CN1213453A

CN1213453A - 用于焦点控制的闭环伺服操作系统

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Publication number: CN1213453A
Application number: CN97192970A
Authority: CN
Inventors: 路德维格·塞什科渥夫斯基
Original assignee: Discovision Associates
Current assignee: Discovision Associates
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1997-03-24
Publication date: 1999-04-07
Anticipated expiration: 2017-03-24
Also published as: CA2244961A1; WO1997037347A1; JP4028599B2; BR9708479B1; CN1092380C; PT800166E; DE69713316T2; AU722720B2; MX9702229A; ES2118687T1; CA2200286A1; AU688234B2; DE69702799T2; CN1099669C; DE69713316T4; JP3239293B2; BR9708479A; AU1648397A; ATE195606T1; CN1173015A

Abstract

本发明公开了一种有辐射能的光束的聚焦控制技术,其中光束探测器(712)具有响应于光束聚焦点位置的第一(368)和第二输出(376)。一个电路与探测器输出连接,用于产生一个代表焦点离一个预定位置的位移的误差信号,其中误差信号相对位移具有周期性特征。伺服器(700)响应该误差信号将偏移光束恢复到预定位置。一个本地反馈环路(344)与探测器的输出连接,并包括第一(360)和第二周期函数发生器(364),每个分别响应该误差信号。第二周期函数发生器的输出与第一函数发生器的输出相差一个相位角,最好是90度。第一乘法器(332)将所述探测器第一输出与第一函数发生器的输出相乘。第二乘法器(336)将所述探测器第二输出与第二函数发生器的输出相乘。其中第一和第二乘法器的输出(460,472)作为所述电路的输入(476,480)提供用于修正误差信号。

Description

用于焦点控制的闭环伺服操作系统

本发明涉及一种对光盘驱动器的控制设备。更具体地是涉及一种改进的伺服控制系统，它扩展对多个盘上位置的跟踪伺服操作的闭环模式的工作范围。

在一个光盘驱动器中，信息存储在大量螺线形或同心圆形信息轨道上，通常由一个跟踪伺服器保持一束用于记录或重放光束锁定在所要的信息轨道上，例如，在CESHKOVSKY等人的美国专利No.4,332,022上公开的伺服系统。其中跟踪伺服系统作出响应以使误差信号Vp最小，该误差来自从光盘媒体返回的反射光束的强度，且由下列公式表示：Vp=Asin(2πx/p) (1)

其中：A是一个常数；

x是光束离轨道中心的位移；

p是轨道间距。

在Terashi的美国专利No.5,177,735中公开一种伺服设备，用于扩大使用检测驱动元件速度的速度探测器的介入(pull-in)范围。

Kobayashi等人的美国专利No.4,853,918中公开一种设备，其中来自跟踪于轨道中心彼此有偏移的凹坑的各信号送到取样保持电路，并且互相之间进行比较以产生在各轨道间中途不连续的锯齿信号跟踪信号。

在Burroughs的美国专利No.4,779,251中公开的一个设备中一个电路，它生成一个斜面(ramp)波形，用于给跟踪伺服器引入控制补偿。当读取光束在轨道间运动时，来自于预形成的精细跟踪特性的该伺服误差信号的相位被倒相。根据来自以前在轨道间的微跳的记忆的跟踪误差信息调整该斜面波形。

在聚焦控制应用中，要在焦点误差“S曲线”的负反馈区内进行焦点伺服操作。一般使用开环操作时要求一个特殊的顺序，以将伺服置于由正反馈区所包围的一个负反馈区内。如果由于某种原因焦点找不到，整个搜索顺序就必须重新来，这样浪费了时间。

本发明的目的在于扩展在闭环模式下的焦点伺服操作的操作范围。

本发明的另一个目的是改进焦点伺服的性能并能够根据光盘的缺陷、噪音、摇动和振动自动地进行焦点再搜索。

为完成本发明的这些和其它发明的目的，在一个光盘驱动器中，提供一个有多个输出的光拾取部以产生一个误差信号供给到一个伺服环。该误差信号也供给到一个本地反馈环，它包括多个正弦函数发生器以修正光拾取器的输出，使得焦点误差信号相对读光束的位置的曲线从正弦波形转换成一个基本上线性的斜坡。尽管可设计为共享某些部分，但该本地反馈环仍是独立于主跟踪伺服环。

除了这些正弦函数发生器，本地反馈环包括两个乘法器，一个差求和放大器，一个本地环增益元件，一个相位补偿器，及一个求和电路将一个相位偏移值加到两个正弦函数发生器输入中的一个上。

本发明提供一种控制一个有辐射能的聚焦光束设备，其中包括：一个操纵所述聚焦光束的光学元件；一个操作所述光学元件以将所述聚焦光束的聚焦点沿一个预定位置方向移动的致动机构；一个接收来自所述光束的光的探测器。该探测器响应所述光束聚焦点离预定位置的位移。一个与所述探测器输出相连接的电路产生一个代表所述光束聚焦点离预定位置位移的误差信号。一个伺服器，与所述的致动机构和所述误差信号连接，并且所述致动机构响应于所述伺服器将所述光束的聚焦点移到所述预定位置上。

根据本发明的一个本地负反馈环电路与探测器的输出相连接。该环包括：一个对应所述误差信号的第一周期函数发生器；和一个对应所述误差信号的第二周期函数发生器，所述第二周期函数发生器具有与所述第一周期函数发生器相角不同的输出；该环包括：第一乘法器，用于将所述探测器的第一输出与所述第一周期函数发生器的输出相乘；第二乘法器，用于将所述探测器的第二输出与所述第二周期函数发生器的输出相乘；其中所述第一和第二乘法器的输出作为到所述电路的输入。

根据本发明的一个方面，所述周期特性为基本上是正弦波，所述第一周期函数生器和第二周期函数发生器是正弦发生器。

根据本发明的另一个方面，所述探测器的第一和第二输出具有相对于光束的位移的近似相互正交关系，并且相角大约为90度。所述相位角可以在大约60度至大约120度之间。

本发明提供一种聚焦具有辐射能的光束的方法，它以下述方式进行：产生对应所述光束的聚焦位置的第一和第二检测信号；产生一个代表所述聚焦点离所述预定位置的位移的误差信号，其中所述误差信号相对于位移有周期性特性。该方法包括通过对应于所述误差信号产生一个第一周期信号，及对应于所述误差信号产生一个第二周期信号来响应于所述误差信号将移位的焦点恢复到所述预定位置；其中所述第二周期信号与所述第一周期信号相差-相位角。误差信号的产生是由以下步骤完成：将所述第一检测信号与所述第一周期信号相乘以得到第一乘积信号；将所述第二检测信号与所述第二周期信号相乘以得到第二乘积信号；并确定出所述第一乘积信号和第二乘积信号之间的差。最好所述第一和第二检测信号及所述第一和第二周期信号是基本上是正弦波的。

为了更好地理解本发明的这些和其它目的，结合下面的附图，以实施例形式进一步详细说明本发明。

图1是根据本发明设备的示意图；

图2是跟踪的光记录媒体表面的部分视图；

图3是图1设备的信号恢复子系统的方框图；

图4是图3所示子系统的更详细的框图；

图5是一个对应于光媒体轨道的信号波形的空间示意图；

图6是图1所示设备的部分电结构图；

图7是正弦函数发生器的方框图；

图8和图9是为有助于理解本发明的电波形图；

图10和11是本发明一个特殊实施例的示意图；

图12是图10和11实施例中所用的环形探测器的示意图；

图13是本发明一个优选实施例的电结构图；

图14是图13所示函数生器的详细电路图；

图15是图13中所示计时电路的详细电路图；

图16-18是由图13实施例产生的波形图；

图19是本发明的另一替代实施例的电结构图；及

图20是图19实施例与传统焦点控制系统的操作特性比较图。

图1显示了用于如录像盘、磁光盘、唱盘、和计算机数据盘，在此统称为“光盘”的盘播放机的光学系统10。光学系统10中包括一个激光器18，用于产生一个读取光束22以在光盘26上读取存储的编码信号；第一透镜28；衍射光栅30；分光棱镜34和四分之一波长片38。光学系统10进一步还包括一个反射镜42，和一个带有一个进入孔58的物镜54。到达光盘26的光束可在半径方向以已知的光束移动手段移动，用符号表示为电感(inductor)52。在实际中用跟踪伺服器94控制电感52。

图2是光盘26的局部放大图。光盘26包括在信息承载表面70上形成的多个信息轨道66。每个信息轨道66包括一个连续光反射区74和光不反射区78。光反射区74具有基本平的高抛光的表面，如一个薄铝层，光不反射区78一般是光漫射表面并呈现为高出表示光反射区74的平面的突起或隆起。读取光束22相对于记载信息表面70有一个或多个自由度的运动，其中一个如双箭头所示的半径方向。

由激光器18生成的读取光束22首先通过第一透镜28，该透镜用来将读取光束22整形为能够完全充满物镜58的进入孔58的大小。在读取光束22由第一透镜28适当地整形后，它通过衍射光栅30，衍射光栅30将读取光束22分为三束光(图中未示出)。光束中的两束用于产生一个径向跟踪误差信号而另一个用于产生一个聚焦误差信号和一个信息信号。这三个光束由光学系统10的其余部分进行相同的处理。所以它们一起被称为读取光束22。衍射光栅30的输出传到分光棱镜34。棱镜34的轴稍从读取光束22的光路上偏一些，其结果如在美国再颁专利32,709，授权日为1988年7月5日中所详述的那样，该文献整个文本作为本申请的参考文献。

读取光束22的发射部分加到四分之一波长片38上，它使形成读取光束22的光的偏振状态发生45度的偏转。然后读取光束22入射到反射镜42，由它将读取光束22转向至物镜54。

伺服子系统94的功能是引导光盘26的信息承载表面70上的读取光束22的入射点，以径向地跟踪光盘26的表面70上的信息记载标记。响应一个误差信号，通过驱动电感52，使得读取光束22的入射点被引导到光盘26的表面70上的径向上指定的位置，如图2中箭头86所示。

在读取光束22由反射镜42反射作为反射光束96后，它入射到物镜54的进入孔58上并通过透镜54聚焦成光盘26的信息承载轨道66上的一个光斑。物镜54用于将读取光束22整形成一个光宽，该光斑在读取光束22入射到光盘26的记载信息表面70上的点处具有所希望的大小。最好使读取光束22能够完全充满进入孔58，因为这样使有更高的光强度能够打到光盘26的入射点上。

因此，光学系统10引导读取光束22到光盘26上，并将读取光束22聚焦为其在光盘26上的入射点上的光斑。在正常播放模式下，聚焦的读取光束22入射到连续设置的表示光盘上所存储信息的光反射区74和光不反射区78上。由物镜54收集反射的光以形成读取光束的反射部分。反射光束96以前述同样的光路顺序地经过反射镜42及四分之一波长片38，由四分之一波长片38提供又一个45度的偏振状态偏移，结果经过累积得到180度的偏振状态偏移。然后反射光束96入射到分束棱镜34，由分束棱镜34分出一部分反射光束98入射到如图3所示的一个信号再生子系统104上。

图3表示信号再生子系统104一部分的方框流程图，信号恢复子系统104接收光束98并产生多个信息信号。然后这些信号被送到光盘播放器的各个部分。这些信号分为两种类型，一为本身代表存储的信息的信息信号，另一个为来自这些信息信号的用于控制光盘播放器各个部分的控制信号。该信息信号是一个代表在光盘26上存储信息的调制信号，并被提供到一个信号处理子系统(图中未示出)。由信号再生子系统104产生的第一种控制信号是一个差动聚焦误差信号，它被送到一个聚焦伺服子系统(未示出)。由信号恢复子系统104产生的第二种控制信号是一个差动跟踪误差信号。该差动跟踪误差信号被送到跟踪伺服子系统94以驱动电感52径向移动读取光束22。

为接收反射光束98，信号再生子系统104包括一个带有一个第一跟踪光探测器112的二极管探测器阵列108，一个第二跟踪光电探测器116和一个带有一个内部122和外部123的同心环探测器120。信号再生子系统104进一步包括第一跟踪前置放大器124，第二跟踪前置放大器128，第一焦点前置放大器132，第二焦点前置放大器136，第一差动放大器140和第二差动放大器144。第一和第二跟踪前置放大器124和128与第一差动放大器140一起组成信号再生子系统104的跟踪信号处理部分146。

二极管探测器阵列108具有第一、第二、第三和第四输出端148、152、156和160。第一输出端148与第一跟踪前置放大器124的输入端164电连接，第二输出端152与第二跟踪前置放大器128的输入端168电连接，第三输出端156与第一聚焦前置放大器132的输入端172电连接且第四输出端160与第二焦点前置放大器136的输入端176电连接。第一跟踪前置放大器124具有一个与第一差动放大器140的第一输入端182电连接的输出端180，而第二跟踪前置放大器128具有一个与第一差动放大器140的第二输入186电连接的输出端184。第一焦点前置放大器132具有一个与第二差动放大器144的第一输入端190电连接的输出端188，而第二焦点前置放大器136具有一个与第二差动放大器144的第二输入端194电连接的输出端192。

反射光束98包括三个部分：一个入射到第一跟踪光探测器112的第一跟踪光束196，一个入射到第二跟踪光电探测器116的第二跟踪光束197，和一个入射到同心环探测器120的中心信息光束198。由第一跟踪光探测器112产生的信号经过二极管探测器阵列108的第一输出端148输送到第一跟踪前置放大器124上。由第二跟踪光电探测器116产生的信号经过二极管探测器阵列108的第二输出端152输送到第二跟踪前置放大器128上。由同心环探测器120的内部122产生的信号经过二极管探测器阵列108的第三输出端156送到第一聚焦前置放大器132，而由同心环探测器120的外部123产生的信号经过二极管检测器阵列108的第四输出端160送到第二焦点前置放大器136上。

由第一差动放大器140输出的是一个差动跟踪误差信号，它作用到在下面将进一步描述的跟踪伺服系统94上，由第二差动放大器144输出的是一个差动聚焦误差信号，它作用到一个聚焦伺服系统上(未示出)。虽然本发明中仅涉及到所描述的信号再生子系统104，但是也可以使用已有技术中的其它信号再生子系统。

跟踪伺服子系统94的功能是引导读取光束22的投射以使其直接入射到信息轨道66的中心。一般读取光束22与形成信息轨道66的承载信息的标记序列具有同样宽度。当读取光束22被驱动使读取光束22的大部分或全部入射到信息轨道66的连续设置光反射区74和光不反射区78上时，能够得到最大的信号再生。因为从信息轨道66上偏移经常发生在盘表面70的径向方向，所以跟踪伺服系统94有时被称为径向跟踪伺服器。在光盘播放器的正常播放模式下径向跟踪伺服系统94一般能够连续操作。

在图4中进一步表示跟踪伺服子系统94，并且其中包括：一个环路中断开关200和一个放大器202用于驱动电感52。环路中断开关200在第一输入端204上从信号再生子系统104接收跟踪误差信号并在第二输入端206接收环路中断信号。当环路中断未作用时，在其输出端208上产生跟踪误差信号。放大器202在其输入端210上接收到该跟踪误差信号并在第一输出端212处给电感52产生一个跟踪A信号及在第二输出端214上给电感52产生一个跟踪B信号。跟踪信号A和跟踪信号B一起控制读取光束22的径向位移。当放大器202的输入端210收到跟踪误差信号时，这两个跟踪误差信号控制通过电感52的电流以使入射到其上的读取光束22是沿径向方向并集中到由读取光束22照射的信息轨道上。移动的方向和运动量依赖于跟踪误差信号的极性和幅度。

在操作的一些模式下，跟踪伺服子系统94被中断，使得从信号再生子系统104中产生的跟踪误差信号不再提供给放大器202。当希望使聚焦后的读取光束22径向穿过光盘26的记载信息部分时，一个这种操作模式是查寻操作。在这种操作模式下，在中断开关200和跟踪伺服系统94的第二输入端206处提供一个中断信号，使开关200在其输出208处不再提供跟踪误差信号。而且，在跳返操作模式下，其中聚焦的读取光束22从一个道跳到另一个相邻的道上，跟踪误差信号就不再提供到放大器202。在跳返模式操作中，由于跟踪A和跟踪B信号会扰乱由电感52表示的径向光束偏转装置，且跟踪伺服系统94要求一个更长的时间周期以重新找到合适的相邻的信息轨道时，放大器202不提供跟踪A和跟踪B信号。一般在一个跟踪误差信号从放大器202中去掉的操作模式下，为将读取光束22移位到其下一个指定位置，要产生一个替代脉冲，给读取光束22提供一个完全确定的信号。

光盘26的径向截面的截面图在图5中A线表示，其中显示了多个信息轨道66和多个道间区域224。道间区域224是与图2显示的光反射区74类似。228和232处线的长度分别表示道中心236到一个第一相邻道240和中心道236到相邻的第二道244的中心之间的距离。在线228上的点248和在线232上的点244分别代表中心道236和相邻道240和244之间的交汇点。交汇点248和252实际上就是中心道236到第一和第二道240和244的半程距离。在线228上由256表示的点代表第一信息轨道240的中心，而在线232上由260表示的点代表第二信息轨道244的中心，点264代表中心信息轨道236的中心。

一个典型的光盘中每一英寸包括一万一千条信息轨道。从一个信息轨道中心到另一个相邻的信息轨道的距离为1.6微米，而记载在一个信息轨道上的信息标记的宽度大约为0.5微米。这样在位于相邻信息轨道中的标记的最外区域之间留有大约1个微米的空白和开放的空间。

当读取光束22偏离信息轨道66中心时，由第一跟踪光探测器112或第二跟踪光探测器116两者中一个的接收的反射信号强度增加，而另一个光探测器接收的反射信号强度减小。哪一个光探测器接收到更强的信号或更弱的信号取决于读取光束22从信息轨道66中心偏离的方向。由第一跟踪光探测器112和第二跟踪光探测器116提供的信号之间的相位差表示跟踪误差信号。跟踪伺服子系统94从第一跟踪光探测器112和第二跟踪光探测器116接收到信号并产生动作使其差减小，从而使读取光束22保持在信息轨道66中心上。

如图5中线B所示，在第一差动放大器140上产生差动跟踪误差信号，且表示读取光束22在光盘26上的径向位置。在中央信息轨道236中心和交叉点248之间的中间地带的点268处差动跟踪误差信号具有最大的跟踪误差，且在中央信息轨道236中心到交叉点252之间中间地带的点272处具有第二个最大跟踪误差信号。在第一信息轨道240中心到交叉点248之间中间地带的点276处具有第三个最大跟踪误差信号。在第二信息轨道244中心到转折点252之间中间地带的点276处具有第四个最大跟踪误差信号。最小跟踪误差信号出现在分别对应于信息轨道240、236和244中心的点284、288和292处。最小跟踪误差也分别出现在对应于交叉点248和252的点296和298处。

在图6中显示本发明信号再生子系统104的一个跟踪信号处理部分300。该跟踪信号处理部分300的接收来自与图3所示二极管阵列108类似的二极管阵列312中的第一跟踪光探测器304和第二跟踪光探测器308的跟踪误差信号。图中未示出，跟踪信号处理部分300也可以从其它类型的光探测器，如一个双光探测器中接收跟踪误差信号。跟踪信号处理部分300包括一个第一前置放大器316；一个第二前置放大器320；一个第一运算放大器324；一个第二运算放大器328；一个第一模拟乘法器332；一个第二模拟乘法器336和一个求和放大器340。跟踪信号处理部分300进一步包括一个位置反馈环344，它带有一个第三运算放大器348，一个反馈环补偿电路252，一个移相器356，一个第一正弦函数发生器360和第二正弦函数发生器364。移相器356提供一个补偿电压，它导致在正弦函数发生器360、364的输出之间产生相移。

第一前置放大器316有一个输入端368和一个输出端372，且一个第二前置放大器320有一个输入端376和一个输出端380。第一运算放大器324有一个正极第一输出端384，它与第一前置放大器316的输出端372电连接；一个负极第二输入端388，它与正电压源392电连接；及一个输出端396。第二运算放大器328有一个正极第一输入端400，它与一个第二前置放大器320的输出380电连接；一个负极第二输入端404，它与电压源392电连接；及一个输出端408。

参见跟踪信号处理部分300的反馈环344部分，第三运算放大器348有一个输入端412和一个输出端416。相位补偿电路352具有一个输入420，它与第三运算放大器348的输出端416电连接；及一个输出端424。移相器356具有一个输入428，它与相位补偿网络352的输出424电连接；及一个输出端432。第一正弦函数发生器包括一个输入端436，它与移相器356的输出432电连接，及一个输出端440。而第二正弦函数发生器364具有一个输入端444，它与相位补偿电路352的输出端424电连接；及一个输出端448。

第一模拟乘法器332具有一个第一输入端452，它与第一运算放大器324的输出端396电连接；第二输入端456，它与第一正弦函数发生360的输出端440电连接；及一个输出端460。第二模拟乘法器336具有一个第一输入端464，它与第二运算放大器328的输出端408电连接；一个第二输入端468，它与第二正弦函数发生器364的输出端448电连接；及一个输出端472。求和放大器340具有一个第一输入端476，它与第一模拟乘法器332的输出端460电连接；一个第二输入端480，它与第二模拟乘法器336的输出端472电连接；及一个输出端484，它与第三运算放大器348的输入端412和跟踪误差子系统94电连接。

第一前置放大器316在其输入端368接收从第一跟踪光电探测器304产生的跟踪信号而一个第二前置放大器320在其输入端376接收来自第二跟踪探测器308的跟踪信号。当画作沿光盘26表面径向位置的函数时该两个跟踪信号是周期信号，并且两信号的相位差为90度。从两个光电探测器304和光电探测器308输出的跟踪信号分别被放大并被提供到第一前置放大器316和318的输出端372和380处。

第一运算放大器324在正极输入端384处接收来自第一前置放大器316的放大的跟踪信号并在其负极输入端388处输入一个正电压，除去常规模式下跟踪信号的电压，并且在其输出端396处提供一个大比例的对应于跟踪误差信号的信号。第二运算放大器328在其正输入端400处接收来自一个第二前置放大器320的放大的跟踪信号并在其负输入端404处输入一个正电压，除去常规模式下跟踪信号的电压，并且在其输出端408处提供一个大比例的对应于跟踪误差信号的信号。

第一乘法器332对来自第一运算放大器324的输出端396的跟踪信号与来自第一正弦函数发生器360的输出端440的反馈信号作乘法。所产生的修正的跟踪信号在乘法器332的输出端460提供。第二乘法器336对来自第二运算放大器328的输出408的跟踪信号与来自第二正弦函数发生364的输出端448的反馈信号作乘法。所产生的修正的跟踪信号在乘法器336的输出端472提供。

求和放大器340分别在第一和第二输入端476和480接收来自第一乘法器332和第二乘法器336的修正跟踪信号。一旦接收到这些信号，求和放大器340将它们代数相加，产生一个代表两个修正跟踪信号之间相位差的差分跟踪误差信号。该信号在求和放大器340的输出端484输出。然后跟踪误差信号提供给跟踪伺服子系统94的开关200(图1,4)和跟踪信号处理部分300的反馈部分344。

跟踪信号处理部分300的反馈部分344在其第三操作或反馈放大器348的第一输入端412处接收差分跟踪误差信号。第三运算放大器348以预定的环路增益对跟踪误差信号进行放大并将放大后信号送到反馈环补偿电路352的输入端420处。反馈环补偿电路352对放大跟踪误差信号进行相位增益补偿后将该信号提供到第二正弦函数发生器口364的输入端444和移相器356的输入端436处。

移相器356对在其输入端428处接收的跟踪误差信号提供一个预定的电压补偿，使在第一正弦函数发生器360的输入端436处提供的信号与第二正弦函数发生器364的输入端444处提供的信号相差一预定的电压。由移相器356提供的电压补偿选择为使移相器356和第一正弦函数发生器360的输出有90度的相位差的值。该相位偏移的效果是：由第一正弦函数发生器360的输出端440输出的信号与如果它是在相位补偿网络352的输出端424提供的信号上工作时由余弦产生器提供的信号相同。因此，由第一正弦函数发生器360和第二正弦函数发生364输出的信号为90度相位差。当相位差基本上为90度时为最佳，当然，实践中本发明同样也可以应用其它的相位差，如在大约30度相位范围内。相位角也可以是从大约60度到大约120度。如果输出端440、448处的信号相位差过大，则整个系统就会不稳定。

第一正弦函数发生360和第二正弦函数发生364都可以用已有技术中的各种装置。其中一种是如图7所示，其中显示了一个正弦函数发生器，它包括一个模数转换器488；一个具有存储的多个正弦值的只读存储器查找表490及一个数模转换器492。从正弦函数发生器输入来的信号首先通过一个转换器488转换成一个数字信号，只读存储器490在其输入端494接收该数字信号并在其输出496处产生相应的正弦函数信号。通过转换器492将正弦函数值转换成模拟信号并提供到正弦函数发生器的输出处。

当信号再生子系统104(如图3)与本发明的跟踪信号处理部分300一起操作时，连续为跟踪伺服系统94(图1、4)提供跟踪误差信号。跟踪伺服系统94使用该跟踪误差信号通过以前述相同方式驱动电感52以控制读取光束22的径向位置。跟踪伺服子系统94运行以保持读取光束22在信息轨道66的当中。

当跟踪伺服系统94以相同的方式与信号再生子系统104中使用的跟踪信号处理部分无关地使用所提供的跟踪误差信号时，使用跟踪信号处理部分300导致一个不同的差动跟踪信号提供到跟踪伺服子系统94处。当跟踪信号处理部分300以周期方式使用时提供该跟踪误差信号，但跟踪信号处理部分300的使用使跟踪误差信号的每个周期代表一个在光盘26上位置的最大范围。

图8表示跟踪误差信号的比较，其中的每一个信号都是在光盘26上的一部分上径向位置的函数。信号512是由使用了已有技术的跟踪信号处理部分146的信号再生子系统104产生的跟踪误差信号，而信号516是使用了本发明跟踪信号处理部分300的信号再生子系统104产生的跟踪误差信号。由于跟踪误差信号516在其值接近零的区域，即在其两极间的半程处是基本上呈线性的，则可以认为跟踪信号处理部分300将跟踪误差信号进行了线性比。但是信号516仍保持周期性，如图9所示，其中表示了在光盘26上更大部分的信号516的值。当跟踪信号处理部分146使用时，跟踪误差信号的每个周期152代表光盘26上一个信息轨道66。而使用跟踪信号处理部分300时，跟踪误差信号的每个周期代表任意数目的信息轨道66。

跟踪误差信号516的每个周期代表的信息轨道66的数量由第三运算放大器348的增益来决定。将大量的轨道66线性化有很多优点。如在本地反馈环344运行使几个轨道上的跟踪误差传输特性线性化后，一个比单个轨道上产生的噪音脉冲大的噪音脉冲仍然在线性化误差信号的负的斜率下工作范围内，这允许由跟踪误差伺服子系统94对所述噪音脉冲作出正常的反应。但是，由于信号516幅值是有限的，在每个周期代表更大量的轨道66时，每个轨道信息轨道66之间的电压的差就会更小。如果在每个轨道信息轨道66之间的电压的差太小，就使得分辨轨道66变得太困难，且就会发生跟踪误差。因此，在选择由跟踪误差信号516每个周期所代表的轨道数量时必须权衡其性能。

跟踪伺服系统94必须在跟踪误差信号516的负反馈环下进行工作。这是因为如果提供一个正的跟踪误差信号，跟踪伺服系统94就会驱动电感52以使沿跟踪误差增大的方向移动光束22。由于跟踪误差会连续产生，导致故障。说跟踪伺服响应于跟踪误差信号512也对。但是在跟踪信号处理部分300的反馈部分344中，使用正反馈也不会产生任何这类问题。这是因为跟踪信号处理部分300是自修正的，所以总是与是否在初始时提供一个正的反馈信号无关地处在跟踪误差信号516的负斜率部分。

由第一光电探测器304和第二光电探测器308提供的轨道信号的值放在一起表示读取光束22在光盘26上相对径向位置。而且，提供到跟踪信号处理部分300的反馈部分344提供的信号值代表相对的径向反馈位置。反馈部分344的使用减小了这两个信号的值之间的差。因此，通过使用反馈部分344，跟踪信号处理部分300能够使跟踪误差信号恢复成0，它代表在光盘26上一个特定的径向位置。这使跟踪伺服子系统94能够稳定读取光束22，使其入射到所希望的信息轨道66上。

由第一光电探测器304和第二光电探测器308提供的信号都是周期性的，并且具有90度的相位差。它们由正弦和余弦函数代表。

为了便于下面的描述，假定光电探测器有正交的两个信号输出。由第一跟踪光探测器304到第一前置放大器316提供的信号定义为正弦sin(x)，且第二跟踪光探测器308到第二前置放大器320的信号定义为sin(x+90)或余弦cos(x)，其中的x是读取光束22相关的径向位置。在第二乘法器336的第二输入端468提供的信号定义为正弦sin(y)，且第一模拟乘法器332的第二输入端456提供的信号定义为余弦sin(90+y)或cos(y)，其中的y是相对径向反馈信号的值。给出这些定义，在第一乘法器332的输出460处的信号为sin(x)cos(y)且第二乘法器336的输出472处的信号为cos(x)sin(y)。因此，求和放大器340的输出484处信号为：

a[sin(x)cos(y)-cos(x)sin(y)]=asin(x-y)≈a(x-y) (2)

其中a是一个恒定增益因子。如已有技术可知x-y的值接近0,sin(x-y)也近以为x-y。因此，由于值x-y接近0，所以跟踪误差信号asin(x-y)基本上呈线性。x和y之间的关系可以通过对给定应用适当设定反馈放大器348的增益进行调整。

在本发明的特定实施例中，第二正弦函数发生364可以由一个余弦函数发生器代替，它用于接收相位补偿电路352的输出424处提供的信号。在本实施例中使用余弦函数发生器就可不必用移相器356。

本发明的一个特定实施列，参考图6,10,11和12,前置放大器316和320的输入是由一个包括一个光学子系统的光学拾取链路提供信号，该光学子系统在此是由一个棱镜520表示。源光束524通过一个透镜526并由具有一个平面529的常规干涉仪528接收并将源光束分成两个光束530,532，它们分别由反射镜534、536反射回来。棱镜520和干涉仪528的一部分在双箭头线522方向彼此是可相对移动的。作为该相对运动的结果，干涉仪产生的条纹图案发生变化。被反射的光束结合成光束538，由透镜540使该光束准直。然后光束538到达接收器/分析器542。光束538中的条纹图案由可以是一个环形光探测器的正交光探测器546测量，它典型地是放在接收/分析器542中。然后正交光探测器546的模拟输出被送到前置放大器316,320中(如图6)。

再次参考在此前已经公开了的图1和3，以上公开的实施例产生伺服电路的误差信号；但是在一个确定的应用中，当仅要测量一个目标的位置或其它特征时，通过信号处理部分146产生的误差信号并不需要送到伺服电路，但可以连接到该信息的另一个使用者，如一个计算机或一个测量显示器。在此状况下，可以省略跟踪伺服系统94和由电感52表示的光束偏转装置。

一个说明图6的电路实施例在图13中公开。从光拾取链的光电探测器接收的跟踪信号544和546通常为正交关系，并分别与差动放大器548,550的输入端连接。差动放大器548和550的输出分别代表输入信号548,550与一个补偿电压552之间的差，该电压由一分压器552产生。差动放大器548和550的输出分别进入到乘法器554和556中。

一个函数发生器558产生一个余弦函数输出560，和一个正弦输出562，它们分别是乘法器554和556的第二输入。一个求和放大器564接收乘法器554和556的输出，并产生一个跟踪信号566。该跟踪信号566通过一个连接器568耦合回光拾取器以插入其伺服跟踪环路。跟踪信号566也耦合至电位器570，该电位器调节局部反馈环增益。跟踪信号566由电位器570处连接到一个比较电路572，该电路用于提供一个相位和增益补偿以保持环路的稳定。函数发生器558从比较电路572接收第一输入574，和接收第二接地输入576。

图14更详细地说明函数发生器558。一个模拟数字转换器580，最好用AD779KN，接收输入574,576(图13)，并提供两个结构上相同的单元，由标号585,595表示。单元585产生一个正弦函数，而单元595产生一个余弦函数。为了简明起见，在此仅对单元585进行说明。模拟数字转换器580的输出583连接到可擦除可编程存储器582的地址线587。在本实施例中模拟数字转换器580具有一个比所要求更高的比特分辨能力，并且最低有效位位置586接地。因此输出583提供一个矢量到可擦写编程存储器582中，在数据线588上输出对应正弦值。然后由线588上信号代表的正弦值在数字模拟转换器590中转换为模拟信号，也可用AD767KN。由于其具有比要求更高的分辨能力，数模转换器590的四个最低有效位置592要接地。模拟输出593连接到一个过滤电路594，其目的是衰减该信号以消除信号的混淆。

单元595不同于单元585之处仅是不同的数据组存储在可擦写编程存储器586中，以产生一个余弦函数。最好是编程数据使得当0伏特通过模拟数字转换器580，输入到单元585、单元595时，输出597、598具有相同的电压幅值，最好是0.7伏特。

在可擦写编程存储器582,597中的编程中，由于模拟数字转换器580产生二进制补偿码信号，这些信号如用可擦写可编程存储器582和597所看到的并不是连续的和线性的，需要进行补偿。因此有必要调整在存储器中的数据以产生实际的正弦和余弦函数。可以执行以下所列程序1和2的计算机程序，产生合适的数据来对可擦写编程存储器582和597进行编程。

图14中集成电路功能所需的常规的定时信号由定时块600来提供，在图15中对它作进一步的说明。一个晶体振荡器602，工作频率为24Hz，并与计数器604相连，它可以是74HC4060J。由块600提供的定时信号包括一个片选信号606，一个芯片使能信号608，一个输出使能芯片610和一个转换使能信号612。

程序列表1

版权由Disco Vision协会专有3/08/1996

程序设计Ludwig Ceshkovsky。

本程序为具有二进制补码格式输入值的EEPROM

产生正弦和余弦数据。输出数据按照EEPROM的地址顺序列表，使用

二进制补偿(binary offset)输出形式用于两极输出。

DECLARE SUB SaveData(n AS INTEGER)
DIM SHARED n AS INTEGER′存储器位置总数
DIM SHARED Cy！    ′总圈数
DIM SHARED Cstep！    ′每一步的值
DIM SHARED Degree！    
DIM SHARED PROM％    ′输出prom的字宽
DIM SHARED chksum AS LONG    ′二进制数据文件的校验和
CONST sine=1,cose=2
CONST P1=3.141592654#
Degree！=P1/180   ′从弧度到1度的比例
′------------------用户可选参数----------------
Cy！=32
PROM％=8      ′8位宽prom
PromSize％=13   ′8K PROM的地址线13的数目
′----------------结束---------------------------
=2＾PromSize％    ′地址位置总数
BvScale％=(2＾PROM％)/2
SizeScale=n/2   ′两极输出的补偿计算
Cstep！=((Cy！*360)/n)*Degree！′每步地址的圈数
offset！=Degree！*45′其中0伏使sine=cosine
DIM SHARED PROM％(n+1,2)
CLS
Range=INT(n/2)
chksum=0
				
				<dp n="d15"/>
′----------   prom编程者的数据文件   ------------------
PRINT n,Range,Cstep！,Degree！,Cy！,ByScale％′测试参数
PRINT
 OPEN＂PROM01.dat＂FOR OUTPUT AS#2
 ′PRINT#2,＂EEPROM data＂；DATE$；TIME$；＂of Revision＂
 PRINT#2,CHR$(2)；＂$A0000,＂；
 ′fornext循环未分开以指令不需要的地址
 ′地址以二进制补码编码且输出数据是以二进制
 ′补偿形式编码，因为AD779A/D输出是二进制补码,
 ′AD767 D/A是二进制补偿形式。不是二进制补偿而是输出补偿。
 K=-1
 FORi％=1-Range TO Range′低和高阶地址的组合   K=K+1
   ′1.72是精细调节，使sine和cosine相等
   Asine％=ByScale％+SIN(offset！+((i％-1)*Cstep))*(ByScale％-1)
   Acosine％=ByScale％+COS(offset！+((i％-1)*Cstep))*(ByScale％-1)
    ′对PROM计算二进制补码寻址模式
   IFi％＜0 THEN addr=ABS(i％)+SizeScale ELSE addr=(i％)
   PROM％(K,sine)=Asine％:PROM％(K,cose)=Acosine％′store values
   ′PRINT HEX$(addr),HEX$(Asine％),HEX$(Acosine％)
   chksum=chksum+Asine％
     ′PRINT#2,HEX$(addr),HEX$(Asine％)
     IF(K MOD 128)=0 THEN PRINT#2,
     IF Asine％＜16 THEN PRINT#2,HEX$(0)；
     PRINT#2,HEX$(Asine％)；＂＂；
   NEXTi％
    PRINT K；＂=TOTAL MEMORY LOCATIONS＂
    PRINT#2,
    PRINT#2,CHR$(3)；＂$S＂；HEX$(chksum)；＂,＂
    PRINT#2,
CLOSE#2
′------------ vissim的测试文件-------------------
  OPEN＂PROM01,TXT＂FOR OUTPUT AS#2
  ′PRINT#2,＂EEPROM data＂；DATE$；TIME$；＂of Revision＂
  PRINT#2,
  FORi％=0 TOK

     PRINTi％,PROM％(i％,sine),PROM％(i％,cose)

    PRINT#2,i％,PROM％(i％,sine),PROM％(i％,cose)
  NEXTi％
  CLOSE#2
  END：
				
				<dp n="d16"/>
   SaveData(n)
 SUB SaveData(n AS INTEGER)
DEFINT A-Z
′SaveData；
′Savethe PROM datain afile PROM01.dat＂datafile.
   OPEN＂PROM01.dat＂FOR OUTPUT AS#2
   PRINT#2,＂EEPROM data＂；date；＂of Revision＂
   FORa=1TOn
   ′PRINT#2,account(a).Title
   NEXTa
   CLOSE#2
   END SUB

程序列表2

版权由Disco Vision协会专有3/08/1996

程序设计Ludwig Ceshkovsky。

本程序为具有二进制补码格式输入数据的EEPROM

二进制补偿输出形式用于两极输出。

 DECLARE SUB SaveData(n AS INTEGER)
  DIM SHAREDnAS INTEGER′存储器位置总数
  DIM SHARED Cy！   ′总圈数
  DIM SHARED Cstep！   ′每一步的值
  DIM SHARED Degree！
  DIM SHARED PROM％     ′输出prom的字宽
  DIM SHARED chksum AS LONG      ′二进制数据文件的校验和
  CONST sine=1,cose=2
  CONST P1=3.141592654#
  Degree！=P1/180  ′从弧度到1度的比例
 ′--------------    用户可选参数    -----------------
 Cy！=32
 PROM％=8            ′8位宽prom
 PromSize％=13        ′8K PROM的地址线13的数目
 ′--------------------结束------------------------
				
				<dp n="d17"/>
n=2＾PromSize％    ′地址位置的总数
ByScale％=(2＾PROM％)/2
SizeScale=n/2   ′两极输出的补偿计算
Cstep！=((Cy！*360)/n)*Degree！  ′每步地址的圈数
offset！=Degree！*45′其中0伏使sine=cosine
DIM SHARED PROM％(n+1,2)
CLS
Range=INT(n/2)
chksum=0
′----------   prom编程者的数据文件  ---------- -------
PRINT n,Range,Cstep！,Degree！,Cy！,ByScale％′测试参数
PRINT
 OPEN＂PROM01,dat＂FOR OUTPUT AS#2
 ′PRINT#2,＂EEPROM data＂；DATE$；TIME$；＂of Revision＂
 PRINT#2,CHR$(2)；＂$A0000,＂；
 ′for next循环未分开以指令不需要的地址
 ′地址以二进制补码编码且输出数据以二进制补偿形式编码，
 ′因为AD779 A/D输出是二进制补码，
 ′及AD779 D/A是二进制补偿。不是二进制补偿而是输出补偿。
 K=-1
 FORi％=1-Range TO Range′低和高阶地址的组合
   K=K+1
   ′1.72是精细调节使sine和cosine相等
   Asine%=ByScale%+SIN(offset！+((i%-1)*Cstep))*(ByScale%-1)
   Acosine%=ByScale%+COS(offset！+((i%-1)*Cstep))*(ByScale%-1)
    ′对PROM计算二进制补码寻址模式
   IF i%＜0 THEN addr=ABS(i%)+SizeScale ELSE addr=(i%)
   PROM%(K,(K,sine)=Asine%:PROM%(K,cose)=Acosine%′store values
   ′PRINT HEX$(addr),HEX$(Asine%),HEX$(Acosine%)
   chksum=chksum+Acosine%
   ′ PRINT #2,HEX$(addr),HEX$(Acosine%)
   IF (K MOD 128)=0 THEN PRINT #2,
   IF Acosine%＜16 THEN PRINT #2,HEX$(0)；
   PRINT#2,HEX$(Acosine%)；＂＂；
  NEXTi%
   PRINT K；＂=TOTAL MEMORY LOCATIONS＂
   PRINT #2,
   PRINT #2,CHR$(3)；＂$S＂；HEX$(chksum)；＂,＂
   PRINT #2,
				
				<dp n="d18"/>
CLOSE#2
′------------- vissim的测试文件----------------------------
   OPEN＂PROM01.TXT＂FOR OUTPUT AS #2
   ′PRINT #2,＂EEPROM data＂； DATE$；TIME$；＂of Revision＂
   PRINT #2,
   FORi%=0TOK
     PRINTi%,PROM%(i%,sine),PROM%(i%,cose)
     PRINT#2,i%,PROM%(i%,sine),PROM%(i%,cose)
   NEXTi%
   CLOSE #2
   END:
  SaveData(n)
 SUB SaveData(n AS INTEGER)
DEFINT A-Z
′SaveData:
＂Save the PROM data in a file PROM01.dat＂data file.
   OPEN＂PROM01.dat＂FOR OUTPUT AS #2
   PRINT #2,＂EEPROM data＂；date；＂of Revision＂
   FORa=1TOn
   ′PRINT #2,account(a).Title
   NEXT a
   CLOSE #2
END SUB

图16至18表示在图13中实施例的操作。在图16中，多个轨道620-625形成沿行程626移动的光学拾取器的目标区。从所读出的光盘来的RF回放信号由波形628表示，其中最大值代表轨道横跨区，且最小值为轨道中间区。波形630是一个迫使光头偏离其当前轨道的干扰信号。波形632和634分别代表在线562和560(图13)上的正弦和余弦产生器的输出。图17与图16相似，相同的波形以相同的标号表示。波形636和638代表放大器548和550的输出。图18表示该系统响应一个导致光学拾取器在光盘上跨越七个轨道的强制信号642的操作。波形640代表RF回放信号。波形644和646代表放大器548和550的输出。

现在参考图1,3,6和19,在图19中显示了本发明的信号处理子系统104的聚焦信号处理部分。该聚焦信号处理部分与在图6中跟踪信号处理部分300结构上相类似，且在图18中具有类似功能的部件采用相同标号。物镜54(图1)由一个聚焦驱动器702在与光盘26垂直方向上驱动。一个已知类型的光探测器712与物镜相54联系，并响应于物镜54相应于与光盘26的表面一致的理想焦面的位置。光电探测器712的输出与第一前置放大器316及一个第二前置放大器320相连。输出484被送到聚焦误差伺服子系统794，由它反馈回聚焦驱动器702。因此，在其它情况，聚焦信号处理部分700的操作与跟踪信号处理部分300相同，在此不再赘述。

图20对常规聚焦控制系统和图19的实施例中使用的系统的操作特性作比较。聚焦误差信号的幅度对在所希望的平面，即标号为805的平面上的光束的焦点位移的曲线被示出。一个由常规伺服器804的聚焦误差信号描述的正弦曲线可用的工作范围如宽度A所示，而本发明的控制器描述的聚焦误差信号806在整个如比宽度A大的宽度B的扩展的工作范围是基本上呈线性的。在实际上宽度B至少要为宽度A两倍。线808和810分别代表常规聚焦控制系统的上限和下限值。波形802代表在典型的应用中的聚焦误差信号的时间曲线。波形802偏移超过由线808和810定义的上下限时，常规系统将无法保持聚焦锁定。而在本发明中的聚焦控制系统的工作范围是由线812和814定义的，所以波形802仍然能够保持在本发明系统中的操作范围内。

在此参考所公开的结构对本发明进行了说明，但是这并不是将本发明限制于这些实例中，而对本发明作出的各种变化和修改都将落入下面所附的权利要求书的保护范围之中。

Claims

1．一个控制具有辐射能的聚焦光束的设备，包括：

操纵所述聚焦光束的光学元件；

操作所述光学元件以将所述聚焦光束的聚焦点向预定位置的方向移动的致动器；

接收来自所述光束的光并具有响应所述光束聚焦点离所述预定位置的位移的第一和第二输出的探测器；

与所述探测器输出相连接的产生一个代表所述光束聚焦点离所述预定位置的位移的误差信号的电路；

伺服器，与所述的致动器和所述误差信号相耦合，其中所述致动器响应所述伺服器将所述光束的聚焦点移到所述预定位置上；

其特征在于，还包括：

本地反馈环路，与所述探测器的输出连接，所述环路包括一个响应所述误差信号的第一周期函数发生器；和一个响应所述误差信号的第二周期函数发生器，所述第二周期函数发生器输出与所述第一周期函数发生器输出相差一个相位角；

第一乘法器，用于将所述探测器的第一输出与所述第一周期函数发生器的输出相乘；

第二乘法器，用于将所述探测器的第二输出与所述第二周期函数发生器的输出相乘；

其中所述第一和第二乘法器的所述输出被提供来作为所述电路的输入。

2．如权利要求1所述的设备，其中所述周期性特征基本上是正弦曲线的，并且所述第一周期函数发生器和第二周期函数发生器是正弦函数发生器。

3．如权利要求1所述的设备，其中所述探测器的第一和第二输出彼此具有一个相应于光束的所述位移的近似正交关系，并且所述相位角为大约90度。

4．如权利要求1所述的设备，其中所述第一和第二检测信号彼此相应于所述光束的所述位移呈近似正交的关系。

5．如权利要求4所述的设备，其中所述相位角在大约60度至大约120之间范围内。

6．如权利要求5所述的设备，其中所述相位角大约为90度。

7．一个聚焦具有辐射能的光束的方法，包括以下步骤：

产生响应于所述光束的聚焦位置的第一和第二检测信号；

产生一个代表所述聚焦点离一预定位置的位移的误差信号，其中所述误差信号相对于的所述位移有周期性特征；

响应于所述误差信号将所述移位的焦点恢复到所述预定位置；

其特征在于包括以下步骤：

响应于所述误差信号产生一个第一周期信号；

响应于所述误差信号产生一个第二周期信号，所述第二周期信号与所述第一周期信号相差一个相位角；

其中产生误差信号的所述步骤是由以下步骤完成：

将第一检测信号与所述第一周期信号相乘以得到第一乘积信号；

将所述探测器的第二检测信号与所述第二周期信号相乘以得到第二乘积信号；以及

确定出所述第一乘积信号和第二乘积信号之间的差。

8．如权利要求7所述的方法，其中所述第一和第二检测信号及所述第一和第二周期信号基本上是正弦曲线的。

9．如权利要求7所述的方法，其中所述探测器的第一和第二输出具有一个具有一个相应于所述光束的所述位移的近似正交关系，并且所述相位角为大约90度。

10．如权利要求9所述的方法，其中所述相位角在大约60度至大约120度之间的范围内。

11．如权利要求9所述的方法，其中所述相位角大约为90度。