CN1177176A - 用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置 - Google Patents

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Abstract

补偿光盘系统中聚焦误差信号的装置。光学头接收光盘信息记录面反射的光并将其转换成电信号,光源的光聚焦在信息记录面上从那里反射。聚焦误差检测器检测聚焦误差(FE)信号。控制器接收光学头的反馈(RF)信号,并根据FE信号值和RF信号功率电平产生选择信号。根据该选择信号,从N个滤波单元中选择一个。被选单元对FE信号滤波并将滤波后的FE信号传给光学头作为补偿信号,从而控制光线的聚焦及光线在信息记录面上的会聚点。

Description

用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置
本发明涉及一种光盘系统，具体地说，涉及一种数字聚焦伺服控制装置，该装置用于光盘系统以便使用一种改进的聚焦误差补偿技术有效地补偿聚焦误差。
众所周知，对传统的光盘系统提供了数字伺服控制装置，使光学头或光学系统具有进入光盘信息记录面上的各磁道的精确通路。通常，这种数字伺服控制装置包括一个光盘，一个具有光源的光学头，一个具有聚焦误差(FE)检测器和聚焦执行器的聚焦伺服控制回路，一个具有跟踪误差(TE)检测器和跟踪执行器的跟踪伺服控制回路。聚焦和跟踪伺服控制回路还有一个聚焦误差(FE)补偿单元和跟踪误差(TE)补偿单元，分别补偿FE和TE检测器检测到的FE和TE信号。
具体地说，在聚焦伺服控制回路中，当光学头从光盘上读取信息时，FE补偿单元按下述方式控制光学头。
首先，FE补偿单元接收来自光学头的用于补偿FE检测器检测到的FE信号的反馈信号(RF)。然后，FE补偿单元使用接收到的RF信号，导生出滤波器选择信号，从其中的两个滤波器中选择一个，两个滤波器分别为第一和第二滤波器，前者是一个数字滤波器，例如具有三个预定相位交岔频率的无限脉冲响应滤波器(IIR)，后者是具有非常小的截止频率的普通低通滤光器。按习惯做法，根据光盘信息记录面上的目标磁道是否存在诸如刮痕、手印、黑点及类似缺陷产生滤波器选择信号，其中目标磁道代表光源的光束聚焦到上面，从上面读取信息的磁道。这样的缺陷可以通过比较RF信号的功率电平与预定的阈值检测出来。例如，在FE补偿单元中，如果RF信号的功率电平小于阈值，就认为在目标磁道中检测到了上述缺陷，从而发出逻辑高电平的滤波器选择信号；否则，就认为没有在目标磁道上检测到缺陷，从而发出逻辑低电平的滤波器选择信号。
根据逻辑低电平的滤波器选择信号，选择两个滤波器中具有三个预定相位交岔频率的滤波器对FE信号滤波；根据逻辑高电平的滤波器选择信号，选择具有很小截止频率的滤波器对FE信号进行滤波。最后，将经过两个滤波器之一滤波的FE信号加到聚焦执行器上来驱动光学头，以便使光源光束沿着光盘信息记录而上的目标磁道聚焦。
然而，在传统的FE补偿方法中，用于选择滤波器的滤波器选择信号是只根据RF信号的功率电平确定的，而与FE信号值无关。因此，当FE信号突然出现尖峰时，传统的补偿方法就不能提供满意的FE补偿，从而降低图象的质量。
因此，本发明的主要目的就是提供一种用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置，该装置能够根据RF信号的功率电平和FE信号值补偿FE信号，从而改善系统产生的视频信号的质量。
按照本发明提供的用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置，包括：
一个用来接收从光盘信息记录面上反射的光线并将接收到的光转化成电信号的光学头，其中来自光源的光线首先聚焦到光盘的信息记录面上，然后从那里反射。
从电信号中检测聚焦误差(FE)信号的装置；
接收来自光学头的反馈(RF)信号并根据FE信号值和RF信号的功率电平导出选择信号的装置；以及
滤波装置，按照选择信号从N个预定的滤波单元中选择出一个，其中，N个单元之一具有很小的截止频率值，其余的分别具有不同的预定相位交岔频率。从选择出的滤波单元对FE信号进行滤波。然后，把滤波后的信号传给光学头，从而控制光线沿光轴的聚焦，和光线在光盘信息记录面上的会聚点，所述光轴由光源的中心点形成，其中N是一个大于1的正整数。
下面参考附图对本发明的优选实施例的描述将使本发明的上述及其他目的和特征更加清楚。所述附图是按照本发明描述一种新颖的用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置的功能方框图。
参照附图，它是本发明用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置200的方框图(光盘系统未在图中示出)。本发明装置200包括一个光学头10，一个FE检测器20，一个低通滤波器(LPF)30，一个模-数转换器(ADC)40，一个选择单元50，一个缺陷检测器60，一个控制器70，一个FE补偿器80，一个数-模转换器(DAC)90和一个聚焦执行器100。
当光学头10从光盘(未示出)上再现信息时，使用传统的跟踪伺服控制方法和按照本发明的新颖的数字聚焦伺服控制方法伺服控制光学头10，下面将详细叙述该数字聚焦伺服控制方法。该伺服控制是，根据跟踪伺服控制装置中(未示出)来自TE检测器的TE信号和来自FE检测器20的FE信号沿每个磁道移动光学头10，可以将来自光学头10中的光源(未示出)的光线沿光盘上的每个磁道精确聚焦。为简单起见，由于跟踪伺服控制装置在本领域是众所周知的，这里不再对它进行详细描述。
具体地说，光学头10首先接收从光盘反射来的光线，并把接收到的光转换成第一和第二电信号。其中，光线首先沿形成在光盘信息记录面上的目标磁道聚焦，然后从这里反射。其中目标磁道代表来自光源的光线会聚到其上面的磁道。然后，光学头10给出第三电信号，并通过第三电信号产生一个RF信号。在转换信号和产生信号的操作中，可以方便地使用多个例如4个本领域人员所熟知的光敏二极管。分别将第一和第二电信号传递给FE检测器20和跟踪伺服控制装置，而RF信号传递给缺陷检测检测器60和一个RF信号处理器(未示出)。为简单起见，这里不详细介绍RF信号处理器，因为对于它本领域人都很熟悉。
根据来自光学头10的第一电信号，FE检测器20使用一种传统的FE信号检测方法对FE信号进行检测。然后，经检测的FE信号被传给LPF30，它通过预定的截止频率对该FE信号滤波，然后将滤波后的FE信号传给ADC40。本领域人员都知道，在ADC40处，来自LPF30的FE滤波信号被转换成数字FE信号，该数字信号同时传给选择单元50和控制器70。
同时，缺陷检测器60检测光盘信息记录面上的目标磁道上是否有诸如尖峰、手印、黑点等类似缺陷。这类缺陷可以通过比较来自光学头10的RF信号的功率电平与第一预定阈值TH1检测到，其中TH1是一个预定的实数。例如，如果RF信号的功率电平低于TH1，就认为缺陷检测器60在目标磁道上检测到了上述缺陷，从而产生逻辑高电平的盘状态信息信号DS1。另一方面，如果RF信号的功率电平等于或大于TH1，就认为缺陷检测器60在目标磁道上没有检测到缺陷，从而产生逻辑低电平的盘状态信息信号DSI。然后，逻辑高电平或逻辑低电平的盘状态信息信号DSI被传给控制器70。
输入到控制器70的有来自ADC40的数字FE信号和来自缺陷检测器60的盘状态信息信号DSI。控制器70根据这两个输入产生滤波单元选择信号FUSS，用来从FE补偿器80的多个滤波单元中选择一个，比如从4个滤波单元81至84中选择一个。更具体地说，控制器70首先沿目标磁道在垂直于信息记录面方向上检测磁道的变化，并分别将数字FE信号及第二和第三预定阈值TH2和TH3比较，其中第二和第三阈值TH2和TH3都是预定的实数，并满足关系式TH3＞TH2。
在本发明的一个优选实施例中，控制器70根据上面的比较结果和盘状态信息信号DSI选择输出第一、第二、第三或第四类型的滤波单元选择信号FUSS。例如，如果盘状态信息信号DSI是逻辑低电平，表示在光盘信息记录面的目标磁道上没有发现缺陷，并且数字F E信号小于TH2，则控制器70输出第一类型滤波单元选择信号FUSS。如果盘状信息信号DSI是逻辑低电平，并且数字FE信号大于TH3，表示沿目标磁道在垂直于信息记录面方向上磁道变化很大，则控制器70发出第二类型的滤波单元选择信号FUSS。如果盘状态信息信号DSI是逻辑低电平，数字FE信号值介于TH2和TH3之间，则控制器70发出第三类型滤波单元选择信号FUSS。最后，如果在目标磁道上检测到上述缺陷，也就是说，如果盘状态信息信号DSI是逻辑高电平，则无论数字FE信号值多大，控制器70都产生第四类型的滤波单元选择信号FUSS。在本发明的另一个实施例中，滤波单元选择信号可以通过M次接收FE信号，利用FE信号的平均值获得，其中使用了存储设备，例如在本领域众所周知的存储器和平均值计算器，其中，M是一个正整数。随后，由控制器70把获得的第一、二、三或四类滤波单元选择信号FUSS提供给选择单元50。
根据来自控制器70的滤波单元选择信号FUSS，选择单元50将来自ADC40的数字FE信号有选择地传递给四个滤波单元81至84中的一个单元上。具体地说，按照本发明，选择单元50根据第一类型滤波单元选择信号将数字FE信号传给第一滤波单元81，根据第二类型滤波单元选择信号将数字FE信号传给第二滤波单元82，根据第三类型滤波单元选择信号将数字FE信号传给第三滤波单元83，以及根据第四类型滤波单元选择信号将数字FE信号传给第四滤波单元84。
三个滤波单元81至83中的每一个单元都有两个或多个级联数字滤波器，例如本领域人员公知的无限脉冲响应(IIR)滤波器(未示出)；每个单元都具有三个不同的预定相位交岔频率；而剩余的另一个滤波单元即84是本领域公知的截止频率值fc很小的低通滤波器。为简单起见；这里只介绍三个滤波单元中的每个单元的具有中间数值的相位交岔频率，例如，第一滤波单元81中的W1c，第二滤波单元82中的W2c，以及第三滤波单元83中的W3c，这三个频率之间的关系是W1c＜W3c＜W2c。
按照本发明，第一滤波单元81设计成，相位延迟和相位超前元件的数值彼此相近，并具有特征频率W1c。第二滤波单元82设计成，相位延迟元件的值远远大于相位超前元件的值，并具有特征频率W2c。第三滤波单元83设计成，相位延迟元件的值大于相位超前元件的值，具有特征频率W3c。最后，第四滤波单元84设计成，特征频率为fc。这样设计的滤波单元经过选择单元50的选择，对来自ADC40的数字FE信号进行滤波，输出的滤波数字信号作为一个补偿数字信号传给DAC90。
在DAC90，经补偿的数字信号被转换成补偿模拟信号，并传给聚焦执行器100。在本领域内众所周知，聚焦执行器100接收到来自DAC90的补偿模拟信号后，驱动光学头10，从而使得来自光源的光线聚焦到光盘信息记录面的目标磁道上。
从上可见，如果在目标磁道上没有检测到缺陷，并且数字FE信号小于TH2，那么数字FE信号经过相位交岔频率的W1c的第一滤波单元81滤波，然后经过DAC90传给聚焦执行器100，来驱动光学头10，从而使来自光源的光线沿目标磁道稳定聚焦。如果在目标磁道上没有发现缺陷，并且数字FE信号大于TH3，那么数字FE信号经相位交岔频率值为W2c的第二滤波单元82滤波，从而大大提高该信号的值，然后经DAC90传给聚焦执行器100，从而使光学头10快速聚焦到目标磁道。如果在目标磁道上没有发现缺陷，并且FE信号介于TH2和TH3之间，那么数字FE信号经相位交岔频率为W3c的第三滤波单元83滤波，从而减小它的值，然后经DAC90传给聚焦执行器100，从而使光学头10快速聚焦到目标磁道上。最后，如果在目标磁道上检测到缺陷，则不管FE信号的值多大，该信号都被截止频率fc很小的第四滤波单元84完全滤除掉，在这种情况下，没有信号从第四滤波单元84传给聚焦执行器100，从而使得光学头10对来自选择单元50的数字FE信号没有响应。在本领域内众所周知，在这种情况下，使用一种信号处理装置(未示出)，通过传统信息插入方式完成信息插入。虽然为简单起见，这里只详细描述了关于一个磁道的FE补尝，应该明白，关于其他磁道的FE补偿同样可以通过上面详细讨论的FE补偿方法实现。因此，通过来自光学头的RF信号的功率电平和FE信号的值，本发明可以有效补偿的FE检测器检测的FE信号。
虽然本发明是参考具体实施例来公开和描述的，但是本领域的技术人员应该明白，可以在不离开从属权利要求所限定的关于本发明的实质和范围的情况下，做出许多变化和改进。

Claims (17)

1  一种用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置，包括：
光学头，它接收从光信息记录面反射来的光线，并把所接收的光转换成电信号；其中来自光源的光线首先会聚到光盘的信息记录面上，然后从面上反射；
通过电信号检测聚焦误差(FE)信号的装置；
控制装置，用来接收来自光学头的反馈信号(RF)并根据FE信号的值和RF信号的功率电平产生选择信号；以及
滤波装置，用来根据选择信号从N个预定滤波单元中选择一个，这N个滤波单元中的一个具有很小的截止频率fc，其余的滤波单元分别具有不同的预定相位交岔频率；并用选择的滤波单元对FE信号进行滤波，然后把经滤波的FE信号传给光学头作为补偿信号，从而控制光线沿由光源中心点形成的光轴的聚焦和光线在光盘信息记录面上的会聚点，其中N是一个大于1的正整数。
2  如权利要求1所述的数字聚焦伺服控制装置，其中，如果RF信号的功率电平等于或大于第一预定阈值TH1，则表示在光盘信息记录面上没有检测到缺陷，并且FE信号值小于第二预定阈值TH2，则选择信号取第一类型值；如果RF信号功率电平等于或大于第一预定阈值TH1，并且FE信号值大于第三预定阈值TH3，则选择信号取第二类型值；如果RF信号功率电平等于或大于第一阈值TH1，并且FE信号值介于第二和第三阈值TH2和TH3之间，则选择信号取第三类型值；如果RF信号功率电平小于第一阈值TH1，表示在信息记录面上检测到了缺陷，则无论FE信号值多大，选择信号均取第四类型值，阈值TH2和TH3都是预定的实数，并且满足关系式TH3＞TH2，TH1也是预定的实数。
3  如权利要求2所述的数字聚焦伺服控制装置，其中的控制装置包括：
接收M个FE信号并进行处理的装置，从而输出M个FE信号的平均值，M是一个正整数；以及
通过M个FE信号的平均值和RF信号产生选择信号的装置。
4  如权利要求3所述的数字聚焦伺服控制装置，其中的控制装置还包括一个存储M个FE信号值的存储装置。
5  如权利要求1所述的数字聚焦伺服控制装置，还包括根据来自滤波单元之一的补偿信号来驱动光学头的装置。
6  如权利要求2所述的数字聚焦伺服控制装置，其中的N等于4。
7  如权利要求6所述的数字聚焦伺服控制装置，其中，第一滤波单元，截止频率fc很小的低通滤波器，第二、第三和第四滤波单元中每个单元都分别具有两个或多个级联无限脉冲响应数字滤波器，并且分别具有三个预定相位交岔频率，其中第三滤波单元中的预定相位交岔频率W3c的数值在三个相位交岔频率值中居于中间，它大于第一滤波单元的预定相位交岔频率W1c，而小于第二滤波单元的预定相位交岔频率W2c。
8  如权利要求7所述的数字聚焦伺服控制装置，其中，根据第四类型值的选择信号选择第一滤波单元，根据第一类型值的选择信号选择第二滤波单元，根据第二类型值的选择信号选择第三滤波单元，根据第三类型值的选择信号选择第四滤波单元。
9  一种用于光盘系统的数字聚焦伺服控制装置，包括：
光学头，用来接收从光盘信息记录面的目标磁道上反射来的光线，并将接收到的光转化成电信号，其中来自光源的光线首先聚焦到该目标磁道上，然后由此反射；
通过电信号检测聚焦误差(FE)信号的装置；
控制装置，用来接收来自光学头的反馈信号(RF)并根据FE信号值和RF信号值产生选择信号；以及
滤波装置，用来根据选择信号，从N个预定滤波单元中选择一个，N个滤波单元之一具有很小的截止频率值，其余的滤波单元分别具有不同的预定相位交岔频率；并用所选择的滤波单元对FE信号进行滤波，再将滤波后的FE信号传给光学头10作为补偿信号，从而控制光线沿由光源中心点形成的光轴的聚焦和光线在目标磁道上的会聚点，其中N是大于1的正整数。
10  如权利要求9所述的数字聚焦伺服控制装置，其中，如果RF信号功率电平等于或大于第一预定阈值TH1，表示在目标磁道上没有检测到缺陷，并且FE信号小于第二预定阈值TH2，则选择信号取第一类型值；如果RF信号功率电平等于或大于第一阈值TH1，并且FE信号值大于第三预定阈值TH3，则选择信号取第二类型值；如果RF信号功率电平等于或大于第一阈值TH1，并且FE信号值介于第二阈值TH2和第三阈值TH3之间，则选择信号取第三类型值；如果RF信号功率电平小于第一阈值TH1，表示在目标磁道上发现了缺陷，则不论FE信号值多大，选择信号均取第四类型值。其中阈值TH2和TH3均是预定的实数，并满足关系TH3＞TH2，阈值TH1也是一个预定的实数。
11  如权利要求10所述的数字聚焦伺服控制装置，其中的控制装置包括：
用于接收M个FE信号并对它们进行处理的装置，进而输出M个FE信号的平均值，其中M是一个正整数；以及
通过M个FE信号的平均值和RF信号产生选择信号的装置。
12  如权利要求11所述的数字聚焦伺服控制装置，其中的控制装置还包括一个用于存储M个FE信号的存储装置。
13  如权利要求10所述的数字聚焦伺服控制装置，其中的N等于4。
14  如权利要求13所述的数字聚焦伺服控制装置，其中四个滤波单元中的第一滤波单元是一个截止频率fc很小的低通滤波器，其余的第二、第三和第四滤波单元分别具有两个或多个级联无限脉冲响应数字滤波器，并分别具有预定的相位交岔频率，其中第三滤波单元的预定相位交岔频率WC3在三个相位交岔频率中介于中间，它大于第一滤波单元的预定相位交岔频率W1c，而小于第二滤波单元的预定相位交岔频率W2c。
15  如权利要求14所述的数字聚焦伺服控制装置，其中、根据第四类型值的选择信号选择第一滤波单元，根据第一类型值的选择信号选择第二滤波单元，根据第二类型值的选择信号选择第三滤波单元，根据第三类型值的选择信号选择第四滤波单元。
16  如权利要求9所述的数字聚焦伺服控制装置，还包括根据由滤波单元之一提供的补偿信号驱动光学头的装置。
17  如权利要求9所述的数字聚焦伺服控制装置，其中的光学头包括一个装置，该装置接收从下一磁道反射来的光线，并将接收到的光转换成电信号，直到光盘信号记录面上的所有磁道的FE信号错误均补偿完毕为止，其中来自光源的光线首先聚焦到下一个目标磁道上，然后从那里反射。
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