专利名称：光拾取器的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及一种光学系统中的光拾取器，用于将信息写入光学存储介质和/或从光学存储介质上读出数据。这种存储介质的实施例可以是例如CD-ROM、CD-R、CD-RW、DVD等等。在这些实施例中，光学存储介质为盘状。
背景技术：
正如本领域所公知的那样，光盘包括至少一个轨道，所述轨道能够包含写入其中的数据。所述盘可以具体实施为只读盘盘与记录在轨道上的数据一同制造出来，所述数据仅可以从盘上读出。然而，现在也公开了一种允许用户在盘上记录数据的可写入光盘；在这种情况下，所述盘通常制作为空白盘，即具有轨道结构但轨道上没有记录数据的盘。
盘驱动设备可以是只读设备，即仅能够从记录盘上读取信息的设备。然而，盘驱动设备也可以用于将信息写入到可记录盘的轨道中。
由于光盘以及用于读取或写入光盘的盘驱动设备通常是已知的，因此，在这里就不必进一步详细讨论其工作过程。
就一切情况而论，盘驱动设备包括用于接收光盘以及以预定旋转速度旋转光盘的装置。盘驱动设备还包括光头或光拾取器，其包括光束发生器，典型的是激光器，用于将激光束导向旋转盘的表面，用于接收被盘反射的反射光束，并用于将接收的反射光束转换为电信号。因而，光拾取器包括光束发生器、用于将光束导向光盘的光学系统、用于将光转换为电信号的光检测器和用于接收反射光并将所述反射光导向光检测器的光学系统。所述光学系统能够将光束会聚在光盘的轨道上，还能够将接收的反射光束会聚在光检测器上。光学系统可沿光轴(z方向)移动，以补偿光程长度上的不同。与所述光学透镜系统相关的伺服系统用于保持所需的聚焦。
光拾取器中所存在的一个问题是光检测器必须相对于光束精确定位。光检测器在z方向上位置的容差约在100μm数量级。在垂直于z方向(x方向径向；y方向轨道方向)上的容差约在10μm数量级。在制造光拾取器的过程中，难于获得上述定位精度。并且，考虑到光拾取器有可能受到温度变化以及温度骤变和/或机械冲击的影响，更难于保证在光拾取器的使用期限内保持所述定位精度。如果光拾取器不能定位在所需容差的范围内，将会影响盘的播放能力，甚至会引起光拾取器的废弃。
发明内容
本发明的一个重要目的在于消除所述问题。具体的说，本发明的目的在于提供一种改进的光拾取器，其可以降低对光检测器的容差限制。
更具体地说，本发明的目的在于提供一种用于光拾取器的伺服系统的改进的控制器，所述控制器被编程(软件)以使光拾取器对光检测器的定位误差的敏感度降低。
为了实现这些目的，根据本发明的光拾取器增加了对光束的聚焦补偿。此外，现已发现，所述聚焦补偿使拾取器对光检测器的定位误差敏感度降低。
本发明的这些和其它方面、特征以及优点将通过下文中参考附图对根据本发明的光拾取器的优选实施方式进行详细描述而进一步说明，其中，相同附图标记代表相同或类似的部分，其中图1示意性地示出了光盘驱动器；图2A-C示出了抖动和DPDPP对定位误差的测量结果的曲线图；图3A示出了4象限光检测器的视图；图3B是控制器在现有技术中的实施方式的方框图；图4是根据本发明的控制器的实施方式的方框图；图5是用于根据本发明的控制器的校准程序中的校准步骤的方框图；图6是用于根据本发明的控制器的另一校准程序中的校准步骤的方框图。
具体实施例方式
下文中将针对用于从光盘上读取信息的光盘驱动器来详细描述本发明。然而，本发明也可用于将信息写入可记录光盘的光盘驱动器。
图1示意性地示出了光盘驱动器的相关元件，整体上以附图标记1表示。光盘驱动器1包括用于接收光盘2和以预定旋转速度旋转光盘2的装置；为了简便起见，这些接收装置和旋转装置没有在图1中示出。
光盘驱动器1包括光拾取器3，用于将光束4导向光盘，以在盘2的旋转过程中扫描光盘2的记录轨道；用于接收被光盘2反射的反射光束4’，所述反射光束4’根据存储在光盘上并由光束4读取的信息被调制；和用于根据光学读取信号产生电信号S。
为了实现上述功能，光拾取器3包括光束发生器10，典型的是激光二极管。光束发生器10产生的光束4经过分束器11和光学透镜系统12导向光盘2，所述光学透镜系统典型地包括准直透镜13和物镜14。由光盘2反射的光束4’沿光路返回穿过光学透镜系统12，但是分束器11将所述反射光与来自激光发生器10的光束4分离开，从而，反射光4’的大部分光束到达了光检测器20。在所示的例子中，从光学透镜系统12到光检测器20的光路基本是通过分束器11的直线，而从光束发生器10到光学透镜系统12的光路在分束器11处旋转了90度。正如对本领域技术人员来说是显而易见的，光束发生器10和光检测器20理论上可以变换位置，以使从光束发生器10到光学透镜系统12的光路是穿过分束器11的直线，而从光学透镜系统12到光检测器20的光路在分束器11处产生90度转角。
物镜14可沿光束轴向(z方向)移动，如箭头A所示，以便将光束4精确会聚到光盘2的轨道上。用于在z方向上移动物镜14的可控位移装置统一由附图标记30表示。由于这种位移装置是公知的，因此在这里没有必要对这种位移装置的结构和工作作详细地描述。
位移装置30由来自伺服控制器31的控制信号Sc控制，所述控制器接收光检测器20的输出信号S作为输入信号。由于用于控制位移装置30的这种伺服控制器31是公知的，因此，在这里没有必要对这种伺服控制器的设计和操作进行详细描述。
光拾取器3整体可在光盘2的径向(x方向)上移动，如箭头B所示，以便能够沿光盘2的螺旋形轨道移动，或在采用同心圆轨道的情况下从一条轨道跳到另一条轨道。用于在径向(B)上移动光拾取器3的位移装置统一由附图标记40表示。由于这种位移装置是公知的，因此在这里不必要对这种位移装置的结构和工作进行详细描述。
径向位移装置40由跟踪伺服控制器41控制，所述控制器也接收光检测器20的输出信号S作为输入信号。由于这种用于控制径向位移装置40的伺服控制器41是公知的，因此在这里没有必要对这种伺服控制器的设计和工作进行详细描述。
在光拾取器3中，反射光束4’的焦点F是空间上的固定点，基本上与透镜位移装置30所设定的物镜14的轴向位置无关。因此，光检测器20的位置在窄容差范围内与焦点F的位置精确对位，这是十分重要的。
现在将参考附图2A-2C来解释光检测器20定位不准即定位误差的影响。图2A是抖动对定位误差的曲线图。光检测器20的定位误差由横轴表示。零位置点与光检测器20与焦点F精确对准的位置相应。相对于所述精确对准点的定位误差以μm表示。所述曲线图的纵轴表示抖动，以百分比表示。在上下文中，“抖动”被认为是RF信号的所有边沿与所述RF信号产生的时钟信号之间时间差的测量偏差(标准偏差σ)。
所述曲线图中的点与从某个光拾取器所获得的测量值相对应，其中，光检测器20在与光轴垂直的径向(x方向)上被故意移动。连接这些测量点的曲线表示计算出来的最佳拟合。
图2B是与图2A类似的曲线图，除了在该曲线图中光检测器20在与光轴垂直的轨道方向(y方向)上被故意移动。
首先，参考以菱形表示的测量点和连接它们的虚线，因为这些测量点与现有技术中的结构所取得的测量结果相应。以方块表示的测量点和连接它们的实线与从实现本发明的结构所取得的测量结果相应，以便图示出本发明的有益效果，下面将对其进行详细说明。
从菱形表示的测量点中可以明显得知，当光检测器20与焦点F正好对准时，抖动具有最小值。如果定位误差小于10μm，则抖动随定位误差的增长相对较小。当定位误差大于约10μm时，抖动随定位误差迅速增长。这种抖动的增加导致了盘播放能力的下降。
跟踪控制器41根据差分相位检测(DPD)方法处理来自光检测器20的输出信号S。所述方法对于本领域技术人员而言是公知的，因此在这里没必要对所述方法进行解释。关于DPD方法的更多信息，参见1997年12月在第20页(14.1节)公开的标准ECMA-267“120mm DVD-只读盘”；所述标准可以从网址www.ecma.ch获取。
通过上述方法足以看出，DPD信号在何处具有表示为Φpp的峰峰值。图2C示出了光检测器20的定位误差对所述控制信号值Φpp的影响。在图2C中，横轴也表示光检测器20相对于焦点F的位置的定位误差，以μm表示。纵轴表示与焦点F处的控制信号值进行比较时所述控制信号值Фpp的相对差Δ。所述差值可以以如下方式进行计算。
Δ＝{Φ(0)-Φ(e)}/Φ(0)×100％在这种情况下，应当注意，控制信号值Φpp的精确值与对本发明的阐释无关。当光检测器20的定位误差为零时，值Φpp，即Φ(0)，被用作参考值。某个定位误差下的值Φpp表示为Φ(e)。
从图2C中明显可以得出下述结论控制信号值Φpp随定位误差e的增长而急速下降；这导致对光盘上的读取光点的跟踪能力下降。
因此，图2A-C示出了对光检测器20的高定位精度的需要。X方向和y方向上的容差在10μm数量级。
现在交参考图3A和3B来详细解释聚焦伺服控制器31的工作。
典型的，光检测器20是4象限检测器，即光检测器20包括四个独立的部分21、22、23、24，所述四个部分根据正方形的四个象限的位置进行排布，如图3A所示。每个独立的检测器部分21-24都分别产生电测量信号S1-S4。伺服控制器31接收这四个光检测器信号S1-S4，产生聚焦控制信号Sc，所述聚焦控制信号输入到聚焦位移装置30。在平衡状态下(系统聚焦)，聚焦控制信号Sc为零，聚焦位移装置30将物镜14保持在原位。如果系统散焦，伺服控制器31产生其聚焦控制信号Sc，以使位移装置30将物镜14移动到聚焦控制信号Sc减小的方向。
在现有系统的典型状态下，聚焦控制信号Sc等于聚焦误差FE或与其成比例，其被定义为FE＝(S1-S2)/LPF(S1；S2)+(S3-S4)/LPF(S3；S4)这里，LPF(S1；S2)和LPF(S3；S4)分别表示对信号S1和S2的和的低通滤波和对信号S3和S4的低通滤波。
图3B示意性地示出了根据现有技术的伺服控制器31的功能性主框图。伺服控制器31具有四个输入端51、52、53、54，分别接收独立的检测器信号S1、S2、S3、S4。信号S1和S2在第一加法器55中相加，其输出信号S1+S2通过第一低通滤波器56。同样，第三和第三输入信号S3和S4在第二加法器57中相加，其输出信号S3+S4通过第二低通滤波器58。
第一和第二测量信号S1和S2在第一减法器59相减。第一除法器60将来自第一减法器59的输出信号S1-S2除以来自第一低通滤波器56的输出信号LPF(S1；S2)；第一除法器60的输出信号表示为SA。同样，第三和第四测量信号S3和S4在第二减法器61相减。第二除法器62把来自第二减法器62的输出信号S3-S4除以来自第二低通滤波器58的输出信号LPF(S3；S4)，第二除法器62的输出信号表示为SB。
来自除法器60和62的输出信号SA和SB由第三加法器63累加，以输出聚焦误差信号FE＝SA+SB。
实际上，现有技术中的伺服控制器具有不同于图3B中的实施例所阐释的设计。例如，低通滤波器56和58可以省略，原则上，甚至第一和第二加法器55和57以及除法器60和62都可以被省略，从而伺服控制器提供输出聚焦误差信号FE＝S1-S2+S3-S4。另一方面，如果需要，可以对减法器59和61的输出信号进行某种滤波，也可以对除法器60和62的输出信号某种滤波。这种滤波的滤波器特性以及如图所示的低通滤波器56和58的滤波器特性可以根据伺服控制设计的变化而改变。
总之，现有技术的伺服控制器31的设计为在反射光束4’作为柱状光点聚焦在光检测器20的中心的情况下，输出聚焦误差信号FE＝0，如图3A中的圆圈25所示。在这种情况下，四个测量信号S1、S2、S3、S4将彼此相等，从而，SA＝0，SB＝0。
图4示意性地示出了根据本发明的伺服控制器70。何服控制器70具有从四个独立检测器部分21-24接收四个测量信号S1-S4的四个输入端71-74，以及用于将控制信号Sc提供到光学透镜致动器30的输出端78。伺服控制器70包括第一级75，其从四个输入端71-74接收四个输入测量信号S1-S4，并被设计用于提供输出信号FE，所述输出信号FE在四个信号S1-S4具有相等的幅值的情况下等于零，例如，当反射光束4’投影为光检测器20的中心的圆点25时，所述信号FE等于零，如图3A所示。借助于实施例，本发明的伺服控制器70的第一级75与图3B所示的现有技术中的伺服控制器31相同。
根据本发明的伺服控制器70还具有补偿输入端76，接收补偿信号Фoff。减法器77从来自第一级75的误差输出信号FE中减去补偿信号Фoff，其结果作为控制信号Sc＝FE-Φoff在伺服控制器输出端78输出。
本领域技术人员明显可以得知，如果控制信号Sc等于零，即如果聚焦误差信号FE等于Фoff，被伺服控制信号Sc＝FE-Фoff控制的光学透镜系统致动器30将把物镜14保持在当前位置上。然而，如果Фoff不等于零，则光检测器20上反射光束4’的光点的形状将不再为圆形，而被拉长，例如椭圆形。典型的，所述拉长形状的长轴指向光检测器20的对角线之一。
因此，伺服控制器70中的补偿信号Φoff在光拾取器3中引入了故意聚焦补偿误差。
令人吃惊的是，现已发现，光拾取器3对光检测器20的定位误差敏感度现已降低。所述影响如图2A-B所示。如上所述，图2A是示出了作为光检测器20在x方向上的定位误差的函数的抖动的曲线图，图2B是类似的对y方向上位置误差的曲线图。在这些曲线图中，由菱形表示的测量点代表取自现有技术的结构的测量结果，即没有聚焦补偿，反射光束4’在测量光检测器20上聚焦为圆形光点。如果在伺服控制器70中将补偿信号Φoff选择为零，则伺服过程可以完全由第一级75确定，即与现有技术的过程相同。由方形表示的测量点与进行聚焦补偿的测量结果相关，即取自补偿信号Фoff＞0的本发明的伺服控制器70。从图2A和2B中明显可以认识到，在补偿信号Φoff＞0的情况下，抖动总小于没有聚焦补偿的情况下的抖动值。
应当发现，增加所述补偿信号Φff＞0对于定位误差作用于控制信号值Φpp的影响具有有益的效果。
在上述补偿信号Φoff＞0的测量结果中，补偿根据最佳值设定，如下所述。所述最佳值在实验结构的情况下约为3μm，但是对于其它结构而言其可以是不同的。然而，应当注意，本发明并不仅适用于最佳补偿值的情况。如果补偿值Фoff接近最佳值式补偿值Φoff在零(现有技术中的值)与最佳值之间的范围内，也可以获得上述优点。
原则上，补偿值也可以是变量。然而，补偿值Φoff最好仅在光盘驱动器开始工作时确定，并在盘驱动器的工作过程中保持恒定值。现在将详细描述确定有用的潜在的最佳值Φoff的过程。
图5是用于查找补偿值Φoff的工作值的校准过程中的校准步骤的方框图。所述校准过程可以简单地由伺服控制器70中的适当的软件实现，这对本领域技术人员来说是显而易见的。在图示的校准过程中，控制参数P是被认为补偿参数Фoff对所述参数P具有有益效果的参数值。在下文的说明中，假设参数P是光检测器20输出信号S的抖动值。抖动是所述检测器信号S(即各检测器信号S1、S2、S3、S4的组合)的品质的反映。由于伺服控制器70接收这些信号，因此，伺服控制器70可以用于获取表示抖动的信号，这对本领域技术人员而言是显而易见的。
在盘驱动器1开始工作之后，在第一步骤101，补偿参数Φoff被赋予初始值Φ(0)，其典型为零。针对所述值Φ(0)，对抖动进行测量，抖动的测量值表示为J(0)。
在第二步骤102，补偿参数Φoff的新值Φ(+)被计算为Φ(+)＝Φ(0)+ΔΦ，其中，ΔΦ是具有预定值的步长值。针对所述新值Φ(+)，测量抖动J(+)。
在第三步骤，新值Φ(-)＝Φ(0)-ΔΦ被计算出来，测量抖动J(-)。
在第四步骤中，确定J(0)是否具有组{J(-)，J(0)，J(+)}中的最小值。如果情况不是这样，则在第五步骤中，将分别产生最小抖动值J(-)或J(+)的补偿值Φ(-)或Φ(+)用作进一步近似步骤的新值，处理过程返回到第二步骤102。因此，在每个连续的近似循环中，当前补偿参数Фoff的近似值Φ(n)增加步长值ΔΦ，以产生Φ(+)，减少步长值，以产生Φ(-)，并确定这三个数值Φ(-)、Φ(n)、Φ(+)中哪个产生了最小抖动J(-)、J(n)、J(+)。每次Φ(-)或Φ(+)产生了好于Φ(n)的抖动结果，就执行新的近似步骤。一旦发现当前近似值Φ(n)产生了最小抖动值J(n)，就在第六步骤106中将当前近似值Φ(n)设定为补偿参数Φoff的工作值。之后，校准过程结束。
如果期望，则在执行步骤106之前，通过减少步长值ΔΦ和以所述低步长值继续步骤102的近似过程来细化近似过程。然而，实际上这是不必要的。
显而易见，步骤102和103可以交换位置。
在另一校准过程中，如图6所示补偿参数Φoff的初始值也被设定为零(201)。
在第二步骤202中，补偿参数Фoff增加步长值ΔФ，并测量相应的抖动值J(n)。
在下一涉骤203中，将测量的抖动值J(n)与预定阈值相比较。如果抖动低于所述阈值，则处理过程返回到第二步骤202，以增加补偿参数的值。持续进行补偿参数Φoff的所述阶梯式的增加，直到抖动值超过了预定抖动阈值Jt，其可以是例如15％。相应的补偿值Φ(n)MAX现在被存储下来(204)。
然后，在校准过程的第二阶段，重复上述步骤，但是现在从初始值减少补偿值，直到抖动再次超过预定阈值Jt。现在，存储当前的补偿值Φ(n)MIN(208)。
之后，假设抖动值对补偿参数Фoff的相应特性是基本对称的，则补偿参数Φoff的工作值计算为{Φ(n)MAX+Φ(n)MIN}/2(209)。
然而，也可以采用用于计算补偿参数Φoff的工作值的其它方法。
本领域技术人员可以清楚地了解到，本发明并不局限于上述的具体实施方式
，在附加的权利要求所定义的本发明的保护范围内可以作出各种改变和改进。
例如，在图4中，伺服控制器70图示为硬件实施方式。然而，本领域技术人员应当可以清楚地了解到，也可以用软件的形式实现伺服控制器70，例如对微控制器适当编程。在这种情况下，对补偿Φoff的想法也可以容易地通过在微处理器中适当的适用软件来实现。在这种情况下，由于本发明的实施方式不用添加任何硬件，因此，本发明可以实现如上所述的基本没有增加成本的有益效果。
此外，在上文中，“抖动”被用作表示光检测器输出信号品质的参数的例子，良好的品质相应于较低的参数值。本发明，加以必要的修正，还适用于监视参数的其它类型的参数值，其中，良好的光检测器输出信号品质相应于高参数值。
此外，代替从误差输出信号FE中减去补偿信号Φoff，也可以将本发明的伺服控制器70适用于将补偿信号Φoff增加到误差输出信号FE中。
此外，本发明的伺服控制器70可以具有用于接收外部补偿信号的补偿输入端76，拾取器3可以配备有编程以执行校准过程的控制单元，所述控制单元设定补偿信号。然而，伺服控制器70本身也可以用于产生内部补偿信号和编程以执行校准程序；在这种情况下，本发明的伺服控制器70不需要具有补偿输入端76。
此外，本发明的伺服控制器70可以适用于提供作为输出信号的误差输出信号FE，但是误差输出信号FE也可以仅是控制器内的中间计算结果。
权利要求
1.一种伺服控制器，用于控制光盘驱动器的光拾取器内的聚焦致动器；该控制器包括用于接收来自这种光拾取器的光检测器的各检测器信号的信号输入端；其中，伺服控制器用于处理其输入端所接收到的信号，以产生聚焦误差信号，如果输入端的信号表示的是会聚光束入射在这种光检测器的中心上的情况，则所述聚焦误差信号为零；伺服控制器还用于从所述聚焦误差信号中减去补偿参数，以提供差值作为控制输出信号；或作为选择，伺服控制器还用于将补偿参数加到所述聚焦误差信号上，以提供其和作为控制输出信号。
2.根据权利要求1所述的伺服控制器，用于从光拾取器的4象限光检测器接收各检测器信号；其中，该伺服控制器用于产生聚焦误差信号，如果四个输入端的信号都具有相同幅值，则该聚焦误差信号为零。
3.根据权利要求2所述的伺服控制器，用于根据下述公式计算聚焦误差信号FE＝SA+SB，其中，SA与第一和第二输入端接收到的输入信号之差成比例，其中，SB与第三和第四输入端接收到的信号之差成比例。
4.根据上述权利要求其中之一所述的伺服控制器，用于在伺服控制器开始工作时执行计算补偿参数的工作值的校准过程，并在工作期间保持补偿参数恒定。
5.根据权利要求4所述的伺服控制器，用于在所述校准过程中监视从输入信号得到的参数，所述输入信号在输入端被接收，代表光检测器输出信号的品质；逐步改变补偿参数的数值并测量所述参数的相应值；和将补偿参数的工作值设定为与所述参数的最佳值相应的数值。
6.根据权利要求4所述的伺服控制器，用于在所述校准过程中监视从输入信号得到的参数，所述输入信号在输入端被接收，代表光检测器输出信号的品质；逐步改变补偿参数的数值，直到补偿参数达到数值φ(n)MAX，在数值达到φ(n)MAX时，所述参数的数值达到预定阈值；向另一方向逐步改变补偿参数的数值，直到补偿参数达到数值φ(n)MIN，在数值达到φ(n)MIN时，所述参数的数值达到相同的阈值；和按照{Ф(n)MAX+Φ(n)MIN}/2计算补偿参数的工作值。
7.根据权利要求1-3其中之一所述的伺服控制器，还包括用于接收补偿信号的补偿输入端。
8.一种用于光盘驱动器的光拾取器，包括光检测器；相对于光检测器可移动地安装的物镜；用于移动物镜的光学位移致动器；根据上述权利要求中任意一个权利要求所述的伺服控制器，用于从光检测器接收输出信号作为输入信号，并根据所述光检测器输出信号产生用于控制致动器的控制信号。
9.一种光盘驱动器，用于从光盘上光学地读取信息和/或将光学信息光学地写入到光盘上，包括根据权利要求8所述的光拾取器。
全文摘要
一种光盘驱动器(1)，包括具有4象限光检测器(20)的光拾取器(3)；相对于光检测器(20)可移动地安装的物镜(14)；用于移动物镜(14)的光学位移致动器(30)；和用于控制聚焦致动器(30)的伺服控制器(70)。控制器(70)从光检测器(20)接收各检测器信号(S1，S2，S3，S4)。控制器(70)用于处理这些检测器信号，以产生聚焦误差信号(FE)，如果这些信号都具有相同的幅度，则所述误差信号为零。控制器(70)还适用于在所述聚焦误差信号(FE)中减去/加上补偿参数(φoff)，以提供差/和作为控制输出信号。
文档编号G11B7/09GK1647168SQ03808453
公开日2005年7月27日 申请日期2003年4月9日 优先权日2002年4月17日
发明者A·S·雅克, P·C·翁, T·L·林, G·辛格 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司