CN1249055A - 用于从/向记录介质读取和/或写入信息的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于从/向光盘(1)读取和/或写入信息的光盘设备。设备包含校正光学象差的辅助透镜(17)及用于将该辅助透镜相对于主透镜(15)定位的伺服环路。伺服环路包含用于驱动辅助透镜(17)的致动器(50)及考虑用于向致动线圈(55a)馈送驱动电流(Ia)的控制装置,Id依赖于由致动线圈的实际电感衍生的位置信号及指示出扫描元件期望位置的基准信号(Vr)。设备包含随扫描元件(17)位置(P)变化而改变致动线圈(55a)电感的电感影响装置。

Description

用于从/向记录介质读取和/或 写入信息的设备
本发明涉及用于从/向记录介质读取和/或写入信息的设备,包含供扫描介质用的扫描元件及为该扫描元件定位用的伺服环路,该伺服环路包含:
用于驱动扫描元件的致动器,该致动器包括致动线圈和考虑用于向致动线圈馈送驱动电流的控制装置,该电流依赖于指示出扫描元件实际位置的位置信号及指示出扫描元件期望位置的基准信号。
本发明还涉及用于从/向记录介质读取和/或写入信息的设备的致动器,该致动器包括致动线圈及磁性构件。
本发明进一步涉及用于驱动致动线圈以使用于从/向记录介质读取和/或写入信息的设备中扫描元件定位的控制装置,控制装置考虑用于向致动线圈馈送驱动电流,该电流依赖于指示出扫描元件实际位置的位置信号及指示出扫描元件期望位置的基准信号。
这种设备可从JP-A-082 125 79了解到。已知的设备是用于在光盘上读取和/或写入信息的光学驱动器。设备包含具有物镜及所谓固体浸没透镜(SIL)的光盘头。物镜通过第一个致动器被相对于光盘定位。SIL通过在物镜与SIL之间运转的第二个致动器被相对于物镜定位。为了得到指示SIL相对于物镜位置的位置信号,测量SIL支架和物镜支架所形成的电容器的电容量。这种测量的缺点在于它将对光盘头的结构提出额外的要求,而它们由于这种SIL的小尺度难以满足。
本发明的目的是提供能克服该缺点的如上所述的设备、致动器及供驱动致动线圈用的电路。为此按照本发明的设备的特征在于
设备包含随扫描元件位置的变化去改变致动线圈电感的电感影响装置及考虑用于从致动线圈的实际电感衍生位置信号的控制装置。
这些措施的第一个优点是不需要额外的导线。第二个优点是致动线圈电感的测量比起两个透镜支架间电容的测量来较少受到其他参数,如实际位置及导线长度,的影响。从而,有更大的设计自由并且位置信号的质量好得多以致扫描元件能用伺服环路更精确地定位。
在相关的权利要求2中所确定的措施具有伺服环路的频宽能够较大的优点,这是因为导电的非磁性材料对致动线圈电感的影响不受被馈送通过致动线圈的驱动电流所生成的磁场的影响。这类材料诸如铜、铝或银。当包含电学上的非磁性材料的电感影响装置接近致动线圈时,来自致动线圈的磁场在这个材料中引起涡流。这种涡流产生与致动线圈所生成的磁场相反的磁场并导致致动线圈电感的降低。
通常包含磁性材料,如铁氧体或铁,的电感影响装置是为了影响线圈的电感而被使用的。当电感影响装置和致动线圈相互接近时,这种材料的使用导致线圈电感的增大。已发现这种材料对致动线圈电感的影响是受通过致动线圈的驱动电流的作用的。这导致驱动电流通过磁性材料对位置信号的所谓磁串扰。引起这种磁串扰的机理是基于磁性材料的相对磁导率随施加在它们上面的磁场强度而定的事实。磁串扰限制了供扫描元件定位用的伺服环路能被使用的频宽。
在相关的权利要求2中所确定的措施的另一个优点是导电的非磁性元件能易于在致动器中实现并能具有第二种功能,如作为装配环。
如相关的权利要求3中所确定的措施具有优点,即测量电流之间致动线圈两端引起的电压的周期性的变化,这个变化的振幅和相位指示致动线圈的电感并因而适合作为位置信号。具有周期性测量电压形式的这种位置信号能易于从由于驱动电流变动所造成电压变化中分离开来,例如用同步检测器或带通滤波器。用这种分离使得由驱动电流到位置信号的所谓电串扰能被消除。这种电串扰也限制着伺服环路用于定位扫描元件的频宽并因此最好应防止。
在相关的权利要求4中所确定的措施具有优点,即在测量频率下由于致动线圈电感改变所造成的电压变化能用简单的装置,如高通滤波器,从驱动电流变动引起的电压变化分离开来。
致动器通常包含磁性构件,如永久磁铁,并且有许多情况下还包含铁磁性的磁通导管。在相关的权利要求5中的确定的措施具有优点,即在测量频率下,这类磁性元件与传统线圈间的相互作用被减小以致从驱动电流到位置信号的磁串被消解。从而,伺服环路能被用于大得多的频率范围,而扫描元件能以好得多的精度被定位。更可取的是,致动器不包含磁通导管以致仅有永久磁性构件须被屏蔽。
在相关的权利要求6中所确定的措施具有优点,即由测量电流引起的电磁波在导电材料中的穿透深度是如此小以致一张金属箔就足够屏蔽磁性构件或一些磁性构件。这样的箔是有吸引力的,因为它几乎不影响致动器或扫描元件的尺度和重量。另外,这样的箔还能充当电感影响装置。因而,对现有的致动器添加这样的箔使得致动器非常适合用于按照本发明的设备。
在相关的权利要求7中所确定的措施具有优点,即通过致动线圈的测量电流总是通过谐振被放大以致指示致动线圈电感的测量电压也被放大。这种放大引起位置信号信噪比的改进,因此扫描元件能更精确地定位。相关的权利要求7的措施的另一优点是实际的测量频率指示出扫描元件的位置。频率指示出扫描元件位置的位置信号是非常有吸引力的,因为有关位置的信息不受放大或衰减的影响。
在相关的权利要求8中所确定的措施具有超过先有实施方案的优点,即伺服环路非常精确而且非常坚固,因为信号的频率不受放大或衰减的影响。因而,基准信号和扫描元件实际位置之间的关系非常可靠。更可取的是,基准信号是借助于电压控制振荡器生成的。
本发明能非常便利地被应用于如相关的权利要求9中所确定的设备。本发明有利于在光盘驱动器中将辅助透镜相对于主透镜定位,因为这种辅助透镜非常小而轻并且仅有非常小的空间可供用于检测辅助透镜位置的装置使用。为了校正光学象差,这种辅助透镜必须非常精确地相对于主透镜被定位。此外,这种主透镜通常被另一个致动器驱动以能动地跟踪光盘的运动,因此免除附加导线及重量是一大优点,而且为了能跟踪主透镜的运动,伺服环路对辅助透镜定位的高精确度是需要的。
本发明对相关的权利要求10中所确定的设备也有很大的好处,因为检测扫描镜的位置不需要附加的导线而只需要很少的附加重量。因而,扫描镜能被高速移动从而能获得高的扫描速率。
按照本发明的致动器的特征在于磁性构件对100千赫至100兆赫的频率范围的电磁波是借助导电的、基本上非磁性的材料屏蔽的。这种致动器非常适宜用于按照本发明的设备中,因为致动线圈与导电的基本上非磁性材料之间的距离能容易地通过测量致动线圈的电感被确定。
按照本发明的控制装置的特征在于控制装置考虑用于从致动线圈的实际电感衍生出位置信号。
本发明现在将通过实例,参照附图被更详细地描述,在附图中:
图1展示按照本发明的设备的第一种实施方案的主要组成部分;
图2展示第一种实施方案中致动器的顶视图;
图3展示用于定位辅助透镜的伺服环路第一种实例的图解表示;
图4展示位置信号随谐振频率与测量电流频率之差的变化;
图5展示用于定位辅助透镜的伺服环路第二种实例的图解表示;
图6展示环路滤波器的频率特性曲线;
图7展示相位检测器的输出随谐振频率与第二种实施方案中测量频率之差的变化;
图8展示按照本发明的设备的第三种实施方案的主要组成部分。
图1展示按照本发明的设备的第一种实施方案的主要组成部分。它是用于从/向记录介质读取和/或写入信息的设备,在这种情况介质是光盘。设备包含主透镜15和辅助透镜17,用激光束3去扫描盘1上的信息层1a。激光束3由激光器5生成,被半透明镜19反射并借助准直透镜21、主透镜15和辅助透镜17被会聚在焦点9。在被信息层1a反射后,激光束部分透过半透明镜19并被检测器检测。为了跟踪盘1的运动,设备包含第一个伺服环路(未示出),通过操作在透镜支架37上的致动器(未示出)去定位物镜15。这种伺服环路例如在申请人的共同未决申请PHN 16,566及在G.Bouwhuis等人1985年的‘光盘系统原理’,ISBN 0-85274-785-3中被描述。
为了校正光学象差,辅助透镜17相对于主透镜15的位置P能借助于第二个伺服环路被调节。第二个伺服环路包含在主透镜15和辅助透镜17之间运转的致动器50。致动器50包括连接到辅助透镜17的致动线圈55a和连接到主透镜15的永久性磁环53。第二个伺服环路另外包括考虑用于向致动线圈55a馈送依据于信号Vm的驱动电流Id的控制装置40,信号Vm含有关于辅助透镜17实际位置P的信息和指示辅助透镜17期望位置的基准信号Vr。永久性磁环53用具有0.1mm厚度的铜箔54遮护,以使磁环53对频率约0.5兆赫的电磁波屏蔽。当铜箔54与致动线圈53a相互接近时,这个铜箔54还相当于用于减小该致动线圈55a电感的导电的非磁性材料,以致致动线圈55a的电感随辅助透镜17相对于主透镜15的位置P变化。
图2展示致动器50的顶视图。致动器50包含致动线圈55a、55b、55c和永久性磁环53。致动线圈55a、55b和55c被安装在支架62上,支架支承辅助透镜17并且通过簧片61及连接构件63连接到主透镜15。有关致动器50的更详细资料可以在申请人的共同未决申请PHN 16,557中找到,它特此被引入作参考。
图3展示用于定位辅助透镜17的伺服环路的第一个实例的图解表示。伺服环路包含控制装置,致动线圈55a,磁环53和铜箔54。控制装置包括振荡器48,生成测量电流Im的可控电流源41,高通滤波器42,振幅检测器43,比较器44,引线网络45,生成驱动电流Id用于通过致动器50调节辅助透镜17位置的可控电流源49。伺服环路具有约1千赫的截止频率。
伺服环路另外包括由致动线圈55a和电容器57组成的谐振电路。致动线圈的电感例如在15-20微亨范围内而电容器的电容量例如是100皮法,因此谐振电路的谐振频率Fres约为4兆赫(
Figure A9880223600081
)。  因而,在这个实施方案中测量电流Im的频率Fm大于供定位辅助透镜用的伺服环路的截止频率的2000倍。
因为致动线圈的电感L随辅助透镜15的位置P变化,谐振频率Fres也随辅助透镜15的位置P变化。为了检测谐振频率的改变,振荡器48生成具有测量频率Fres的信号。Fm接近于谐振频率Fres。这个信号控制电流源41以馈送周期性的测量电流Im通过致动线圈55a。当谐振频率Fres接近测量频率时,在测量频率Fm的电压变大。因而,电压的振幅指示出辅助透镜17的位置P。因此,控制装置另外包含高通滤波器42,它从致动线圈55a两端的电压Vm滤除由驱动电流Id造成为电压并通过在测量频率Fm的电压。高通滤波器42的输出被施加到振幅检测器或检波器43,它将在测量频率Fm的电压振幅转换成指示出辅助透镜17位置的直流信号|Vp|。
比较器44起比较位置信号|Vp|与指示出辅助透镜17相对于主透镜15期望位置的信号Vr的作用。信号|Vp|和Vr之差通过引线网络45以获得稳定的伺服环路并在其后通过可控电流源49被转换成驱动电流Im。
图4展示位置信号|Vp|随谐振频率Fres和测量电流Im的频率Fm之差的变化。从图中可以看出,当这个差值接近-dF或接近+dF时,位置信号|Vp|将作为谐振频率Fm的函数,因而作为位置P的函数单调地变化。
图5展示用于定位辅助透镜17的伺服环路的第二个实例的图解表示。这个伺服环路包含相同的致动线圈55a、磁环53和铜箔54但不同的控制装置。控制装置包括电压控制振荡器48a、生成测量电流Im的可控电流源41、高通滤波器42、相位检测器46、环路滤波器47以及生成供借助致动器50调节辅助透镜17位置用的驱动电流Im的可控电流源49。伺服环路另外包括综合该致动线圈55a和电容器57的谐振电路。用于定位辅助透镜17的伺服环路考虑用于按这样的方式定位辅助透镜17以使谐振电路的谐振频率接近于基准信号的频率。这在下文说明。
电压控制振荡器48a生成依赖于输入信号Vi的具有循环频率Fr的周期性基准信号。输入信号Vi并且从而基准信号表示出辅助透镜17相对于主透镜15的期望位置(见图1)。谐振电路57、55a被具有频率Fm等于基准信号Vr的频率Fr的测量电流Im驱动。控制设备包含高通滤波器42从致动线圈55a两端的电压Vm滤掉位置信号Vp。位置信号Vp的相位和振幅含有关于致动线圈55a实际电感L并从而有关于其实际位置P的信息。位置信号Vp和基准信号Vr被馈送到相位检测器46,它输出正比于Vp和Vr之间相位差的信号Vphase。这个相位信号Vphase通过环路滤波器47,而环路滤波器47的输出控制通过致动线圈55a的驱动电流Id。
图6展示环路滤波器47的频率特性曲线。环路滤波器的特性曲线按照已知的伺服原理被设计,并从而使致动线圈55a被驱动直到相位检测器46的输出Vphase为零。
图7展示相位检测器46的输出Vphase随谐振频率Fres与测量频率Fm之差的变化。当Vphase为零时,电流Im和由Im造成的电压变化同相位,这表示谐振电路55a、57的谐振频率Fres等于测量电流的频率Fm,而Fm又等于基准信号Vr的频率Fr。
所以,在第二种实施方案中的伺服环路考虑用于按这样的方式调节P以使致动线圈55a的电感符合一个数值,在这个数值处谐振电路的谐振频率Fres等于基准信号Vr的频率Fr。这样辅助透镜17的位置能通过修正基准信号Vr的频率Fr被调节。
图8展示按照本发明的设备的第三种实施方案的主要组成部分。它是用于从记录介质读取信息的设备,在这种情况被扫描的是文件101。设备包含用激光束103扫描文件的扫描镜117。激光束103由激光器(未示出)生成,并且在反射后能按参照图1所描述的同样方式被检测。设备包含控制装置140以形成两个伺服环路用致动器150去定位扫描镜117。致动器150包含两个永久磁铁153a和153b,它们被铜箔154a和154b屏蔽。铜箔的厚度大于对应于周期性测量电流Im1及Im2循环频率的穿透深度。致动线圈155a和155b能独立地根据参照信号Vr1和Vr2用参照图1至8所公开的伺服环路被驱动电流Id1和Id2驱动。这里,Vr1表示线圈155a与铜箔154a间的期望距离而Vr2表示线圈155b与铜箔154b间的期望距离。借助于伺服环路,扫描镜117既能在Y轴方向又能在绕X轴转动的方向被定位。
应注意的是本发明并不局限于在这里示出的实施方案。在本发明的范围内各种其他的实施方案都是可能的。例如,扫描元件也可能是当访问磁带上不同磁道而借助于致动器移动的磁头。另外,致动器3可以有第二个线圈或第二个线圈组以替代永久性磁性构件。电感影响装置可有与铜箔不同的形状并且也可与用于屏蔽磁性材料的屏蔽物分开。致动线圈55b和55c可被引入到附加的伺服环路中,以致为了校正慧形和/或象散象差,辅助透镜能相对于X轴和Y轴斜置。致动线圈的电感可以不用谐振电路或用不同的谐振电路被检测。致动线圈的电感还能通过用测量电压驱动线圈并测定测量电压与通过致动线圈的合成电流间的相位差来检测。

Claims (12)

1.用于从/向记录介质(1)读取和/或写入信息的设备,包含供扫描介质用的扫描元件(17)和供定位该扫描元件用的伺服环路,该伺服环路包含:
用于驱动扫描元件的致动器(50),该致动器包括致动线圈(55a,55b,55c)以及
考虑用于向致动线圈(55a)馈送驱动电流(Id)的控制装置,Id依赖于指示出扫描元件实际位置(P)的位置信号(Vp)及指示出扫描元件期望位置的基准信号(Vr);
其特征在于
设备包含使致动线圈(55a)的电感(L)随扫描元件(17)位置(P)变化的电感影响装置(54)以及
考虑用于从致动线圈的实际电感衍生出位置信号(Vp)的控制装置(40)。
2.按照权利要求1的设备,其特征在于,电感影响装置包含当电感影响装置和致动线圈相互接近时,用于减小该致动线圈(55a)电感(L)的导电的非磁性材料。
3.按照权利要求1的设备,其特征在于,控制装置(40)考虑用于通过向致动线圈馈送周期性测量电流(Im)去测量致动线圈(55a)的电感(L)。
4.按照权利要求1和3的设备,其特征在于,测量电流(Im)的频率(Fm)至少是用于定位扫描元件(17)的伺服环路的截止频率的十倍。
5.按照权利要求2和3的设备,其特征在于,
致动器(50)包含磁性构件(53)以及
磁性构件用导电的基本非磁性屏蔽物(54)屏蔽以防止作为测量电流(Im)的结果由致动线圈(55a)生成的电磁波。
6.按照权利要求5的设备,其特征在于测量电流(Im)的频率约为0.5兆赫。
7.按照权利要求3的设备,其特征在于
设备包含装有致动线圈(55a)的谐振电路(55a,57),
控制装置(40)包含供生成具有接近于谐振电路(55a,57)谐振频率(Fres)的频率(Fm)的测量电流(Im)用的振荡器(48),并且
控制装置(40)包含从致动线圈(55a)两端的电压(Vm)中筛选位置信号(Vp)的滤波器(42)。
8.按照权利要求3的设备,其特征在于
设备包含装有致动线圈(55a)的谐振电路(55a,57),
谐振电路在基准信号(Vr)的频率(Fr)被驱动,以及
供定位扫描元件(17)用的伺服环路(42,46,47,49)考虑用于按这样的方式定位扫描元件,以使谐振电路的谐振频率(Fres)近似于基准信号的频率(Fr)。
9.按照权利要求1的设备,其特征在于
设备是光盘驱动器,它包含用于将光束(3)会聚在光盘(1)的信息层(1a)上的主透镜(15),
扫描元件是用于通过修改辅助透镜相对于主透镜的位置(P)校正光学象差的辅助透镜(17)以及
致动器(50)是在主透镜和辅助透镜之间运转的。
10.按照权利要求1的设备,其特征在于
设备是用于以光束(103)扫描记录介质(101)的装置,并且
扫描元件包含用于使光束偏析的扫描镜(117)。
11.供用于从/向记录介质(1;101)读取和/或写入信息的设备用的致动器(50;150),该致动器包含致动线圈(55a;155)和磁性构件(53;153),其特征在于
磁性构件被导电的非磁性材料(54;154)屏蔽以防止具有在100千赫至10兆赫范围内频率的电磁波。
12.控制装置(40;140)供为在用于从/向记录介质(1;101)读取和/或写入信息的设备中定位扫描元件(17,117)而驱动致动线圈(55a;155)用,
控制装置考虑用于向致动线圈馈送驱动电流(Id),Id依赖于指示出扫描元件实际位置(P)的位置信号(Vp)和指示出扫描元件期望位置的基准信号(Vr),
其特征在于
控制装置考虑用于从致动线圈(53a,153)的实际电感(L)衍生出位置信号(Vp)。
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