CN1647169A - 使用多维执行机构进行倾角校正的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及进行倾角控制的方法和设备。产生聚焦和倾角控制输出，并且通过根据在所说光盘(1)的不同半径获得的聚焦控制值之差确定径向倾角值来控制光记录/再现光束的聚焦和倾角状态。组合例如三维执行机构与dz/dr倾角测量可提供如下优点：在同一元件中实现聚焦和倾角调节。借此，由环境条作和/或电路特征引起的影响效果或测量变化可减至最小，从而降低了补偿要求。进而，可使用具有分割抽头的线圈装置的三维执行机构(11)来提供三维焦点调节。由此，对于前馈倾角补偿可以使用三维执行机构而不产生偏移或增益误差，并且不需要任何附加的传感器。

Description

使用多维执行机构进行倾角校正的方法和设备

技术领域

本发明涉及通过使用多维执行机构如三维执行机构来校正光盘(如可记录光盘或只读光盘)的记录表面的倾角的倾角控制设备和方法。

背景技术

近年来，已经研制出用于记录和再现大量数据的光盘设备。

在原理上，当在光盘电机中设置光盘时，应使光盘保持为平直的盘形，从而可以使光拾取单元的光轴在记录和再现操作期间垂直于盘的记录表面。为了扫描记录轨道，光拾取单元沿与光盘半径对齐的径向方向移动。

然而，在光盘电机中设置的光盘不是平直的，主要的原因在于制造工艺。光盘在径向方向和圆周方向全都是弯曲的。进而，还要面对所有种类的传动容差。因此，在光拾取单元扫描记录轨道时，光拾取单元的光轴不可能垂直光盘的记录表面。进而，角度随着光拾取单元相对于光盘的位置而异。沿径向方向在光轴和记录表面之间形成的角度定义为径向倾角。此外，光盘的与记录轨道相切的直线(或者说垂直于半径的直线)和光轴之间形成的角称之为切向倾角。在一般情况下，光盘的径向倾角数值在±10mrad的范围内。

用户数据是从高频信号中提取的。由于在高频信号中例如存在时间误差，所以在读出光盘时，总是存在一定数量的抖动。这种抖动的来源不仅有符号间干扰、相邻轨道之间的串扰、光盘制造缺陷，而且还有在所有电路中都存在的普通的噪声。在光盘和物镜之间的倾角来源于两个主要的贡献：即，光盘(由制造容差和环境变化的贡献)和传动(来源于物镜执行机构、可调电机的调节、轴的调节、等)。最终的角度偏差导致慧形象差，即，光读出点在盘上的畸变。这个畸变的光读出点直接导致畸变的高频信号，因此导致定时误差，即抖动。在一般情况下，随着径向倾角变大，抖动以较大的速率增加。

在诸如DVD和DVD+RW之类的系统中，较严格的系统容差要求有；减少的最大可允许的倾角误差。这些最大可允许的倾角误差被规定在一个倾角窗口内，这个窗口例如可以在径向方向的±8mrad之间。确定这个倾角窗口，以实现抖动低于某个要求的水平(一般为15％)。如果在读出系统中总的倾角大于这个窗口，那么这个抖动太大，需要进行有效的倾角补尝。因此，为了在这样的涨落因素条件下从读出轨道上再现原始信号，则必须针对实际的涨落调节光盘设备，涨落因素例如径向倾斜或切线倾斜。

文献JP-A-2000-195080公开了一种应用倾角控制的常规的光盘设备。在操作中，倾角检测装置输出倾角信号，这个倾角信号具有对应于光盘相对于用来记录和再现的光学头的倾斜程度的电压。倾角控制装置驱动倾角执行装置或径向倾角调节装置，以使倾角控制信号为0。这样，就可以保持光学头在平行于光盘的位置，从而可以记录或再现优质的信号。

文献WO-A-00/16321公开了一种倾角控制设备和方法，其中在一个倾斜单元上设置光拾取单元的一个滑动装置(sledge)，它相对于光盘可以在径向方向倾斜。响应径向倾斜角度的变化，光拾取单元的光轴相对于光盘的记录表面的角度也要发生变化。结果，被再现的信号的抖动也随之变化。

可以根据在预定的校准数据轨道区内的抖动测量来校准倾角传感器。响应径向倾角的变化，光拾取单元的光轴相对于光盘的记录表面所成的角度也随之变化。结果，从校准数据轨道上再现的信号的抖动也发生变化。被再现的信号的抖动出现最小值的位置就是径向倾角的最佳位置。但是，对于非写入式光盘，如对于DVD+RW光盘，根据抖动的传感器校准是不可能实现的。

为了减小成本，可以省去倾角传感器。可以根据dz/dr方法实现倾角测量，其中使用光读出系统的执行机构来测量径向倾角的直流分量。具体来说，通过对于半径r微分直流执行机构电压，即光盘转一圈的平均执行机构电压，然后再乘以执行机构的直流灵敏度，从而可以测出直流径向倾角。然而，这种倾角测量对于聚焦的直流灵敏度非常敏感，因此必须进行校准。在具有一个倾斜框架的传动中，这种校准容易实现。不幸的是，这种校准对于使用三维执行机构补尝倾角的传动来说是不可能实现的。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供倾角控制设备和方法，借此可为精确的无传感器倾角测量提供三维执行机构。

这个目的是通过分别根据权利要求1和10所述的倾角控制设备和方法实现的。

因此，使用了特定的多维执行机构设计，使其与dz/dr倾角测量方法相结合，提供无传感器倾角测量的改进精度。例如三维执行机构与dz/dr倾角测量方法相结合得到的优点是，可用相同的元件完成焦点调节和倾角调节。借此，可使由环境条作和/或电路特性引起的影响效果或测量值的变化减至最小以降低补尝要求。

优选地，执行机构的设计基于聚焦线圈的分割抽头(splitting)。借此，可使执行机构倾角直流灵敏度与聚焦直流灵敏度直接相关，并且可通过倾角补尝装置灵敏度抵消传感器灵敏度。现在，可以使用执行机构进行前馈倾角补尝，从中不会引起偏移或增益误差，并且没有任何附加的传感器，可以实现极其精确的倾角控制功能。

在从属权利要求中定义了另外的有益进展。

附图说明

现在参照附图根据优选实施例描述本发明，其中：

图1表示的是按照优选实施例的倾角控制设备的基本方块图；

图2表示可以应用在优选实施例中的一个三维执行机构的示意图；

图3表示一个示意方块图，表示用于产生加到三维执行机构的电压的控制部分；

图4表示一个曲线图，表示不同的径向位置和在确定平均径向倾角的初始化期间测得的不同的焦点位置；

图5表示一个曲线图，表示不同径向位置和在跟踪操作期间施加的对应的平均倾角值；

图6表示按照优选实施例的倾角控制方法的流程图。

具体实施方式

现在根据一个光盘播放器中的倾角控制操作来描述优选实施例。

在图1中，所示的倾角控制装置或设备用于相对于光盘1校正倾角。所说的倾角控制设备包括一个光拾取单元，光拾取单元包括一个可移动的托架(carriage)或滑动装置(sledge)4，用于在平台5上沿径向方向移动光拾取单元。光拾取单元包括一个光学头2，光学头2向光盘1引导并从光盘1接收辐射束，使其通过三维执行机构11，所说的三维执行机构11通过基于分割抽头的聚焦线圈的三维执行功能控制三维执行机构的聚焦、倾角、和径向位置。三维执行机构11的每个分割抽头的聚焦线圈是根据从处理器10接收的一个自动聚焦控制信号进行驱动的。

此外，还要提供一个聚焦评估装置6，聚焦评估装置6根据光学头2获得的束反射信号产生一个聚焦误差信号。按照优选实施例，平均径向盘倾角在一开始时是借助于盘1上不同半径的平均聚焦电压测得的。为此，要计算两个半径之间的平均径向倾角并将其存储在控制器10中，然后使用计算的平均倾角来产生或计算倾角控制输出信号，倾角控制输出信号用于在盘跟踪操作期间控制三维执行机构。

图2表示三维执行机构11的安排的一个更加详细的示意图。在图2中，三维执行机构通过弹簧装置S1-S3固定到滑动装置4上，从而允许三维执行机构11相对于滑动装置4和光盘1的记录表面三维移动。借此可以控制辐射束击中光盘1的记录表面上的那一点以及辐射束相对于记录表面的击中角度。在光学头2和光盘1之间经过反光镜41和物镜110引导辐射束。光学头2包括：辐射源(未示出，如激光器)，用于产生辐射束(如激光束)；和探测器(未示出)，用于接收在光盘1的记录表面上反射并经过物镜110和反光镜41反向引导回到光学头2的。根据在光学头2上检测到的反射的光信号，可以产生径向和聚焦跟踪误差信号。

进而，三维执行机构11包括用于控制焦点和倾角的分割抽头的聚焦线圈C1、C2和用于控制三维执行机构11的径向位置的径向线圈Cr。分割抽头的聚焦线圈安排在距三维执行机构11的中央对称线分别为a1和a2的对应的径向距离。当将一个电压加到这些线圈上并且将这些线圈安排在磁场内的时候，每一个分割抽头的聚焦线圈C1、C2和径向线圈Cr都根据流过线圈绕组的电流分别产生自已的作用力F_f1、F_f2、和F_r。根据公知的洛伦兹方程：

             F＝KI[N/A]            (1)

可以计算出由每个线圈产生的力。

这样，系数K表示由于电流I产生的作用力的大小。由于分割抽头的聚焦线圈C1和C2的偏心安排，如果F_f1＝-F_f2，则可产生一个倾角β，而如果F_f1＝F_f2，则可产生沿垂直于光盘1的表面的对称线的垂直移动(z方向)

图3表示一个示意方块图，表示用于产生控制电压Uf1、Uf2、和Ur的控制部分，每个控制电压Uf1、Uf2、和Ur都根据存储在对应的控制寄存器Rf、Rβ、Rr或任何其它种类的存储器中的控制数据施加在例如对应的执行机构线圈的一端和接地端或其它的固定参考电压之间。这些控制部分可以安排在处理器10中，或者是一个设置在三维执行机构11上的一个单独的控制设备。

具体来说，从聚焦评估装置6和处理器10(例如根据PID控制器函数)获得的聚焦控制数据r_f存储在聚焦控制寄存器Rf中，倾角控制数据r_β存储在倾角控制寄存器Rβ中，径向控制数据r_r存储在径向控制寄存器Rr中。执行机构线圈C1、C2和Cr可以安排成星形连接，如图3所示。将径向控制数据r_r输入到增益为Gda3的数字/模拟转换器(DAC)内并且向增益为GE3的功率放大器或终端级提供经过转换的模拟信号，从而产生用于控制径向线圈Cr的径向控制电压Ur。此外，根据聚焦控制数据r_f和倾角控制数据r_β的预定组合产生聚焦控制电压Uf1和Uf2。具体来说，将聚焦控制数据r_f和倾角控制数据r_β相加，并且将相加的结果经过增益为Gda1的专用DAC提供给增益为GE1的专用的功率终端级，从而产生第一聚焦控制电压Uf1。而且，从聚焦控制数据r_f减去倾角控制数据r_β，并且将相减的结果经过增益为Gda2的专用DAC提供给增益为GE2的专用的功率终端级，从而产生第二聚焦控制电压Uf2。这样，通过在控制寄存器Rf、Rβ、和Rr中存储控制数据就可以控制三维执行机构11的聚焦、倾角、和径向位置。如果对于聚焦控制数据r_f和倾角控制数据r_β进行选择以使Uf1＝-Uf2，则将倾角β加到三维执行机构11上。另一方面，如果对于聚焦控制数据r_f和倾角控制数据r_β进行选择以使Uf1＝Uf2，则在三维执行机构11上产生z移动。通过常规的PID控制器可以控制聚焦控制数据r_f和径向控制数据r_r，而通过使用其中存储平均倾角数值的倾角表的前馈算法可以控制倾角控制数据r_β。

对于按照优选实施例的这个三维执行机构，可以使用下述的前馈算法，所说的前馈算法对于焦点和倾角的直流灵敏度的改变以及任何终端级和数模转换增益的改变都是不变的。

根据从聚焦评估装置6在不同半径获得的聚焦控制值，使用下面的方程(2)可计算出平均的径向的盘倾角：

${\mathrm{\β}}_m=G_{\mathrm{DC}:\mathrm{focus}}{G}_{\mathrm{dac}}\frac{\mathrm{\Δ}{r}_f}{\mathrm{\ΔR}}---\left(2\right)$

这里，Δr_f是在初始化期间测得的两个平均的聚焦控制数据值之间的差，ΔR是在两次测量之间滑动装置在径向方向的步长，G_dac是在如图3所示的前馈控制路径中DAC与功率终端级组合的增益，G_DC，focus是三维执行机构11的聚焦直流灵敏度(单位为米/伏)。测量结果随通常未知的聚焦直流灵敏度的变化是直线的。

为了利用三维执行机构11补尝盘倾角，必须按照下述的方程(3)来设置倾角寄存器控制寄存器Rβ的控制数据r_β：

$r_{\mathrm{\β}}=\frac{G_c{\mathrm{\β}}_d}{G_{\mathrm{DC}:\mathrm{tilt}}{G}_{\mathrm{dac}}}---\left(3\right)$

这里，β_d是盘1的平均盘倾角，G_c是慧形象差经过最佳校正的执行机构倾角和盘倾角之间系数，G_dac是前馈控制路径中DAC与功率终端级组合的增益，G_DC，tilt是三维执行机构11的倾角直流灵敏度(单位为弧度/伏)。实际的测量结果随通常未知的倾角直流灵敏度而变。

对于方程(3)的执行机构盘倾角β_d，减去方程(2)的所测平均盘倾角β_m，则得到下面的方程(4)：

$r_{\mathrm{\β}}=\frac{{G_{c}G}_{\mathrm{DC}:\mathrm{focus}}\mathrm{\Δ}{r}_f}{G_{\mathrm{DC}:\mathrm{tilt}}\mathrm{\ΔR}}---\left(4\right)$

如果两个直流灵敏度(聚焦和倾角)全都已知，则可以根据所测的平均聚焦控制数据Δr_f和滑动装置步长ΔR在倾角方向精确地控制三维执行机构11。

在一般情况下，两个直流灵敏度依赖磁场和执行机构线圈的线圈电阻。这两个量对于不同的生产批量是上下涨落的，而且还随温度变化，因此引入大量的误差，使三维执行机构不能利用前馈开路控制。然而，如果使用的执行机构是借助于像在三维执行机构11中那样的分割抽头的聚焦线圈进行倾角驱动的，就可以看出这两个效果彼此完全抵消掉。对于如图2所示的三维执行机构11，可以将聚焦和倾角直流灵敏度表示如下：

$G_{\mathrm{DC}:\mathrm{focus}}=\frac{k_f}{c_f{R}_f}---\left(5\right)$

和

$G_{\mathrm{DC}:\mathrm{tilt}}=\frac{k_f(a_1+a_2)}{c_t{R}_f}---\left(6\right)$

这里，k_f代表分割抽头的聚焦线圈C1和C2的k系数，R_f代表分割抽头的聚焦线圈C1和C2的欧姆电阻，c_f代表弹簧S1和S2相对于三维执行机构11的z移动的弹性常数，c_t代表弹簧S1和S2相对于三维执行机构11的倾角移动的弹性常数。

对于倾角寄存器值r_β，减去表达式中的这些灵敏度，则有方程(7)：

$r_{\mathrm{\β}}=\frac{G_c{c}_t\mathrm{\Δ}{r}_f}{c_f(a_1+a_2)\mathrm{\ΔR}}---\left(7\right)$

方程(7)与线圈的电阻R_f和执行机构聚焦k系数(磁场)完全无关，因此就与温度和批量变化完全无关。而几何学偏差(如a₁+a₂)则被认为是有限的，因此只有聚焦刚性和扭曲刚性之间的偏差才会影响增益误差。

值得注意的是，在这个倾角控制方案中，不存在偏斜误差。

即使对于随垂直z位置(焦点)的不同强烈改变聚焦k系数的执行机构，测量误差和补尝误差也能彼此抵消。例如，在z＝+0.6mm的一个标称位置，聚焦k系数可能下降了2倍。这样，就需要2倍高的线圈电压来聚焦执行机构，才能使所测的2倍的盘倾角β_m导致z＝0的位置。因此，执行机构设定点要等于在z＝0的位置获得的设定点的两倍。由于倾角直流灵敏度在z＝+0.6mm也下降了2倍，所以将执行机构控制到所需的盘倾角β_d。

下面，参照附图4-6描述按照优选实施例的倾角控制过程。

图4表示一个曲线图，示意地表示三维执行机构11的不同的聚焦位置z1-z3，它们在光盘1的倾斜记录表面上的对应径向位置为R1-R3。在初始化期间，在图6的第一步S200，从处理器10的控制器函数(如PID输出)在光盘1的多个不同半径(例如R1-R3)获得平均聚焦值。然后，在步骤S201，根据方程(2)，从聚焦控制数据r_f，例如从处理器10的控制器函数获得的平均聚焦值，导出两个径向位置R_i之间的平均径向盘倾角值β_mi，其中Δr_f对应于在两个径向位置R_i和R_i+1之间的聚焦控制值的差。然后，在步骤S202，例如在一个倾角表中存储所得的平均径向倾角值β_mi，倾角表可安排如下：

径向位置	平均盘倾角值
		(R1+R2)/2	βm1
(R2+R3)/2	βm2

如图5所示，然后在随后的跟踪操作(读出或写入)期间施加存储的平均倾角值β_mi，以控制三维执行机构11的倾角(图6中的步骤S203)。为了实现这一目标，可以根据方程(3)、(4)、和(7)之一获得对应于存储的平均倾角值的倾角控制数据r_β。可使用内插法确定在所选的半径之间的位置。

作为一种替换方案，可直接地将倾角控制数据r_β存储在倾角表中。这样，就可以基本上消除在物镜110和光盘1的记录表面之间的角度偏差。要说明的是，至少必须在两个直径Ri上进行这些测量。在径向盘几何条件初始测量以及启动之后，盘几何条件应该在写入或读出一个整盘所需的时间长度内保持不变，例如在0.1mm和1mrad数量级。

上述的dz/dr倾角测量和利用三维执行机构的前馈倾角控制为解决利用三维执行机构的无传感器倾角测量的准确度问题提供一个折中的解决方案。

本发明可应用到任何类型的盘上，其中包括所有类型的可记录盘。这样，在不偏离本发明的由权利要求书定义的范围的情况下，各种各样的改进对于本领域的普通技术人员来说都将是显而易见的。本发明可以应用到具有利用分割抽头的线圈控制聚焦和倾角的任何类型多维执行机构的任何光记录和再现设备上。因此，对于本发明，甚至于可以使用只在径向平面进行控制的两维类型的执行机构。

Claims (13)

1.一种倾角控制设备，用于控制光盘(1)的记录表面相对于记录/再现光束的径向倾角，所说的倾角控制设备包括：

a)控制装置(10)，用于产生两个聚焦控制输出；

b)执行装置(11)，用于根据所说两个聚焦控制输出和径向倾角来控制记录/再现光束的聚焦状态；其特征在于

c)对于所说的控制装置(10)进行安排，以便根据在所说光盘(1)的不同半径获得的聚焦控制值之差确定径向倾角值。

2.根据权利要求1所述的倾角控制设备，其特征在于：所说的执行装置(11)包括一个分割抽头聚焦线圈装置，对于所说的聚焦线圈装置进行安排，以便实现聚焦和倾角调节；并且对于所说的控制装置(10)进行安排，以便向所说的分割抽头聚焦线圈装置的相应线圈(C1、C2)提供所说的两个聚焦控制输出。

3.根据权利要求1或2所述的倾角控制设备，其特征在于：所说的聚焦控制输出是PID控制器输出。

4.根据权利要求1-3中任何一个所述的倾角控制设备，其特征在于：对于所说的控制装置(10)进行安排，以便定位一个滑动装置(4)在至少两个不同的径向位置(R1-R3)，控制所说的执行装置(11)以调节聚焦，并且在所说至少两个不同的径向位置测量所说的聚焦控制输出。

5.根据前述权利要求中任何一个所述的倾角控制设备，其特征在于：对于所说的控制装置(10)进行安排，以便在倾角寄存器(Rβ)中设置平均的盘倾角。

6.根据前述权利要求中任何一个所述的倾角控制设备，其特征在于：对于所说的控制装置(10)进行安排，以便根据所测的平均聚焦控制输出和两次测量之间的相应的径向步长产生所说的倾角控制输出。

7.根据权利要求5所述的倾角控制设备，其特征在于：所说的倾角寄存器值是根据以下的方程获得的：

$r_{\mathrm{\β}}=\frac{G_c{c}_t\mathrm{\Δ}{r}_f}{c_f(a_1+a_2)\mathrm{\ΔR}}$

这里，Δr_f是在初始化期间测得的两个平均的聚焦积分器数值之间的差，ΔR是在两次测量之间滑动装置在径向方向的步长，G_c是慧形象差经过最佳校正的执行机构倾角和盘倾角之间的系数，c_f是抗拒聚焦移动的弹性常数，c_t是抗拒倾角移动的弹性常数，a₁是所说分割抽头的线圈装置的第一线圈相对于对称线的距离，a₂是所说分割抽头的线圈装置的第二线圈相对于所说对称线的距离。

8.根据前述权利要求中任何一个所述的倾角控制设备，进一步还包括一个倾角表，用于存储指示平均盘倾角和对应的径向位置的信息。

9.一种光盘播放器，包括根据权利要求1-8中任何一个所述的倾角控制设备。

10.一种倾角控制方法，用于控制光盘(1)的记录表面相对于记录/再现光束的径向倾角，所说的倾角控制方法包括如下步骤：

a)产生聚焦和倾角控制输出；

b)根据所说聚焦和倾角控制输出，控制记录/再现光束的聚焦状态和径向倾角；其特征在于

c)根据在所说光盘(1)的不同半径获得的聚焦控制值之差确定径向倾角值。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于：通过使用用于提供聚焦调节的分割抽头线圈装置来控制所说的聚焦状态，其特征还在于：向所说的分割抽头线圈装置的对应的线圈提供所说的聚焦和倾角控制输出。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于：其中所说的聚焦控制步骤包括使用平均聚焦控制输出进行倾角控制。

13.根据权利要求10-12中任何一个所述的方法，其特征在于：所说聚焦控制步骤包括在至少两个不同的径向位置测量所说的聚焦控制输出，并且根据平均径向倾角产生所说倾角控制输出，所说的平均径向倾角是针对在所说至少两个不同径向位置之间的所说两个预定的倾角获得的。

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