CN1961363A - 在光学存储系统中消除径向对聚焦的串扰 - Google Patents

Abstract

一种在光学存储系统中补偿径向对聚焦的串扰的信号处理技术，该光学存储系统包括一个象散透镜(25)和一个四象限光电检测器(26)以产生一聚焦误差信号。一信号处理器产生聚焦误差信号(FES_RVO)、跟踪误差信号(TES)和中央孔径信号(CA)，并且所述径向对聚焦的串扰方案由公式(I)描述：其中IFES_RVO代表改善的聚焦误差信号，并且γ¹ _j和γ² _j是表示比例的矢量。也可替换以应用标量的自适应比例因子γ₁和γ₂，并通过最小化成本函数J(γ₁，γ₂)来对比例因子γ₁和γ₂进行更新，该成本函数能够指示残余在聚焦误差信号中的径向对聚焦的串扰分量。

Description

在光学存储系统中消除径向对聚焦的串扰

技术领域

本发明涉及一种在光学存储系统中消除径向对聚焦的串扰(radial to focuscross talk)的方法和装置，并且涉及一种采用该方法和装置的光学存储系统。

背景技术

径向对聚焦的串扰在使用一个象散透镜经由一个四象限光电检测器产生聚焦误差信号(FES)的类型的光学存储系统中是一个存在已久的问题。在光学的非理想情况下，例如正向通路(forward path)45°象散和切向光束沉陷(beamlanding)，跟踪信号会泄漏进聚焦通道(focussing channel)，由此产生径向对聚焦的串扰。在某些情况，例如，当发生跳轨时，光点会在短时间内跨过多个轨道，导致产生一高频跟踪误差信号(TES)。该高频信号馈送到聚焦控制环路导致产生一聚焦误差偏移。为了响应该偏移，致动器驱动物镜朝向和/或远离光学信息载体移动，引起聚焦伺服系统的不期望的振动。

已经设计了多种正常化方法来消除对角线光束沉陷(diagonal beamlanding)的影响，对角线光束沉陷就是光点相对于光学检测器在径向和切向上的位移。这些方法也对抑制径向对聚焦的串扰起到了作用。这些不同正常化方法的要点是从原始聚焦误差信号(FES)中减去一个修正信号。例如在美国专利No.4661944中的方法，可以表示为

${\mathrm{FES}}_{\mathrm{NORM}}=\frac{1}{2}[\frac{Q1-Q4}{Q1+Q4}-\frac{Q2-Q3}{Q2+Q3}]=\frac{1}{1-{\mathrm{TPP}}^2/{\mathrm{CA}}_2}[\frac{\mathrm{FES}}{\mathrm{CA}}-\frac{\mathrm{TPP\; TES}}{\mathrm{CA}}]---\left(1\right)$

其中TPP＝Q1+Q4-Q2-Q3是所谓的切向推挽信号，FES＝Q1+Q3-Q2-Q4是非正常化聚焦误差信号，CA＝Q1+Q2+Q3+Q4是总的或中央孔径信号，TES＝Q1+Q2-Q3-Q4是所谓的(非正常化)跟踪误差信号或径向推挽信号，并且其中Q1至Q4是从光电检测器的四个象限中得到的信号。这里的修正信号与TPP和TES的乘积成正比。在美国专利No.5850081中，提出从FES中减去乘以常数k的TPP和TES的乘积，该常数k是预先设定的。通过这样的做法，旨在减少由于切向光束沉陷引起的径向对聚焦的串扰。该串扰也可以光学地被抑制。绕光学轴旋转象散伺服透镜和光电检测器的轴向偏移是两种可能的方法。这两种方法被用来解决由于在45度的正向光学通路象散产生的径向对聚焦的串扰是。它们的缺点在于校准困难和对其他信号的影响。

这些方法的普遍的弱点是它们一般被设计用来对抗非理想情况的一种类型，并且在驱动器制造期间是固定的，因而对于工作条件的变化表现出缺乏鲁棒性(robustness)。

发明内容

本发明的目的是提供一种在光学存储系统中自适应地补偿径向对聚焦的串扰的方法和装置，并且提供一种采用所述方法和装置的光学存储系统。

依照本发明，提供一种在光学存储系统中补偿径向对聚焦的串扰的设备，该光学存储系统包括用来扫描光学信息载体的一光学扫描点，用来接收从所述光学信息载体反射的辐射的一光学系统，和用来从该反射的辐射中获得一中央孔径信号、一聚焦误差信号和一跟踪误差信号的一个装置。所述设备包括一信号处理装置，该信号处理装置通过从所述聚焦误差信号中减去至少一个由所述跟踪误差信号或所述中央孔径信号和一比例因子的乘积构成的信号，以产生一改善的聚焦误差信号，所述比例因子基于所述改善的聚焦误差信号是自适应的。

依照本发明，还提供一种在光学存储系统中补偿径向对聚焦的串扰的方法，该光学存储系统包括用来扫描光学信息载体的一光学扫描点，用来接收从所述光学信息载体反射的辐射的一光学系统，和用来从该反射的辐射中获得一中央孔径信号、一聚焦误差信号和一跟踪误差信号一个装置。所述方法包括提供一信号处理装置，该信号处理装置用于通过从所述聚焦误差信号中减去至少一个由所述跟踪误差信号或所述中央孔径信号和一比例因子的乘积构成的信号，以产生一改善的聚焦误差信号，并且基于所述改善的聚焦误差信号自适应地更新所述比例因子。

依照本发明，进一步提供一种光学存储系统，其包括用来扫描光学信息载体的一光学扫描点，用来接收从所述光学信息载体反射的辐射的一光学接收系统，和从该反射的辐射中获得一中央孔径信号、一聚焦误差信号和一跟踪误差信号的一信号处理装置，该信号处理装置通过从所述聚焦误差信号中减去至少一个由所述跟踪误差信号或所述中央孔径信号和一比例因子的乘积构成的信号，以产生一改善的聚焦误差信号，并且基于所述改善的聚焦误差信号自适应地更新所述比例因子。

在一个优选实施例中，改善的聚焦误差信号通过从所述聚焦误差信号中减去第一和第二信号产生，所述第一信号由所述跟踪误差信号和第一自适应比例因子的乘积构成，并且所述第二信号由所述中央孔径信号和第二比例因子的乘积构成。

优选地，第一和第二比例因子彼此不同。比例因子通过最小化成本函数(costfunction)得到并更新，所述成本函数能够指示残余在所述改善的聚焦误差信号中的径向对聚焦的串扰分量。这样的成本函数可以定义为在预处理的改善的聚焦误差信号和跟踪误差信号之间的互相关(cross-correlation)和在预处理的改善的聚焦误差信号和中央孔径信号之间的互相关的总和。第一比例因子可以与所述预处理的改善的聚焦误差信号和跟踪误差信号的乘积的积分直接成比例，并且第二比例因子可以与所述改善的聚焦误差信号和中央孔径信号的乘积的积分直接成比例。这些积分可以乘以一个常数，该常数用来控制所述比例因子的自适应的稳定性和速度。应当理解，上面定义的成本函数特指“预处理”的改善的聚焦误差信号，在上下文中所述的“预处理”被用来去除聚焦误差信号对聚焦伺服环路的反馈机制引起的径向对聚焦的串扰的依赖。

本发明的这些方面和其他方面将参照以下描述的实施例更加清楚地解释。

本发明的实施例将通过单独举例和结合附图的方式进一步描述。其中：

图1是依照本发明的一个示范实施例的光学存储系统的示意性简化框图；

图2示意性地展示了图1中系统的一部分；

图3展示了图2中位置III处的细节；

图4展示了当扫描点在径向上跨过轨道时光学存储系统中跟踪误差信号。

具体实施方式

图1显示了一设备，用于从/向光学信息载体1上读出和/或写入信息。在这个实施例中，信息载体是盘形的并具有多个圆心与光轴12基本重合的同心圆的轨道。这些轨道一起组成一个螺旋，尽管可替代地，它们可以相互分离并自身闭合。图1中的设备包括一读设备2，该读设备2在图2中有更详细地描绘。

参照图2，读设备2包括成像装置，即一个透镜21、一个分束器22和一个聚焦元件23，聚焦元件23被用来将辐射束24会聚到扫描点11，通过该扫描点11来扫描信息载体1。辐射束24由一辐射源20产生，例如半导体激光器。

读设备2进一步包括检测装置25、26用来产生读信号S_LS，该读信号指示从信息载体1上扫描点11处反射的辐射的强度。在当前的例子中，检测装置具有一个象散元件25和一个四象限检测器26，在图3中将更具体的显示。

参照图3，检测器26提供读信号S_LS，该读信号S_LS由代表入射到检测器26的四个象限26.1、26.2、26.3和26.4中的每一个上的辐射强度的测量值的Q1、Q2、Q3、Q4组成。

所示读设备具有信息传输模式，在该模式中扫描点11沿着轨道移动。扫描点11的移动具有相对于信息载体1的轴12的切向的第一方向。为此，信息载体1通过电机50绕轴12旋转。

所示读设备还具有移位模式，在该模式中扫描点11在横断于第一方向的径向第二方向上移动。为此，读设备具有粗略定位装置60，该装置以滑动电机的形式来移动运载该读设备的滑架61。

该设备还具有控制装置用来控制成像装置23以响应度量信号FES(聚焦误差信号)。度量信号FES指示在扫描点11处辐射束24的聚焦程度。聚焦误差信号(或由此得到的信号)作为输入信号提供给PID控制器41，该PID控制器41控制致动器27A、27B来聚焦辐射束24。

度量信号FES通过信号处理单元43从四个信号Q1至Q4以下述方式得到：

FES＝Q1+Q3-Q2-Q4

此外，信号处理单元43响应信号Q1至Q4，以便以下述方式得到径向推挽信号TES(跟踪误差信号)：

TES＝Q1+Q2-Q3-Q4

跟踪误差信号TES作为输入信号提供给第一径向伺服系统44，用来在信息传输模式中进行跟踪。在该模式中，开关47闭合，结果第一径向伺服系统44提供一径向控制信号给径向致动器28A、28B。该径向控制信号还作为输入信号提供给第二径向伺服系统46，该第二径向伺服系统46提供控制信号给滑动电机60。开关47和第二径向伺服系统46由微处理器45控制。

信号处理单元进一步产生一信息信号CA(中央孔径)，该信息信号CA代表记录在信息载体上的信息图案。信息信号CA依下式得到：

CA＝Q1+Q2+Q3+Q4

因此，总之，上述光学存储系统采用一个象散透镜以经由一个四象限光电检测器26产生一聚焦误差信号(FES)。经由同样的检测器也可以检测到一用来跟踪的径向推挽信号(TES)和一用来读出的中央孔径信号(CA)。图3概括并展示了这些信号的获得，其中公式中的Qi(i＝1-4)代表象限i的光学强度的积分。

径向对聚焦的串扰在上述类型的光学存储系统中是存在已久的问题，在所述类型的光学存储系统中使用一个象散透镜以经由一个四象限光电检测器产生聚焦误差信号。在光学的非理想情况下，例如正向通路(forward path)45°象散和切向光束沉陷(beamlanding)，跟踪信号会泄漏进聚焦通道(focussing channel)，由此产生径向对聚焦的串扰。在某些情况，例如，当发生跳轨时，激光点会在短时间内跨过多个轨道，导致产生一高频跟踪误差信号，如图4所示。该高频信号馈送到聚焦控制环路从而导致产生一聚焦误差偏移。响应于该偏移，致动器将物镜朝向和/或远离该光学信息载体移动，引起聚焦伺服系统中不期望的振动。

本发明提出一种信号处理方法来解决前面解释的径向对聚焦的串扰问题，该方法是经济的、自适应的，因而是鲁棒的，并且能够处理切向光束沉陷和45°正向通路象散的问题。

考虑下列的工作例子：

首先，径向推挽信号具有如下形式：

TES＝K₀(q)ηsinψsinφ                                    (2)

K₀(q)是由q＝λ/(NA p)确定的常数因子，其中λ是激光的波长，NA是数值孔径，p是径向的光栅的栅距。光栅的复数衍射幅度(complex diffraction amplitude)是ηexp(iψ)，并且由于扫描点的径向位置χ而产生的附加相位由φ＝2πχ/p给出。相应地，中央孔径信号的DC根据下式变化：

CA＝K₁(q)ηcosψcosφ                                     (3)

K₁(q)是由q确定的常数。在开环聚焦伺服环路中，聚焦误差信号如下式所示：

${\mathrm{FES}}_{\mathrm{RVO}}=\mathrm{FES}+{\mathrm{\ϵ}}_1{K}_2\left(q\right)\mathrm{\η}\sin \mathrm{\ψ}\sin \mathrm{\φ}+A_{2-2}^f{K}_3\left(q\right)\mathrm{\η}\sin \mathrm{\ψ}\cos \mathrm{\φ}---\left(4\right)$

其中FES_RVO和FES分别表示带有串扰或不带串扰的聚焦误差信号。在等式的右侧，第二项代表了由切向光束沉陷ε₁的量(相对于光电检测器的光点半径)引入的径向对聚焦的串扰，而第三项代表了由45°正向通路象散引入的径向对聚焦的串扰且A_2-2 ^f指示该串扰的强度。K₂和K₃仍是由q确定的常数。

本发明的这个实施例提出的径向对聚焦的串扰消除方案可以由下述等式描述：

${\mathrm{IFES}}_{\mathrm{RVO}}\left(k\right)={\mathrm{FES}}_{\mathrm{RVO}}\left(k\right)-\underset{j=0}{\overset{\stackrel{\‾}{N_1-1}}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\γ}}^1}_j\left(k\right)\mathrm{TES}(k-j)-\underset{j=0}{\overset{\stackrel{\‾}{N_1-1}}{\mathrm{\Σ}}}{{\mathrm{\γ}}^2}_j\left(k\right)\stackrel{\‾}{\mathrm{CA}}(k-j)---\left(5\right)$

IFES_RVO代表改善的聚焦误差信号。在上面的等式中，TES和CA的比例因子可以是标量或矢量。当比例因子是矢量时，上述等式对j从j＝0到(N₁-1)求和，γ¹ _j和γ² _j是矢量分量，并且j、k和N₁是整数。当比例因子是标量时，在上述等式中定义的对γ¹ _j和γ² _j的求和被替换为标量比例因子γ₁和γ₂，并且IFES_RVO(k)、FES_RVO(k)、TES(k-j)和CA(k-j)分别被替换为IFES_RVO、FES_RVO、TES和CA。在上面的更一般等式中， CA是CA的高通滤波版本，应用高通滤波是为了自适应和消除的目的而过滤掉DC分量。通过最小化成本函数J(γ₁，γ₂)更新自适应比例因子γ₁和γ₂，该成本函数能够指示残余在聚焦误差信号中的径向对聚焦的串扰分量。作为示例，可以将其定义为 IFES_RVO和TES的互相关，以及IFES_RVO和CA的互相关：

J(γ₁，γ₂)＝(E{ IFES_RVOTES})²+(E{ IFES_RVOCA})²             (6)

其中 IFES_RVO由 IFES_RVO经过一个滤波器预处理得到，该滤波器由聚焦伺服环路的动态性能(focusing servo loop dynamics)确定并用来在环路闭合时去除FES对串扰分量的依赖。

如果在模拟域中实施消除(cancellation)，因子γ₁和γ₂将依照下式自适应：

${\mathrm{\γ}}_1={\mathrm{\μ}}_1\frac{\∂J({\mathrm{\γ}}_1,{\mathrm{\γ}}_2)}{{\∂\mathrm{\γ}}_1}\≈{2\mathrm{\μ}}_1\∫{\stackrel{\‾}{\mathrm{IFES}}}_{\mathrm{RVO}}\mathrm{TESdt}$ (7)

${\mathrm{\γ}}_2={\mathrm{\μ}}_2\frac{\∂J({\mathrm{\γ}}_1,{\mathrm{\γ}}_2)}{{\∂\mathrm{\γ}}_2}\≈{2\mathrm{\μ}}_2{\∫\stackrel{\‾}{\mathrm{IFES}}}_{\mathrm{RVO}}\mathrm{CAdt}$

其中数学期望E{}由积分替代。μ₁和μ₂是控制自适应的稳定性和速度的常数。在数字域，在LMS的意义上γ₁和γ₂被更新为：

(8)

其中μ₃和μ₄是两个控制更新步长(stepsize)的常数。由等式(2)～(3)，可以容易地得到理想的γ₁和γ₂会聚到最佳值为：

${\mathrm{\γ}}_1^{*}={\mathrm{\ϵ}}_1\frac{K_2\left(q\right)}{K_0\left(q\right)},{\mathrm{\γ}}_2^{*}=A_{2-2}^f\frac{K_3\left(q\right)}{K_1\left(q\right)}\tan \mathrm{\ψ}---\left(9\right)$

在一个替代的实施例中，成本函数定义为IFES_RVO和 TES的互相关，以及IFES_RVO和 的互相关：

$J({\mathrm{\γ}}_1,{\mathrm{\γ}}_2)={\left(E\right\{{\mathrm{IFES}}_{\mathrm{RVO}}\stackrel{\‾}{\mathrm{TES}}\left\}\right)}^2+{\left(E\right\{{\mathrm{IFES}}_{\mathrm{RVO}}\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{\mathrm{CA}}}\left\}\right)}^2---\left(10\right)$

在上面的公式中， TES和

分别是TES和 CA的经滤波的预处理版本，该滤波完全考虑了聚焦伺服环路对所述径向对聚焦的串扰的影响。因此，这样的预处理被确定为聚焦伺服环路的动态性能的倒数(inverse)，所述聚焦伺服环路的动态性能等价于所谓的灵敏度函数(sensitivity function)。

在上述的实施例中，数字域的更新如下式所示：

(11)

在这些值，径向对聚焦的串扰将被从聚焦伺服环路中消除。实际上，驱动器的工作环境一般时常变化，导致例如光束沉陷量的不同。本发明所提供的方法可以自适应地补偿最后产生的径向对聚焦的串扰，并由此使系统更鲁棒。

特别地，本发明适用于所有类型的光学存储系统，包括蓝光光盘(BD)，便携式蓝光(PB)系统，DVD+RW/R，DVD-ROM和CD+R/RW。

值得一提的是上述所有实施例是说明而不是限制本发明，而且本领域熟练技术人员可以在不脱离由权利要求定义的本发明的范围的情况下设计出各种变型的实施例。在权利要求中，括号中的参考标记不应被用来解释为限制权利要求。“包括”以及类似的词语，并不排除未在权利要求或说明书中作为一个整体列出的其他元件或步骤的存在。元件的单数表达形式并不排除复数个同样元件的存在，反之亦然。本发明可以由包含多个独立元件的硬件实现，也可以通过适当编程的计算机实现。在产品权利要求中列举了多个装置，其中的一些可以由同一个硬件实现。某些措施在互不相同的从属权利要求中被引用并不意味着这些措施的组合不能被有益地应用。

Claims (12)

1.一种在光学存储系统中补偿径向对聚焦的串扰的设备，该光学存储系统包括用来扫描光学信息载体(1)的一光学扫描点(11)，用来接收从所述光学信息载体(1)反射的辐射的一光学系统(25，26)，和从该反射的辐射中获得一中央孔径信号(CA)、一聚焦误差信号(FES_RVO)和一跟踪误差信号(TES)的一装置(43)，所述设备包括一信号处理装置(43)，用于从所述聚焦误差信号(FES_RVO)中减去至少一个由所述跟踪误差信号(TES)或所述中央孔径信号(CA)和一比例因子(γ)的乘积构成的信号，以产生一改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)，所述比例因子(γ)基于所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)是自适应的。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)通过从所述聚焦误差信号(FES_RVO)减去第一和第二信号产生，所述第一信号(γ，TES)由所述跟踪误差信号(TES)和第一自适应比例因子(γ₁)的乘积构成，并且所述第二信号(γ₂CA)由所述中央孔径信号(CA)和第二比例因子(γ₂)的乘积构成。

3.如权利要求2所述的设备，其中所述第一和第二比例因子(γ₁，γ₂)彼此不同。

4.如权利要求2或3所述的设备，其中比例因子(γ₁，γ₂)通过最小化成本函数(J(γ₁，γ₂))获得并更新，所述成本函数能够指示残余在所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)中的径向对聚焦的串扰分量。

5.如权利要求4所述的设备，其中所述成本函数定义为在预处理的所述改善的聚焦误差信号( IFES_RVO)和跟踪误差信号(TES)之间的互相关和在预处理的所述改善的聚焦误差信号( IFES_RVO)和中央孔径信号(CA)之间的互相关的总和。

6.如权利要求5所述的设备，其中所述第一比例因子(γ₁)与所述预处理的改善的聚焦误差信号( IFES_RVO)和跟踪误差信号(TES)的乘积的积分直接成比例，并且所述第二比例因子(γ₂)与所述预处理的改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)和中央孔径信号(CA)的乘积的积分直接成比例。

7.如权利要求6所述的设备，其中所述的积分乘以一个常数，该常数用来控制所述比例因子(γ₁，γ₂)的自适应的稳定性和速度。

8.如权利要求4所述的设备，其中所述成本函数定义为在所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)和预处理的所述跟踪误差信号( TES)之间的互相关和在所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)和二次预处理的所述中央孔径信号 之间的互相关的总和。

9.如权利要求5所述的设备，其中所述第一比例因子(γ₁)与所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)和所述预处理的所述跟踪误差信号( TES)的乘积的积分直接成比例，并且所述第二比例因子(γ₂)与所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)和所述二次预处理的所述中央孔径信号 的乘积的积分直接成比例。

10.一种光学存储系统，包括用来扫描光学信息载体(1)的一光学扫描点(11)，用来接收从所述光学信息载体(1)反射的辐射的一光学系统(25，26)，和从该反射的辐射中获得一中央孔径信号(CA)、一聚焦误差信号(FES_RVO)和一跟踪误差信号(TES)的一信号处理装置(43)，该信号处理装置(43)通过从所述聚焦误差信号(FES_RVO)中减去至少一个由所述跟踪误差信号(TES)或所述中央孔径信号(CA)和比例因子(γ₁，γ₂)的乘积构成的信号，以产生一改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)，基于所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)自适应地更新所述比例因子(γ₁，γ₂)。

11.如权利要求8所述的光学存储系统，其中所述光学系统包括一个象散透镜(25)和一个四象限光电检测器(26)。

12.一种在光学存储系统中补偿径向对聚焦的串扰的方法，该光学存储系统包括用来扫描光学信息载体(1)的一光学扫描点(11)，用来接收从所述光学信息载体(1)反射的辐射的一光学系统(25，26)，和从该反射的辐射中获得一中央孔径信号(CA)、一聚焦误差信号(FES_RVO)和一跟踪误差信号(TES)的一装置(43)，所述方法包括提供一信号处理装置(43)，该信号处理装置(43)用于通过从所述聚焦误差信号(FES_RVO)中减去至少一个由所述跟踪误差信号(TES)或所述中央孔径信号(CA)和一比例因子(γ₁，γ₂)的乘积构成的信号，以产生一改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)，以及基于所述改善的聚焦误差信号(IFES_RVO)自适应地更新所述比例因子(γ₁，γ₂)。

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