专利名称：校准激光反射信号装置的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种校准激光反射信号(imagible)装置的装置和方法，特别涉及一种校准光学驱动装置的装置与方法。
背景技术：
当激光(或其他光源)与传感透镜相对于光驱中的光盘由光学头(OPU)控制)径向移动时，光盘表面和透镜之间的距离(以下称为Z-距离)基本保持不变。然而，光盘表面可能出现各种缺陷，并且/或者光盘的形状可能发生变化。例如光盘可能成马铃薯片型(也就是光盘沿直径弯曲)或者杯型(也就是光盘外边缘通常为平面，但不与光盘中心共面)。以前处理这些缺陷的方法和装置中，使透镜相对于光盘的各个部分基本保持最佳聚焦的Z-距离。该最佳聚焦的Z-距离与能够写入光盘和读取的数据量最大时的Z-距离一致。然而，在其它的应用中最佳聚焦的Z-距离可能并不理想。因而，需要知道对应于光盘上各位置处最佳聚焦的增益。
发明内容
本发明的目的是提供了一种可以调整光学读取装置的透镜与介质表面距离的校准方法。
本发明解决上述问题的方法是提供一种校准光学头的方法，该方法包括下列步骤在光盘的第一位置处，向透镜施加一个已知的音圈转换速率；移动所述透镜通过一个距离范围，所述距离范围包括所述透镜处于最佳聚焦状态的距离；在所述透镜移过所述距离范围时，监控和信号；确定所述和信号中与所述透镜处于最佳聚焦状态的距离相对应的波峰；由所述透镜处于最佳聚焦状态的距离所对应的波峰，计算和信号转换速率；利用所计算的和信号转换速率，计算音圈增益。
本发明的方法还可以包括以下步骤利用所计算的音圈增益和偏移距离，计算音圈电压偏移；利用所计算的音圈电压偏移，校准输入音圈的电压。
本发明另一个目的是提供了一种可以执行调整光学读取装置的透镜与介质表面距离的校准方法的程序产品。
本发明解决问题的方法是提供一种用于校准光学头的程序产品，所述程序产品包括机器可读程序代码，当运行所述程序代码时，机器可以执行下述方法在光盘的第一位置处，向透镜施加一个已知音圈转换速率；移动所述透镜通过一个距离范围，所述距离范围包括所述透镜处于最佳聚焦状态的距离；当所述透镜移过所述距离范围时，监控和信号；确定所述和信号中与所述透镜处于最佳聚焦状态的距离相对应的波峰；由所述透镜处于最佳聚焦状态的距离相对应的波峰，计算和信号转换速率；利用所计算的和信号转换速率，计算音圈增益。
本发明的程序产品，还可以使机器执行以下步骤利用所计算的音圈增益和偏移距离，计算音圈电压偏移；利用所计算的音圈电压偏移，校准输入音圈电压。
本发明另一个目的提供了一种可以调整光学读取装置的透镜与介质表面之间距离的装置。
本发明解决问题的方法是提供一种激光反射信号(imagible)装置，其中包括一个透镜；一个记录介质托盘；和一个调整机构，所述调整机构配置成为记录介质的基本上所有位置确定音圈增益；并根据在所述记录介质上的每一个位置确定的音圈增益，调整所述透镜和所述记录介质托盘上的记录介质之间的距离。
本发明通过移动透镜，使该透镜的Z-距离由最佳聚焦Z-距离稍微偏移，增强对光盘的写入能力。
图1A是由变化的音圈电压(mv)所限定的音圈施加电压随时间(ms)变化的曲线图。
图1B是对应于图1A中音圈施加电压，显示透镜移动距离的透镜Z-距离随时间的曲线图。
图2A是图1A所示的音圈的音圈转换速率ρ的曲线图。
图2B是与图2A的音圈转换速率ρ对应的第一和信号ρ1。
图2C是与图2A的音圈转换速率ρ对应的第二和信号ρ2。
图2D是与图2A的音圈转换速率ρ对应的第三和信号ρ3。
图3是图2B的第一个和信号ρ1波峰的曲线图。
图4是一个校准透镜Z-距离方法的实施例的示意图，该方法可以由一个程序产品执行。
图5是一个CD光驱的实施例的示意性描述，该CD包括一个光盘托盘、一个透镜以及一个用于调整托盘中的光盘与透镜之间的Z-距离的调整机构。
具体实施例方式
以下就附图所描述的本发明各实施例作详细说明。附图中相同的附图标号表示相同和相似的部件。
一般，透镜定位在与光盘处于最佳聚焦位置的高度相对应的Z-距离处。图5B中给出了关于Z轴方位的解释，沿着该Z轴调节Z-距离偏移。最佳聚焦的Z-距离可基于返回透镜的和信号的波峰进行确定，如后文所详细描述。但是在产生凭人的视力易读的标志时，需要使用最佳聚焦以外的Z-距离，也就是对激光光束进行散焦可以提供更好的图象质量和/或更快的打印。
在CD标记激光成像中使用的化学物质只能承受某一最大光强，并且还必须处于临界温度以上一段时间。激光束处于最佳聚焦状态时，增加激光功率可允许将打印时间加快，直到激光将介质损坏。一个解决方案是增大激光功率并通过Z-距离偏移将光束散焦，以使系统能够在光盘上一次就写出较大的光点，从而打印得更快。例如，当透镜的Z-距离由最佳聚焦的Z-距离稍微偏移(例如30μm)时，在光盘上书写的能力便可增强。
最佳聚焦状态传统上由在光盘上形成最小直径光点的光学头所规定，光点的直径由光点的半峰全宽(FWHM)定义。如果与最佳聚焦相对应的透镜Z-距离为0μm，则用于标记的最佳光强对应于偏移在-80μm(朝向光盘)和+20μm(远离光盘)之间的偏移。在一个实施例中，偏移可以是大约-30μm，即位于这个范围的中间。因而，如果最佳聚焦Z-距离大约为1.4mm，用于标记的聚焦偏移的Z-距离大约是距离光盘1.4mm-30μm＝1370μm。
为了获得-30μm的偏移，施加在音圈(该线圈将该透镜固定在预定的Z-距离，例如最佳聚焦Z-距离)的电压必须改变。电压的改变程度又取决于光驱的音圈的音圈增益(coil gain)。音圈增益控制透镜相对于光盘的Z-距离。关于图1和图2，对于给定时间变化Δt(ms)，音圈增益可以定义为将透镜移动一个特定距离ΔZ(μm)所需的电压变化ΔV(mV)如下CG＝ΔZ/ΔV 式1当提供给音圈的电压或电流(以下简称电压)改变，透镜的Z-距离相应改变。例如，如图1A和图1B所示，当提供给音圈的电压增加，透镜的Z-距离相应增加，并通常伴随着一个由机械惯性引起的相移延迟。然而，在传统的光驱中，相对于特定的电压改变ΔV的Z-距离改变ΔZ不容易测量，因而音圈增益不能简单地在测量的Z-距离改变ΔZ和电压改变ΔV基础上进行计算。
然而，由公式1，如果能够确定音圈增益，则对应Z-距离的预期变化ΔZ可以根据如下公式计算出电压改变ΔV
ΔV＝ΔZ/CG式2另一个问题是音圈增益受到光盘表面改变的影响。例如，在打印过程进行中音圈增益受温度变化的影响最强。因而，尽管在传统的CD光驱内可以将预定的偏移加到透镜上，但由于音圈增益的变动，结果并不起作用。因而，如果要想使偏移起作用，必须在光盘的每一个位置以重复方式对音圈增益进行连续定值和调整，以施加正确的电压偏移来获得预定的Z-距离偏移。因而，为了正确地设定光盘每一个位置上的Z-距离偏移ΔZ需要准确了解光盘每一个位置上的音圈增益。
如图2A-2D所示，当音圈电压随时间以固定的音圈转换速率(slewrate)ρ线性增加时，可以通过某一时刻t1和信号的波峰(如图2B-2D所示)确定最佳聚焦Z-距离。然而，对于一个给定的扫描时间，和信号ρ1、ρ2、ρ3峰的形状可能会变化(如图所示)，这种变化取决于音圈马达的老化、采样间隔、采样方向(也就是透镜朝向或离开光盘方向移动)、介质类型、工作温度的改变或者其他原因。由于上述原因，可对基于和信号ρ1、ρ2、ρ3波峰的音圈增益计算结果进行平均、滤子化、回归等处理，以获得更精确的音圈增益。此外，也可对多次(例如大于100)采样值以及相关的计算结果进行平均、滤子化、回归等处理，以获得更精确的音圈增益。
已经确定光盘上特定位置的音圈增益与该位置的和信号及输入音圈转换速率有关。特别是，该位置上的和信号转换速率，由光盘上特定位置的最佳聚焦峰附近的和信号的电压变化速率确定。可以用音圈增益已知输入音圈转换速率计算和信号转换速率，以获得音圈增益，这将在后面详细描述。音圈电压的受控变化确定输入音圈转换速率(VCSR)。特别地，对于图2A的示例，VCSR被定义为VCSR＝ΔVC/ΔtC＝(VC2-VC1)/(tC2-tC1)式3如图3所示(该图是最佳聚焦点附近的图2B中的和信号ρ1的放大图)，可测量相对于该段时间所出现的和电压变化ΔVSR(相对tF的ΔVSF)的峰值的上升时间ΔtR(或下降时间ΔtF)。
出于精确的目的，当从一个基线值进行测量时(如图所示)，上升时间ΔtR(或下降时间ΔtF)以及相关的电压变化ΔVSR(或相对于ΔtF的ΔVSF)最好在波峰达到其峰值的40％和峰值的90％的时间点之间进行测量。这种范围限定的原因是在低于40％时和信号容易受到双反射的影响，而大于90％时和信号容易受到当光盘表面接近最佳聚焦点时所出现的噪音的影响。此外，尽管所示的测量时间点取在40％和90％两点，可以理解测量时间可以取在40％和90％之间的任意位置。而且，如后面所描述的，在上升时间ΔtR(40％和90％之间)和下降时间ΔtF(90％和40％之间)期间都可进行测量，可对测量结果进行平均、滤子化、回归等处理，以获得更准确的结果。
如图3所示，上升时间ΔtR在波峰达到其峰值40％的时刻tR1和达到其峰值90％的时刻tR2之间进行测量。类似地，下降时间ΔtF在波峰达到其峰值90％的时刻tF1和达到其峰值40％的时刻tF2之间进行测量。结果ΔtR＝tR1-tR2式4ΔtF＝tF1-tF2式5与上升时间ΔtR相关的上升时间和电压的变化ΔVSR，通过用tR2时刻的和电压减去tR1时刻的和电压来计算。类似地，与下降升时间ΔtF相关的下降时间和电压的变化ΔVSF，通过用tF1时刻的和电压减去tF2时刻的和电压来计算。
注意，如果在峰值的上升区和下降区采用相同的峰值百分点，上升时间和电压的变化ΔVSR和下降时间和电压的变化ΔVSF相同，并可以简单地定义成ΔVS(如图所示)。然而，可以理解如果使用不同的峰值百分点，则上升时间和电压的变化ΔVSR和下降时间和电压的变化ΔVSF的变化也不同。
上升时间ΔtR和下降时间ΔtF的和信号转换速率SSR可以定义为SSR1=ΔtR/ΔVSR]]>式6SSR2=ΔtF/ΔVSF]]>式7如后面详细描述，可以利用其中任意一个和信号转换速率计算音圈增益。然而，可对和信号转化速率SSR1和SSR2进行平均、滤子化、回归等等处理。例如，可如下式将和信号转化速率SSR1和SSR2取平均而获得更准确的和信号转换速率(SSR)SSR＝(SSR1+SSR2)/2式8而且，如前面所讨论，由于和信号的形状可能发生变化，也可能获得多个和信号并对每一个增加的和信号进行SSR确定。另外，由于在音圈转换速率与和信号之间可能存在延迟，在测量和信号转换速率的过程中可能引入误差。然而，这种误差可通过两次经过最佳聚焦点而基本忽略，也就是沿正Z-方向一次，沿反Z-方向一次。
该音圈增益可用由前面就公式3讨论的输入音圈转换速率进行计算。由于已经知道和信号转换速率以及音圈转换速率，音圈增益可用与移动透镜的光学头相关的常数k来计算。音圈增益可用下式计算CG＝(k)(1000μm/mm)(SSR)/(VCSR) 式9例如，如果使用具有常数K为2.54E-3mm/V的NEC9100A光学头，所计算出的和信号转换速率为2V/18.67ms，并且输入音圈转换速率为0.619mV/ms，则音圈增益为CG＝(2.54E-3mm/V)(1000μm/mm)(2V/18.67ms)/(0.619mV/ms)式10CG＝0.440μm/mV 式11因而，根据公式2，可以根据Z-距离偏移ZOS和音圈增益计算出音圈电压偏移ΔVOS为ΔVOS＝(ZOS)/CG 式12如果要得到-30μm的Z-距离偏移ZOS，则将降低音圈电压偏移ΔVOS如下
ΔVOS＝-30μm/(0.440μm/mV)＝-68.18mV 式13因而，如果在最佳聚焦点向音圈所施加的电压VOF是1.0V，则在该偏移Z-距离位置所施加的电压为VOS＝VOF-ΔVOS＝1.0V-68.18mV＝931.82mV 式14实际上，可以在光盘上打印进行时确定音圈增益，并相应地调整输入音圈电压。另外，为了增强精确性，可以在光盘的各个位置进行多次音圈增益确定，并可对各种音圈增益结果进行平均、滤子化、回归等处理。
随后参照图4描述一系列步骤，用以计算音圈增益和将透镜移动到一个预定Z-距离偏移ΔZOS所需的电压变化。当然，这些步骤基本上在激光功率减小以后进行，以防止光盘上被打上标记。
在第一步骤110中，预先确定所需要的Z-距离偏移ΔZOS。例如，如果透镜的起始Z-距离定义为0μm，Z-距离偏移例如可以限定在-80μm(朝向光盘)和+20μm(离开光盘)之间。在步骤120中(该步骤可以在步骤110之后或者同时进行)在透镜230(如图5所示)上施加基本固定的音圈转换速率，使透镜230在包括最佳聚焦Z-距离ZOF在内的垂直范围移动。在透镜上施加音圈转换速率时，如步骤130所示，由光盘反射到传感器的随时间变化的和信号被监测。获得和信号后，随即可在步骤140中确定与最佳聚焦Z-距离ZOF对应的波峰。根据和信号中的峰值上升时间和下降时间，可在步骤150中计算出和信号转换速率。在步骤160中，计算出音圈转换速率后，随即可用输入音圈转换速率和所计算和信号转换速率计算出音圈增益。音圈增益一旦确定，就可在步骤170内用该音圈增益连同所需的Z-距离偏移ΔZOS计算出音圈电压偏移ΔVOS。最后，在步骤180中，该音圈电压偏移ΔVOS在最佳聚焦VOF处施加到音圈电压上，产生偏移音圈电压VOS。
当然，应当理解对于光盘的各个位置，该方法会需要一次迭代过程。因而，在光盘的某一特定位置设置偏移音圈电压VOS之后，随即可在光盘的另一位置重复该过程(既可以在步骤110开始也可以在步骤120开始)。
上述方法可以包括在一个程序产品的实施例中，该程序产品可以包括在CD光驱、DVD光驱或其它光学(或非光学)驱动器内。例如，一个包括程序产品的微控制器(可以是如图5所示的调整机构240)可以控制透镜230相对于光盘220的径向和/或Z-距离移动。另外，该微处理器编程产品还可以控制光盘上各个位置的音圈增益和/或Z-距离偏移的计算(包括平均、回归等)以及这些计算得以进行的取样数。换句话说，微控制器可包括配置成执行上述Z-距离校准方法步骤的程序产品。
图5示意表示用以执行前面描述的校准方法的CD光驱、其它光驱或类似的激光反射信号(imagible)装置(下文称CD光驱)。光驱200包括一个用以支持光盘或其它记录介质(下文称光盘)的托盘210。光线由光源250(例如激光二极管)发出并经光盘220反射进入物镜230，下面将详细说明。
为了使透镜230能够适当地聚焦反射光线，该透镜230必须与光盘220间隔适当的Z-距离。Z-距离(透镜230和光盘220之间的间隔)可以根据前面所述的方法通过控制可移动线圈236上的电压来进行调节。可移动线圈236基于固定磁铁238引入的电压来移动透镜230靠近或离开光盘。
参照图5，光源250发出如源于它的指向箭头所示的光线。光线通过准直透镜232并通过衍射光栅280。通过该衍射光栅280以后，光线通过分束器270并随后通过四分之一波片234，该四分之一波片234将光线的偏振态由线偏振转化为圆偏振。通过该四分之一波片234以后，光线进入并通过该物镜230。
该物镜230将光线聚焦到光盘上成为光点，并将光线(如图所示)反射回该物镜230，反射光线再经过该四分之一波片234返回到线偏振光。该反射光反向通过该该四分之一波片234后，光线由该分束器270改变到第二透镜239方向，第二透镜239将该光线聚焦到传感器300，该传感器300产生前面所讨论的和信号波形。
通过和信号，可以根据前面讨论的方法确定音圈增益。转而又可以用音圈增益连同Z-距离偏移ZOS计算出音圈电压偏移ΔVOS。调整机构240然后可以调整磁铁238，使在线圈236上所感应的电压由所计算的音圈电压偏移ΔVOS调整。通过改变线圈236上所感应的电压，物镜230将移动基本等于Z-距离偏移ZOS的距离(相对于光盘)。
除了进行上述音圈增益校准外，该调整机构240可以调整Z-距离，以使透镜基本处于最佳聚焦或者相对最佳聚焦的预定偏移位置。此外，这些校准可以在光盘的各个位置进行。例如，调整机构240可以调整Z-距离，以使透镜处于朝向光盘-80μm和离开光盘+20μm之间(假设最佳聚焦相对于的Z-距离为0μm)。更具体地说，该调整机构240可以调整Z-距离，使透镜处于大约-30μm位置处。
上面描述了本发明的实施例，但本发明并不受其限制。本领域技术人员显然可以在不脱离本发明范围和精神的前提下对本发明进行各种修改和变形。因而，其它音圈校准系统和调整输入音圈增益电压以获得特定Z-距离偏移的方法完全在所要求保护的本发明的范围内。因而，应当明白这里描述的装置和方法实施例仅是说明性的，并不限定本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求指明。
权利要求
1.一种校准光学头的方法，该方法包括下列步骤(a)在光盘的第一位置处，向透镜施加一个已知的音圈转换速率；(b)移动所述透镜通过一个距离范围，其中包括所述透镜处于最佳聚焦状态的距离；(c)在所述透镜移过所述距离范围时监测和信号；(d)确定与所述透镜处于最佳聚焦状态的距离对应的所述和信号中的波峰；(e)根据所述透镜处于最佳聚焦状态的距离所对应的和信号的波峰，计算和信号转换速率；(f)利用所计算的和信号转换速率，计算音圈增益。
2.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤(g)利用所计算的音圈增益和偏移距离，计算音圈电压偏移；(h)利用所计算的音圈电压偏移，校准输入音圈电压。
3.如权利要求1所述的方法，还包括以下步骤(g)在光盘的第二位置处重复步骤(a)-(f)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于计算音圈增益的步骤(f)中，包括将所述和信号转换速率除以所述音圈转换速率。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于计算音圈电压偏移的步骤(g)中，包括将所述偏移距离除以所计算的音圈增益。
6.一种用于校准光学头的程序产品，所述程序产品包括机器可读程序代码，它们被执行时机器实施下述方法(a)在光盘的第一位置处，向透镜施加一个已知音圈转换速率；(b)移动所述透镜通过一个距离范围，其中包括所述透镜处于最佳聚焦状态的距离；(c)当所述透镜移过所述距离范围时监测和信号；(d)确定与所述透镜处于最佳聚焦状态的距离对应的所述和信号中的波峰；(e)根据所述透镜处于最佳聚焦状态的距离相对应和信号的波峰，计算和信号转换速率；(f)利用所计算的和信号转换速率，计算音圈增益。
7.如权利要求6所述的程序产品，其特征在于所述所述方法还包括以下步骤(g)利用所计算的音圈增益和偏移距离，计算音圈电压偏移；(h)利用所计算的音圈电压偏移，校准输入音圈电压。
8.如权利要求6所述的程序产品，其特征在于所述所述方法还包括以下步骤(g)在光盘的第二位置处重复步骤(a)-(f)。
9.一种激光反射信号装置，其中包括一个透镜(230)；一个记录介质托盘(210)；和一个调整机构(240)，用以(a)确定记录介质(220)的基本上所有位置处的音圈增益；并(b)根据在所述记录介质(220)上的各个位置确定的音圈增益，调整所述透镜(230)和所述记录介质托盘(210)上的记录介质(220)之间的距离。
10.如权利要求9所述的激光反射信号装置，其中所述调整机构(240)用以在所述记录介质托盘(210)中的记录介质(220)的基本上所有位置处，将所述透镜(230)调整到相对于与最佳聚焦距离对应的距离的预定偏差距离。
全文摘要
一种激光反射信号(imagible)装置(200)，包括一个透镜(230)、一个记录介质托盘(210)和一个调整机构(240)。该调整机构(240)配置成用来确定记录介质(220)的基本上所有位置处的音圈增益。
文档编号G11B7/0037GK1649002SQ20051000703
公开日2005年8月3日 申请日期2005年1月28日 优先权日2004年1月30日
发明者A·L·范布罗克林, D·E·安德森 申请人:惠普开发有限公司