CN1229504A - 扫描光可读记录载体的装置和检测单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于扫描光可读记录载体(1)的装置和检测单元,其中,由记录载体上的一个轨迹的信息标记调制的光束入射在包括四个检测器的检测单元(15)上。根据在检测信号之间的时间差的可靠轨迹定位误差信号,对于高密度记录,是通过将检测器的数字化信号与根据数字化信号由延时单元(45)产生的延迟信号Td相比较得到的。在检测信号之间的时间差导致在比较信号A和B中的脉冲之间的长度差,该脉冲具有Td的标准长度。比较信号A和B经低通滤波和组合,产生轨迹定位误差信号TE。

Description

扫描光可读记录载体的装置和检测单元

本发明涉及一种用于扫描具有一个包括表示信息的光可读标记的轨迹的记录载体的装置，该装置包括用于由辐射光束扫描记录载体的装置，和用于根据轨迹定位误差信号在垂直于轨迹方向的方向上控制辐射光束的位置的轨迹定位装置。该轨迹定位装置包括：一个包括多个检测器的检测单元，用于经记录载体接收辐射光束，和一个电子电路，用于根据在第一信号和第二信号之间的时间差产生轨迹定位误差信号，该第一和第二信号是由各检测器的输出信号得到的。

本发明还涉及一种用于这种装置的检测单元。

这种装置和检测单元是由美国专利4,057,833所公知的。该装置是通过处理各检测器的高频信号和低通滤波所得的信号产生轨迹定位误差信号。该检测信号被组合和在模拟域中相比较，以便根据在所述的组合信号之间的相位或时间差来产生轨迹定位误差信号。该装置的一个问题在于，轨迹定位误差信号的值对于表示高密度记录的信息的短标记是不太可靠的。

本发明的目的是提供用于扫描一个记录载体并产生更可靠的轨迹定位误差信号的装置。

为此目的，根据本发明的一个如在公开章节中描述的装置和检测单元，其特征在于，检测单元包括：数字化装置，用于使第一和第二信号数字化；延迟装置，用于根据第一和/或第二数字化信号来产生延迟信号；和比较装置，用于将延迟的信号与第一和/或第二信号相比较，以便产生轨迹定位误差信号。

本发明也是以下列理论为基础。对于高密度记录的短标记，需要被检测的时间差可变小，例如，大约几个纳秒(ns)。如果第一和第二信号直接比较来产生表示时间差的信号，极短的脉冲将被产生。为了处理这种短脉冲，需要一些快速电路和用于非常高频的信号的电路，而这些电路可能在它们规定的操作范围之外工作。短脉冲更导致逻辑电路的不稳定特性。这种情况的操作特性需有较大的生产公差和易随温度而变。这就会导致控制信号的偏移和辐射光束位置的偏移。由此，将导致在装置中接收的信息信号恶化和误差。根据本发明，延迟信号被产生并与第一和第二信号相比较，产生具有延时的标准长度的脉冲和与要检测的时间差有关的标准长度偏差。其优点在于，该脉冲可用较慢的电子电路在其稳定操作范围内可靠地进行处理。

根据本发明的装置的最佳实施例中，数字化装置包括限幅装置和AC耦合装置，用于分别将第一或第二信号耦合到限幅装置，以便相对于限幅电平限制该信号。其优点在于，从该信号可容易地得到一个限幅电平，该限幅电平证明也适合于不利的扫描条件。

根据本发明的装置和检测单元的其它优点、最佳实施例在附加权利要求中给出。

现将通过实例并结合附图对本发明予以描述，其中：

图1表示一个用于扫描记录载体的装置；

图2表示图1的装置的光学系统和检测单元；

图3表示多个检测器；

图4表示一个检测电路；

图5表示时间差值信号；

图6表示检测电路的第二实施例；

图7表示用于DTD4的检测电路。

图1表示根据本发明用于扫描记录载体1的装置，该装置包括一个用于产生辐射光束和将该光束由在记录载体上的轨迹送到如图2所示的检测器8的扫描头14。扫描头的信号输出耦合到用于产生轨迹定位误差信号TE的检测电路15。该轨迹定位误差信号TE耦合到伺服电路11，该伺服电路11响应轨迹定位误差信号TE，在垂直于轨迹的方向上控制聚焦点的位置。在图2中，轨迹定位是通过移动物镜系统7实现的，而聚焦控制是由另一个伺服电路根据聚焦误差信号(未示出)在其光轴的方向上通过移动物镜系统7实现的。该装置包括用于相对于聚焦点在轨迹方向上移动记录载体的驱动单元12，例如，用于旋转盘形记录载体1的电机或用于移动光记录带的走带系统。另一个公知的包含在检测电路15中的电路耦合到用于导出表示从记录载体读出的信息的信息信号Si的检测器。该信息信号耦合到用于读出该信息的解码单元17，该信息是在输出端19上。该装置的另一个实施例可包括一个用于对输入端18的信息进行编码的编码单元16。编码信号耦合到用于将信息写在记录载体上的扫描头14。该装置包括用于控制扫描操作的控制器13，该控制器耦合到驱动单元12、伺服电路11和编码器16以及解码器17。该控制器13接收来自用户的读出或写入信息在记录载体上的指令，并控制伺服电路11以及驱动单元12，以便把扫描头14移动到要扫描的轨迹部分。

图2表示图1装置的光学系统和检测单元。该记录载体包括一个信息层2，它具有包括表示信息的光可读标记21，22的光可读轨迹。标记可为任意形式，只要使它与其周围形成光反差。它可以是一个凹坑或一个凸起，如图所示，或一个具有不同的、可能复杂的折射率的区域，例如，由所谓相位-改变可再写的材料形成的区域。各标记可通过表示许多具有预定逻辑电平的比特单元的长度表示信息，并且所述的比特单元是通过适当的信道码，例如CD的EFM调制进行编码的。该信息层被排列在透明基片3上，通过它扫描信息层。信息层的另一侧用保护层4覆盖。记录载体可包括多于一个信息层，一层排在另一层上面，或可以是用于双面读取的两层的组合。光学系统包括一个发射辐射光束6的辐射源5。该辐射光束通过如图2所示的单个透镜的物镜系统7聚焦在信息层2上。由信息层反射的辐射经分光器9射向检测器8。该分光器可以是一个半透明板或衍射光栅，并可以是与偏振有关的。检测器8将入射辐射变换成一个或多个电信号，送到电路10，以得到轨迹定位控制信号。一个控制信号是轨迹定位误差信号TE，表示在信息板上由辐射光束形成的点的中心与要扫描的轨迹线中心之间的距离。另一个控制信号是聚焦误差信号FE(未示出)，表示在辐射光束的焦点与信息板之间的距离。

图3表示包括排列在虚x-y坐标系统的四个单独象限的四个检测器31、32、33和34的辐射敏感检测器8，该坐标y轴实际上在轨迹方向上延伸，如由箭头35所示的，和x轴实际上地横越于轨迹方向延伸。如果从检测系统通过中间镜片向包括轨迹的信息平面看，一轴的方向与轨迹的方向一致则该轴实际上在轨迹方向上延伸。垂直于轨迹方向的扫描点的偏差具有x＜＞0。

当物镜系统和检测系统都处于它们的规定位置时，物镜系统7的光轴穿过坐标系统的原点。从记录载体反射光束的光点然后也集中在该象限上。检测系统最好是排列在信息层的远场。也可以将检测系统排列在从信息平面反射的像散光束的最小模糊圈的平面中。光学系统和用于多个检测器的x-y坐标系可在引言中已经描述的US 4,057,833中得到。

在图2中所示的电路10的部分耦合到由C1、C2、C3和C4所示的检测器31到34的四个输出信号，并形成如下所述的径向轨迹定位控制信号。当在该轨迹的标记被扫描时，由在检测器的信号之间的时间差得到轨迹定位误差信号的方法通常称为DTD(差分时间检测)。第一方法，DTD2使用对角相加的信号：D1＝C1+C3和D2＝C2+C4，而第二方法，DTD4使用每个信号：DTD2： $\mathrm{TE}=\frac{1}{T}\mathrm{\τ}(D_1,D_2)$ $\mathrm{DTD}4:\mathrm{TE}=\frac{1}{T}\[\mathrm{\τ}(C_2,C_3)-\mathrm{\τ}(C_4,C_1)\]$

这里T是信道时钟时间，即相应于比特单元的时间，和τ(x，y)是在辐射光束通过标记的边缘时，在信号x和y的交点与适当的限幅电平之间的平均时延。该平均值可由低通滤波器来得到鉴于从边缘到边缘的延迟的显著变化，这是必需的。

图4表示根据本发明的检测电路。输入端41接收相加信号D1，经电容器42耦合到限幅器44的输入端。限幅器44的输入端经电阻器43耦合到适当电平，即地电平，用于形成适当的限幅电平。限幅器44的输出端S1耦合到逻辑比较器(EXOR)46的第一输入端，其输出端A耦合到包括串联电阻器47和并联电容器48的低通滤波器。低通滤波器的输出端耦合到差分放大器的第一差分输入端，并经第一电阻器49到放大器55的负输入端，其输出端提供轨迹定位误差信号TE，并经第二电阻器50反馈到负输入端。在输入端51的第二相加信号D2经相应单元，即限幅器52、53、54、具有输出端B的比较器56和低通滤波器57、58耦合到差分放大器的第二差分输入端。第二差分输入端经过第三电阻器59耦合到放大器55的正输入端，该正输入端经第四电阻器60接到地电位。第一电阻器49和第二电阻器50之比应等于第三电阻器59和第四电阻器60之比，以消除滤波的差分信号的共模电压。根据本发明，有一个延迟单元45耦合到输出端S1，以获得延迟的信号S1d，该延迟信号耦合到逻辑比较器46、56的第二输入端。延迟单元可以用串联连接的倒相器和/或缓冲器来实现，在另一个实施例中，延迟单元45的输入端与输出端S2连接，产生一个相同的且倒相的轨迹定位误差信号TE。下面结合图5对电路的操作予以描述。

图5表示在操作期间当光束通过一标记时产生在图4的电路中的时差信号。示出了两种可能情况，图5A表示存在有轨迹中心的负偏差的情况下，在x-y平面，x＜0的(结合图3所描述的)信号。图5B表示x＞0的信号。第一信号61、71送给第一限幅器44的输出端S1，同时第二信号62、72送给第二限幅器的输出端S2，它的较小时间周期Δ比第一信号要迟。在标记的边缘时间Δ的这个小差值用虚垂直线表示。第三信号63，73送给延时单元45的输出端S1d，延迟时间用Td表示。第四信号64，74送给第一比较器46的输出信号A，A＝SS1d，同时第五信号65，75送给第二比较器56的输出信号B，B＝S2S1d(表示EXOR函数)。可见信号A的脉冲67具有长度Td，该长度Td等于延迟单元45的延迟时间和在比较器中相关传播的延迟。信号B的脉冲68具有长度Td-Δ。倘若x＞0，第二信号在第一信号之前到达和在信号A中脉冲77仍然具有标称长度Td，同时在信号B中脉冲78现具有长度Td+Δ，是较长的。该差值按负向脉冲69表示在第六行66，而相反情况，正向脉冲79在行76得出。须注意，短脉冲69，79不必在该电路中形成，但表现为信号A和B之间的差值。相反，本发明已在能用标准逻辑元件处理的信号A和B中实现较长的脉冲，而差值Δ仅是几纳秒。信号A和B被低通滤波并且差值被检测和被差分放大器进行放大。因为这些共模信号只决定于延迟单元45的延迟时间A和B中出现的共模信号精确相等。该装置的另一实施例包括单独的延迟单元，用于产生许多延迟信号的许多检测信号。这是在用于分离电路分离部件中的各种HF信号的IC设计中的优点。另一个实施例可具有附加子检测器，用于形成另一种组合的检测信号，而在所述的组合检测信号之间的时差可用包括上面所述的延迟单元的检测单元进行检测。尽管图4的电路特别适合于产生如上所述的轨迹定位误差信号，时差信号可满足于包括许多具有可在短距离上时间偏移的信号单元的信号的其它应用。图4的电路(和另一个实施例)可用作差分检测单元，用于根据在第一信号和第二信号之间的时间差产生差分信号。

图6表示根据本发明的检测电路的第二实施例。第一输入端80接收相加的信号D1，通过数字化装置81例如上面所述的限幅装置42，43，44数字化为信号S1。该数字化的相加信号S1耦合到第一缓冲器82和第一倒相器83，并由EXOR电路实现，以建立具有等延迟的逻辑电路。第一缓冲器82的输出端接到第一NAND门电路84的第一输入端和到第一比较器85。第一倒相器83的输出端接到第二NAND门电路94的第一输入端。第二输入端90接收相加信号D2，通过数字化装置91数字化为信号S2。该数字化相加信号S2耦合到第二缓冲器92和第二倒相器93，并由EXOR电路实现，以建立具有等延迟的逻辑电路。第二缓冲器92的输出端接到第一NAND门电路84的第二输入端和到第二比较器95。第二倒相器93的输出端接到第二NAND门电路94的第二输入端。第一NAND门电路84的输出端接到通用D型触发器88的预置输入端(PR、工作低电平)，其中D输入和时钟输入CLK接到适当的正电压，例如，+5V(如所示的)或3.3V等的电源线。第二NAND门电路94的输出端耦合到触发器88的清除输入(CL，工作低电平)，而触发器88的Q输出产生延迟信号Sd。正象参照图4所描述的实施例，比较器85，95的输出经低通滤波器耦合到差分放大器89，用于在输出端98产生轨迹定位误差信号TE，而低通滤波器包括串联电阻器87，97和并联电容器86，96。图6所示的实施例的操作如下。该延迟单元通过NAND门电路84，94和触发器88的传播延迟形成，产生总的延迟Td。如果在S1和S2都是低时复位是有效的，则信号Sd将被削弱，而一旦S1和S2是高时，即当滞后数字化信号之一上升时，则信号Sd将被加强。当滞后数字化信号，即S1或S2下降时，则将被再削弱，并且延迟信号Sd根据两个数字化信号的后者改变极性。因此接收较早信号的比较器将输出由较早信号的前沿和延迟信号Sd的后沿确定的延长脉冲，而其它比较器输出标准持续时间Td的脉冲。当另一个信号滞后时，输出被互换。其优点在于，如仅标准或延长脉冲形成在比较器输出端，Td的选择比在如图4的实施例形成较短脉冲的实施例中更宽松。而且当大时差产生，即低密度记录时，延长脉冲将仍然被正确地形成。

在该装置的一个实施例中，数字化装置包括限幅器装置，分别AC耦合到用于相对于限幅电平L_ac限幅信号的第一或第二信号。一个装置示于图4中，其中接地的电阻器43，53与建立AC耦合的电容器42，52的组合确定限幅电平L_ac。然而，限幅电平L_ac与为恢复数据产生的普通限幅电平L_f有很大不同。L_ac应使得在限幅之前超过L_ac的信号范围等于低L_ac的范围，而L_f应使得在限幅之后超过L_f的信号的范围等于低于L_f的范围。倘若对称的HF输入信号，该信号L_ac表示一个对于数据恢复不可接受的误差。然而，本发明意外地发现，用于产生轨迹定位误差信号的该误差是完全可接受的。其优点在于，AC耦合的限幅器3不需要在限幅之后反馈和该电路能更容易地生产并且在不利的光学扫描环境下可更快地获得可接受的限幅电平。

图7表示根据本发明用于处理如上面结合图2所述的四个检测器信号的装置的DTD4的检测电路。四个信号可以是如结合图3所描述的四个检测器31、32、33、34的信号C1、C2、C3和C4。图4所示的电路是到达各自低通滤波器输入端的备份，在输入端101，111上的信号C2和C3在上面部分进行比较和在输入端121，131的信号C4和C1在下面部分进行比较。四个输入端101，102，103，104耦合到四个数字化部分，其每个包括电容器102，112，122，132，电阻器103，113，123，133和限幅器104，114，124，134，用于产生四个数字化信号S2，S3和S4，S1。上延迟单元105根据数字化信号S2产生延迟信号S2d，和下延迟单元125根据数字化信号S4产生延迟信号S4d。该延迟信号S2d和S4d通过具有耦合到低通滤器的输出端的四个比较器106，116，126，136分别与数字化信号S2和S3，和S4和S1相比较，其每个低通滤波器具有串联电阻器107、117、127、137和并联电容器108，118，128，138。四个低通滤波器的输出端耦合到单个差分放大器115；根据S2和S4的时差信号经差分输入电阻器109、129耦合到差分放大器115的负输入端和根据S3和S1的时差信号经差分输入电阻器119，139耦合到差分放大器115的正输入端，如DTD4公式所示。轨迹定位误差信号TE产生在差分放大器115的输出端，并经反馈电阻器110耦合到负输入端。该差分输入电阻器109，119，129，139比在低通滤波器中的电阻器107，117，127，137大得多，以防止低通滤波的干扰。DTD4电路的优点在于，可靠的轨迹定位误差信号可在不利的扫描条件下产生。

Claims (7)

1.用于扫描具有一个包括表示信息的光可读标记的轨迹的记录载体(1)的装置，该装置包括用于经辐射光束扫描记录载体的装置(12，13，14)和用于根据轨迹定位误差信号在垂直于轨迹方向的方向上控制辐射光束的位置的轨迹定位装置(11)，该轨迹定位装置包括：一个包括多个检测器(8)的检测单元(15)，用于由记录载体接收辐射光束，和一个电子电路(10)，用于根据在第一信号和第二信号之间的时间差产生轨迹定位误差信号，该第一和第二信号由多个检测器的输出信号得到，其特征在于，检测单元包括：数字化装置(44，54)，用于使第一和第二信号数字化；延迟装置(45)，用于根据第一和/或第二数字化信号产生延迟信号，和比较装置(46，56)，用于将延迟的信号与第一和/或第二数字化信号相比较，用于产生轨迹定位误差信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其中延迟的信号是基于第一或第二信号中滞后的一个。

3.根据权利要求1所述的装置，其中数字化装置包括限幅装置(44，54)和用于将第一或第二信号分别耦合到用于相对于限幅电平限幅该信号的限幅装置的AC耦合装置(42，52)。

4.根据权利要求1所述的装置，其中比较装置包括：用于根据在延迟的信号和第一数字化信号之间的差值产生第一比较信号和根据在延迟的信号和第二数字化的信号之间的差值产生第二比较信号的装置(46，56)，用于平均比较信号的低通滤波器(47，48，57，58)，和耦合到低通滤波装置的输出端用于产生轨迹定位误差信号的差分测量装置(55)。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，检测单元包括：另一个数字化装置(124，134)，用于使由检测器的输出端得到的第三和第四信号数字化；和第二延迟装置(125)，用于根据第三和/或第四数字化信号产生第二延迟信号；并在于，比较装置包括用于将第二延迟信号与第三和/或第四数字信号相比较的比较装置(126，136)。

6.用于检测扫描具有一个包括表示信息的光可读标记的轨迹的记录载体的辐射光束的轨迹定位误差的检测单元，该检测单元包括：多个检测器(8)，用于经记录载体接收辐射光束；和电子电路(10)，用于根据在第一信号和第二信号之间的时间差产生轨迹定位误差信号，该第一和第二信号是从多个检测器的输出信号得到的；其特征在于，检测单元包括：数字化装置(44，54)，用于使第一和第二信号数字化；延迟装置(45)，用于根据第一和/或第二数字化信号产生延迟信号；和比较装置(46，56)，用于将延迟的信号与第一和/或第二数字化信号相比较，以便产生轨迹定位误差信号。

7.用于根据在第一信号和第二信号之间的时间差产生差分信号的差分检测单元，其特征在于，差分检测单元包括：数字化装置(44，54)，用于使第一和第二信号数字化；延迟装置(45)，用于根据第一和/或第二数字化信号产生延迟信号；和比较装置(46，56)，用于将延迟信号与第一和/或第二数字化信号相比较，以便产生差分信号。

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