減少光碟機尋軌誤差偏移的方法

2023-06-08 07:22:31

專利名稱：減少光碟機尋軌誤差偏移的方法
技術領域：
本發明提供一種光碟機的誤差校正系統，尤指一種校正尋軌誤差偏移的校正系統。
背景技術：
光碟機已普及於市場上，並且為個人計算機所必備的配備之一。一般來說，光碟機的功用為讀取光碟中的數據，熟知的光碟機如CD-ROM、DVD-ROM，而一些光碟機可將數據燒錄於光碟中，如CD-RW、DVD-RW。光碟機可播放音樂與影像，或設置於錄像裝置以及其它電子裝置中。
光碟片儲存數據的方式為將數據以數位訊號的形式以凹洞(pit)的方法鑄壓於反射表面上，光碟片上有許多連續的軌道，每軌道是由許多凹洞(pit)與平坦面(land)所構成，用以儲存數據，而連續數據軌道是依據阿基米得螺旋(Archimedean spiral)的方式形成於光碟片上。由於每筆數據的起始處較接近光碟片的中央處，因此光學讀取頭讀取數據時是由內圈向外圈移動。凹洞的形成方式可為在光碟片的反射表面上實質地鑄壓刻痕，如只讀存儲器(ROM)的磁碟；或者利用不同的特殊染劑塗抹於可紀錄的光碟片，以相變化(phase-changing)形式將數據儲存於光碟片中。相較於早期技術，如留聲機錄放系統，由於現今使用光碟片來記錄像音數據，在讀取數據時是利用光學原理的方式讀取數據，於錄放裝置與數據表面之間並無任何實體接觸。
光碟機的光學讀取頭髮出雷射，聚焦於光碟片的反射表面，用以感測連續資料軌道上的凹洞與平坦面。請參閱圖1，圖1顯示DVD凹洞11、平坦面12以及光碟片10反射表面上的軌道結構與讀取雷射孔13。讀取雷射孔13必須設置於連續數據軌道的中央，才可讀取數據。在可紀錄的光碟機中，伺服裝置，如聚焦伺服裝置與尋軌伺服裝置，其作用在於控制光學頭準確讀出記錄在光碟片軌道上的數據。聚焦伺服裝置的作用在於調整與維持讀取雷射孔13的對焦，在DVD的讀取頭中雷射孔13的直徑距約為0.9至1.0μm，通過由移動讀取頭的物鏡來調整光碟片10的反射表面與讀取雷射孔13的對焦。而尋軌伺服裝置的作用在於尋找數據軌道以及使讀取雷射孔13位於數據軌道的中央。由於各軌道之間的距離約為740nm(DVD規格)，若讀取雷射孔13不位於數據軌道的中央，讀取雷射可能由鄰近的軌道上讀取到凹洞數據。而讀取到的數據信號將變成無用的，因為數據信號處理電路無法正確地確認出凹洞與平坦面。
請參閱圖2，圖2為典型光碟機的讀取頭的示意圖。從雷射201所發出的光經由透鏡202形成一束平行光，此光束的一部分經由偏振光分割器(polarizing beam splitter，PBS)203的偏振平面反射至光檢測器204，而此光束的剩餘部分則經由鏡面207的反射，然後經由物鏡208對焦於光碟片10上。此外，光碟片10的反射光的路徑為上述光束的反方向，直到光束到達偏振光分割器203，經由偏振光分割器203的偏振平面反射至透鏡205與光檢測器206。光檢測器204用以檢測雷射能量，而光檢測器206主要用於讀取光碟片的數據。
另外，通過由檢測反射光的偏壓，以使讀取雷射孔13位於數據軌道的中央。由於此反射光束會導向分割光檢測器206，當讀取雷射孔13位於數據軌道的中央時，此反射光束以放射狀的方式行進，因此光檢測器206的兩半面所接收的光相同。請參閱圖3，圖3為反射光束的分析圖。光碟片10上鄰近的數據軌道可作為繞射柵，除了一般遵守「0階」的反射光束，亦即入射光束垂直鏡面的反射光束，+1階與+2階的反射光束以及對應於法線的-1階與-2階的反射光束是根據雷射201的波長以及光碟片數據的軌道距離而產生。平坦面12的作用如鏡面，可反射大部分的光至讀取頭20，而凹洞11的深度大約為讀取雷射201波長的四分之一(λ/4，λ為讀取雷射201的波長)，其反射的光較少。由於讀取的雷射束經凹洞11的底部反射所走的路徑約為λ/2，且經過180度的相偏移，經由凹洞11的底部反射的光束是為破壞性幹涉，破壞性幹涉發生於反射光的路徑上有兩不同相位的光束。請再參閱圖3，假若讀取雷射孔13偏移數據軌道的中央線，舉例來說，若P點相對於Q點向左偏移，則落於光檢測器206右側(206R)的+1階反射光的強度會增強，如同落於讀取雷射孔13中Q點左側的平坦面12增多；同樣地，落於光檢測器206左側(206L)的-1階反射光的強度會減弱，如同落於讀取雷射孔13中Q點右側的平坦面12減少。讀取雷射孔13若偏移數據軌道的中央會造成光檢測器206的輸出有所偏差，而偏差的部分是依據讀取雷射孔13偏移量而定。
請參閱圖4，圖4為現有尋軌伺服裝置40的示意圖。光檢測器206的偏壓組件的輸出經由放大器41差動放大，放大器41的輸出即為尋軌誤差(tracking error，TE)信號45，而後此信號再輸入尋軌補償器(trackingcompensator)42，以產生一適當的尋軌請求信號46，尋軌請求信號46通過由線圈43以驅動物鏡44。尋軌伺服裝置40的工作模式由數位訊號處理器(digital signal processor，DSP)47所控制，或由其它相似的裝置所控制。假如選擇循軌模式(tracking mode)，尋軌補償器42將利用尋軌誤差信號45來產生尋軌請求信號46，用以驅動物鏡44。當驅動物鏡44後，通過由線圈43以使物鏡44位置處於數據軌道上(如物鏡移動可沿著數據軌道)。尋軌誤差信號45在以上的伺服裝置迴路中不斷地循環，以達到穩定尋軌誤差信號45，因此物鏡會自數據軌道的中央移動最小的位移量，此方法稱為推挽尋軌(push-pull tracking)。假如未選擇循軌模式，尋軌補償器42將利用將尋軌誤差信號45經由低通濾波所得的尋軌誤差偏移52(如圖5所示)來產生尋軌請求信號46。利用此尋軌請求信號46以使物鏡44在某些模式下重新定位(reposition)或固定物鏡44，特別是「尋軌」模式，在「尋軌」模式(seeking mode)下，物鏡44必須跳過一部分的數據軌道。
在光學讀取頭裡的雷射路徑中，唯一可以移動的對象為物鏡44以及其殼體，一般來說，物鏡44以及其殼體受控於線圈43，用以反抗讀取頭20的殼體上的磁鐵。物鏡44的殼體可軸向移動以對焦，徑向移動以尋軌，但受限於切線方向的移動。
以上所述的光學路徑有兩個重要的含意，第一，除了物鏡以外，光學路徑是為靜止的；第二，物鏡44的殼體懸浮於擺臂(swing-arm)。換句話說，當物鏡44移動，光學路徑中不僅角度與距離改變，並且與光碟片10相關的物鏡44的方位調準也將改變。如此將影響落於光檢測器206的反射光路徑，因此會造成一偏移量，也就是所謂的尋軌誤差偏移(trackingerror offset)，而光檢測器206的輸出也將隨著物鏡44的位置改變而有所不同。請參閱圖5，圖5為尋軌誤差信號波形51(45)的示意圖，每一個完整的周期代表光學讀取頭經過光碟片10上的一條軌道。如圖5所示，尋軌誤差信號的正弦波(sine wave)51(圖4中的尋軌誤差信號45)有一直流偏移量(DC offset)52，此即為尋軌誤差偏移(tracking error offset)。因此，不論尋軌伺服裝置40的運作是選擇循軌模式或未選擇循軌模式，由於尋軌伺服裝置40中的直流偏移量，因此無法對物鏡44做最理想的定位。
圖6為尋軌誤差偏移52的示意圖，尋軌誤差偏移52是為低通濾波器(low-pass filter，LPF)的輸出。根據放大器的增益、尋軌伺服裝置40中讀取雷射201與光檢測器206的特性以及線圈43的靈敏度，尋軌請求信號(tracking demand signal，TRO)46可能大於或小於尋軌誤差信號45。因此，尋軌請求信號46中的直流偏移也相同地變大或變小。如圖6所示，其為二可能的尋軌請求信號46(TRO1(LPF)61或TRO2(LPF)62，其為尋軌誤差信號45經由不同的低通濾波組所產生)與尋軌誤差偏移52的關係示意圖。
若利用光學方式校正尋軌誤差偏移61，在光學組件與製造時間方面會造成成本的提高，因此，一般來說，尋軌誤差信號51利用電子修正的方式。雖然現有技術中已有解決光機(opto-mechanical)方式的專利案，如美國專利案第5,612,936號，或通過由改變光檢測器206的結構，如美國專利案第6,580,670號。在現有技術中，廣泛使用的系統也有規避尋軌問題的研究。舉例來說，三光束或多光束的系統通過由繞射柵(diffractiongrating)將讀取雷射201分割為一主光束(main beam)以及至少兩次光束(sub-beam)。次光束反射至對應的讀取頭的光檢測器，利用次光束光檢測器的輸出經由與主光束光檢測器的總輸出做差動修正，以解決尋軌問題。然而，利用光學的方式來解決現有問題，不但增加成本並且降低光學效益，此外，在任何寫入的運作的前，系統的次光束必須先遮蔽，因為次光束可能在數據軌道的一側上複製相同的寫入數據，因而造成寫入重複的數據。
如上所述，需要更好的方法來校正尋軌誤差偏移61，以使讀取光碟片10或寫入光碟片10的效率更好。

發明內容
本發明的目的是提供一種光碟機的尋軌誤差偏移的方法，以解決上述的問題。
本發明是揭露一種減少光碟機的尋軌誤差偏移的方法，其包含取得尋軌伺服請求信號(tracking servo demand signal)中與尋軌誤差信號(trackingerror signal)中的尋軌誤差偏移(tracking error offset)成比例一數值，提供一調整參數，用以調整該尋軌誤差信號，該調整參數與一放大尋軌誤差信號的調整參數相匹配(match)，以及將該尋軌誤差信號減去該調整後的信號。
尋軌補償器電路的輸出通過低通濾波器，而低通濾波器的輸出與尋軌補償器的輸入信號中未校正的直流偏移量成比例。為了調整比例值與尋軌補償器的輸入信號中的直流部分相同，經由放大器將此比例值乘以一預設的參數，然後從原始的信號中減去放大器的輸出結果。換句話說，尋軌補償器的尋軌誤差輸入信號，經由放大器的作用，不斷地以負回饋的方式來削減錯誤。


圖1顯示傳統光碟片凹洞、平坦面以及反射表面上的軌道結構與讀取雷射孔的示意圖；
圖2為典型光碟機的讀取頭的示意圖；圖3為現有推挽尋軌理論的示意圖；圖4為現有尋軌伺服裝置的示意圖；圖5為尋軌誤差信號波形的示意圖；圖6為尋軌誤差偏移的示意圖；圖7為本發明尋軌電路的示意圖；圖8為本發明尋軌偏移校正信號的示意圖；圖9為修正後的尋軌誤差信號的示意圖；圖10本發明使用可程序化裝置的實施例的示意圖。
具體實施例方式
以DVD-ROM為例，說明本發明的實施例。然而，本發明亦可實施於各類光碟機，如、CD-ROM、CD-RW、DVD-RAM、DVD-RW、DVD+RW、COMBO等光碟機，或汽車音響、外部光碟機，以及其它各類的光學媒體播放裝置與錄像裝置。一般光碟機中的尋軌伺服裝置的控制是使用推挽尋軌(push-pull tracking)方式，因此本發明最適合應用於單一光束的光學讀寫頭，但本發明並不限制應用於此。
請參閱圖7，圖7為本發明實施例70使用離散裝置(discrete device)的示意圖，請同時參閱圖10本發明使用可程序化裝置(programmable device)的另一實施例。
請參閱圖7，電路70包含一光分割檢測器206，其具有左側區域206L與右側區域206R，一差動放大器(differential amplifier)41，一尋軌偏移校正裝置(tracking offset corrector)71，一尋軌補償器(trackingcompensator)42，一物鏡44以及一線圈(force coil)43。尋軌補償器42另連接於一數位訊號處理器47(digital signal processor，DSP)47或類似的裝置。尋軌偏移校正裝置71包含一補償單元(offset extractor)72(如低通濾波器)，一調整放大器(scaling amplifier)73以及一總和放大器(summingamplifier)74。電路70的運作與圖4中的電路40相似，於此不再贅述。而本發明的電路70運作呈述於下。
如同現有技術，光檢測器206的輸出信號經過差動放大器41的處理，以產生尋軌誤差信號45。尋軌誤差信號45在輸入尋軌補償器42之前，必須先與尋軌偏移校正信號(tracking offset correction signal)76經過總和放大器74的處理(於後將有更詳細的說明)，而總和放大器74的輸出信號75再輸入尋軌補償器42中。雖然在此信號75已做修正，信號75可視為尋軌誤差信號加上尋軌誤差偏移的信號51(如同信號45)。假如選擇循軌模式，尋軌補償器42將利用尋軌誤差信號75來產生尋軌請求信號46，並經由線圈43以驅動物鏡44至空位置(null position)。因此，當選擇循軌模式時，物鏡44將位於光碟片10上凹洞(pit)資料的中央處，換句話說，物鏡44將沿著數據軌道移動。假若未選擇循軌模式，尋軌補償器42將利用經過低通濾波的尋軌誤差偏移52來產生尋軌請求信號46，其中尋軌誤差偏移52是經由尋軌誤差信號75而得的。利用此尋軌請求信號46以使物鏡44在某些模式下重新定位(reposition)或固定物鏡44，特別是「尋軌」模式，在「尋軌」模式下，物鏡44必須跳過一部分的數據軌道。
與尋軌誤差偏移成一比例的信號是表現於尋軌請求信號46中，此信號可通過由尋軌請求信號46通過尋軌偏移校正裝置71的補償單元72而被分離出來。請再參閱圖6，補償單元72的輸出信號可為圖6中的TRO1(LPF)61、TRO2(LPF)62或其它線性的直線，而這些直線的斜率隨著系統的調整參數(scaling factor)而不同。於下將利用TRO1(LPF)61來說明本發明，TRO(LPF)與TE(LPF)的直流數值是成倍數關係，如圖7中的調整放大器73將信號乘以k倍。k的數值可於製造光碟機時就已定義，或於每一次播放光碟時再重新定義亦可。通過由儲存TRO(LPF)61與TE(LPF)52相對於物鏡44的位置，計算出TRO(LPF)61與TE(LPF)52的平均值，k的數值為TRO(LPF)61除以TE(LPF)的結果。
TRO(LPF)61從補償單元72輸入調整放大器73被乘以k倍，因此信號變成k*TRO(LPF)，並且被轉換成尋軌偏移校正信號(tracking offsetcorrection signal)76，此尋軌偏移校正信號76仍具有原始尋軌誤差信號中的直流部分，請參閱圖8，圖8為尋軌偏移校正信號76的示意圖。
接著，利用總和放大器74將尋軌誤差信號45減去尋軌偏移校正信號76，以產生尋軌誤差信號75(TE-k*TRO(LPF))，因此通過尋軌補償器42的信號已除去尋軌誤差偏移。請參閱圖9，圖9為修正後的尋軌誤差信號75的示意圖。本發明的特色在於可修正任何尋軌補償器42所造成的偏移量。
請參閱圖10，圖10為本發明利用可程序化裝置100的示意圖，而圖10的所有運作與先前所述本發明的運作相同，於此不再贅述。
相較於先前技術，本發明可修正任何尋軌補償器42所造成的偏移量，尋軌補償器電路的輸出通過低通濾波器，而低通濾波器的輸出與尋軌補償器的輸入信號中未校正的直流偏移量成比例。為了調整比例值與尋軌補償器的輸入信號中的直流部分相同，經由放大器將此比例值乘以一預設的參數，然後從原始的信號中減去放大器的輸出結果。換句話說，尋軌補償器的尋軌誤差輸入信號，經由放大器的作用，不斷地以負回饋的方式來削減錯誤。
以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
權利要求
1.一種減少光碟機尋軌誤差偏移的方法，其特徵在於，方法包含以下步驟(a)取得與一尋軌誤差信號的一尋軌誤差偏移成比例的一數值；(b)提供一調整參數，以調整該尋軌誤差信號，該調整參數與一放大尋軌誤差信號的調整參數相匹配；以及(c)將該尋軌誤差信號減去步驟(b)的結果。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(a)的結果自一物鏡驅動信號取得。
3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，步驟(b)的調整參數是等於一尋軌補償器的輸出除以該尋軌補償器的輸入的結果。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，該尋軌補償器的輸入值與輸出值是為一物鏡的預設移動範圍的平均值。
5.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，當重新播放一光碟或燒錄一光碟時，重新計算步驟(b)中所使用的調整參數。
6.一種光碟機尋軌伺服電路，其特徵在於，包含一光檢測器，是連接於一運算放大器；一尋軌補償器，是連接於一物鏡的致動器；以及一尋軌誤差校正單元，是連接於該運算放大器的一輸出端、該尋軌補償器的一輸入端以及該尋軌補償器的的一輸出端之間，該尋軌誤差校正單元包含一補償單元，用以取得與一尋軌誤差信號的一尋軌誤差偏移成比例的一數值，該補償單元是連接於一調整放大器，用以調整該補償單元的輸出信號，以使提供於該補償單元的輸出信號的調整參數與一放大尋軌誤差信號的調整參數相匹配，該調整放大器是連接於一總和放大器，用以將該運算放大器的輸出減去該調整放大器的輸出。
7.如權利要求6所述的光碟機尋軌伺服電路，其特徵在於，所述該補償單元是為一低通濾波器。
8.如權利要求6所述的光碟機尋軌伺服電路，其特徵在於，所述該調整放大器的調整參數是等於該尋軌補償器的輸出除以該尋軌補償器的輸入的結果。
9.一種減少光碟機的尋軌誤差偏移的方法，其特徵在於，方法包含以下步驟(a)自一物鏡驅動信號中取得與一尋軌誤差信號的一尋軌誤差偏移成比例的一數值；(b)調整該物鏡驅動信號，以使提供於該物鏡驅動信號的調整參數與一放大尋軌誤差信號的調整參數相匹配，提供於該物鏡驅動信號的調整參數是等於一尋軌補償器的輸出除以該尋軌補償器的輸入的結果；以及(c)將該尋軌誤差信號減去步驟(b)的結果。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，當重新播放一光碟或燒錄一光碟時，重新計算步驟(b)中所使用的調整參數。
11.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，所述該尋軌補償器的輸入值與輸出值是為一物鏡的預設移動範圍的平均值。
12.如權利要求14所述的方法，其特徵在於，當重新播放一光碟或燒錄一光碟時，重新計算步驟(b)中所使用的調整參數。
全文摘要
一種尋軌誤差校正的方法，其應用於使用單一光束的光學讀寫頭的光碟機。單一光束的光學讀寫頭所使用的尋軌伺服裝置取得一尋軌伺服請求信號(tracking servo demand signal)中與一尋軌誤差偏移(tracking erroroffset)成比例的一數值，提供一調整參數，用以調整該尋軌伺服請求信號，該調整參數與提供於該尋軌誤差信號的調整參數相匹配(match)，以及將該尋軌誤差信號減去該調整後的信號。利用此方式來處理尋軌誤差偏移的問題。
文檔編號G11B7/095GK1787089SQ20041010007
公開日2006年6月14日 申請日期2004年12月7日 優先權日2004年12月7日
發明者張佳彥, 鄭新平 申請人:建興電子科技股份有限公司