CN1950892A - 导轨摩擦校准 - Google Patents

Abstract

一种光盘驱动器，经由来自光头(22)的辐射光束(24)扫描记录载体上的选定轨道。光头由跟踪系统定位在轨道上。该跟踪系统包括主伺服回路，其由下列元件构成：电动机(40)，用于使光头沿着导轨(46)横穿轨道移动；位置装置(41)，用于根据光头的实际位置生成位置信号；和放大器(44)，其生成耦合到电动机的驱动信号。该放大器具有根据摩擦分布设置的可调节的增益。该设备具有存储器(34)，用于存储校准过程中确定的摩擦分布。通过补偿导轨的摩擦，获得了跟踪系统对跳跃命令的可靠响应。由于所生成的驱动信号恰好足够强，用于使光头沿导轨移动，因此减少了功率耗散。

Description

导轨摩擦校准

技术领域

本发明涉及一种设备，用于经由辐射光束来扫描记录载体上具有基本平行的轨道式样的选定轨道，该设备包括用于提供光束的光头，和用于在轨道上定位光头的跟踪伺服装置。

本发明进一步涉及一种校准方法，用于确定将要存储在该设备中的导轨摩擦分布(friction profile)。

背景技术

美国专利5,808,975描述了一种光存储设备。该设备具有位于托架上的光头，用于经由光束在轨道上生成扫描光斑。该光存储设备配备有定位系统，其通过经由电动机使托架沿导轨移动，使光头定位在记录载体的选定轨道上。该电动机经由伺服回路控制，其包括位置检测单元，该单元通过读取当前轨道确定当前位置，并且基于计数的轨道在搜寻过程中确定行进距离和速度。因此光头的实际位置是已知的。在校准过程中，当光头移动到并且保持在多个测量位置时，偏置电流测量单元测量关于电动机的驱动电流。测量的电流被存储作为偏置电流，用于移除机械偏移。偏置电流运算单元在搜寻过程中基于实际光头位置自存储单元获得对应的偏置电流。该偏置电流被加到伺服回路中生成的驱动电流。根据该文献，该偏置电流移除了由于摩擦和机械偏移引起的扰动分量。然而，实际上，未有效地移除该扰动。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种扫描设备中的跟踪调节系统，其提供了更加有效的摩擦补偿。

根据本发明的第一方面，通过如开头段落中定义的扫描设备实现了该目的，在该设备中，为了构成主伺服回路，跟踪伺服装置包括：电动机，用于使光头沿着导轨横穿轨道移动；位置装置，用于根据光头的实际位置生成位置信号；和放大装置，其具有可调节的增益，用于根据位置信号和目标位置，生成耦合到电动机的驱动信号；跟踪调节装置，用于根据摩擦分布调节增益；和用于存储校准过程中确定的摩擦分布的装置。

根据本发明的第二方面，通过如开头段落中定义的方法实现了该目的，该方法包括，通过确定足以使光头沿多个导轨部分中的任何导轨部分移动的驱动信号的最小功率量，检测所述多个导轨部分的摩擦值。

由于存储和使用摩擦分布的增益调节，因此根据沿导轨检测的摩擦，调节主伺服回路的增益。由此在其中存在增加的摩擦的导轨区域中，额外地将主伺服回路中生成的驱动电流放大。这具有这样的优点，由于在需要时仅在主伺服回路中，即针对具有高的摩擦的导轨部分，生成强的驱动电流，因此减少了所需用于移动光头的功率。对于电池供电的设备，这是特别重要的。

本发明还基于下列认识。由上文描述的现有技术文献US5,808,975已知，将偏置电流加到驱动电动机。本发明人注意到，该固定的附加偏置电流不能正确地补偿摩擦，而摩擦引起了减少的伺服回路增益。由于减少的伺服回路增益，伺服回路的控制行为偏离预期的和设计的行为，例如，对移动命令的响应的执行是不够准确的，其通常被称为过冲或下冲。这样的偏离行为不能通过加入偏置电流修正。然而，通过如本发明调节增益，可以使控制行为保持与原先预期的控制行为相同。而且，在本文中，通过使托架保持在许多个位置，测量偏置电流。本发明人注意到，该测量的偏置电流反映了例如由通向光头的导线的张紧而引起的托架上的张力或者剩余力。此外，本发明人注意到，偏置电流仅可以施加到DC电动机，但是不能正确地控制其他不同类型的电动机，诸如同步电动机(例如，步进电动机或3相电动机)。

在该设备的实施例中，跟踪调节装置被配置用于将摩擦分布存储为关于后续的导轨部分的增益值序列。这具有这样的优点，即可以容易地根据搜寻操作过程中的光头的位置，设置放大器的可调增益。

在该设备的实施例中，跟踪调节装置被配置用于执行校准过程。尽管校准过程可以仅在制造时执行，但是优选的是，有规律地更新摩擦分布。例如，如果自从前一校准过程起已经过了预定的时间周期；如果自从前一校准过程起已经过了预定的操作使用量；如果该设备耦合到电力网电源；如果检测到光头移动之后的定位误差量；或者如果超过了该定位误差的偏离量，则可以执行校准。

在该设备的实施例中，校准过程包括，通过确定足以使光头沿至少一个导轨部分移动的驱动信号的最小功率量，检测所述导轨部分的摩擦值。这具有这样的优点，即仅用于移动光头的功率量是关于各个导轨部分处的摩擦量的可靠指征。

在另外的权利要求中给出了根据本发明的设备的另外的优选实施例。

附图说明

通过参考下面描述中的作为示例描述的实施例，并且通过参考附图，本发明的这些和其他方面将是显而易见到，并且得到进一步的说明，在附图中：

图1a示出了盘形记录载体，

图1b示出了记录载体的所截取的剖面，

图2示出了具有导轨摩擦调节的扫描设备，

图3示出了跟踪伺服系统，

图4示出了将导轨分为片段，用于处理摩擦，

图5示出了导轨摩擦分布，并且

图6示出了导轨摩擦校准过程。

在图中，对应于已描述的元件的元件具有相同的参考数字。

具体实施方式

图1a示出了盘形记录载体11，其具有轨道9和中心孔10。轨道9是根据螺旋线圈式样配置的，其在信息层上构成了基本平行的轨道。记录载体可以是具有可记录类型的信息层的光盘。可记录光盘的示例是CD-R和CD-RW、DVD+RW和Blu-ray Disc(BD)。可记录类型的记录载体上的轨道9由在空白记录载体的制造过程中提供的预先压印的轨道结构标出，例如预制凹槽。通过沿轨道记录的可光检测的标记，使记录信息呈现在信息层上。该标记由物理参数的变化构成，并且由此具有不同于其周围环境的光学属性，例如，反射的变化。以记录格式定义的控制参数可以被记录在预先定义的区域12中。

图1b是沿可记录类型的记录载体11的线b-b截取的剖面，其中透明基板15配备有记录层16和保护层17。轨道结构由例如预制凹槽14构成，其使读/写光头能够在扫描过程中跟随轨道9。预制凹槽14可被实现为凹陷(indentation)或隆起(elevation)，或者可以由具有不同于预制凹槽的材料的光学属性的材料组成。该预制凹槽使读/写光头能够在扫描过程中跟随轨道9。轨道结构还可以由规则延伸的子轨道形成，其周期性地使伺服信号出现。该记录载体可意图用于承载实时信息，例如视频或音频信息，或者其他的信息，诸如计算机数据。

图2示出了具有导轨摩擦调节的扫描设备。该设备配备有用于扫描记录载体11上的轨道的装置，该装置包括用于使记录载体11旋转的驱动单元21、光头22、用于将光头22定位在轨道上的跟踪伺服单元25和控制单元20。光头22包括已知类型的光学系统，用于生成辐射光束24，其被引导通过光学元件，聚焦到记录载体的信息层的轨道上的辐射光斑23。辐射光束24由例如激光二极管的辐射源生成。光头可以包含所有光学元件、激光器和检测器，作为集成的单元，其通常被称为光学拾取单元(OPU)，或者可以仅包含某些光学元件作为可移动的单元，而剩余的光学元件以及激光器和检测器位于处于固定机械位置的单元中，其通常被称为分离光学单元(split-optics)，光束在这两个单元(例如，镜)之间转移。光头进一步包括(未示出)聚焦致动器，用于通过使辐射光束24的焦点沿光束的光轴移动，将所述光束聚焦到轨道上的辐射光斑；和跟踪致动器，用于在径向方向将光斑23精确定位在轨道中心。跟踪致动器可以包括带卷，用于使光学元件径向移动，或者可替换地被配置用于改变反射元件的角度。对于读取，由光头22中的通常类型的检测器，例如四象限二极管来检测信息层反射的辐射，该检测器用于生成检测器信号，其耦合到前端单元31用于生成不同的扫描信号，其包括主扫描信号33和误差信号35用于跟踪和聚焦。误差信号35耦合到跟踪伺服单元25，用于控制所述光头的定位和跟踪致动器。主扫描信号33由通常类型的读处理单元30处理，其包括解调器、反格式化器和输出单元用于调取信息。

控制单元20控制信息的扫描和调取，并且可被配置用于接收来自用户或来自主机计算机的命令。控制单元20经由控制线26，例如系统总线，连接到设备中的其他单元。控制单元20包括控制电路，例如，微处理器、程序存储器和接口，用于执行如下文所描述的程序和功能。控制单元20还可被实现为逻辑电路中的状态机。

该设备可以配备有记录装置，用于将信息记录在可写或可重写的类型的记录载体上。该记录装置同光头22和前端单元31协同操作，用于生成写辐射光束，并且包括写处理装置，用于处理输入信息，以生成用于驱动光头22的写信号，该写处理装置包括输入单元27、格式化器28和调制器29。对于写信息，辐射光束的功率由调制器29控制，以在记录层中产生可光学检测的标记。该标记可以具有任何光学可读的形式，例如记录在诸如染料、合金或相变材料的材料中时获得的具有不同于其周围环境的反射系数的区域的形式，或者记录在磁-光材料中时获得的具有不同于其周围环境的极化方向的区域的形式。

在实施例中，输入单元27包括压缩装置，其用于输入信号，诸如模拟音频和/或视频、或者数字未压缩音频/视频。在MPEG标准中描述了关于视频的合适的压缩装置，在ISO/IEC 11172中定义了MPEG-1，而在ISO/IEC 13818中定义了MPEG-2。根据该标准，可替换地，已对输入信号编码。

下文描述的改进方案涉及光盘驱动滑座机构。为了能够在完整的光盘上读/写选定的轨道，将光头安装在可移动的滑座上。该滑座可以从光盘的内径移动到外径。随后，可以使将要访问的数据散布在整个光盘上，其需要激光光斑从光盘上的一个(定义的)位置跳跃到另一个(也是定义的)位置。因此需要跳跃，以访问完整的光盘；该过程通常被称为搜寻，其特征在于，滑座用于径向定位光头。滑座在导轨上移动。由于污垢、灰尘、微小划痕、机械差异等，导轨的摩擦依赖于位置。改进方案是在校准过程中存储关于导轨摩擦的信息，并且在搜寻过程中针对导轨摩擦调整滑座驱动器回路的增益。因此，基本上按照需要维持该回路的回路增益，其导致了可靠的和准确的跟踪伺服系统对跳跃命令的响应。

该改进方案与所谓的小型化设备(或者更一般的电池供电的便携式设备)是特别相关的，这是因为可以减少跟踪伺服系统中的搜寻过程中耗散的功率量。该减少是这样的实现的，即生成驱动信号，其恰好足够强，用于移动滑座和光头。而且，在其他类型的光盘驱动器中，可以有利地减少磨损和耗散。

图3示出了跟踪伺服系统，其对应于图2中的跟踪伺服单元25，并且被配置用于将光头定位在轨道上。光头22安装在周围的支撑单元上，其通常被称为滑座或托架47，其机械耦合到导轨46。电动机40耦合到托架47，用于使光头22沿导轨横穿轨道移动。在实际的实施例中，导轨46可以包括：托架通过轮安置在其上面的支撑导轨、纵向蜗杆轴、等等，所有这些在光盘驱动器的机械构造的领域中是公知的。

为了构成主伺服回路，跟踪伺服系统包括，电动机40、用于根据光头的实际位置生成位置信号的位置单元41、和具有可调增益输入48的放大单元44。放大单元44基于来自误差单元42的误差信号生成耦合到电动机40的驱动信号，该误差单元42接收选定目标位置信号43和位置信号作为输入。可调增益输入48耦合到摩擦存储器34，其存储在校准过程中确定的摩擦分布。存储器34由导轨摩擦调节单元32控制，其耦合到位置单元41，用于根据摩擦分布通过调节增益构成跟踪调节。在需要进行跳跃时，导轨摩擦调节单元32需要察看存储器34中的查找表格，以了解当光头沿导轨移动时需要使用哪个(些)增益。因此根据光头的实际位置施加来自存储器34的存储的摩擦值，以调节放大单元44的增益。托架伺服回路可以已经具有动态增益控制(因此增益不是固定的)。在该情况中，由导轨摩擦调节单元32将查找表格34中的导轨摩擦条目重新计算为增量增益值。

位置单元41可以包括位置传感器，用于检测光头相对于机械移动范围的实际位置。可替换地，或者此外，位置单元可被配置为，自记录载体的轨道读信息，用于检测光头的实际位置。在光头沿导轨移动的过程中，可以生成轨道跨越信号，并且可以对所跨越的轨道计数。而且，自耦合到电动机40的旋转传感器可以得到光头在移动过程中的位置。该位置检测系统在本领域中是公知的。

在实施例中，位置单元41被配置用于根据基于电动机的旋转量计算的位置，生成关于实际位置的位置信号。该位置单元可以基于耦合到电动机的驱动信号确定电动机的旋转量。例如，电动机可被配置为步进电动机。可以对施加到步进电动机的脉冲数目计数。可替换地，电动机可以是同步电动机，由正弦驱动信号驱动，其具有同电动机的旋转量相关的已知的周期。特别地，位置单元可以包括校准存储器，其至少包含转换参数，其指出了以mm计的光头的移动同针对电动机的受控周期性驱动信号之间的实际关系。应当注意，为了使该关系是可靠的，需要电动机(例如，同步或步进类型的电动机)能够无滑动地根据驱动信号旋转。为此，需要驱动信号具有足够的强度，以克服沿导轨的摩擦。这是以功率有效的方式通过施加如上文所述的增益调节实现的。

图4示出了将导轨分为片段，用于处理摩擦。示意性地示出了从内径51(例如6mm)到外径52(例如13mm，用于小型化设备)的导轨50。导轨51被分为例如0.5mm的片段53。在校准过程中针对每个片段确定摩擦，并且用于调节增益的值取决于该摩擦。该值存储在设备的存储器中。增益设置可以同所确定的摩擦成反比。在实际环境中，可以应用稍强或稍弱的调节关系。

可以如下执行校准过程。针对每个片段，执行搜寻动作序列，但是针对每个搜寻动作，使滑座驱动器的输出功率减少，直至功率恰好足够高，用于使滑座进行所需的移动。由于在使功率降低时，滑座被阻于导轨上某处，或者未达到所需的搜寻距离，因此可以检测该功率量。显然，还可以增加功率，直至滑座恰好开始移动，并且到达目标位置上。增益设置被计算为同已确定的功率成比例，并且存储在设备中的非易失存储器中。

应当注意，可以在设备的制造过程中执行校准过程，并且在设备组装的最后阶段中存储结果。然而，优选的是，有规律地执行校准过程，以考虑例如维护过程中的导轨摩擦的变化。

在实施例中，跟踪调节装置32被配置用于执行校准过程。因此执行校准过程的功能包括在该设备自身中。如上文所解释的，该校准过程可以包括，通过确定足以使光头沿后续导轨部分移动的驱动信号的最小功率量，检测所述导轨部分的摩擦值。

在实施例中，跟踪调节装置被配置用于，通过得到对应于所述最小量加上预先定义的余量的增益值，确定摩擦分布。特别地，可以加入固定的或者成比例的余量，以适应摩擦分布中的小的变化或误差，用于防止滑座被阻挡。

图5示出了导轨摩擦分布。在水平轴55上，从将要扫描的记录载体的内径到外径，导轨片段被标出为对应图4，覆盖设备中的滑座的移动范围。在垂直轴56上标出了用于生成足够的驱动功率的增益。所标出的增益值提供了根据光头位置施加的增益设置的实际示例。当滑座进入片段时可以直接应用增益值，或者可以通过线性插值或者其他的曲线拟合技术计算增益值，并且随后根据光头的实际位置应用该增益值。

图6示出了导轨摩擦校准过程。应当注意，该校准过程可以在跟踪调节装置32中执行，在光盘驱动器的中央处理器中执行，或者经由远程处理单元，例如在被实现为诸如驱动程序的软件产品的主机计算机的控制下执行。校准可以在工厂中首次进行，或者在驱动器检测到其首次开机时进行。随后，当光盘驱动器检测到对重新校准(多的搜寻失配、一周或一月一次、等等)的需要时，其可以重新校准导轨摩擦。

在第一步骤61 REQ中，确定是否需要校准过程。可以以不同的方式检测对开始校准过程的需要。例如，实现了守时机制，以检测从前一校准过程起是否经历了预定的时间周期，例如时钟/日历单元和存储上一有效校准日期的存储器。可替换地，或者组合地，可以确定从前一校准过程起是否经历了预定的操作使用量，例如开机小时数或者搜寻次数。

对新的校准过程的需要还可以取决于正常使用过程中的定位误差检测，即如果检测到光头移动之后的定位误差量，或者如果超过了该定位误差中的偏离量，则开始校准。应当注意，使用过程中实际出现的定位误差清楚地指出，导轨摩擦分布不再对应于实际的摩擦。位置的过冲和下冲是主跟踪伺服回路中的不正确的回路增益的标志。

在第二步骤62 COND中，在实际开始校准过程之前，可以检验另外的条件。特别地，可以确定操作环境是否允许执行校准。例如，这可以得自用户访问记录载体的近期历史，或者通过主动地向用户要求允许执行校准而得到。另外的条件可以包括，检测设备是否耦合到电力网电源，其优选地不消耗电池。

在实施例中，用于开始校准的条件包括，在不需要扫描轨道时，执行作为后台过程的校准过程。一旦存在空闲时间，其中用户应用程序不需要光盘访问，则开始校准过程。一旦用户应用程序需要光盘访问，则中断校准过程，并且随后续续。中间结果，诸如部分摩擦分布，可以存储在临时存储器中。

对于如上文通过参考图4和5描述的许多个后续的导轨片段，执行实际的校准过程。在步骤SLICE 63中，一部分导轨(片段)被选择用于检测局部摩擦。在步骤SEEK 64中，例如通过从当前的片段外部移动到该片段内部的目标位置，执行搜寻操作。在步骤DETECT 65中，检测搜寻操作之后获得的实际位置并且将其同目标位置比较。检测所需的功率量，或者所使用的增益设置。显然，在校准过程中，关闭出于旧的导轨摩擦分布的前一增益调节，例如，由预先定义的固定增益设置将其替换。在步骤MIN 66中，确定是否找到了仍使光头移动到目标位置的最小增益量。如果超越了预定的位置误差阈值，则可以检测该最小量。如果仍未找到最小值，则在步骤DECR 67中，随后使增益减少例如预定的量，并且通过返回到步骤SEEK 64执行新的搜寻。如果找到了最小值，则在步骤STORE 68中，存储增益值，例如，存储在临时存储器中。在步骤LAST 69中，检验是否已校准所有相关的导轨部分。如果不是这样，则通过返回到步骤SLICE 63选择下一片段。最后，在找到了关于所有的导轨片段的有效摩擦之后，在步骤70中，将新的导轨摩擦分布存储在用于摩擦分布的非易失存储器中。

在实施例中，仅对有限的导轨区域执行重新校准过程。在步骤REQ 61中，现在例如通过保留关于每个分立的导轨区域的误差统计，检测针对该区域的校准需要。如果特定区域需要校准，则仅针对该区域执行图6中标出的剩余的步骤，并且使用关于不需要重新校准的区域的现有值，汇总最终的导轨摩擦分布。

尽管主要通过使用盘形光记录载体的实施例解释了本发明，但是本发明还适用于其它的记录载体，诸如矩形光卡、磁盘或者任何其他类型的需要定位读写头的信息存储系统。应当注意，在本文中，词“包括”不排除所列出的元素或步骤以外的其他元素或步骤的存在，并且元素之前的词“一个”不排除多个该元素的存在，任何参考符号并非限制权利要求的范围，并且本发明可以借助于硬件或者软件实现，并且数个“装置”或“单元”可由相同的硬件项或软件项代表。而且，本发明的范围不限于该实施例，并且本发明在于每个新颖特征或者上文所述的特征的组合。

Claims (11)

1.用于经由辐射光束(24)扫描记录载体(11)上具有基本平行的轨道式样的选定轨道的设备，所述设备包括

-光头(22)，用于提供光束，

-跟踪伺服装置(25)，用于将光头定位在轨道上，为了构成主伺服回路，所述跟踪伺服装置包括电动机(40)，用于使光头沿着导轨(46)横穿轨道移动；位置装置(41)，用于根据光头的实际位置生成位置信号；和放大装置(44)，其具有可调节的增益，用于根据位置信号和目标位置生成耦合到电动机的驱动信号，

-跟踪调节装置(32)，用于根据摩擦分布来调节增益，和

-用于存储校准过程中确定的摩擦分布的装置(34)。

2.如权利要求1所述的设备，其中跟踪调节装置(32)被配置用于将摩擦分布存储为用于后续的导轨部分的增益值(57)的序列。

3.如权利要求1所述的设备，其中跟踪调节装置(32)被配置用于执行校准过程。

4.如权利要求3所述的设备，其中校准过程包括通过确定足以使光头沿至少一个导轨部分移动的驱动信号的最小功率量，检测所述部分的摩擦值。

5.如权利要求4所述的设备，其中校准过程包括通过连续减少功率量直至未获得预期的移动距离，或者通过连续增加功率量直至获得预期的移动距离，从而确定最小功率量。

6.如权利要求4所述的设备，其中校准过程包括通过导出对应于所述最小量加上预先定义的余量的增益值，确定摩擦分布。

7.如权利要求3所述的设备，其中跟踪调节装置(32)被配置用于基于下列条件至少其中之一来执行校准过程：

-如果自从前一校准过程起已经过了预定的时间周期；

-如果自从前一校准过程起已经过了预定的操作使用量；

-如果所述设备耦合到电力网电源；

-如果检测到光头移动之后的定位误差量；

-如果超过了该定位误差中的偏离量。

8.如权利要求3所述的设备，其中跟踪调节装置(32)被配置用于在不要求扫描轨道时，执行校准过程作为后台过程。

9.如权利要求1所述的设备，其中位置装置(41)被配置用于根据基于电动机的旋转量计算的位置来生成位置信号。

10.用于确定导轨摩擦分布的校准方法，所述导轨摩擦分布将被存储在用于经由辐射光束扫描记录载体上具有基本平行的轨道式样的选定轨道的设备中，所述设备包括光头，用于提供光束；跟踪伺服装置，用于将光头定位在轨道上，为了构成主伺服回路，所述跟踪伺服装置包括电动机，用于使光头沿着导轨横穿轨道移动；位置装置，用于根据光头的实际位置生成位置信号；和放大装置，其具有可调节的增益，用于根据位置信号和目标位置，生成耦合到电动机的驱动信号；和跟踪调节装置，用于根据摩擦分布来调节增益，所述方法包括

通过确定足以使光头沿多个导轨部分移动的驱动信号的最小功率量，来检测所述部分的摩擦值。

11.用于校准扫描记录载体的设备的计算机程序产品，所述程序可操作用于使处理器执行如权利要求10所述的方法。

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