CN1787088A - 监测读写头光检测器上聚光状态以调整光驱伺服控制的系统与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种由监测读写头光检测器上的聚光状态，来调整光驱伺服控制的系统与方法。利用一分光元件，将读写头光检测器上的回光束分光至一较高解析度的影像感测装置，在伺服系统正常运作下取得回光束的光束轮廓(beam profile)。由分析回光束的光束轮廓我们可以加强了解读写头系统的特性，以辅助调整光驱的伺服控制。

Description

监测读写头光检测器上聚光状态 以调整光驱伺服控制的系统与方法

技术领域

本发明是有关于一种光驱伺服系统，特别是监测反射回读写头光检测器的激光的光束轮廓提供光驱伺服系统的伺服控制。

背景技术

在一般的光储存装置，尤其是光盘的资料读取系统，是透过接收反射的激光作讯号处理，以得到纪录于光盘上的资料。图1为公知光驱系统中的光学读写头结构的示意图。一激光光源100发射固定波长的激光，中间经由分光镜(Beam Splitter)110，再通过一中继镜片组120，最后透过物镜装置130将激光准确地聚焦在每分钟数百转的光盘纪录层140上，反射回来的激光经由同样的光路径并透过一聚焦透镜150投射于光检测器(photo detector)160上。光检测器160感测回光束(backward beam)投射于感测平面上的光点，经光电转换将光讯号转换为电讯号以控制光学读写头的动作，并将转换的电讯号传送至后端讯号处理单元作讯号处理与解码，以获得光盘上所记录的资料。

光驱伺服控制系统主要的功用，在于透过一聚焦致动器(FocusingActuator)控制物镜装置130使激光光束正确地在光盘的纪录层聚焦成小的光点(聚焦伺服，Focusing Servo)，并透过一承载马达(Sled motor)以及一循轨致动器(Tracking Actuator)控制光学读写头平行于光盘移动以让聚焦点正确落于光盘140轨道中央(循轨伺服，Track-Following Servo)。上述聚焦伺服与循轨伺服的控制信号，皆需由光检测器检测回光束产生的电讯号，经讯号处理后产生。光检测器是光驱伺服系统的关键零组件，功用是将由光盘反射的激光经光电转换为电讯号。光检测器转换的电讯号除了可据以施行上述伺服控制，还可经讯号处理装置解码、解调变以取得纪录于光光盘上的资料讯号。

如图2所示，常见的光检测器至少包含一检测平面，其中光检测器将感测平面20分为四个象限，分别以A、B、C、D表示，将投射于感测平面的光点经光电转换输出四组电讯号，回光束反射在光检测器20上形成一光点，而光盘资料的读取，是将四象限上经光电转换形成的电讯号组合，输出至后端讯号处理单元处理而得到资料讯号；此外，透过侦测投影在光检测器上各分割区域的光点强度，可知目前光学读写头是否已正确聚焦与循轨，并据以回授伺服控制光学读写头。参考图2A，光点200为正确聚焦、循轨下回光束打在光检测器20上的光影像。于公知技术中，配合中继镜片组120的设计，若一光点210于光检测器20呈现B-D走向的椭圆光点时(如图2B)，代表物镜装置130过于靠近光盘，或一光点220于光检测器20呈现A-C走向的椭圆光点时(如图2C)，代表物镜装置130过于远离光盘，此二种现象皆表示读写头未正确聚焦；而若是光侦测器上AB象限具有较大的能量强度(如图2D光点230)，表示读写头偏离光盘轨道位置未正确循轨。

由于回光束包含了伺服控制所需要的资讯，若是伺服控制不稳定或是不正确，则会直接地影响到所读取光盘讯号的品质。传统光检测器由于只将回光束分为四个象限感测光点面积大小并转换为电讯号，并无法取得回光束详细的光束轮廓资讯，举例来说，参考图2E，形成的光点240与正确聚焦循轨的光点200相同，但光点240的能量分布不均匀，可能是光盘或物镜装置130倾斜产生像差(aberration)，而使光点240于AB象限上具较大强度。若是传统光检测器，便会视光点240与图2D中的光点230同为循轨不正确，而无法发现因光路倾 斜造成像差的问题。然而，由于读取光盘上所储存的资料时，要求光检测器需具有数十MHz频宽，故不适宜使用解析 度较高的检光装置；若使用解析度较高的检光装置，例如80×80像素的电荷偶合元件(Charged Coupled Device，CCD)或互补式互补式金氧半导体(Complementary MOS，CMOS)感测器，则会由于其频宽限制(约数十kHz)，无法满足目前光驱高速资料存取的需要。

由上述可知，由于公知的光检测器解析度的限制，目前读写头架构并无法在提供伺服控制与光盘资料所需的讯号的同时，取得光检测器上回光束的光束轮廓。若使用高解析度的感测器如CCD、CMOS感测器取代公知的光感测器，其频宽限制却不符合高速传输的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测读写头光检测器上聚光状态以调整光驱伺服控制的系统。

本发明的又一目的在于提供一种监测读写头光检测器上聚光状态以调整光驱伺服控制的方法。

本发明提供的系统和方法，可于伺服控制系统正常运作下取得回光束的光束轮廓，也就是激光束聚焦在光盘纪录层反射到光检测器上光点实际的光束轮廓。由分析回光束的光束轮廓我们可以加强了解读写头系统的特性，作为光驱系统或装置设计的参考，以优化光学读取系统。

另外，检测回光束的光束轮廓可得到目前读写头系统的状况，例如光盘是否有倾斜情形，进而辅助调整光驱的伺服控制系统。

为实现上述目的，本发明提供的由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，该光驱系统包含：

一中继镜片组，用以传递由光盘反射的一光讯号；

一光检测器接收部分该光讯号，经光电转换为一第一电讯号；

一讯号处理单元与该光检测器电性耦接，用以接收该第一电讯号并输出一伺服控制讯号；以及

一监测系统，用以撷取部分该光讯号，并输出一第二电讯号至该讯号处理单元，以调整该伺服控制讯号。

所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其中该监测系统包含：

一分光元件，用以将该光讯号分光形成一第一光讯号与一第二光讯号，其中该第一光讯号为该光检测器所接收；

一影像感测装置，用以感测该第二光讯号的光束轮廓经光电转换形成一第二电讯号；以及

一光束轮廓分析装置电性耦接于该影像感测装置与该讯号处理单元，用以分析输入的该第二电讯号并输出一第三电讯号至该讯号处理单元。

所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其中该光检测器至少包含一检测平面，该检测平面分为四个象限，以将每一象限上受光面积经光电转换为电气讯号并形成该第一电讯号，且利用调整该讯号处理单元对上述四个象限的电气讯号的个别增益以调整该伺服控制讯号。

根据本发明，还提供一种由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，该光驱系统包含：

一中继镜片组，用以传递由光盘反射的一光讯号；

一分光元件，用以将该光讯号分为一第一光讯号与一第二光讯号；

一光检测器，用以将该第一光讯号经光电转换形成一第一电讯号；

一讯号处理单元与该光检测器电性耦接，用以输入该第一电讯号形成一第一伺服讯号；

一影像感测装置，用以感测该第二光讯号的光束轮廓形成一第二电讯号；以及

一光束轮廓分析装置电性耦接于该影像感测装置，用以分析输入的该第二电讯号并输出一第二伺服讯号；

其中该光驱系统根据该第一伺服讯号与该第二伺服讯号实施光驱伺服控制。

所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其中该影像感测装置为一高解析度的光学影像感测装置，其感测平面分为复数个小范围，以该复数个小范围为单位撷取该第二光讯号的该光束轮廓，经光电转换形成该第二电讯号；该高解析度的光学影像感测装置为一电荷偶合元件感测器或互补式金氧半导体感测器。

所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其中该分光元件置于该中继镜片组与该光检测器之间；该分光元件为一分光镜或一立方体分光镜。

所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其中还包含一镜片组置于该分光元件与该影像感测装置之间，以放大该第二光讯号于该影像感测装置上形成的光点影像。

本发明提供的监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的方法，该方法包括：

将由光盘反射的激光光回光束分光投射至一影像感测装置；

利用该影像感测装置感测该部分回光束的光束轮廓；

利用一光束轮廓分析装置分析该部分回光束的该光束轮廓，以提供一控制讯号至一伺服讯号产生单元；以及

利用该伺服讯号产生单元根据该控制讯号调整一伺服控制讯号，其中该伺服控制讯号用以控制光驱系统。

所述监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的方法，其中该伺服讯号产生单元电性连接于该光检测器与该光束轮廓分析装置，以接收该光检测器的一电讯号形成该伺服控制讯号，并根据该控制讯号调整该伺服控制讯号。

所述监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的方法，其中该影像感测装置为一高解析度的光学影像感测装置，其感测平面分为复数个小范围，以该复数个小范围为单位撷取部分该回光束的该光束轮廓；该高解析度的光学影像感测装置为一电荷耦合元件感测器或一互补式金氧半导体感测器。

附图说明

图1为公知的光驱系统的示意图；

图2A至图2E为读写头光检测器上聚光状态的示意图；

图3A为本发明公开的系统的一较佳实施例的示意图；

图3B为本发明公开的系统的另一实施例示意图；

图4为监测系统的另一实施例的示意图；以及

图5为本发明公开的方法的一实施例。

具体实施方式

本发明的一些实施方式会详细描述如下。然而，除了详细描述的内容外，本发明还可以广泛地在其他的实施例施行，且本发明的范围不受限定，其以的后的申请专利范围为准。

参考图3A，为一种可监测读写头光检测器上聚光状态的系统的一实施例，为方便说明，图中仅绘制反射的回光束，也就是由激光光源投射至光盘上的光路径并未绘制于图中。另外图中虚线部分为光讯号，实线部份为电讯号。公知光驱系统包括：一光检测器300，一中继镜片组310，以及一讯号处理单元320。光检测器300具前述四象限的检测平面，将光盘370反射的激光经光电转换成A、B、C、D四组电讯号(讯号305)，并传送至讯号处理单元320。讯号处理单元320输入包含ABCD四象限电气讯号的光检测器输出讯号305，运算后提供伺服控制讯号325至聚焦致动器、承载马达、以及循轨致动器(未绘制于图中)完成读写头聚焦与循轨控制，并且将光检测器输出讯号305转换为数字资料讯号326送至后端解调变/解码电路，以取得光盘纪录的资料。中继镜片组310是光盘370反射的激光反射至光检测器300所通过光路径上光学元件的总成，可为准直镜、反射镜、聚焦透镜等镜片的组合，其作用是让反射光能正确地投射于至光检测器300上。

根据本发明，相较于公知光驱系统，本实施例还加入一监测系统36，包含一分光元件330、一影像感测装置340、以及一光束轮廓分析装置350，组成可检测读写头光检测器上聚光状态，并调整伺服控制的光驱系统30。实施例使用一分光元件330将原先反射至光检测器300的回光束分成二条具相同光束轮廓的回光束。其中一第一回光束332仍投射在光检测器300上，光电转换后提供伺服控制与读取光盘资料所需的电讯号，而另一第二回光束334则投落在影像感测装置320上。第一回光束332、第二回光束334具有相同光束轮廓，故投射在光检测器300与影像感测装置340上的光影像具类似的能量分布与影像形状，但两者光束强度并不限定必须相同，而由影像感测装置340接收第二回光束334并由光束轮廓分析装置350分析，可得与投射在光检测器300上的第一回光束332相同的光束轮廓分析结果。影像感测装置340使用解析度高的光学影像感测装置，例如80×80像素的CCD或CMOS感测器，可感测较高解析度的回光束光点影像，其检测平面由阵列式感光画素组成而分为复数个细小区域，可取得回光束的光束轮廓资讯并进一步分析光路的问题，并适当地提供伺服系统修正其参数。

分光元件330可以是一简单的分光镜、立方体分光镜、或是偏光分光镜等分光元件。分光镜让一部分入射光反射至影像感测装置320，一部份光穿透镜片并投射至光检测器300上。由分光镜面镀膜的不同可得到反射光不同的反射/穿透比，使第一回光束332、第二回光束334具不同的强度。如上述，本发明并不限定两条回光束具相同强度。

于影像感测装置340取得回光束的光束轮廓并转换为电讯号后，经由一光束轮廓分析装置350作分析，输出一控制讯号355至讯号处理单元320调整光碟伺服系统的控制。例如，参考图2E，图中光点为一以原点为中心的同心圆，但在AB象限具较大强度。光束轮廓分析装置350分析取得的光束轮廓得知AB象限具较大强度，可能是光盘倾斜造成。若是传统四象限光检测器无法检测出此现象，而仅判断为读写头循轨控制不正确。此时光束轮廓分析装置350得以提供一控制讯号355调整讯号处理单元320对ABCD讯号的个别增益、或是调整一物镜倾角致动器以调整物镜倾角至较佳位置。

举例来说，若原本循轨控制讯号是根据(A+B)-(C+D)讯号函式关系，控制读写头向外圈或内圈移动。由分析光束轮廓得知，上述因光盘倾斜使AB象限具较大光束强度，而判断目前并未正确循轨，然而，以目前光盘倾斜状态下，回光束路径时以正确投射至光检测器300中心。故为修正此一情形，讯号处理单元320可参照讯号355以改变上述函式关系，例如增加C、D讯号的增益为k倍，将循轨控制的函式关系改为(A+B)-k(C+D)，进而调整光盘伺服系统的循轨控制。或是将ABCD四组电讯号组成光检测器输出讯号的函式关系调整为A+B+k*(C+D)，使得讯号处理单元320输出的数字资料讯号326送至后端解调变/解码电路可取得较准确的纪录资料。

上述提出的讯号355调整讯号处理单元320的方法，是利用调整ABCD讯号的增益实施，其仅为了阐明系统可行的实施方式，本发明提出的系统并不限定讯号355的实际功能。

另外，图3A为本发明的一较佳实施例，在本发明的另一实施例中，光束轮廓分析装置350输出的讯号355可输入另一讯号处理单元，并直接调整光驱伺服控制。参考图3B为本发明的另一实施例，与上一实施例相异在于，光束轮廓分析装置350′分析回光束的光束轮廓后，利用内建于光束轮廓分析装置350′而与原本的讯号处理单元分开设置的一伺服讯号产生单元(图中未绘示)，直接形成一伺服控制讯号385输出以控制调整伺服系统的运作，譬如控制光盘转速、聚焦，或其他光学元件的位置(例如调整物镜倾角至较佳位置)。而光检测器300′的输出讯号305′仍透过一讯号处理单元320′(同于图3A的讯号处理单元320)输出一数字资料讯号326′与伺服控制讯号325′。其余各组成单元(光检测器300′、分光元件330′、影像感测装置340′等)如前一实施例，于此不再赘述。

此外，监测系统36中投射至影像感测装置340的第二回光束334，可在光路径中增加一些镜片组合，使落在影像感测装置340的光点影像放大，以取得更详细的光束轮廓。图4提供上述监视系统36的另一实施例。经分光元件430分光后，投射至切面42的光点与投射至光检测器400的切面44的光点影像具相同光束轮廓。实施例中，将影像感测装置340由原先切面42的位置后移，并于光路径上增加一镜片组410，例如凸透镜与聚焦透镜的组合，使回光束投射于高解析度的影像感测装置440时，让回光束光点放大得到较清楚的光点影像。

参考图5，以下所述为一监测读写头光检测器的聚光状态，用以调整光盘伺服系统的方法的一实施例，其方法包括：将部分由光盘反射的激光回光束分光投射至一具较高解析度的影像感测装置(步骤510)。其后由该影像感测装置感测回光束的光束轮廓，并经光电转换形成光束轮廓讯号(步骤520)。接着输入该光束轮廓讯号至一光束轮廓分析装置来分析回光束的光束轮廓，并提供一讯号至一伺服讯号产生单元(步骤530)。最后由该伺服讯号产生单元根据上述讯号调整光盘伺服系统的控制(步骤540)。

上述伺服讯号产生单元即为图3中讯号处理单元320或320′，或是内建于光束轮廓分析装置350′中。调整光盘伺服系统的方法例如改变讯号处理单元320对ABCD讯号个别增益，或是直接控制调整伺服系统，方法并不限定。其余相关元件装置组成皆与前述实施例不变，于此不再赘述。

这里要说明的是，利用高解析度的感测装置对取得的回光束的光束轮廓进行分析，并施用于现行光驱伺服系统可提供伺服系统更佳的控制。此外，本发明并未更改其他公知光碟伺服系统的组成元件，而仅于回光路增加一分光元件及一较高解析度的影像感测装置即可取得投射于光检测器的光束轮廓，其于产业利用性上可大大提升产品的品质，而不会增加太大的成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的申请专利权利；同时以上的描述对于熟知本技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其他未脱离本发明所揭露的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请的专利范围中。

Claims (10)

1.一种由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，该光驱系统包含：

一中继镜片组，用以传递由光盘反射的一光讯号；

一光检测器接收部分该光讯号，经光电转换为一第一电讯号；

一讯号处理单元与该光检测器电性耦接，用以接收该第一电讯号并输出一伺服控制讯号；以及

一监测系统，用以撷取部分该光讯号，并输出一第二电讯号至该讯号处理单元，以调整该伺服控制讯号。

2.如权利要求1所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其特征在于，其中该监测系统包含：

一分光元件，用以将该光讯号分光形成一第一光讯号与一第二光讯号，其中该第一光讯号为该光检测器所接收；

一影像感测装置，用以感测该第二光讯号的光束轮廓经光电转换形成一第二电讯号；以及

一光束轮廓分析装置电性耦接于该影像感测装置与该讯号处理单元，用以分析输入的该第二电讯号并输出一第三电讯号至该讯号处理单元。

3.如权利要求1所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其特征在于，其中该光检测器至少包含一检测平面，该检测平面分为四个象限，以将每一象限上受光面积经光电转换为电气讯号并形成该第一电讯号，且利用调整该讯号处理单元对上述四个象限的电气讯号的个别增益以调整该伺服控制讯号。

4.一种由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，该光驱系统包含：

一中继镜片组，用以传递由光盘反射的一光讯号；

一分光元件，用以将该光讯号分为一第一光讯号与一第二光讯号；

一光检测器，用以将该第一光讯号经光电转换形成一第一电讯号；

一讯号处理单元与该光检测器电性耦接，用以输入该第一电讯号形成一第一伺服讯号；

一影像感测装置，用以感测该第二光讯号的光束轮廓形成一第二电讯号；以及

一光束轮廓分析装置电性耦接于该影像感测装置，用以分析输入的该第二电讯号并输出一第二伺服讯号；

其中该光驱系统根据该第一伺服讯号与该第二伺服讯号实施光驱伺服控制。

5.如权利要求2或4所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其特征在于，其中该影像感测装置为一高解析度的光学影像感测装置，其感测平面分为复数个小范围，以该复数个小范围为单位撷取该第二光讯号的该光束轮廓，经光电转换形成该第二电讯号；该高解析度的光学影像感测装置为一电荷偶合元件感测器或互补式金氧半导体感测器。

6.如权利要求2或4所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其特征在于，其中该分光元件置于该中继镜片组与该光检测器之间；该分光元件为一分光镜或一立方体分光镜。

7.如权利要求2或4所述由监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的光驱系统，其特征在于，其中还包含一镜片组置于该分光元件与该影像感测装置之间，以放大该第二光讯号于该影像感测装置上形成的光点影像。

8.一种监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的方法，该方法包括：

将由光盘反射的激光光回光束分光投射至一影像感测装置；

利用该影像感测装置感测该部分回光束的光束轮廓；

利用一光束轮廓分析装置分析该部分回光束的该光束轮廓，以提供一控制讯号至一伺服讯号产生单元；以及

利用该伺服讯号产生单元根据该控制讯号调整一伺服控制讯号，其中该伺服控制讯号用以控制光驱系统。

9.如权利要求8所述监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的方法，其特征在于，其中该伺服讯号产生单元电性连接于该光检测器与该光束轮廓分析装置，以接收该光检测器的一电讯号形成该伺服控制讯号，并根据该控制讯号调整该伺服控制讯号。

10.如权利要求9所述监测读写头光检测器的聚光状态以调整光驱伺服控制的方法，其特征在于，其中该影像感测装置为一高解析度的光学影像感测装置，其感测平面分为复数个小范围，以该复数个小范围为单位撷取部分该回光束的该光束轮廓；该高解析度的光学影像感测装置为一电荷耦合元件感测器或一互补式金氧半导体感测器。

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