用於控制光碟驅動系統中盤偏移的裝置和方法

2023-05-30 04:42:21

專利名稱：用於控制光碟驅動系統中盤偏移的裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種用於控制光碟驅動系統中盤偏移(disc runout)的裝置。本發明還涉及一種用於控制光碟驅動系統中盤偏移的方法。
技術背景以前提到的光碟驅動系統通常包括光學拾取裝置，其用於到和/或 從任何一種光碟類存儲介質(例如，CD、 DVD或BD)上寫入和/或讀 取信息。光拾取裝置在沿旋轉光碟表面的徑向上移動。根據本發明的光碟系統是所謂的近場光碟系統，此後將說明近場 光碟系統的一般背景。近場光碟裝置使用具有近場透鏡結構的光學系統，近場透鏡結構 通常包括聚焦透鏡和固態油浸透鏡(SIL)。使用近場光學系統的原因 是能夠在光掃描系統中的光記錄載體(在本發明中稱之為"盤，，)上 記錄的最大數據密度與會聚到盤上的輻射光斑的尺寸成反比。聚焦到 盤上的光斑越小，能夠在盤上記錄的數據密度越大。而前述的光斑尺寸又是由會聚在盤上的光束的波長入和用在光拾 取單元中的聚焦透鏡結構的數值孔徑(NA)確定的。參照圖la),其示出了聚焦透鏡100和通過透鏡100的光學掃描 射束102。透鏡100的NA被定義為NA=n sin( 6 )，其中n是光束聚焦到其上的介質的折射率，e是在所迷介質中的光束的聚焦錐體的半角。很明顯在空氣中(正如用於圖la的透鏡100的情況)或通過平面平板 會聚的透鏡的NA的上限是一。類似100的透鏡被稱之為遠場透鏡或遠 場透鏡結構。如果光會聚在空氣-介質界面處不發生折射的高折射率介質中，例 如通過會聚在如圖lb)所示的半球固態油浸透鏡104的中心，則透鏡 的NA可超過一。在這種情況下，有效的NA為NAeff=nNAo，其中n 是半球形固態油浸透鏡104的折射率，NAo為按照圖la)的聚焦透鏡 100在空氣中的NA。
為了進一步提高NA，現有技術中已知使用如圖lc)所示的超半球 固態油浸透鏡。超半球透鏡朝光軸折射光束。現在，有效的 NAe =n2NAo。超半球固態油浸透鏡的光學厚度為R(l+l/n)，其中n是 透鏡材料的折射率，R是透鏡106的半球形部分的半徑。重點注意只有當從固態油浸透鏡106的光學出射面108到盤表面 的距離非常短時，才會出現大於一的有效的NAeff。所述距離典型的小 於射線波長的十分之一。前述距離也被稱作近場。該較短的近場意味 著在對光碟進行寫入或讀取期間，固態油浸透鏡和盤之間的距離必須 總是要小於幾十納米。前述考慮涉及"笫一表面"情況，其中盤不包括射束將通過它會 聚到信息層上的覆蓋層。在盤具有例如3微米厚的覆蓋層的情況中，光斑不是被聚焦在SIL 的出射表面上，而是聚焦在覆蓋層下面的數據層上。因此，在SIL表 面處的光斑尺寸比會聚光斑大得多，例如大10微米。如在第一表面的 情況中，盤與SIL之間的距離需要非常小以允許將光有效的耦接到盤 上。差別在於穿過空氣間隙之後，所述光在聚焦到數據層上之前可以 通過覆蓋層繼續傳播。本發明可用於所述第一表面情況以及用於基底入射(覆蓋層)的 情況，即所述近場光學掃描系統包括這種在SIL(權利要求1中的近場透鏡)和基底(介質)之間使用漸逝耦合的基底入射系統。為了在讀取和寫入操作期間保持這種非常小的距離，必須使用專 用伺服系統和適當的間隙誤差信號。這種伺服系統具有有限的帶寬， 並且因此需要被設計用於某一確定允許的殘餘間隙誤差，典型的為 2nm。達到該值所需要的帶寬取決於旋轉速度(對於更高的速度，更難 於跟隨任何"垂直"擾動)和最大垂直盤偏移(更大的偏移是更加困 難的)。很顯然，最大垂直偏移應該被最小化以允許最高的旋轉速度， 並因此還允許最高的數據傳輸速率。因此，期望將光碟正確的夾緊在盤驅動系統的可旋轉支撐上的預 定位置，使得光碟在旋轉期間在平坦的平面上移動，所述平面在關於 所述支撐(例如，轉臺)的旋轉軸的徑向上延伸。然後，光拾取器就 在其徑嚮導引的部分上移動，由此光拾取器單元和光碟表面之間的距離保持相同。 然而，存在若干個光碟不能精確按照那個平坦導引的平面進行旋 轉的原因。 一個原因是在轉臺上可能存在不希望的粒子材料，使得夾 緊裝置不能將光碟正確的推到轉臺表面上，除非不正確的夾緊光碟。 在那樣的情況下，光碟將在相對於轉臺傾斜的位置上被夾緊。這可在 其旋轉期間和從固定位置看導致光碟邊緣在軸向上發生擺動(垂直擾 動)，其中擺動頻率等於光碟的旋轉速度(以每秒多少轉表示)。另一個原因可能是電機軸(旋轉軸)的不精確或運轉，從而導致 軸旋進(記錄載體的這種傾斜)。盤的垂直位移，也稱作盤偏移，首先是由盤的平面度確定的。如果盤被彎曲或扭曲，則將導致較大的偏移。作為例子，15cm(6英寸) 直徑的矽波動器具有好於大約5微米的固有偏移，而聚碳酸酯盤(類 似例如用於已知的CD和DVD)可具有幾百微米的偏移。其次，偏移 是由驅動器中的盤安裝或夾緊機構來確定的。如果安裝或夾緊引起盤 相對於電機軸略微傾斜，稱作盤歪斜(垂直於電機軸的盤的角度)， 甚至極平的盤也會表現出相當大的偏移(參見圖2)。為了量化這種效 應，給出一個例子具有O.l。 (=1.75mrad)盤歪斜的極平的12cm盤 (r=6cm)在接近其邊緣處會表現出大到3M微米的偏移。在近場光碟 系統中，需要使用用於近場透鏡結構的實際聚焦致動器和伺服系統將 盤歪斜最小化以便獲得可接受的數據傳輸速率。作為例子，具有實際 帶寬的光碟系統針對的是U00rpm (每分鐘轉數)，並且具有土211111 或更小的殘餘間隙誤差。使用良好設計的控制系統和優良的致動器， 這對應於±10微米的最大允許偏移。其結果是對於直徑為12釐米的平 面盤，歪斜將小於O.lmrad或0.006° 。純機械的解決方案要麼太大和太昂貴，要麼不夠精確。因此，需 要一種自動的盤歪斜校正方法，並且還需要一種針對偏移適當的誤差 信號。JP11-016186披露了一種具有兩個物鏡的光學拾取器裝置，用於通 過使用從一個物鏡輻射的光束記錄和再現信息和使用來自另 一個物鏡 輻射的光束檢測光碟的傾斜來處置具有不同基底厚度的光碟。US5970035披露了 一種利用光碟作為記錄介質的光碟驅動系統。所述裝置包括用於控制光碟和物鏡之間的相對傾斜的歪斜控制機構， 用於在或從具有標準記錄密度的第一光碟和具有較高記錄密度的第二
光碟上選擇的記錄和/或再現數據。 笫二光碟上記錄和/或再現數據時， 和物鏡之間的相對傾斜。只有當笫二光碟被加栽以及在或從 才通過歪斜控制機構控制第二光碟發明內容本發明的目的是提供一種用於控制使用近場光拾取器單元的光碟 驅動系統中的盤偏移的裝置，以及一種用於控制精確且不昂貴的近場 光碟驅動系統中的盤偏移的方法。根據本發明，該目的是通過用於控制光碟驅動系統中的盤偏移的 裝置實現的，所述光碟驅動系統包括定義旋轉軸的可旋轉支撐，所述支撐被布置用於保持盤使得盤的法線基本上平行於旋轉軸；布置用於 使盤傾斜的傾斜裝置；光拾取器單元，被布置在光碟驅動器處用於從 所述盤讀取信息或將信息寫入到其上，所述光拾取器單元具有近場透 鏡結構；和控制裝置，用於藉助控制信號控制傾斜裝置調節盤的法線 以使盤偏移最小化，其中所述控制信號是由所述驅動器單元中額外存 在的遠場透鏡結構產生的。關於所述方法，執行本發明的目的是通過一種用於控制光碟驅動 系統中的盤偏移的方法實現的，所述驅動系統包括定義旋轉軸的可 旋轉支撐，所述支撐被布置用於保持盤使得所述盤的法線基本上平行 於旋轉軸；布置用於使盤傾斜的傾斜裝置；光拾取器單元，被布置在 光碟驅動器處用於從所述盤讀取信息或將信息寫入到其上，所述光拾 取器單元具有近場透鏡結構；所述方法包括步驟從所述驅動系統中 額外存在的遠場透鏡結構產生控制信號，並將所述控制信號提供給傾 斜裝置用於調節盤的法線以使盤偏移最小化。通過根據本發明的盤歪斜校正裝置以及盤歪斜校正方法使用用於 控制傾斜裝置的控制信號這樣的事實，本發明避免了耗時的盤傾斜預 對齊過程和/或更加精確的夾緊機構，所述控制信號是通過遠場透鏡結 構產生的。除了用於讀/寫近場光碟的近場透鏡結構之外，還存在遠場 透鏡結構。這種遠場透鏡結構可能已經存在於能夠讀/寫BD或DVD以 及近場盤的向後兼容的驅動器中。使用通過遠場透鏡結構產生的控制 信號而不是使用近場聚焦伺服系統來產生偏移誤差信號的優點是遠場 透鏡並不需要進入近場區域，對於進入近場區域將是從近場透鏡結構
獲得所述控制信號的情況。因此，不需要相對於遠場透鏡初始精確對 齊盤，並因此在根據本發明的裝置和方法中不需要精確的預對齊和/或 充分精確的夾緊機構。由於遠場透鏡結構的非常巨大的工作距離，所以在盤上聚焦是容 易的並且夾緊可以是簡單直接的。雖然盤和遠場透鏡結構之間的這種 距離較大，分派給遠場透鏡結構的聚焦誤差信號的靈敏度和聚焦控制信號的精度都是充足的。例如，在DVD系統(雷射波長650nm，物鏡 NA-0.6)中，聚焦殘餘誤差小於0.2微米，而在類似BD系統(雷射波 長405nm，物鏡NA-0.85)中，聚焦殘餘誤差相應的更小。這些值相 對於近場光學掃描系統所允許的最大IO微米的偏移要小得多，因此非 常有可能基於來自這種遠場光學系統的聚焦控制信號而使偏移最小化 至低於所要求的等級。在本發明環境下，被布置用於使盤傾斜的傾斜裝置可被設計為使 盤的支撐傾斜的傾斜裝置，但也可例如將其設計為使旋轉軸或電機傾 斜的傾斜裝置。在所述裝置的一個優選實施例中，所述控制信號是從與遠場透鏡 結構的聚焦誤差相關的聚焦控制信號荻得的。在根據本發明的方法中，光束通過遠場透鏡結構聚焦在盤上，從 遠場透鏡結構的聚焦誤差獲得聚焦控制信號，並將聚焦控制信號輸入 給控制裝置用於盤歪斜的校正。其優點是與遠場透鏡結構的聚焦誤差相關的聚焦控制信號呈現出 對盤偏移的依賴性，盤偏移與每轉時盤的軸向移動成比例。這種依賴 性可有利的用於控制傾斜系統以便使盤偏移最小化，盤偏移接下來會 使聚焦控制信號最小化。當所述裝置還包括用於遠場透鏡結構的聚焦伺服和聚焦致動器 時，可以非常廉價的方式在光碟驅動系統中實現本發明。在根據本發明的方法中，聚焦控制信號優選的是通過聚焦伺服產 生的並進一步輸入給用於控制遠場透鏡結構的聚焦致動器的聚焦伺 服。依靠這些措施，所述光碟驅動系統還能用於讀/寫BD或DVD盤， 在所述情況下遠場透鏡結構組成用於這些類型的盤的光拾取器單元， 並當對近場盤進行讀/寫時，遠場透鏡結構被有利的用於盤偏移校正。 在另一個優選實施例中，所述控制信號是具有DC分量和AC分量 的信號，具有與盤的旋轉速度相應的周期性和與盤軸向移動相關的幅 度，控制裝置在第一和第二方向上控制傾斜裝置以使幅度最小化。在這種境況下，優選的，如果控制裝置在X方向上控制傾斜裝置 以使幅度最小化，然後在基本上垂直的Y方向上控制傾斜裝置以便使 幅度進一步最小化，並選擇性的重複該過程。因此，在該方法中，優選的是第一方向和基本上垂直的第二方 向上控制傾斜裝置用於使幅度最小化，其中進一步優選的在X方向上 控制傾斜裝置以使幅度最小化，和在Y方向上控制傾斜裝置以便使幅 度進一步最小化，並且如果需要則選擇性的重複該過程。另外的優點通過下述說明和相應附圖將是明顯的。應該理解在不脫離本發明範圍的情況下，前述特徵和下面簡要解 釋的那些特徵不但可以給定的組合的方式應用，而且可以其它症且合或 分開應用。本發明的一個典型實施例在附圖中示出，此後將參照附圖對其進 行說明。


圖1 (a)到(c)為能在盤驅動器中使用的透鏡結構的示意圖； 圖2為根據本發明的盤驅動器的示意側視圖； 圖3為用在圖2的盤驅動器中的近場透鏡結構的示意圖； 圖4為根據本發明一個實施例的傾斜致動器的示意側視圖； 圖5為根據本發明另一個實施例的傾斜致動器的示意側視圖；圖6為從額外用在圖2的盤驅動器中的遠場透鏡結構獲得的控制信號的示圖。
具體實施方式
圖2為以非常示意的表述方式表示的光碟驅動系統10。系統10包括用於支撐或保持盤14的可旋轉支撐12。盤14是在被加載到盤驅動系統中時從其讀取信息或將信息寫入到其上的記錄載體。可旋轉支撐12包括定義旋轉或電機軸16的電機(未示)。支撐
12被布置以保持盤14，使得盤14的法線18基本上平行於旋轉軸16。 然而，在某些環境中，例如由於盤的不精確安裝或形成可旋轉支 撐一部分的不精確夾緊機構(未示)，盤14的法線18可能相對於旋 轉軸16傾斜。這種傾斜常常被稱作為盤歪斜，其在圖2中是用附圖標 i己20才示出的。盤歪斜20導致顯著的垂直移動，稱為在盤14的外周處偏移，如 由雙箭頭22所示。 一旦盤14每次旋轉時，盤14的外周24就會在上部 最大位置(如由圖2中的虛線所示)和下部最大位置(如由圖2中的 實線所示)之間軸向移動。如下面將介紹的，本發明的目的在於使這 種偏移最小化。盤驅動系統10還包括一個光拾取器單元26，其包括在圖3中更詳 細示出的近場透鏡結構28。近場透鏡結構28包括第一透鏡30和第二透鏡32，其中第二透鏡 32是類似於圖lc)的固態油浸透鏡(SIL)。固態油浸透鏡32和第一透 鏡30被布置在透鏡保持器34中。如此將近場透鏡結構28定位在光拾 取器單元26中，使得固態油浸透鏡32以幾十納米的非常微小的距離 面對盤14。驅動系統12還包括一個傾斜致動器，用於通過使盤14傾斜，使 得盤歪斜20並且由此使偏移22最小化，從而校正盤歪斜。為了提供用於傾斜致動器36的適當控制信號，所述盤驅動系統還 包括一個遠場透鏡結構38，其例如包括如圖la)所示的透鏡。"遠場透 鏡結構，，這裡意味著類似於圖la通過遠場透鏡結構的光在空氣中(或 通過覆蓋層)被會聚在盤14上，這不同於近場透鏡結構28，類似於圖 lb和lc，近場透鏡結構28在固態油浸透鏡32的出射面處(或通過覆 蓋層)而將光會聚在光軸上，從而通過漸逝耦接而將光與盤14耦接。 遠場透鏡結構距盤14的距離比近場透鏡結構28大。所述盤驅動系統還包括一個用於遠場透鏡結構38的聚焦伺服40 和用於沿雙箭頭44移動遠場透鏡結構38的遠場聚焦致動器。通過遠場透鏡結構38的光被聚焦在盤14上。聚焦誤差信號46被輸入給聚焦伺服，所述聚焦伺服產生輸入給遠場透鏡結構的聚焦致動 器42的聚焦控制信號48。聚焦控制信號48還用作用於控制傾斜致動器36的控制信號。為 此，聚焦控制信號48被饋送給盤歪斜校正電路50，盤歪斜校正電路產 生用於控制傾斜致動器36的控制信號52，接下來傾斜致動器36使盤 14傾斜以便最小化盤歪斜20以及由此的盤偏移22。盤l4典型的是近場盤，以便帶有近場透鏡結構28的光拾取器單 元26從盤14讀取信息或將信息寫到盤14上。另一方面，遠場透鏡結 構38可用於從其它類型的盤14(例如DVD或BD)讀取信息或將信息 寫到其上，使得盤驅動器單元10可用於讀取或寫入各種盤類型。由聚焦伺服40產生的聚焦控制信號48是偏移22的直接量度，並 且如圖6所示呈現周期性進程。"P"代表聚焦控制信號48的周期， 如圖6所示其具有AC分量，其幅度"V"是盤偏移22的直接量度。 當傾斜致動器36調節盤法線18以使其與旋轉軸16基本上平行時，信 號48的幅度也被最小化。本發明中使用的傾斜致動器36或"歪斜校正頭，，36可被布置用於 在如由圖2中的坐標系統中所示的X和Y方向上修改盤14的傾斜。電 控傾斜致動器或歪斜校正頭36可以基於各種原理，例如，電磁、壓電。所有這些原理都可用於提供電控傾斜動作。圖4和5表示由傾斜致動器36提供的傾斜機構的原理的例子。圖4示意的表示使用杆型傾斜機構的傾斜致動器36的一個實施 例 傾斜致動器36包括可在其上放置盤14的頂板56。用於旋轉盤14 的電機與底板58連接。板56和58由彈簧60保持在一起並能在球窩接 頭62上旋轉。通過驅動與線性軸68耦接的楔形物66的電控裝置64(例 如，電機、電磁或壓電致動器)來執行傾斜致動。楔形物66的移動將 引起頂板56相對於底板58傾斜。在圖5中示出了傾斜致動器36的另一個實施例，其類似於圖4的 實施例或與之相同包括頂板70、底板72、球窩接頭*74、彈簧76。電 控裝置78直接驅動靠在頂板70上的軸80提供傾斜動作。應該理解遠場透鏡結構38在光碟驅動系統中可以是單獨的光拾取 器單元，但也可以集成在具有近場結構的光拾取器單元中。在前面的說明中，已經說明了使支撐傾斜並由此使盤傾斜的傾斜 裝置。其它結構也能滿足條件，例如，用於使電機旋轉軸或電機本身 傾斜的傾斜裝置。
權利要求
1、一種用於控制光碟驅動系統(10)中的盤偏移的裝置，包括-定義旋轉軸(16)的可旋轉支撐(12)，所述支撐(12)被布置用於保持盤(14)使得所述盤的法線(18)基本上平行於旋轉軸(16)；-布置用於使盤(14)傾斜的傾斜裝置(36)；-光拾取器單元(26)，被布置在光碟驅動器處用於從所述盤(14)讀取信息或將信息寫入到其上，所述光拾取器單元(26)具有近場透鏡結構(28)；和-控制裝置(50)，用於藉助控制信號(52)控制傾斜裝置(36)調節盤(14)的法線(18)以使盤偏移最小化，其中所述控制信號(52)是從所述驅動系統(10)中額外存在的遠場透鏡結構(38)中獲得的。
2、 根據權利要求l所述的裝置，其中控制信號(52)是從與遠場 透鏡結構(38)的聚焦誤差相關的聚焦控制信號(48)獲得的。
3、 根據權利要求2所述的裝置，還包括用於遠場透鏡結構(38) 的聚焦伺服(40)和聚焦致動器(42)。
4、 根據權利要求1到3中的任何一個所述的裝置，其中控制信號 (52)是具有DC分量和AC分量的信號，具有與盤的旋轉速度相應的周期性和與遠場透鏡結構(38)和盤(14)之間的距離相關的幅度(V)， 控制裝置(50 )在第一和第二方向上控制傾斜裝置(36 )以使幅度(V )最小化。
5、 根據權利要求4所述的裝置，其中控制裝置(50)在X方向上 控制傾斜裝置(36 )以使幅度(V )最小化，然後在Y方向上控制傾斜 裝置(36)以便使幅度(V)進一步最小化，並選擇性的重複該過程。
6、 一種用於控制光碟驅動系統中的盤偏移的方法，所述驅動系統 包括-定義旋轉軸(16)的可旋轉支撐(12)，所述支撐U2)被布置 用於保持盤(14)使得所述盤(14)的法線(18)基本上平行於旋轉 軸(16);-布置用於使盤(14)傾斜的傾斜裝置(36);-光拾取器單元U6)，被布置在光碟驅動器處用於從所述盤(14) 讀取信息或將信息寫入到其上，所述光拾取器單元(26)具有近場透 鏡結構(28);和 其中所述方法包括步驟從所述驅動系統(10)中額外存在的遠場透鏡結構(38)獲得控 制信號(52)，並將控制信號(52)提供給傾斜裝置(36)用於調節 盤(14)的法線(18)以使盤偏移最小化。
7、 根據權利要求6所述的方法，其中光束通過遠場透鏡結構(38) 會聚在盤(14)上，從遠場透鏡結構(38)的聚焦誤差獲得聚焦控制 信號(48)，並將聚焦控制信號(48)用作控制裝置(50)的輸入。
8、 根據權利要求7所述的方法，其中所述聚焦控制信號是通過聚 焦伺服(40)產生的並進一步輸入給用於遠場透鏡結構(38)的聚焦 致動器(42)。
9、 根據權利要求6到8中的任何一個所述的方法，其中控制信號 (52)是具有DC分量和AC分量的信號，具有與盤(")的旋轉速度相應的周期性和與遠場透鏡結構(38)和盤(14)之間的距離相關的 幅度(V)，所述方法還包括在第一和第二方向上控制傾斜裝置(36) 以使幅度(V)最小化。
10、 根據權利要求9所述的方法，其中在X方向上控制傾斜裝置 (36)以使幅度(V)最小化，和在Y方向上控制傾斜裝置(36)以便使幅度(V)進一步最小化，並選擇性的重複該過程。
11、 一種光學掃描系統，包括根據權利要求1到5中的任何一個 所述的裝置。
12、 一種適於使用根據權利要求6到10中的任何一個所述方法的 光學掃描系統。
全文摘要
本發明披露了一種用於控制光碟驅動系統(10)中的盤偏移的裝置，其包括具有旋轉軸(16)的可旋轉支撐(12)，所述支撐(12)被布置用於保持盤(14)使得所述盤的法線(18)基本上平行於旋轉軸(16)；布置在所述支撐(12)上用於使盤(14)傾斜的傾斜裝置(36)；光拾取器單元(26)，被布置在光碟驅動器(10)處用於從所述盤(14)讀取信息或將信息寫入到其上，所述光拾取器單元(26)具有近場透鏡結構(28)；並且還包括控制裝置(50)，用於藉助控制信號(52)控制傾斜裝置(36)調節盤(14)的法線(18)以使盤偏移最小化，其中所述控制信號(52)是從所述驅動系統(10)中額外存在的遠場透鏡結構(38)獲得的。另外，還披露了一種用於控制這種偏移的方法。
文檔編號G11B7/135GK101128872SQ200680006331
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月14日 優先權日2005年2月28日
發明者C·A·弗舒倫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司