聚焦的激光束导向517所述数据载体以及测量所述激光束的焦点与所述数据载体的表面之间的相对距离的步骤，从而生成所述测量信号。所述确定步骤可以包括：借助于所述测量信号与参考信号的内积的比较521、借助于把距离的平方相加的比较523以及/或者通过人工智能或者某种其他类型的判定逻辑来处理525所述测量信号。
图10是示出了根据本发明的监控光学数据载体的状况的方法的流程图。根据如上所述的方法(对照图9)确定501临界旋转速度的步骤之后是把所确定的临界旋转速度和/或所生成的测量信号记录527到所述数据载体上的步骤。其后是监控步骤529，该监控步骤包括：确定临界旋转速度的步骤501、读取531先前记录的临界旋转速度和/或先前记录的测量信号、记录527所确定的临界旋转速度和/或被用于确定所述临界旋转速度的测量信号从而可以识别所述设备以及把所确定的临界旋转速度与先前记录的临界旋转速度进行比较的步骤533和/或把所生成的测量信号与先前记录的测量信号进行比较533。只要所述比较533在所述确定501和所述读取531之后并且只要所述记录527在所述确定501之后，上述步骤的顺序就可以改变。不必同时执行所述确定501和所述读取531，并且所述记录527不必在所述读取531之后发生。可以重复所述监控步骤529。
图11是示出了根据本发明的从光学数据载体读取数据和/或向其写入数据的方法的流程图。在根据如上所述的方法确定手头的光学数据载体的临界旋转速度的步骤501之后是从所述光学数据载体读取数据和/或向其写入数据的步骤535，在该步骤535中，在不同于所确定的临界旋转速度的旋转速度下旋转所述光学数据载体。所述方法可以通过另一个确定501或者另一个读/写步骤535而继续。
图12是示出了根据本发明的生成参考信号的方法的流程图。所述生成参考信号的方法包括两种操作。第一种操作537包括：在基本上覆盖所述驱动器所能达到的整个旋转速度范围内的几个旋转速度下旋转参考驱动器中的参考盘的步骤539；以及测量所述参考盘的表面的形状的测量步骤541。这使得有可能检测到可以被视为临界的一个或多个旋转速度，所谓的临界即危及所述驱动器和盘的性能或安全性。第二种操作543包括：根据预定的扫描旋转所述参考驱动器中的所述参考盘的步骤545；以及生成对应于所述扫描的参考信号的步骤547。所述参考信号表示所述参考盘的表面与参考位置之间的距离。其可以被用于确定与所述参考驱动器相关联的消费者驱动器中的常见光学数据载体的临界旋转速度，这是通过如上所述地把所述参考信号与测量信号进行比较而实现的。可以按照任意顺序来执行所述两种操作，其中包括同时执行，即在所述参考盘401的旋转539、545期间同时生成547所述参考信号并且测量541所述表面的形状。
图13示出了示例性的测量信号和参考信号。很久之前就发现旋转中的盘可能取得偏转的形状。所述盘看起来是静止的；实际上每一个盘材料点在回转的同时都以非常特定的频率振动。这种形状在这里被称作盘驻波模式。这种解释足以考虑一个模式对，其中全部两个本征模式都以相同的自然频率振动，所述模式形状在盘圆周上具有90度偏移并且在时间上具有90度相移。
如果上述两个振动同时表现出其自身，则结果是看起来在没有旋转的情况下偏转的盘；这当然不是真的；所述盘确实在振动，但是从固定的空间位置(焦点)看所述盘则无法检测出运动。利用固定点运动检测器来区分偏转的形状与未偏转的形状的一种方式是改变旋转速度。
为了说明其概念，首先给出对应于仅仅一个模式对的偏转的简单模型。假设所述盘是轴向对称的。为了说明清楚起见，集中于所述盘的周界。可以说这里仅仅对来自所述盘的代表性环进行建模。于是可以通过下式表示与沿着所述周界具有n个节点(对应于等效盘的节点线)的本征模式相关联的轴向偏转：
A sin(nθ)sin(ωt) (1)
其中，v是沿着所述圆周的角度，ω是本征频率，A是幅度，t是时间。出于轴向对称性的原因，将总是有垂直于该第一模式的第二伴随模式。取代等式(1)中的第一正弦项，对于所述第二模式将有余弦项。所述相差可以具有任意数值。
如下面所解释的那样，在90度相差下可能发生驻波模式(stationary mode)。可以通过下式来表示总的偏转：
ud(θ，t)＝A sin(nθ)sin(ωt)+B sin(nθ)sin(ωt)(2)
通过引入在时间上是线性的v来对所述盘的旋转进行建模：
θ＝Θ-Ωt (3)
其中，θ是固定空间中对所述偏转的检测角度，Ω是旋转速度。
利用下式：
cos(α+β)＝cosαcosβ-sinαsinβ
cos(α-β)＝cosαcosβ+sinαsinβ (4)
可以导出下面的公示：
sinαsinβ＝1/2cos(α-β)-1/2cos(α+β)
cosαcosβ＝1/2cos(α-β)+1/2cos(α+β) (5)
通过把等式(3)带入到等式(2)中并且利用等式(5)重写之可以得到下式：
ud(Θ，t)＝A sin(nΘ-nΩt)sin(ωt)+B sin(nΘ-nΩt)sin(ωt)
＝A[1/2 cos(nΘ-nΩt-ωt)-1/2 cos(nΘ-nΩt+ωt)]+
B[1/2 cos(nΘ-nΩt-ωt)+1/2 cos(nΘ-nΩt+ωt)]
＝A[1/2 cos(nΘ-(nΩ+ω)t)-1/2 cos(nΘ-(nΩ-ω)t)]+
B[1/2 cos(nΘ-(nΩ+ω)t)+1/2 cos(nΘ-(nΩ-ω)t)] (6)
现在可以看出，通过设置A＝-B给出仅仅具有余弦函数的对应于从固定世界看去的所述偏转的表达式。
ud(Θ，t)＝B cos(nΘ-(nΩ-ω)t) (7)
这是所谓的后向行波。类似地，通过设置A＝B产生前向行波。朝向驻波模式的最后一步是把所述旋转频率固定到所述本征频率。这样将消除等式(7)中的后向行波的显式时间相关性。因此，对应于驻波模式的条件是：
Ω＝ω/n (8)
只要满足等式(8)，检测器就将在所述盘确实振动的同时仅仅看到DC分量。
ud(Θ，t)＝B cos(nΘ) for Ω＝ω/n (9)
应当注意到，不可能使得所述前向行波独立于时间，这是因为(nΩ+ω)t不可能为零。
如果所述旋转速度不是恒定的而例如是不断降低的，则将出现AC分量。为了说明这种效应，考虑恒定加速度Ω’(如果该导数为负的话则是减速度)。
Ω(t)＝Ω0+Ω’t (10)
可以把等式(10)带入到等式(7)中，以便仿真所述效应。在所使用的模型中，所述盘只能在鞍模式(saddle mode)下振动，因此n＝2。所述旋转速度被选择成等于75Hz。已经知道，对于具有150Hz的鞍模式频率的盘，可能产生驻波鞍模式，前提是有恒定的外力起作用。所述旋转速度在前0.1秒内保持75Hz，其后以Ω’＝-13rad/s开始减速。如图13中所示，其自然频率(虚线)为150Hz的盘初始地具有恒定的偏转(归一化的-1)。如果所述旋转速度不改变，则将完全不会看到振动(AC)分量。但是在0.1秒处开始减速，只有此时才能明显看出所述盘确实已经在内部振动。图13还示出了对应于具有其他自然频率的盘的初始恒定速度振动和后续的减速暂态响应。具体来说，所描绘的偏转的时间信号是对应于ω＝2π[148 149 150 151152 150.82]的时间信号。具有鞍模式频率148Hz、149Hz、150Hz、151Hz和152Hz的前5个“盘”表示具有已知的动态属性的参考盘。具有鞍模式频率150.82Hz的最后一个盘表示一个未知的盘，这里想要识别其自然频率。实现这一目的的方式基本上是通过取得所述未知盘与所有其他盘的时间信号的内积。最高的值指向在动态方面最相似的盘。在该例中，经过归一化的内积是ip＝[0.1929 0.1214-0.07410.79310.1202]。第4个值明显是最高的，因此所述“未知”盘与盘4最相似，这里已经知道盘4的鞍模式自然频率是151Hz。在一秒内对于所述信号的过零之间的时间求平均的结果如下：[0.4727 0.23960.2203 0.1980 0.1739]。所述“未知”盘的信号(150.82Hz)所表现出的过零之间的平均时间为0.1981，这清楚地指向其频率为151Hz的第4个参考。
上面给出的例子没有考虑到在实践中有阻尼。实际的信号可能会由于阻尼而衰落并且可能会由于旋转频率(或旋转速度)发生改变(例如降低)而自激失调。
特别在高速下(可能)有快速相继的动态效应(即所述光学数据载体的振荡和形变)，其中包括一个或多个驻波波形。例如，可以通过把这些动态效应与参考盘的动态效应进行比较来识别出典型的动态行为，从而可以确定临界旋转速度。可以在正常操作期间根据本发明确定临界旋转速度，并且没有必要提供不可能在其间进行读取或写入的耗时的测试处理。
有可能在(半)专业的测试器中应用本发明，其中可以建立对应于不同的盘类型和设计的动态属性的数据库。此外，如果有本发明所提供的标准化评估方法的话，则有可能公平地比较驱动器和盘的性能。
Claims (18)
1.用于确定光学数据载体(1)的临界旋转速度的设备(9，109)，其中在该临界旋转速度下可能在所述设备(9，109)内发生所述光学数据载体(1)的临界偏转，所述设备(9，109)包括：
用于旋转所述光学数据载体(1)的驱动器单元(11)，所述驱动器单元(11)被适配成根据覆盖预定的旋转速度范围的扫描来旋转所述光学数据载体(1)；
用于生成测量信号的测量单元(15，115)，其中所述测量信号表示所述光学数据载体(1)的表面(17)与对应于所述扫描的参考位置(19)之间的距离；以及
确定单元(21)，其用于通过处理对应于所述扫描的所述测量信号来确定所述光学数据载体(1)的所述临界旋转速度。
2.根据权利要求1的设备(9，109)，其中，所述确定单元(21)被适配成通过把所述测量信号与至少一个预定的参考信号进行比较来处理所述测量信号。
3.根据权利要求2的设备(9，109)，其中，所述确定单元(21)被适配成把所述测量信号与所述至少一个预定的参考信号进行比较，这是通过以下操作来实现的：
计算所述测量信号与所述参考信号的内积；以及/或者
把所述测量信号与所述参考信号之间的差的平方相加；以及/或者
把所述测量信号和平行于横坐标的预定线的相继相交之间的周期与所述参考信号和所述线的相继相交之间的周期进行比较。
4.根据权利要求1的设备(9，109)，其中，所述确定单元(21)被适配成通过对所述测量信号的形状执行模式识别来处理所述测量信号。
5.根据权利要求1的设备(9，109)，其中，所述测量单元(15，115)包括用于把聚焦的辐射束(27)导向所述光学数据载体(1)的表面(17)的光学单元(25)，其中所述参考位置(19)是所述辐射束(27)的焦点(19)的位置。
6.根据权利要求1的设备(9，109)，其中，所述测量单元(15，115)还被适配成生成与所述测量信号相关联的旋转定时信号，并且其中所述确定单元(21)被适配成使用所述旋转定时信号来处理所述测量信号。
7.根据权利要求1的设备(9，109)，其中，所述扫描包括所述光学数据载体(1)在所述设备(9，109)的启动期间的加速以及/或者所述光学数据载体(1)的减速。
8.根据权利要求7的设备(9，109)，其中，所述光学数据载体(1)的减速是所述光学数据载体(1)的无驱动减速。
9.根据权利要求1的设备(9，109)，其中，所述扫描包括慢速子扫描和中速子扫描，以用于确定所述光学数据载体(1)的静态形状。
10.根据权利要求1的设备(9，109)，其中，所述扫描包括恒定旋转速度周期。
11.根据权利要求1的设备(9，109)，还包括：
标识所述设备(9，109)的设备标识符(DID)；以及
数据单元(131)，其用于把所述确定的临界旋转速度和/或所述测量信号与所述设备标识符(DID)一起记录在所述光学数据载体(1)上。
12.用于确定光学数据载体(1)的临界旋转速度的方法(501)，其中在该临界旋转速度下可能发生所述光学数据载体(1)的临界偏转，所述方法(501)包括以下步骤：
根据覆盖预定的旋转速度范围的扫描来旋转(503)所述光学数据载体(1)；
生成(505)表示所述光学数据载体(1)的表面(17)与参考位置(19)之间的距离的测量信号；以及
通过处理对应于所述扫描的所述测量信号来确定(507)所述光学数据载体(1)的所述临界旋转速度。
13.用于监控光学数据载体(1)的状况的仪器(209)，所述仪器(209)包括：
如权利要求1所述的用于确定所述光学数据载体(1)的临界旋转速度的设备(9，109)；
标识所述设备(9，109)的设备标识符(DID)；
数据单元(231)，其用于读取先前由所述仪器(209)记录在所述数据载体(1)上的所记录的临界旋转速度和/或所记录的测量信号，并且用于把所述确定的临界旋转速度和/或所述测量信号与所述设备标识符(DID)一起记录在所述光学数据载体(1)上；以及
监控单元(233)，其用于把所述确定的临界旋转速度与所述先前记录的临界旋转速度进行比较，以及/或者把所述生成的测量信号与所述先前记录的测量信号进行比较。
14.监控光学数据载体(1)的状况的方法，所述方法包括以下步骤：
通过如权利要求12所述的确定方法确定(501)所述光学数据载体的临界旋转速度；
从与执行所述确定方法的设备相关联的所述数据载体(1)中读取(531)先前记录的临界旋转速度和/或先前记录的测量信号；
把所述确定的临界旋转速度和/或所述测量信号与标识所述设备的设备标识符(DID)一起记录(527)在所述光学数据载体(1)上；以及
把所述确定的临界旋转速度与所述先前记录的临界旋转速度进行比较(533)，以及/或者把所述生成的测量信号与所述先前记录的测量信号进行比较。
15.用于从光学数据载体(1)读取数据和/或向其写入数据的仪器(309)，所述仪器(309)包括：
如权利要求1所述的用于确定所述光学数据载体(1)的临界旋转速度的设备(9，109)；以及
用于从所述光学数据载体(1)读取数据和/或向其写入数据的读-写单元(331)，
其中，所述设备(9，109)的所述驱动器单元(11，311)被适配成在所述读-写单元(331)的读取和/或写入动作期间避免在所述确定的临界旋转速度下旋转所述光学数据载体(1)。
16.从光学数据载体(1)读取数据和/或向其写入数据的方法，所述方法包括以下步骤：
通过如权利要求12所述的确定方法确定(501)所述光学数据载体(1)的临界旋转速度；以及
在所述光学数据载体(1)以不同于所述确定的临界旋转速度的旋转速度进行旋转期间，从所述光学数据载体(1)读取(535)数据和/或向其写入(535)数据。
17.用于生成将被用来确定光学数据载体(1)的临界旋转速度的参考信号的设备(409)，所述设备(409)包括：
用于旋转参考盘(401)的参考驱动器单元(411)，所述参考驱动器单元(411)被适配成根据覆盖预定的旋转速度范围的扫描来旋转所述参考盘(401)；
用于生成表示所述参考盘(401)的表面(417)与参考位置(419)之间的距离的所述参考信号的参考测量单元(415)，其中所述参考信号对应于所述扫描；以及
用于测量所述参考盘(401)的所述表面的形状的表面单元(437)。
18.生成将被用于确定光学数据载体(1)的临界旋转速度的参考信号的方法，所述方法包括以下步骤：
旋转(539，545)参考盘(401)；
生成(547)表示所述参考盘(401)的表面(417)与参考位置(419)之间的距离的所述参考信号，其中所述参考信号对应于覆盖预定的旋转速度范围的扫描；以及
测量(541)所述参考盘(401)的所述表面的形状。
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