CN1340813A - 径向倾斜检测器 - Google Patents

Abstract

一种用于光盘信息记录/重放设备的径向倾斜检测器,该光盘信息记录/重放设备包括:光头,聚焦致动器和驱动装置,该径向倾斜检测器包括:加速度检测装置,响应于来自驱动装置的驱动信号输出用于表示在一个方向的加速度的信号,该方向由聚焦致动器的聚焦位置处光束的光轴决定;径向倾斜计算处理装置,用于接收来自加速度检测装置的加速度信号和表示光盘中心与光束在光盘记录表面的投射位置之间的距离的信号,并计算径向倾斜。

Description

径向倾斜检测器

本发明涉及用于光盘播放器等等中的光头倾斜伺服装置的倾斜检测器，具体涉及一种用于检测光盘的径向倾斜的径向倾斜检测器。

光盘装置通常适用于通过物镜将狭小的光束投射到光盘上来扫描光盘上的细密标记(记录标记)，从而重放记录在其上的信息。此时，光盘的表面可能会由于光盘变形、表面振动等原因相对于来自光头的光束发生倾斜。在此情况下，来自光头的光束相对于光盘表面倾斜地入射到光盘表面上来重放记录在其上的信息，因此难以精确地读出所记录的信息。

图7显示光束在光盘表面上形成的光斑相对于光盘表面的倾斜的变化。具体地说，图7的下部分显示光斑的形状，图7的上部分显示光斑的光强分布。

更详细地说，图7b显示光束垂直于光盘表面时光斑的形状和强度分布。在图中，所示光斑具有对称形状。图7a和7c显示光盘表面相对于光束倾斜时光斑的形状和强度分布。在图7a和7c中，在光盘上的光斑处产生彗差，并且光斑具有非对称形状。

为了防止上述彗差，光盘设备包括一倾斜伺服装置，用于校正光头的光轴倾斜以便保持光轴垂直于光盘表面。倾斜伺服装置包括倾斜检测装置，用于检测从光头投射的光束相对于光盘表面的倾斜量。

倾斜传感器通常用于检测倾斜量。常规上将倾斜传感器安装在倾斜检测装置中，与用来产生光束以重放光盘上所记录信息的光学系统相分离。在这种结构中，倾斜传感器必须与光头的物镜间隔一定距离，以便避免相互干扰。但是，倾斜传感器和光头的物镜必须相互靠近，以获得光斑在光盘表面上的投射位置相对于该表面的倾斜量的最近似值。

图8是显示常规光盘设备中光头结构的例子的透视图。光头102位于光盘101下面，光头的物镜103和倾斜检测装置的倾斜传感器104被设置在光头部分102的上表面。以如下方式将倾斜传感器104设置在光头部分102的上表面上，使得由从物镜103发射的光束105形成的光斑106穿过倾斜传感器104并且在光盘表面的轨道107上与其基本对准。通过这种设置，倾斜传感器可以近似地检测光斑106的位置和光盘表面的倾斜量。

但是，在具有上述结构的光头部分中，因为光斑和倾斜传感器并不是彼此完全对准，所以倾斜传感器的检测值不可避免地具有误差。因此，例如在根据光盘的记录致密化而需要较高程度的倾斜校正时，将无法保证足够的精度。

此外，因为光头和倾斜检测装置是分别提供的，这使得部件数量增加，导致光头结构的成本和复杂性增加。

因此，本发明是针对上述问题提出的，本发明的一个目的是提供一种径向倾斜检测器，能够以高精度检测光盘的径向倾斜，并且光头部分的结构成本低、简单。

根据本发明的一个方面，为了实现以上和其它目的，提供一种径向倾斜检测器，其适用于：通过测量在光盘聚焦方向上的、在光束所会聚的光盘记录表面上的光斑位置的加速度，在光盘的旋转方向上光斑位置的速度，以及光盘中心与光斑位置的距离，来计算由三个矢量定义的一个角度，这三个矢量是在光盘的聚焦方向的加速度矢量，朝向光盘中心并与在光盘的聚焦方向的加速度矢量垂直的加速度矢量，和光盘的聚焦方向的加速度矢量与朝向光盘中心的加速度矢量的合成矢量，并根据所计算的角度检测径向倾斜角，该径向倾斜角是在光盘径向的倾斜角度。

根据本发明的另一个方面，提供一种用于光盘信息记录/重放设备的径向倾斜检测器，该光盘信息记录/重放设备包括：光头，用于将会聚光束投射到一旋转光盘的记录表面上，并接收从光盘的记录表面反射的投射光束；聚焦致动器，用于将会聚光束聚焦到光盘的记录表面的投射位置上；驱动装置，用于输出驱动信号以驱动聚焦致动器，该径向倾斜检测器适用于检测径向倾斜，即在光盘的记录表面的径向的倾斜量，并且该径向倾斜检测器包括：加速度检测装置，响应于来自驱动装置的驱动信号，以输出用于表示在一个方向的加速度的信号，该方向由聚焦致动器的聚焦位置处光束的光轴决定；径向倾斜计算处理装置，用于接收来自加速度检测装置的加速度信号和表示光盘中心与光束在光盘记录表面的投射位置之间的距离的信号，并利用接收的信号和光盘的旋转速度或光束扫描光盘记录表面的线速度来计算径向倾斜。

优选地，加速度检测装置可以包括一个观测器(observer)。

优选地，径向倾斜计算处理装置可以包括：第一除法装置，用于将线速度的平方除以光盘中心与光束在光盘记录表面上的投射位置之间的距离，并输出该除法结果；第二除法装置，用于将来自加速度检测装置的加速度信号所表示的加速度除以第一除法装置的输出，并输出该除法结果；反正切计算装置，用于对第二除法装置的输出求反正切，并输出其结果值作为径向倾斜量。

另选地，径向倾斜计算处理装置可以包括乘法装置而不是第一除法装置，乘法装置用于将光盘的旋转速度的平方乘以光盘中心与光束在光盘记录表面上的投射位置之间的距离，并输出该乘法结果。

另选地，径向倾斜计算处理装置可以包括系数乘法装置而不是反正切计算装置，系数乘法装置将第二除法装置的输出乘以某个系数，从而获得作为该乘法结果的径向倾斜量。

通过以下结合附图的详细说明，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：

图1是表示具有微平面的光盘的表面上光斑的加速度和速度的示意图；

图2是表示取决于光斑旋转的光斑速度方向的示意图；

图3是显示光斑的位移Z，速度dZ/dt和加速度d²Z/dt²的符号的表；

图4是显示应用本发明的用于在光盘上记录/重放信息的设备的整体结构的示意图；

图5是显示根据本发明的径向倾斜检测器的一个实施例的方框图；

图6a和6b是显示图5中径向倾斜计算处理器的不同实施例的详细方框图；

图7a到7c是显示光束在光盘表面上形成的光斑相对于光盘表面的倾斜变化的示意图；

图8是显示常规光盘设备中光头部分结构的例子的透视图。

首先，将说明本发明的原理。光盘的倾斜一般被分类为径向倾斜(或在光盘径向的倾斜)和切向倾斜(或在光盘轨道的切向的倾斜)。下面的描述针对径向倾斜。

径向倾斜包括平面分量和反向U形(或反向V形)分量。平面分量可以是由表面振动导致的同心球形分量和其它径向分量。即，平面分量可以是例如，由盘变形造成的表面振动或盘信息记录/重放设备中的错误，或平面盘变形引起的径向倾斜分量。反向U形或V形分量可以是由关于盘旋转轴的同心盘变形造成的。即，反向U形或V形分量仅基于盘变形产生。

本发明涉及用于检测径向倾斜的上述分量中的平面分量的装置。在用于在光盘上记录/重放信息的设备中，实际上，光盘进行旋转，从光拾取器发射并由透镜会聚的光斑被投射到该旋转盘的轨道上，并且该投射的光斑扫描该旋转盘的轨道。换句话说，尽管光盘的表面移动，但是光斑并不移动。但是，为了便于说明，下面假设光斑在停止的光盘上旋转。其原因是，在任何一种情况下，光斑对于光盘表面的相对位置都变化。假设光斑在停止的光盘表面上旋转，在取决于光盘表面的方向上产生光斑的加速度。

此时，假设光盘表面相对于来自光拾取器的光束倾斜，由光束形成的光斑沿着倾斜的表面旋转。这里应用这种类似的假设，尽管光盘表面具有由多个微平面构成的马赛克形状，就好象它是由多个任意倾斜的小片覆盖。

图1是表示具有微平面的光盘表面上光斑的加速度和速度的示意图。假设将光斑投射到一个具有径向倾斜的微平面上，其径向加速度取决于该微平面。此外，光斑的旋转速度也取决于该微平面。

下面参照图2对上述现象进行详细说明。当一个点形光斑画出一段圆弧时，其速度矢量的方向与该圆弧的切向相同，并且在包括该圆弧的平面上表示出该速度矢量。在某一点a的切线可以由下面的公式1表示：

[公式1] $l\left(a\right)={\underset{b\→a}{\lim }}^{l(a,b)}$

而且，上述点形光斑的加速度矢量可以由下面的公式2导出：

[公式2]其中，υ&(t)：点在时间t的加速度，υ(t+Δt)：点在时间(t+Δt)的速度矢量，υ(t)：点在时间t的速度矢量。

光斑在微平面上的加速度可以在以下条件下考虑，即将该加速度分解为在取决于微平面的方向的加速度rω²(r是光盘中心与光斑的距离，ω是光斑的角速度)和朝向光盘的轴的加速度d²Z/dt²(向光盘的轴的位移Z的二次微分)。如果微平面相对于与光盘轴正交的平面(此后称为参考平面)的角度较小，在取决于微平面的方向的加速度rω²可以被考虑为基本上与取决于参考平面的方向的加速度相同。换句话说，在微平面上的加速度矢量可以被表示为在参考平面上的加速度矢量(该矢量的幅度大约是rω²)与朝向光盘轴的加速度矢量(该矢量的幅度是d²Z/dt²)的合成矢量。

因此，包括上述合成矢量的微平面在光盘的径向相对于参考平面的倾斜角，即微平面相对于参考平面的径向倾斜角θ满足以下公式3：

[公式3] $\tan \mathrm{\θ}=\frac{\left(\frac{d^{2}Z}{{\mathrm{dt}}^2}\right)}{{\mathrm{r\ω}}^2}$

因此，径向倾斜角θ可以从以下公式4获得：

[公式4] $\mathrm{\θ}={\tan }^{-1}\frac{\left(\frac{d^{2}Z}{{\mathrm{dt}}^2}\right)}{{\mathrm{r\ω}}^2}$

在光盘以恒定线速度(CLV)模式旋转的情况下，光斑可以被考虑为以CLV模式旋转。结果，因为在rω恒定的条件下rω²＝(rω)²/r，因此径向倾斜角θ可以从r和d²Z/dt²获得。在光盘以恒定角速度(CAV)模式旋转的情况下，光斑也可以被考虑为以CAV模式旋转。结果，径向倾斜角θ可以从r和d²Z/dt²，因为ω是固定的。

假设径向倾斜角是θ，位移是Z，则朝向光盘轴的光斑速度dZ/dt和加速度d²Z/dt²可以由下面的公式5到7表示：

[公式5]

          Z＝(r×sinωt)tanθ＝(r×tanθ)sinωt

[公式6] $\frac{\mathrm{dZ}}{\mathrm{dt}}=(\mathrm{r\ω}\×\tan \mathrm{\θ})\cos \mathrm{\ωt}$

[公式7] $\frac{d^{2}Z}{{\mathrm{dt}}^2}=-\left({\mathrm{r\ω}}^2\tan \mathrm{\θ}\right)\sin \mathrm{\ωt}$

图3中显示了位移Z，速度dZ/dt和加速度d²Z/dt²的符号。

图4是显示应用本发明的用于在光盘上记录和重放信息的设备的整体结构的示意图。在记录了要重放的信息的光盘1的轨道2上形成记录标记2a。用于重放所记录信息的光头3被设置在面对形成记录标记2a的表面的位置上。

可以由移动装置(未示出)将光头3在光盘1的径向R移动。从光头3发射的光束8a将光斑8投射在光盘1的轨道2上。移动装置随着光盘1的旋转来移动光斑8的径向位置，从而使光斑8扫描轨道2。

光头3包括：激光二极管4，用于发射激光束；准直透镜4a，用于将从激光二极管4发射的激光束转换为准直光束；光束分离器5；物镜6，用于通过光束分离器5接收来自准直透镜4a的准直光束，将其会聚到形成了记录标记2a的光盘1的记录表面2b上，并校准从记录表面2b反射的光束；准直透镜7a，用于会聚由物镜6校准的反射光束；和传感器7，用于接收由准直透镜7a会聚的反射光束。

激光二极管4发射激光束，该激光束由准直透镜4a进行校准，然后由光束分离器5反射，并由物镜6会聚，最终形成光束8a。然后，光束8a将光斑8投射到光盘1的轨道2上。轨道2上的记录标记2a对该光束进行强度调制并反射，通过物镜6到达光束分离器5。此后，将反射光束通过光束分离器5发射到准直透镜7a，由准直透镜7a会聚，然后由传感器7接收。传感器7输出对应于所接收光束或者由记录标记2a进行强度调制的光束的射频(RF)信号。

聚焦致动器9在与光束8a的光轴11平行的方向(即Z轴方向)驱动光头3中的物镜6，从而使光斑8聚焦到轨道2上。驱动器10用于驱动聚焦致动器9。

接着，将参照图5对根据本发明的径向倾斜检测器的一个实施例进行说明。驱动器10将驱动信号U(驱动电流或驱动电压)输出到聚焦致动器9，聚焦致动器9响应于该驱动信号U输出定位信号Y。

将驱动信号U和定位信号Y提供给观测器11，观测器11包括聚焦致动器模块12和减法器13。将驱动信号U施加到聚焦致动器模块12，将定位信号Y施加到减法器13，减法器13还接收来自聚焦致动器模块12的输出信号12a。减法器13从定位信号Y中减去来自聚焦致动器模块12的输出信号12a，并将减法结果回馈到聚焦致动器模块12。

聚焦致动器模块12输出用于表示物镜6的Z轴驱动的定位信号Z和一个加速度信号d²Z/dt²。这些信号分别代表物镜6在Z轴方向的位置和加速度。此外，定位信号Z和加速度信号d²Z/dt²分别代表光盘1记录表面2b上一个点的位置和加速度，该点是物镜6发射的光束8a的会聚点。

控制光束8a的会聚点，使得它总是位于光盘1的记录表面2b上。由控制装置(未示出)执行该控制操作，该控制装置控制驱动器10来改变驱动信号U的幅度。结果，光束8a的会聚点总是和光束8a与光盘1记录表面2b的接触点相同。

来自聚焦致动器模块12的加速度信号d²Z/dt²被施加到径向倾斜计算处理器15，径向倾斜计算处理器15还接收一个由特定装置(未示出)提供的信号，该信号表示光盘中心与光斑之间的距离r。径向倾斜计算处理器15响应于所接收的信号来输出表示径向倾斜的信号。

图6显示图5中径向倾斜计算处理器15的不同实施例，其中图6a是在光盘以恒定线速度(CLV)模式旋转时径向倾斜计算处理器15的详细方框图，图6b是在光盘以恒定角速度(CAV)模式旋转时径向倾斜计算处理器15的详细方框图。

首先，将参照图6a对CLV模式中径向倾斜计算处理器15的结构和操作进行说明。在CLV模式中，径向倾斜计算处理器15包括第一除法器16，第二除法器17和反正切计算器18。第一除法器16接收一个表示光盘中心与光斑之间距离r的信号和一个表示CLV模式下的恒定线速度rω的平方的信号，用(rω)²除以r并输出结果值rω²，即rω²＝(rω)²/r。第二除法器17接收第一除法器16的输出rω²和来自聚焦致动器模块12的加速度信号d²Z/dt²，用d²Z/dt²除以rω²并输出结果值(d²Z/dt²)/(rω²)。反正切计算器18接收第二除法器17的输出(d²Z/dt²)/(rω²)，对其取反正切，即tan^-1{(d²Z/dt²)/(rω²)}，并输出结果值作为径向倾斜角θ。

接着，将参照图6b对CAV模式中径向倾斜计算处理器15的结构和操作进行说明。在CAV模式中，径向倾斜计算处理器15包括乘法器19，第二乘法器17和反正切计算器18。乘法器19接收一个表示光盘中心与光斑之间距离r的信号和一个表示CAV模式下的光盘恒定旋转速度ω的平方的信号，用ω²乘以r并输出结果值rω²。第二除法器17和反正切计算器18执行与CLV模式中相同的操作。

另选地，可以提供一个系数乘法器来代替图6a和6b中的反正切计算器18，用来将第二除法器17的输出乘以某个系数，并得到作为该乘法结果的径向倾斜角θ。其原因是，对于微小的径向倾斜角θ，第二除法器17的输出(d²Z/dt²)/(rω²)的反正切基本上等于第二除法器17的输出(d²Z/dt²)/(rω²)与一个系数的乘积。

而且，尽管已经针对光盘以CLV模式旋转的情况和光盘以CAV模式旋转的情况公开了本发明的优选实施例，本发明可以类似地应用于区域恒定线速度(ZCLV)模式，在该模式中光盘以区域单元的线速度恒定旋转。

从上述说明书中可以看出，本发明提供了一种径向倾斜检测器，能够以高精度检测光盘的径向倾斜，并且成本低，光头部分结构简单。

此外，根据本发明，径向倾斜检测器能够在光盘记录表面由多个微平面构成的条件下检测径向倾斜。

虽然已经出于例示目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员应该理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明精神和范围的情况下，可以进行各种修改，添加和替换。

Claims (7)

1.一种径向倾斜检测器，适用于：通过测量在光盘聚焦方向上的、在光束所会聚的光盘记录表面上的光斑位置的加速度，在所述光盘的旋转方向上所述光斑位置的速度，和所述光盘的中心与所述光斑位置的距离，来计算由三个矢量定义的一个角度，并根据所计算的角度检测径向倾斜角，其中，三个矢量是在所述光盘的所述聚焦方向的加速度矢量，朝向所述光盘中心并与在所述光盘的所述聚焦方向的所述加速度矢量垂直的加速度矢量，和所述光盘的所述聚焦方向的所述加速度矢量与朝向所述光盘中心的所述加速度矢量的合成矢量，所述径向倾斜角是在所述光盘径向的倾斜角度。

2.一种用于光盘信息记录/重放设备的径向倾斜检测器，该光盘信息记录/重放设备包括：光头，用于将会聚光束投射到一旋转光盘的记录表面上，并接收从所述光盘的所述记录表面反射的投射光束；聚焦致动器，用于将所述会聚光束聚焦到所述光盘的所述记录表面的投射位置上；驱动装置，用于输出驱动信号以驱动所述聚焦致动器，所述径向倾斜检测器适用于检测径向倾斜，即在所述光盘的所述记录表面的径向的倾斜量，并且所述径向倾斜检测器包括：

加速度检测装置，响应于来自所述驱动装置的所述驱动信号，以输出用于表示在一个方向的加速度的信号，该方向由所述聚焦致动器的所述聚焦位置处所述光束的光轴决定；

径向倾斜计算处理装置，用于接收来自所述加速度检测装置的所述加速度信号和表示所述光盘中心与所述光束在所述光盘记录表面的所述投射位置之间的距离的信号，并利用接收的信号和所述光盘的旋转速度或所述光束扫描所述光盘记录表面的线速度来计算所述径向倾斜。

3.根据权利要求2的径向倾斜检测器，其中所述加速度检测装置包括一观测器。

4.根据权利要求2的径向倾斜检测器，其中所述径向倾斜计算处理装置包括：

第一除法装置，用于将所述线速度的平方除以所述光盘中心与所述光束在所述光盘记录表面上的所述投射位置之间的距离，并输出该除法结果；

第二除法装置，用于将来自所述加速度检测装置的所述加速度信号所表示的所述加速度除以所述第一除法装置的输出，并输出该除法结果；

反正切计算装置，用于对所述第二除法装置的输出取反正切，并输出其结果值作为所述径向倾斜量。

5.根据权利要求4的径向倾斜检测器，其中所述径向倾斜计算处理装置包括乘法装置来代替所述第一除法装置，所述乘法装置将所述光盘的所述旋转速度的平方乘以所述光盘中心与所述光束在所述光盘记录表面上的所述投射位置之间的距离，并输出该乘法结果。

6.根据权利要求4的径向倾斜检测器，其中所述径向倾斜计算处理装置包括系数乘法装置来代替所述反正切计算装置，所述系数乘法装置将所述第二除法装置的所述输出乘以某个系数，从而获得作为该乘法结果的所述径向倾斜量。

7.根据权利要求5的径向倾斜检测器，其中所述径向倾斜计算处理装置包括系数乘法装置来代替所述反正切计算装置，所述系数乘法装置将所述第二除法装置的所述输出乘以某个系数，从而获得作为该乘法结果的所述径向倾斜量。

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