CN1801347A - 一种光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种涉及光学的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法和装置，采用如下步骤：A.向光盘驱动单元中的聚焦力矩器施加驱动电压，使光盘驱动单元中的物镜与光盘之间的距离以一基准间距为中心相对抖动，B.射在光盘上的激光光斑反射于光学头探测器上，C.光学头探测器对所接收到的光斑进行光电转换，取得聚焦误差信号曲线，D.根据所述聚焦误差信号曲线中的极值发生时间，取得所述极值发生时间的对应驱动电压值，该驱动电压值为极值发生电压值，E.通过调整所述基准间距使得所述极值发生电压值处于一设定的容限之内，获取调整结果间距；本发明调整精度高，成本低，实用性强，可靠性好。

Description

一种光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法和装置

技术领域

本发明涉及光学，尤其涉及一种光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法和装置。

背景技术

在光存储系统中，光盘驱动单元的主要功能是驱动盘片旋转、产生读取光盘信息的激光光斑、将经过盘片反射后的读取激光光斑进行光电转换产生光电探测器信号、移动读取光斑到指定的径向位置和轴向位置等功能。

在小机芯的性能参数中，物镜与光盘之间的距离是光盘驱动单元(小机芯)生产和检测的重要参数，对小机芯读出射频信号产生较大的影响，是影响光盘读出质量的重要因素。该距离由小机芯光学系统设计确定，以保证激光器发出的激光光束成像在盘片的反射层上。

在现有技术中，聚焦伺服最常见的问题是聚焦偏置。当主轴电机存在高度偏差，或安装光学头的导轨高度存在偏差时，会导致物镜与光盘的距离偏离设计位置，即光盘驱动单元(小机芯)存在较大的聚焦偏置。聚焦偏置使光盘驱动单元(小机芯)的聚焦力矩器在读写盘片的过程中始终具有直流电压，可能会超出聚焦伺服系统承受的范围，造成聚焦力矩器偏离自然位置(力矩器未加电压时的位置)过大而无法正常聚焦，降低聚焦力矩器的使用寿命，甚至对聚焦力矩器产生毁损。

目前，对于光盘驱动单元的聚焦偏置调整，通常采用静态调整方式来保证物镜与光盘之间的距离，其基本工作过程如下：

将光盘固定夹持在主轴电机上的盘片支架上，盘片支架固定在小机芯的单元基架上，光盘驱动单元的光学系统以及物镜也被安置在相应的光学系统支架上，光学系统支架通过可滑动的导轨固定在小机芯的基板上。

在现有的调整方式中，物镜与光盘之间的距离是由盘片支架与单元基架的距离，以及光学系统支架与单元基架的距离保证的，通常通过机械设计、加工和装配工艺保证其精度，但由于光学头滑动架误差、单元基架变形(塑料基架尤甚)、传动机构(齿轮齿条或者螺纹螺杆)安装误差等因素的影响，该方式并不能保证物镜与光盘的设定工作距离，调整精度低，而且，较高的零配件加工精度也使得成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种调整精度高且成本低的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法和装置，以克服现有技术中的缺陷。

本发明中的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法采用如下步骤：

A、向光盘驱动单元中的聚焦力矩器施加驱动电压，使光盘驱动单元中的物镜与光盘之间的距离以一基准间距为中心相对抖动；

B、射在光盘上的激光光斑反射于光学头探测器上；

C、光学头探测器对所接收到的光斑进行光电转换，取得聚焦误差信号曲线；

D、根据所述聚焦误差信号曲线中的极值发生时间，取得所述极值发生时间的对应驱动电压值，该驱动电压值为极值发生电压值；

E、通过调整所述基准间距使得所述极值发生电压值处于一设定的容限之内，获取调整结果间距。

所述的步骤A中，向所述光盘驱动单元中的聚焦力矩器施加驱动电压，驱动聚焦力矩器使物镜作周期性的轴向往复运动。

所述的步骤A中，所述的驱动电压为电压值对应于时间的锯齿波电压，且所述锯齿波以0V电压值对称波动。

所述的步骤A中，所述的驱动电压的频率为0.5Hz至6Hz。

所述的步骤C包括如下步骤：

C1、所述的光学头探测器采用四像限探测器，该探测器将处于各个像限的光斑区光强分别进行光电转换；

C2、分别检测出各个像限对应的电压；

C3、根据所述各个像限对应的电压计算聚焦误差信号量，所述的聚焦误差信号量为单数像限电压总和与双数像限电压总和之差；

C4、根据所述聚焦误差信号量与对应时间的关系，产生聚焦误差信号量与对应时间构成的聚焦误差信号曲线。

所述的步骤D中，所述的极值为聚焦误差信号量的最大值或最小值。

所述的极值体现为聚焦误差信号量的绝对值大于或等于一设定的阀值，或与所述阀值相关联的平均值。

所述的步骤E包括如下步骤：

E1、设定一聚焦偏置容限[-e₀，e₀]，其中，e₀为正值；

E2、根据聚焦力矩器灵敏度K，计算电压值容限，即，[-e₀/K，e₀/K]；

E3、根据所述极值发生电压值，进行如下操作：

E31、若该极值发生电压值位于电压值容限之中，取所述基准间距为调整结果间距；

E32、若该极值发生电压值位于电压值容限之外，调整所述基准间距，用调整后的间距对基准间距更新，重复步骤A至步骤D。

这种光盘驱动单元的聚焦偏置调整装置，包括光盘驱动单元，所述光盘驱动单元包括盘片支架、单元基架、物镜、聚焦力矩器和激光器，所述的盘片支架安装在单元基架上，所述的聚焦力矩器驱动物镜移动，其特征在于：还包括分光棱镜、光学头探测器和中心处理单元，其中，

所述的分光棱镜置于激光器与物镜的光路中，接收光盘的反射光，并将其反射至光学头探测器；

所述的中心处理单元接收经光学头探测器光电转换后的电信号，进行相应计算、处理，输出结果。

所述的中心处理单元包括计算模块、存储模块、比较模块和显示模块，其中，

所述的计算模块接收光学头探测器输出的电信号，计算聚焦误差信号量，并将计算信息发送至存储模块；

所述的存储模块接收、保存施加于聚焦力矩器的周期性电压数据、计算模块输出的计算信息；

所述的比较模块对存储模块中的信息进行调用，获取极值发生电压值，并对所述极值发生电压值与电压值容限进行比较，比较结果输出至显示模块。

所述的光学头探测器为四像限探测器。

所述的激光器与物镜的光路中还设置有1/4波片。

所述的激光器与物镜的光路中还设置有准直透镜。

本发明的有益效果为：在本发明中，通过光学头探测器处于动态的反射激光光斑进行光电转换，取得聚焦误差信号曲线，根据聚焦误差信号曲线中的极值发生时间取得极值发生电压值，根据该极值发生电压值对物镜与光盘之间的距离进行优化，这样，零配件的机械设计、加工和装配工艺误差对于物镜与光盘之间的实际距离的影响，可通过本发明进行动态的补偿、校正，这也就意谓着，相对于现有技术，本发明对于零配件的机械设计、加工和装配工艺精度要求要低，提高了产品装配的适配性，降低了成本，而且，在本发明中，这种聚焦偏置调整精度仅取决于所设定的容限，从原理上确保了本发明的调整精度，对于机械工艺精度依赖性的降低，提高了精度调整的可期望性能和工作可靠性，减小了不可测因素对精度调整的影响，使本发明具有很强的实用性和可靠性，并且，可将本发明中的方法和装置置入光盘驱动单元的实时工作系统中，这样，当光盘驱动单元或整机装配后，也能检测出光学头在径向移动范围内聚焦偏置是否位于合适的误差范围内，并作实时的聚焦偏置调整。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明中心处理单元结构示意图；

图3为本发明中聚焦误差信号曲线与驱动电压的比照示意图；

图4为本发明基本控制流程示意图；

图5为本发明具体控制流程示意图；

图6为本发明中聚焦误差信号曲线中S状脉冲展开示意图。

具体实施方式

下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明：

根据图1和图2，本发明包括光盘驱动单元，光盘驱动单元包括盘片支架11、单元基架12、物镜13、聚焦力矩器14、激光器15、分光棱镜4、光学头探测器5和中心处理单元6。如图1所示，盘片支架11安装在单元基架12上，盘片支架11上安放光盘2，聚焦力矩器14驱动物镜13移动。

如图1所示，分光棱镜4置于激光器15与物镜13的光路中，接收光盘的反射光，并将其反射至光学头探测器5，在本发明中，光学头探测器5为四像限探测器。

如图1所示，中心处理单元6接收经光学头探测器5光电转换后的电信号，进行相应计算、处理，输出结果，如图2所示，中心处理单元6包括计算模块61、存储模块62、比较模块63和显示模块64。

如图2所示，计算模块61接收光学头探测器5输出的电信号，计算聚焦误差信号量，并将计算信息发送至存储模块62。

如图2所示，存储模块62接收、保存施加于聚焦力矩器14的驱动电压数据、计算模块61输出的计算信息。

如图2所示，比较模块63对存储模块62中的信息进行调用，获取极值发生电压值，并对所述极值发生电压值与电压值容限进行比较，比较结果输出至显示模块64。

如图1所示，激光器15与物镜13的光路中还设置有1/4波片7和准直透镜3。

如图1和图4所示，本发明的基本控制流程如下：

1)向聚焦力矩器14施加驱动电压Uact(t)，使光盘驱动单元中的物镜13与光盘2之间的距离以一基准间距d为中心相对抖动，聚焦力矩器14使物镜13作周期性的轴向往复运动。

2)激光器15发射的激光光斑聚焦在光盘2上，光盘2将激光光斑反射至分光棱镜4，再反射在光学头探测器5上。

3)光学头探测器5对所接收到的激光光斑进行光电转换，中心处理单元6接收经光学头探测器5光电转换后的电信号，进行相应计算，取得聚焦误差信号曲线FE(t)。

4)如图3所示，中心处理单元6根据聚焦误差信号曲线FE(t)和驱动电压Uact(t)，取得聚焦误差信号曲线FE(t)的极值发生时间，根据该极值发生时间取得对应驱动电压Uact(t)值，即极值发生电压值；

5)通过调整基准间距d使得极值发生电压值处于一设定的容限之内，获取调整结果间距。

如图1、图2和图5所示，下面就本发明具体控制流程详细说明：

1、向聚焦力矩器14施加驱动电压Uact(t)，使光盘驱动单元中的物镜13与光盘2之间的距离以一基准间距d为中心相对抖动，聚焦力矩器14使物镜13作周期性的轴向往复运动，如图3所示，该驱动电压Uact(t)为电压值对应于时间的锯齿波电压，且所述锯齿波以0V电压值对称波动，在本发明中，驱动电压Uact(t)的频率以0.5Hz至6Hz为佳，该实施例中，驱动电压Uact(t)的频率为5Hz。

2、激光器15发射的激光光斑聚焦在光盘2上，光盘2将激光光斑反射至分光棱镜4，再反射在光学头探测器5上，其具体光路如下：激光器15→准直透镜3→分光棱镜4→1/4波片7→物镜13→光盘2→物镜13→1/4波片7→分光棱镜4→光学头探测器5。

3、本发明光学头探测器5为四像限探测器，该四像限探测器将处于各个像限的光斑区光强分别进行光电转换。

4、四像限探测器分别检测出各个像限对应的电压，对于第一、第二、第三、第四像限的电压分别为U_a、U_b、U_c和U_d。

5、四像限探测器将检测出的电信号发送至中心处理单元6中的计算模块61，计算模块61根据U_a、U_b、U_c和U_d计算出聚焦误差信号FE(t)量，聚焦误差信号FE(t)量为单数像限电压总和与双数像限电压总和之差，因此，FE(t)＝(U_a+U_c)-(U_b+U_d)，在该计算模块61中，可采用两个加法器，分别对一、三像限的电压之和，以及二、四像限的电压之和进行运算，两个加法器的输出再分别接入一个减法器的输入端，减法器完成减法运算后输出聚焦误差信号FE(t)量。

6、计算模块61将运算结果发送至存储模块62，如图3所示，根据聚焦误差信号FE(t)量与对应时间的关系，产生聚焦误差信号量与对应时间构成的聚焦误差信号FE(t)曲线；同时，存储模块62接收、保存施加于聚焦力矩器14的驱动电压Uact(t)数据。

7、比较模块63对存储模块62中的数据、信息进行调用，根据聚焦误差信号FE(t)曲线中的极值发生时间，即聚焦误差信号FE(t)量的最大值或最小值发生时间，取得该极值发生时间的对应驱动电压Uact(t)值，该驱动电压Uact(t)值为极值发生电压值，如图3所示，在一时间点ts为极值发生时间，相应的Uact(ts)值即为极值发生电压值。

在本发明中，极值可体现为聚焦误差信号量的绝对值大于或等于一设定的阀值，或与所述阀值相关联的平均值，例如，可先设定一阀值，当聚焦误差信号量的绝对值等于阀值时，该聚焦误差信号FE(t)量对应的发生时间为极值发生时间。

又如，计算聚焦误差信号FE(t)中的一个尖峰中绝对值大于或等于设定阀值的聚焦误差信号量的平均值，这个平均值可以是算术平均值，也可以是均方根平均值，或采用其它计算方法的平均值，根据计算出的平均值所对应的发生时间为极值发生时间。

在本发明中，聚焦误差信号曲线中的脉冲为S状曲线，如图6所示，在实际应用中，极值发生时间实际上可以取MNRPQ中的任意一点。作为一般情况而言，可取R点，该R点的电压值等于MG或QH段的平均值；由于聚焦误差信号FE(t)存在噪声，因此，常取M1NM2段或Q1PQ2段中任一点求得极值发生时间，即要求有一定阀值。

总之，极值发生时间可根据实际需要，采用上述的方法取得。

8、设定一聚焦偏置容限[-e₀，e₀]，其中，e₀为正值，即聚焦偏置量可以大于或等于-e₀且小于或等于e₀。

9、根据聚焦力矩器灵敏度K，计算电压值容限，即[-e₀/K，e₀/K]，电压值可以大于或等于-e₀/K且小于或等于e₀/K。

10、根据上述极值发生电压值，进行如下操作：

101、若该极值发生电压值位于电压值容限之中，取基准间距d为调整结果间距，并将调整结果间距及其有关调整信息，例如调整成功信息、相应的聚焦误差信号FE(t)量、驱动电压Uact(t)值等，输出至显示模块64。

102、若该极值发生电压值位于电压值容限之外，调整物镜13与光盘2之间的距离，用调整后的间距对基准间距d更新，重复上述步骤1至步骤9，直至取得调整结果间距。

本发明中的方法和装置可以置入光盘驱动单元的实时工作系统中，这样，当光盘驱动单元或整机装配后，也能检测出光学头在径向移动范围内聚焦偏置是否位于合适的误差范围内，并作实时的聚焦偏置调整。

Claims (13)

1.一种光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：它采用如下步骤：

A、向光盘驱动单元中的聚焦力矩器施加驱动电压，使光盘驱动单元中的物镜与光盘之间的距离以一基准间距为中心相对抖动；

B、射在光盘上的激光光斑反射于光学头探测器上；

C、光学头探测器对所接收到的光斑进行光电转换，取得聚焦误差信号曲线；

D、根据所述聚焦误差信号曲线中的极值发生时间，取得所述极值发生时间的对应驱动电压值，该驱动电压值为极值发生电压值；

E、通过调整所述基准间距使得所述极值发生电压值处于一设定的容限之内，获取调整结果间距。

2.根据权利要求1所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：所述的步骤A中，向所述光盘驱动单元中的聚焦力矩器施加驱动电压，驱动聚焦力矩器使物镜作周期性的轴向往复运动。

3.根据权利要求2所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：所述的步骤A中，所述的驱动电压为电压值对应于时间的锯齿波电压，且所述锯齿波以0V电压值对称波动。

4.根据权利要求2所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：所述的步骤A中，所述的驱动电压的频率为0.5Hz至6Hz。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：所述的步骤C包括如下步骤：

C1、所述的光学头探测器采用四像限探测器，该探测器将处于各个像限的光斑区光强分别进行光电转换；

C2、分别检测出各个像限对应的电压；

C3、根据所述各个像限对应的电压计算聚焦误差信号量，所述的聚焦误差信号量为单数像限电压总和与双数像限电压总和之差；

C4、根据所述聚焦误差信号量与对应时间的关系，产生聚焦误差信号量与对应时间构成的聚焦误差信号曲线。

6.根据权利要求5所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：所述的步骤D中，所述的极值为聚焦误差信号量的最大值或最小值。

7.根据权利要求5所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：所述的步骤D中，所述的极值体现为聚焦误差信号量的绝对值大于或等于一设定的阀值，或与所述阀值相关联的平均值。

8.根据权利要求6或7所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整方法，其特征在于：所述的步骤E包括如下步骤：

E1、设定一聚焦偏置容限[-e₀，e₀]，其中，e₀为正值；

E2、根据聚焦力矩器灵敏度K，计算电压值容限，即，[-e₀/K，e₀/K]；

E3、根据所述极值发生电压值，进行如下操作：

E31、若该极值发生电压值位于电压值容限之中，取所述基准间距为调整结果间距；

E32、若该极值发生电压值位于电压值容限之外，调整所述基准间距，用调整后的间距对基准间距更新，重复步骤A至步骤D。

9.一种光盘驱动单元的聚焦偏置调整装置，包括光盘驱动单元，所述光盘驱动单元包括盘片支架(11)、单元基架(12)、物镜(13)、聚焦力矩器(14)和激光器(15)，所述的盘片支架(11)安装在单元基架(12)上，所述的聚焦力矩器(14)驱动物镜(13)移动，其特征在于：还包括分光棱镜(4)、光学头探测器(5)和中心处理单元(6)，其中，

所述的分光棱镜(4)置于激光器(15)与物镜(13)的光路中，接收光盘的反射光，并将其反射至光学头探测器(5)；

所述的中心处理单元(6)接收经光学头探测器(5)光电转换后的电信号，进行相应计算、处理，输出结果。

10.根据权利要求9所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整装置，其特征在于：所述的中心处理单元(6)包括计算模块(61)、存储模块(62)、比较模块(63)和显示模块(64)，其中，

所述的计算模块(61)接收光学头探测器(5)输出的电信号，计算聚焦误差信号量，并将计算信息发送至存储模块(62)；

所述的存储模块(62)接收、保存施加于聚焦力矩器(14)的驱动电压数据、计算模块(61)输出的计算信息；

所述的比较模块(63)对存储模块(62)中的信息进行调用，获取极值发生电压值，并对所述极值发生电压值与电压值容限进行比较，比较结果输出至显示模块(64)。

11.根据权利要求9所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整装置，其特征在于：所述的光学头探测器(5)为四像限探测器。

12.根据权利要求9所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整装置，其特征在于：所述的激光器(15)与物镜(13)的光路中还设置有1/4波片(7)。

13.根据权利要求9或10或11或12所述的光盘驱动单元的聚焦偏置调整装置，其特征在于：所述的激光器(15)与物镜(13)的光路中还设置有准直透镜(3)。

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