CN1536562A - 控制电压灵敏度和相位的致动器及具有致动器的光学拾取设备 - Google Patents

Abstract

公开了一种能控制电压灵敏度和相位的动磁型致动器、具有用于提高电压灵敏度的电流反馈电路的光学拾取致动器，以及具有由单芯片实现的电流反馈电路的光学拾取设备。当提高动磁型致动器的电压灵敏度和补偿其相位时，能提高光学拾取致动器的操作性能。

Description

控制电压灵敏度和相位的致动器及 具有致动器的光学拾取设备

技术领域

本发明涉及能控制电压灵敏度和相位的致动器(actuator)及具有该致动器的光学拾取设备，更具体地说，涉及具有协同用于执行光学拾取的倾斜操作的动磁型致动器，用于提高电压灵敏度的电流反馈电路的光学拾取致动器。

背景技术

通常，在光记录/再现装置中采用光学拾取器。光学拾取器相对于以非接触方式放在转盘上同时在光盘的径向中移动的记录介质，诸如光盘，执行记录和/或再现信息。

光学拾取器包括通过聚焦从光源发射的光，在光盘上形成光点的物镜、控制跟踪方向，聚焦方向和倾斜方向中的物镜的致动器。光学拾取器将电流施加到预定磁场内的线圈上以便能驱动物镜。在这里，光学拾取器的致动器是用于精确地定位由物镜在光盘的表面或磁道上形成的光点的设备。

另一方面，根据近来光盘的存储容量增加的趋势，要求使用光盘来读取和写入信息的装置具有高的驱动精确度。随着光盘存储容量的增加，物镜的孔径(aperture)的数量增加。由于孔径的数量增加，光盘倾斜会导致透镜像差。因为透镜像差，会降低光盘的重放性能。当写入信息时，由于透镜像差，会不适当地光盘上形成凹坑，从而能降低对应于不适当形成的凹坑的写入信号。

为此，需要随同聚焦和跟踪操作一起校正光盘的倾斜的设备。已经提出了用于校正光盘倾斜的方法。上述方法包括用于使用直流(DC)马达移动整个光学拾取器的方法以及用于通过仅移动光学拾取驱动器来校正光盘的倾斜的另一方面。

使用DC马达的方法的不利之处在于仅在低频带校正光盘的倾斜并增加了光学重放设备的大小。

另外，用于仅移动光学拾取致动器的叶片(blade)的方法根据连接到驱动器上的线圈和磁体，被分成动圈型和动磁型。通常，主要将动圈型的双轴致动器用作光学拾取致动器。根据高密度光盘的需要，使用用于控制光盘倾斜的三轴致动器。

然而，在动圈型的三轴驱动致动器中，将至少六条导线连接到驱动器上以便控制光盘的倾斜。在这种情况下，在在组装构件的操作很复杂的问题。在动磁型的致动器中，确保在叶片上设置的物镜所需的驱动电压灵敏度是很困难的。

接着，将参考图1至4描述传统的致动器以及驱动该致动器的传统方法。

图1是示例说明传统的动磁型致动器的透视图，以及图2是示例说明传统的动圈型致动器的透视图。参考动磁和动圈型的传统光学拾取致动器，它们的驱动特性的利弊如下。

图1是示例说明(在日本专利申请No.1998-261233中公开的)光学拾取致动器的透视图。在光学拾取致动器中，磁体3安装在叶片2，在叶片1上安装物镜1以便聚焦来自光盘的激光束。线圈5缠绕在对应于磁体3的安装在叶片2的下表面上的磁轭板4的轭(yoke)4-1上。为获得所需灵敏度，必须增加线圈绕组的数量。然而，存在增加线圈绕组的数量导致相位延迟的问题。

图2示例说明传统的动圈型致动器的透视图。在传统的双同驱动光学拾取致动器中，将聚焦线圈6安装在叶片2上，在叶片2上安置物镜1。在安置聚焦线圈6的叶片2的纵向的两面安装多个跟踪线圈7。安置在跟踪线圈7的相对面上的磁体3被连接到垂直于磁轭板4的多个轭4-1上。安装在聚焦线圈6的相对面上的磁体5被连接到多个轭4-2。

在由上述动圈型致动器执行的用于物镜1的双轴驱动操作中，与缠绕在叶片2上的聚焦线圈6分开预定距离的连接到轭4-2的磁体5在致动器中产生电磁力以便在垂直方向中电磁移动叶片2。此外，连接到安置在跟踪线圈7的相对面上的轭4-1的磁体3在致动器中产生电磁力以便在水平方向中电磁移动叶片2。

上述双轴驱动致动器的优点在于能使用现有设计中的设计数据或所使用的工具。然而，上述双轴驱动致动器的不利之处在于必须另外将至少两条导线连接到多个跟踪线圈上。因此，组装构件时需要精确度并会降低生产效率。

使用至少6条导线的动圈型致动器的困难在于将导线连接到致动器上，以及当增加另一元件，诸如液晶显示器(LCD)时，还存在执行用于将电压施加到致动器上的布线难的问题。

另一方面，动磁型致动器的优点在于布线步骤的简单性能。然而，由于动磁型致动器中的磁通密度很低，必须增加线圈绕组的数量以便能增加电流灵敏度。

图3是示例说明能控制光学倾斜的传统光学拾取器的示意图。

如图3所示，由从在光学拾取驱动器20中的系统驱动集成电路(IC)21输出的跟踪控制信号V_T、聚焦控制信号V_F和倾斜控制信号V_R驱动传统的光学拾取器10。同时，加法器22通过将聚焦控制信号V_F增加到倾斜控制信号V_R上来产生信号V_F+V_R。减法器23通过将聚焦信号V_F减去倾斜控制信号和V_R来产生信号V_F-V_R。通过运算放大器，传统地产生信号V_F+V_R和V_F-V_R。为控制光盘的倾斜，将倾斜控制信号V_R与聚焦控制信号V_F结合，以及将组合信号输入到光学拾取器10中。

图4示例说明传统的光学拾取致动器的增益传递函数的视图。图4表示传统的光学拾取致动器的模型。

在这里，传递函数表示在初始状态中，输出与输入之比，其中初始值为零。通过下述徒工1给出传递函数。在下述等式1中，R(s)、Y(s)和G(s)分别表示输入、输出和传递函数。

等式1

$G\left(S\right)=\frac{Y\left(s\right)}{R\left(s\right)}$ 其中初始值＝0

在传统的光学拾取致动器中，通过G(s)＝G_c(S)*G_a(s)给出传递函数。此时，G_c(S)表示线圈的传递函数，以及G_a(s)32表示致动器的传递函数。如上所述，通过下述等式2和3分别给出G_c(S)和G_a(s)。

等式2

$G_c\left(s\right)=\frac{1}{\mathrm{Ls}+R}$

等式3

在上述等式2和3中，L、R、ζ_n、ω_n和Ki分别表示线圈电感值、线圈电阻值、致动器衰减系数、致动器振动频率和电流灵敏度值。在上述等式2中，由于动磁型致动器中的电压相对较大，相位延迟增加以及电阻值增加。因此，存在降低动磁型致动器中的电压灵敏度的问题。

即，随着动磁致动器的线圈电阻增加，提高了电流灵敏度。然而，降低电压灵敏度，从而由降低的电压灵敏度导致相位延迟。为此，不能将用于增加电压灵敏度的系统驱动IC21适当地用于光学拾取器。

发明内容

因此，鉴于上述问题，做出了本发明，以及本发明的目的是提供具有电流反馈电路的光学拾取致动器，其能增加动磁型致动器的电压灵敏度。

本发明的另一目的是提供具有电流反馈电路的光学拾取设备，其能通过增加动磁型致动器的电压灵敏度来改进致动器的倾斜操作。

根据本发明的一个方面，通过提供光学拾取设备来完成上述和其他目的，包括：系统驱动集成电路(IC)，用于提供跟踪控制信号、聚焦控制信号和倾斜控制信号以便驱动至少一个致动器；响应与所述聚焦控制信号和所述倾斜控制信号有关的和信号和差信号以及所述跟踪控制信号驱动的所述致动器；以及电流反馈单元，用于将对应于通过将所述聚焦控制信号和所述倾斜控制信号结合生成的所述和信号和所述差信号及所述跟踪控制信号的电压输出到所述致动器的相应线圈上，感知施加到所述致动器线圈上的电流，并将反馈信号施加到所述致动器以便控制所述致动器的电压灵敏度和相位。

最好，可以由单芯片专用集成电路(ASIC)实现所述电流反馈单元，并将所述电流反馈单元安装在所述光学拾取设备的基座表面上。

最好，由所述电流反馈单元生成的反馈信号可以是负反馈信号。

最好，所述电流反馈单元可以包括：用于感知对应于施加到所述致动器上的电压的电流的大小的多个线圈电流传感器；用于响应所感知的线圈电流，输出用于控制所述电压灵敏度的反馈信号的多个电流反馈放大器；用于输出与所述聚焦控制信号和倾斜控制信号有关的所述和信号和所述差信号的运算放大器；多个加法器，通过将每个运算放大器的输出增加到每个电流反馈放大器的输出上，分别输出致动器驱动信号；以及多个放大器，分别放大所述致动器驱动信号和输出所放大的信号。

最好，每个线圈电流传感器从串联连接到致动器线圈的电阻器端的电压，感知线圈电流。

最好，电阻器的电阻值为1Ω。

根据本发明的另一方面，提供响应与聚焦控制信号和倾斜控制信号有关的和信号和差信号以及跟踪控制信号驱动的倾斜致动器，包括：电流反馈电路，用于将对应于结合所述聚焦控制信号和所述倾斜控制信号结合生成的所述和信号和所述差信号及所述跟踪控制信号的电压输出到所述致动器的相应线圈上，感知施加到所述致动器线圈上的电流，以及生成反馈信号以便控制所述致动器的电压灵敏度和相位。

最好，所述致动器可以是动磁型致动器。

最好，可以由单芯片专用集成电路(ASIC)实现所述电流反馈单元，并将所述电流反馈单元安装在光学拾取设备的基座表面上。

最好，由所述电流反馈单元生成的反馈信号可以是负反馈信号。

本发明提供具有电流反馈电路的致动器和具有致动器的光学拾取设备，其能增加动磁型致动器的电压灵敏度，从而提高致动器的倾斜操作。

附图说明

通过下述结合附图的详细描述，将更容易理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点，其中：

图1是示例说明传统的动磁型致动器的透视图；

图2是示例说明传统的动圈型致动器的透视图；

图3是示例说明能控制光学倾斜的传统光学拾取器的示意图；

图4是示例说明传统的光学拾取致动器的增益传递函数的视图；

图5是示例说明根据本发明，能控制电压灵敏度的光学拾取设备的示意图；

图6是示例说明根据本发明，能控制电压灵敏度的光学拾取致动器的增益传递函数的视图；

图7是示例说明用于实现图6所示的增益传递函数的光学拾取设备的结构的示意图；

图8是示例说明根据本发明的实施例的具有用于控制电压灵敏度的电流反馈单元的光学拾取设备的示意图；

图9A和9B是示例说明根据本发明的实施例的光学拾取致动器的电流反馈电路的电路图；以及

图10A和10B是示例说明根据本发明的与光学拾取致动器有关的电压灵敏度的结果和相位校正的结果的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图来详细地描述根据本发明的实施例，能控制电压灵敏度的致动器和具有该致动器的光学拾取器。

传统的动磁型致动器能增加电流灵敏度。然而，由于电阻值增加，降低电压灵敏度以及发生相位延迟。为此，本发明提供致动器以及具有该致动器的光学拾取器，其使用电流反馈能补偿降低的电压灵敏度和相位延迟。

首先，图5是示例说明根据本发明，能控制电压灵敏度的光学拾取设备的示意图。在光学拾取设备中，系统驱动集成电路(IC)21输出用于驱动致动器50的跟踪控制信号V_T、聚焦控制信号V_F和倾斜控制信号V_R。电流反馈单元(或电流反馈电路)40将对应于通过将聚焦控制信号V_F和倾斜控制信号V_R产生的合信号V_F+V_R和差信号V_F-V_R的电流输出到致动器50的线圈。另外，电流反馈单元40将对应于跟踪控制信号V_T的电流输出到致动器50的线圈。此外，电流反馈单元40感知施加到致动器50上的电流，将通过结合反馈信号，将电流输出回致动器50。由与聚焦控制信号V_F和倾斜控制信号V_R有关的合信号V_F+V_R和差信号V_F-V_R来驱动致动器50。致动器50将信号输送回当前反馈单元40。可选地，光学拾取设备通过单独形成电流反馈单元40，而不改变在传统的光学拾取驱动器20内配置的系统驱动IC21，能通过电压灵敏度控制信号驱动致动器50。

在这种情况下，通过单芯片专用集成电路(ASIC)，能实现电流反馈单元40并安装在光学拾取器100的预定部分上。在这里，ASIC是包括用于特定用途的定制IC和标准IC的专业术语。ASIC不用于用于非特定用途的标准IC和通用IC，诸如TTL存储器、微处理器等等，并表示适合于特定用途的专用IC。

图6是示例说明根据本发明，能控制电压灵敏度的光学拾取致动器的增益传递函数的视图。

如图6所示，根据本发明的光学拾取致动器不仅采用与传统的动磁致动器有关的线圈传递函数G_c(s)31和致动器传递函数G_a(s)32，还采用放大的传递函数K_a35和电流反馈单元的传递函数K_f。

以反馈传递函数的形式，由下述等式4给出根据本发明的光学拾取致动器的增益传递函数(G’(s))。

等式4

$G^{\′}\left(s\right)=\frac{K_c}{{\mathrm{\τ}}_{c}s+1}$

在上述等式4中，τ_c表示具有相位延迟的线圈的时间常数。由下述等式5给出时间常数τ_c。

等式5

${\mathrm{\τ}}_c=\frac{L}{K_a{K}_f+R}$

在上述等式5中，L和R分别表示线圈的电感和线圈的电阻。由下述等式6给出线圈的传递函数K_c。

等式6

$K_c=\frac{K_a}{K_a{K}_f+R}$

当将放大器和电流反馈单元增加到光学拾取设备上时，通过调整线圈的时间常数和增益，能克服相位延迟。通过K_a35和K_f33，能调整增加，以及通过调整增益，能增加电压灵敏度。此时，标记34表示用于基于输入信号的负反馈，增加K_f33的负信号的加法器。

例如，如果K_a35和K_f33分别为“1”和“0”，K_c＝1/R。此时，传递函数K_c与基于包含在“背景技术”中的等式2的传递函数相同。即，在不存在反馈信号的情况下，传递函数彼此相同。

图7是示例说明用于实现图6中所示的增益传递函数的光学拾取设备的结构的示意图。线圈电流传感器41感知通过安置在光学拾取致动器50中的每个线圈的电流，并将所感知的电流输出到电流反馈放大器42。加法器43将基于负反馈的电流反馈放大器42的输出的负信号增加到输入信号上。放大器44接收和放大加法器43的输出信号。放大信号控制光学拾取致动器50。即，将控制信号输入到光学拾取致动器50中以便能提高电压灵敏度。

图8是示例说明根据本发明的实施例，具有用于控制电压灵敏度的电流反馈单元的光学拾取设备的示意图。在电流反馈单元40中，线圈电流传感器41-1、41-2和41-3感知对应于施加到致动器上的电流的大小。电流反馈放大器42-1、42-2和42-3响应所感知的线圈电流，输出用于控制电压灵敏度的反馈信号。加法放大器45通过合计聚焦控制信号和倾斜控制信号，输出和信号。差动放大器46通过执行用于聚焦控制信号和倾斜控制信号的差动放大，输出差信号。加法器43-1和43-2通过分别将加法放大器45和差动放大器46的输出增加到电流反馈放大器42-1和42-2的输出上来输出致动器驱动信号。加法器43-3通过将跟踪控制信号增加到电流反馈放大器42-3的输出上来输出致动器驱动信号。放大器44-1、44-2和44-3放大致动器驱动信号。

用单芯片ASIC实现线圈电流传感器41-1、41-2和41-3、电流反馈放大器42-1、42-2和42-3、加法器42-1、43-2和43-3、放大器44-1、44-2和44-3、加法放大器45和差动放大器46。电流反馈单元40接收聚焦和倾斜控制信号，然后将和及差信号返回到光学拾取致动器50-1和50-2。电流反馈单元40接收跟踪控制信号，然后将跟踪控制信号返回到光学拾取致动器50-3。加法放大器45和差动放大器46分别根据聚焦和倾斜控制信号，产生和信号和差信号。代替运算放大器45或46，能使用加法器、减法器等等。

在根据本发明的能控制电压灵敏度的光学拾取设备中，能用单芯片ASIC实现电流反馈电路，并能将其安装在光学拾取器的预定部分上。由于在其上安置使用动磁型致动器的光学拾取器的光学构件的基座表面的空间足够，很容易用单芯片IC来实现电流反馈电路。

在将适合于三轴驱动致动器的图8所示的电流反馈单元的单芯片ASIC安置在图5所示的光学拾取器100上，例如在具有动磁型致动器的光学拾取器中，在其上安置光学构件的基座表面的预定部分上的情况，通过最小化传统系统驱动IC21的变化，能实现能控制电压灵敏度的光学拾取器。

图9A和9B是示例说明根据本发明的实施例的电流反馈电路的电路图。图9A表示输入与聚焦控制信号和倾斜控制信号有关的和信号和差信号的情形。图9B表示输入跟踪控制信号的情形。此时，将控制信号输入为用于驱动致动器的交流电压。

在图9A中，V1和V2分别表示聚焦控制电压和倾斜控制电压。在频率4kHz时，将对应于聚焦控制信号V1和交流电压100mV和对应于倾斜控制电压的交流电压50mV输入到电流反馈电路中。除电流反馈电路的上级产生和信号V1+V2以及电流反馈电路的下级产生差信号V1-V2的事实外，上下级基本上彼此相同。因此，将仅描述电流反馈电路的上级。在电流反馈电路中，R1～R38是电阻器、C1～C4是电容器、L1～L3是线圈、V1～V3是交流电压、U1A～U4B是放大器，以及Q1～Q6是开关晶体管。

参考图9A，标记45表示用于产生聚焦和倾斜控制电压的和信号的加法放大器。标记43表示用于将加法放大器的输出增加到与电流反馈放大器42有关的负反馈输出上的加法器。

标记44表示用于放大从加法器接收的控制电压的放大器。加法器44在开关晶体管Q1和Q3的控制下，输出相应的线圈L1。标记41表示线圈电流传感器。线圈电流传感器41能感知串联连接到电阻器R14和R20上的线圈L1的电流。

将由线圈电流传感器41感知的线圈电流输入到电流反馈放大器42中。通过负反馈环将线圈电流输入到加法器43。因此，形成能控制致动器的电压灵敏度的反馈电路。此时，放大器U1A、U1B和U2B是放大器组件IC的单个放大器。根据连接方式，放大器具有信号结合函数、信号放大函数和负反馈函数。另外，Vcc和-Vcc是电源电压。通常，电源电压Vcc和-Vcc分别为+5V和-5V。GND表示地。

与图9A所示的电流反馈电路的上级相比，除图9B不包括加法放大器45的事实外，图9A所示的电流反馈电路的上级基本上等于图9B所示的电路。因此，将不详细地描述图9B所示的电路。在图9B中，L2表示跟踪线圈。

已经举例描述了图9A和9B所示的电流反馈电路。本发明不限于电流反馈电路。电流反馈电路的各种改变、增加和取代是可能的。

图10A和10B是示例说明与根据本发明的光学拾取致动器有关的电压灵敏度控制的结果和相位校正的结果的图。在图10A和10B中，X轴表示频率(kHz)。图10A所示的Y轴表示与电压灵敏度有关的柔量(compliance)(dB：m/v)。图10B中所示的Y轴表示与相位灵敏度有关的相位(deg)。

参考图10A，将理解到在频率4kHz，与用虚线表示的电压灵敏度相比，提高了根据本发明的用实线表示的电压灵敏度。另外，在图10B中，在频率4kHz时所需的相位必须在约-220°。然而，在不应用补偿操作的情况下，如用虚线表示，在频率4kHz，获得约-280°的相位。另一方面，在应用补偿操作的情况下，如实线所示，在频率4kHz时，获得-202°的相位。应理解到通过补偿操作，补偿约-26°的相位。已经将频率4kHz用作例子。因此，驱动物镜的光学拾取器的特性标准不限于频率4kHz。

在聚焦方向和跟踪方向中操作的具有作为驱动器并连接到导线上的一组磁体的动磁型致动器包括电流反馈电路。包括电压放大器和电流反馈放大器的电流反馈电路用单芯片来实现，并安置在光学拾取器的预定部分上。因此，能提高与致动器的倾斜操作有关的相位延迟和电压灵敏度。

从上述描述可以看出，本发明提供具有电流反馈电路的光学拾取致动器，其能增加动磁型致动器的电压灵敏度。

另外，本发明提供具有电流反馈电路的光学拾取设备，其通过增加动磁型致动器的电压灵敏度来提高致动器的倾斜操作。

尽管已经结合特定的优选实施例描述过本发明，本领域的技术人员将意识到在不背离在附加权利要求书中公开的本发明的范围和精神的情况下，对特定元件的各种改进、增加和取代是可能的。

Claims (12)

1.一种光学拾取设备，包括：

系统驱动集成电路(IC)，用于提供跟踪控制信号、聚焦控制信号和倾斜控制信号以便驱动至少一个致动器；

响应与所述聚焦控制信号和所述倾斜控制信号有关的和信号和差信号以及所述跟踪控制信号驱动所述致动器；以及

电流反馈单元，用于将对应于通过将所述聚焦控制信号和所述倾斜控制信号结合生成的所述和信号和所述差信号及所述跟踪控制信号的电压输出到所述致动器的相应线圈上，感知施加到所述致动器线圈上的电流，并将反馈信号施加到所述致动器以便控制所述致动器的电压灵敏度和相位。

2.如权利要求1所述的光学拾取设备，其中，由单芯片专用集成电路(ASIC)实现所述电流反馈单元，并将所述电流反馈单元安装在所述光学拾取设备的基座表面上。

3.如权利要求1所述的光学拾取设备，其中，由所述电流反馈单元生成的反馈信号是负反馈信号。

4.如权利要求1所述的光学拾取设备，其中，所述电流反馈单元包括：

用于感知对应于施加到所述致动器上的电压的电流的大小的多个线圈电流传感器；

用于响应所感知的线圈电流，输出用于控制所述电压灵敏度的反馈信号的多个电流反馈放大器；

用于输出与所述聚焦控制信号和倾斜控制信号有关的所述和信号和所述差信号的运算放大器；

多个加法器，每个用来通过将每个运算放大器的输出增加到每个电流反馈放大器的输出上，分别输出致动器驱动信号；以及

多个放大器，每个用来放大所述致动器驱动信号并输出所放大的信号。

5.如权利要求4所述的光学拾取设备，其中，每个线圈电流传感器从串联连接到致动器线圈的电阻器端的电压感知线圈电流。

6.如权利要求5所述的光学拾取设备，其中，电阻器的电阻值为1Ω。

7.响应与聚焦控制信号和倾斜控制信号有关的和信号和差信号以及跟踪控制信号驱动的倾斜致动器，包括：

电流反馈电路，用于将对应于结合所述聚焦控制信号和所述倾斜控制信号结合生成的所述和信号和所述差信号及所述跟踪控制信号的电压输出到所述致动器的相应线圈上，感知施加到所述致动器线圈上的电流，以及生成反馈信号以便控制所述致动器的电压灵敏度和相位。

8.如权利要求7所述的倾斜致动器，其中，所述致动器是动磁型致动器。

9.如权利要求7所述的倾斜致动器，其中，由单芯片专用集成电路(ASIC)实现所述电流反馈单元，并将所述电流反馈单元安装在光学拾取设备的基座表面上。

10.如权利要求7所述的倾斜致动器，其中，由所述电流反馈单元生成的反馈信号是负反馈信号。

11.如权利要求7所述的倾斜致动器，其中，所述电流反馈单元包括：

用于感知对应于施加到所述致动器上的电压的电流的大小的多个线圈电流传感器；

用于响应所感知的线圈电流，输出用于控制所述电压灵敏度的反馈信号的多个电流反馈放大器；

用于输出与所述聚焦控制信号和倾斜控制信号有关的所述和信号和所述差信号的运算放大器；

多个加法器，每个通过将每个运算放大器的输出增加到每个电流反馈放大器的输出上，分别输出致动器驱动信号；以及

多个放大器，分别放大所述致动器驱动信号并输出所放大的信号。

12.如权利要求11所述的倾斜致动器，其中，每个线圈电流传感器从串联连接到致动器线圈的电阻器端的电压感知线圈电流。

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