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CN101069236A - 自动光盘偏斜校正方法和装置 - Google Patents

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CN101069236A
CN101069236A CNA200580041121XA CN200580041121A CN101069236A CN 101069236 A CN101069236 A CN 101069236A CN A200580041121X A CNA200580041121X A CN A200580041121XA CN 200580041121 A CN200580041121 A CN 200580041121A CN 101069236 A CN101069236 A CN 101069236A
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CN
China
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optical disc
disc
tilting
amplitude
control signal
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CNA200580041121XA
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C·A·弗舒伦
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Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Koninklijke Philips Electronics NV
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Abstract

用于在光盘驱动系统中控制光盘的跳动的方法和装置。这种装置具有可转动轴(7)和用于保持光盘(2、136)以使光盘的法线基本上平行于该轴的保持装置(6)。倾斜机构布置在该保持装置并用于将光盘倾斜。采集单元(10)布置在光盘驱动器并用于从光盘读取信息或将信息写到光盘。伺服装置(132)保持该采集单元距该光盘的距离(133)。该伺服装置产生控制信号(134)，将这种控制信号(134)提供给致动器(130)，这种致动器(130)用于采集单元中的透镜。这种控制信号具有DC分量和AC分量，DC分量和AC分量具有对应于该光盘的转动速度的周期性和与该距离相关的振幅。将这种控制信号提供给该倾斜装置。以X方向和Y方向调节这种倾斜装置，以减小控制信号的振幅。

Description

自动光盘偏斜校正方法和装置
技术领域
本发明涉及光盘系统，这种光盘系统包括光学拾取装置，光学拾取装置用于将信息写到任何种类的类似于光盘的存储介质和/或从任何种类的类似于光盘的存储介质读出信息，这些类似于光盘的存储介质如CD或DVD。光学拾取装置以径向方向沿着转动光盘的表面移动。
背景技术
可记录在光盘系统中的光盘上的最大数据密度与聚焦在光盘上的激光斑的大小成反比。激光斑的大小由两个光学参数，即激光的波长λ和物镜的数值孔径NA的比率确定。
聚焦斑的大小(FWHM)＝1.22*λ/NA           (1)
物镜的NA定义为NA＝n*sin(θ)，式中：n是光所聚焦的介质的折射率，θ是该介质中光的聚焦锥。显然，在空气中(图1a)聚焦或通过平面平行板(像平的光盘)聚焦的物镜的NA的上限呈单一性。若通过如将聚焦透镜与半球形固体浸没透镜SIL(图1b)接合来将光聚焦在高指数介质中而在空气介质接触面无折射，那么物镜的NA可超出这种单一性。光束朝向SIL的中心聚焦。在此情形中，有效的NA为Naeff＝n*NAo，式中：n是SIL的折射率，NAo是聚焦透镜的空气中的NA。增加NA的另一种选择是使用超半球形透镜(1c)，在这种选择中，光束由超半球形透镜朝向光轴折射。在后面的这种情形中，NA是NAeff＝n2Ao。注意到大于单一性的NAeff仅从SIL的出口表面在通常小于光的波长的1/10的极短的距离内出现是重要的，这种极短的距离即所称的近场。这就意味着在光盘的写或读出期间，SIL与光盘之间的距离必须始终小于几十纳米。
为了在读写操作期间保持这种非常短的距离，必须使用专用伺服系统和适当的间隙误差信号(GES)，参看如F.Zijp等人在Proc.ODS2004中的论述。这种伺服系统具有受限的带宽，并因此而需要设计用于某种允许的残余间隙误差，这种允许的残余间隙误差通常为2nm。达到这个值所要求的带宽取决于转动速度(对于较高的速度来讲，较难跟随任何“竖向”干扰)和最大竖向光盘位移(较难进行较大的位移)。显然，应减小最大竖向位移，以允许最高转动速度并因此而允许最大数据传输速度。
总之，希望将光盘正确地夹紧并位于转盘上的预定位置，以使光盘在转动期间在平的平面中移动，该平面以相对于转盘的转动轴的径向方向延伸。然后，光学拾取装置沿着其径向定向的路径移动，因此，光学拾取装置与光盘的表面之间的距离保持相同。
不过，有几种原因导致光盘可并不精确地以前面所描述的平的径向定向的路径转动。第一种原因是并不希望的微粒可能会在转盘上出现，这样，夹紧装置就不能够正确地将光盘推到转盘的表面上，或者以其它不正确的方式夹紧光盘。在此情况下，会以相对于转盘的倾斜位置将光盘夹紧。这就可能导致光盘在转动期间并以静止位置看上去时以光盘边缘的轴向方向摆动，因此，摆动频率等于光盘的转动速度(用转/每秒表示)。
光盘的竖向位移称为跳动(run out)，这种竖向位移首先由光盘的平面度确定。若光盘偏斜或扭曲，就会导致大的跳动。作为示例，直径为15cm(6英寸)的硅晶片最好具有约5μm的固有跳动，而规定用于最近的蓝光盘标准的聚碳酸脂光盘(直径12cm)具有100μm或更小的跳动。其次，跳动由驱动器中的光盘托架或夹紧机构确定。若安装或夹紧致使光盘相对于电机轴略微倾斜，这种倾斜称为偏斜(垂直于电机轴的光盘角度)，那么，即便是非常平的光盘也会展示出相当大的跳动(见图2)。为了对这种效果进行量化，下面给出一个示例：具有0.1°(＝1.75mrad)的光盘偏斜的非常平的12cm光盘(r＝6cm)会在其边缘附近展示出可达330μm的跳动。
在近场光盘系统中，需要将光盘偏斜降低，以利用实用的聚焦致动器和伺服系统达到可接受的数据传输速度。作为示例，具有实际带宽的光盘系统设计用于1200rpm(转/分钟)并具有±2nm或更小的残余间隙误差。在具有设计良好的控制系统和良好的致动器时，这就对应于±10μm的最大允许跳动。对于具有12cm直径的平的光盘来讲，结果是偏斜应小于0.1mrad或0.006°。
在常规的系统中，机械倾斜校正可用于提高由于如偏斜或差的夹紧而导致具有大的倾斜的光盘的系统改良。可以用几种方式来进行光盘倾斜的校正。
US 5 412 640公开了一种方法，这种方法用于生成调节或测量信号以调节或测量布置用于在转动记录介质上读取数据的光束的切向和径向角度。光束从记录介质反射到光探测器，光探测器的输出表示数据信号。在振幅解调器中将这种数据信号解调，且从解调数据信号的振幅和相位生成调节或测量信号。如光探测器这样的单独的测量装置增加成本而且不便于制造。
WO 2004/01851 A1公开了一种方法，这种方法能够提供直接表明机构的径向振动的测量信号。这种方法并不对轴向偏差进行补偿。
纯粹的机械解决方法既庞大又昂贵(电机轴菱形转在一起并具有大的夹持区域)或者并不是足够地精确。因此，要求有一种自动校正方法以及用于跳动的适当的间隙误差信号。
发明内容
本发明的目的在于提供用于补偿光盘的轴向偏差的装置和方法，例如，这种轴向偏差在光盘的轴相对于驱动器的轴不对准时出现，这种不对准导致光盘的摆动。
在本发明的一个方面，提供一种用于在光盘驱动系统中控制光盘的跳动的装置，这种装置包括：可转动轴；布置在该轴并用于保持光盘以使光盘的法线基本上平行于该轴的保持装置；布置在该保持装置并用于将光盘倾斜的倾斜装置；布置在光盘驱动器并用于从光盘读取信息或将信息写到光盘的采集单元；以及用于保持该采集单元距该光盘的距离的伺服装置，该伺服装置产生控制信号。设有控制装置以通过该控制信号来控制该倾斜装置，以将光盘的法线调节到与该轴平行。
根据本发明的一个实施例，该控制信号是具有DC分量和AC分量的信号，DC分量和AC分量具有对应于该光盘的转动速度的周期性和与该距离相关的振幅。控制装置可以以第一和第二方向控制该倾斜装置以减小该振幅。控制装置可以以X方向控制该倾斜装置以减小该振幅，然后可以以Y方向控制该倾斜装置以进一步减小该振幅，并且可选择性地重复这个程序。
在本发明的另一个实施例中，采集单元可包括光源和透镜组件，光源如激光器，透镜组件用于在该光盘引导该光源的光束。透镜组件可包括固体浸没透镜，该固体浸没透镜由致动器控制到非常接近于该光盘的表面，该致动器由误差信号所控制。
在本发明的另一个方面，提供一种用于在光盘驱动系统中控制光盘的跳动的方法，这种光盘驱动系统包括：可转动轴；布置在该轴并用于保持光盘以使光盘的法线基本上平行于该轴的保持装置；布置在该保持装置并用于将光盘倾斜的倾斜装置；布置在光盘驱动器并用于从光盘读取信息或将信息写到光盘的采集单元。该方法包括通过伺服装置将该采集单元距该光盘的距离保持，该伺服装置产生控制信号；向该倾斜装置提供该控制信号，以将光盘的法线调节到与该轴平行。
在本发明的一个实施例中，该控制信号是具有DC分量和AC分量的信号，DC分量和AC分量具有对应于该光盘的转动速度的周期性和与该距离相关的振幅。该方法还包括：以第一和第二方向操作该倾斜装置以减小该振幅。该方法还可包括以X方向操作该倾斜装置以减小该振幅；以及以Y方向操作该倾斜装置以进一步减小该振幅；并且可选择性地重复该程序。
在本发明的另一个实施例中，该方法还可包括在该光盘通过透镜组件引导光源的光束，该透镜组件包括固体浸没透镜；以及通过致动器将该固体浸没透镜的距离控制到非常接近于该光盘的表面，该致动器由误差信号所控制。
附图说明
从下面的对本发明的实施例的详细描述并参考附图就会明白本发明的其它目的、特点和优点，在这些附图中：
图1a、1b和1c是包括在光盘驱动器中的透镜的光路图。
图2是根据现有技术的光盘驱动器的截面图。
图3是示于图2中的光盘驱动器的局部截面示意图，本发明用在这种光盘驱动器中。
图4是根据本发明的透镜组件的光路图。
图5是间隙控制信号的视图。
图6是具有偏斜校正装置的光盘夹的示例的图片。
图7是根据本发明的实施例的倾斜致动器的截面图。
图8是根据本发明的另一个实施例的倾斜致动器的截面图。
具体实施方式
图2示范性地示出了光盘驱动装置1，这种光盘驱动装置1适于将信息写到光盘2上或从光盘2读取信息。光盘驱动器1包括框架3。光盘驱动器还包括固定到框架3的电机4，电机4限定转动轴5以转动光盘2。为了容纳和保持光盘2，光盘驱动器1包括转盘和夹紧毂6，在主轴电机4的情况下，夹紧毂6安装在电机4的主轴心轴7上。
光盘驱动器1还包括可移置滑座10，滑座10由未在图中示出的引导装置以垂直于转动轴5的光盘2的径向方向可移置地引导。径向滑座致动器11设计用于调节滑座10相对于框架3的径向位置。这种致动器在滑座10与框架3之间建立径向联接12，这种联接是弹性联接。光盘驱动器还包括平台20，平台20可以以相对于滑座10的径向方向移置。径向平台致动器21在平台20与滑座10之间建立径向联接22，这种联接是弹性联接。由于光盘驱动装置1通常按照现有技术构成且并非本发明的主题，所以不再对光盘驱动装置1进行进一步的揭示。前面对光盘驱动器的描述仅是为了清楚。
图3示意性地示出了示于图2中的光盘驱动器的部分，该部分是本发明的主题。气隙致动器130连同多个光学元件安装在所称的光学拾取单元(OPU)中，这种光学拾取单元未在图中示出。这种OPU放置在平台20中。可将OPU至少以径向方向移动，以像前面所描述的那样类似于在所有的CD或DVD中选定光盘上的不同位置。
气隙致动器130包括近场透镜组件，该近场透镜组件在图4中示出。这种透镜组件包括聚焦透镜141和固体浸没透镜SIL 142，聚焦透镜141和固体浸没透镜SIL 142安装在透镜支架140中。正如由索尼公司在文件(T.Ishimoto等人在Santa Fe的《光学数据存储年报2001》)中所论证的那样，从在透镜组件中具有垂直极化(“Malthese cross”的集成强度)的反射光获得良好的间隙误差信号131。间隙误差信号131用在间隙伺服系统132中，以保持SIL 142与光盘136之间的气隙距离133。间隙伺服系统132将间隙误差信号131用作输入来产生表现良好的(快速反应、无过冲等)间隙控制信号134，通过以轴向方向移动透镜组件来将间隙控制信号134发送回气隙致动器130，以跟随光盘跳动135。在致动器130内，与电磁线圈结合的一对永磁体通常完成以下动作：通过改变通过线圈的电流，它们(以及透镜组件)会以聚焦方向移动。另一个实施例涉及如压电致动器。因此，透镜组件(准确地来讲是SIL的出口表面)与光盘136的入口面之间的距离保持在预定的值(并且在规定的范围之内)。当光盘如出于跳动135的原因而以轴向方向移动时，透镜组件会由间隙伺服系统132引导，以精确地跟随光盘136。由于气隙致动器130的位移通常与间隙控制信号134成比例，所以这种信号是跳动135的直接度量。因此，光盘的至少一转(周期P)之后的示于图5中的这种信号的峰到峰值V是用于光盘跳动135的良好误差信号。
将间隙控制信号134用作向共用控制电路137的输出。在控制系统文献资料中，许多可能的实施是公知的。控制电路137生成控制信号或控制信号的组合，以按照将间隙控制信号134减小的方式驱动偏斜校正头138，见图5。
为了使这种方法发挥作用，透镜141需要进入近场区域，即在激光波长的约1/10之内，介于290nm(专业激光系统)与780nm之间，尤其在405nm。为了实现这个目的，需要满足某些条件：光盘136应在透镜141的机械倾斜容限内相对于透镜141对齐，透镜141的机械倾斜容限通常在1到几mrad。这可通过如合理地精确的夹紧机构来进行，这种夹紧机构确保这种对齐。不过，对于商用驱动器来讲，这通常会要求进行某些改变，如蓝光光盘具有小于100μm的跳动，100μm的跳动对应于约0.5mrad。受限的夹紧精度进一步地增加这种跳动。
图6示出了可用在本发明中的光盘夹，这种光盘夹具有以X和Y方向改变倾斜的装置。可通过调节两个螺杆手动操作的偏斜工作台在前侧标有X和Y。这些螺杆操作两个小的杠杆，这些杠杆提供相对于电机轴的以两个独立方向的工作台的倾斜动作。
电控偏斜校正机构可以以多种原理为基础，如电磁和压电。所有的这些方法可用于提供电控倾斜动作。也可以有多种变化，这些变化的一些示例在图7和图8中示意性地示出。
图7示意性地示出了利用杠杆型倾斜装置的倾斜致动器的实施示例。光盘安装在如顶板170、180上，且电机轴172、182附到底板175、185。顶板和底板都由弹簧174、184保持在一起，并可在球窝接头171、181上方转动。驱动楔块173的电控装置172、182执行倾斜动作，楔块173附到线性轴176，电控装置172、182如电机、电磁和压电致动器。这种楔块173的移动会导致顶板170相对于底板175倾斜。
图8示出了替代倾斜致动器，在这种致动器中，电控装置182将轴183直接驱动倚在顶板180上，以提供倾斜动作。
可以用任何适当的形式来实施本发明，这些形式包括硬件、软件、固件或它们的任何组合。不过，优选将本发明以计算机软件来实施，这种软件在一个或多个数据处理器和/或数字信号处理器上运行。可以用任何适当的形式来从物理上、功能上和逻辑上实施本发明的实施例的元件和器件。实际上，功能性可以在单一单元、多个单元中实施，或者作为其它的功能性单元的一部分来实施。因此，本发明可在单一单元中实施，或者可在物理上和功能上分布在不同的单元和处理器之间。
在权利要求书中，术语“包括”并不排斥其它元件或步骤的出现。而且，虽然多个装置、元件或方法步骤单独列出，但它们可以由如单一单元或处理器来实施。此外，虽然单独的特征可包括在不同的权利要求中，但这些特征也可有利地组合，且包括在不同的权利要求中并不意味着这些特征的组合不可行和/或不利。另外，单数含意并不排斥复数。术语“一个”、“第一”和“第二”等并不排除复数。权利要求中的参考符号仅是为了阐明示例而提供，且不应解释为以任何方式对权利要求书的范围进行限制。
前面通过参考在附图中示出的某些实施例对本发明进行了描述。不过，这些实施例并不限制本发明，而仅是为了对本发明进行说明。阅读本说明书的人员可用不同的方式对本发明进行修改和完善，且这些修改也旨在包括在本发明的范围之中。本发明仅由所附的专利权利要求书所限制。

Claims (8)

1.一种用于在光盘驱动系统中控制光盘跳动的装置，所述装置包括：
可转动轴(7)；
保持装置(6)，所述保持装置(6)布置在所述轴并用于保持光盘(2、136)，以使所述光盘的法线基本上平行于所述轴；
倾斜装置(138)，所述倾斜装置(138)布置在所述保持装置处并用于将所述光盘倾斜；
采集单元(10)，所述采集单元(10)布置在所述光盘驱动器处并用于从所述光盘读取信息或将信息写到所述光盘；
伺服装置(132)，所述伺服装置(132)用于保持所述采集单元距所述光盘的距离(133)，所述伺服装置产生控制信号(134)；
其特征在于：
控制装置(137)，所述控制装置(137)通过所述控制信号(134)来控制所述倾斜装置(138)，以将所述光盘(2、136)的法线调节到与所述轴(7)平行。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：
所述控制信号(134)是具有DC分量和AC分量的信号，所述DC分量和AC分量具有对应于所述光盘的转动速度的周期性和与所述距离相关的振幅；
所述控制装置(137)可以以第一和第二方向控制所述倾斜装置(138)以减小所述振幅。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述控制装置(137)以X方向控制所述倾斜装置(138)以减小所述振幅，然后以Y方向控制所述倾斜装置以进一步减小所述振幅，并且选择性地重复这个程序。
4.如前面的权利要求中的任何一项所述的装置，其特征在于：
所述采集单元(10)包括光源和透镜组件，所述光源如激光器，所述透镜组件用于在所述光盘处引导所述光源的光束，
所述透镜组件包括固体浸没透镜(SIL)(142)，所述固体浸没透镜(142)由致动器(130)控制到非常接近于所述光盘(2、136)的表面，所述致动器(130)由误差信号(131)所控制。
5.一种用于在光盘驱动系统中控制光盘的跳动的方法，所述光盘驱动系统包括：
可转动轴(7)；
保持装置(6)，所述保持装置(6)布置在所述轴并用于保持光盘(2、136)，以使所述光盘的法线基本上平行于所述轴；
倾斜装置(138)，所述倾斜装置(138)布置在所述保持装置处并用于将所述光盘倾斜；
采集单元(10)，所述采集单元(10)布置在所述光盘驱动器处并用于从所述光盘读取信息或将信息写到所述光盘；
其特征在于：
通过伺服系统(132)保持所述采集单元距所述光盘的距离(133)，所述伺服系统(132)产生控制信号(134)；
向所述倾斜装置提供所述控制信号，以将所述光盘的法线调节到与所述轴平行。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述控制信号(134)是具有DC分量和AC分量的信号，所述DC分量和AC分量具有对应于所述光盘(2、136)的转动速度的周期性和与所述距离相关的振幅；
所述方法还包括：
以第一和第二方向操作所述倾斜装置(138)以减小所述振幅。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：包括：
以X方向操作所述倾斜装置(138)以减小所述振幅；
以Y方向操作所述倾斜装置以进一步减小所述振幅；以及
选择性地重复所述程序。
8.如权利要求5、6或7所述的方法，其特征在于：还包括：
在所述光盘通过透镜组件引导光源的光束，所述透镜组件包括固体浸没透镜(142)，所述光源诸如激光器；以及
通过致动器(130)将所述固体浸没透镜的距离(133)控制到非常接近于所述光盘的表面，所述致动器(130)由误差信号(131)所控制。
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