專利名稱：一種光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及光學，尤其涉及一種光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法和裝置。
背景技術：
在光存儲系統中，光盤驅動單元的主要功能是驅動盤片旋轉、產生讀取光盤信息的激光光斑、將經過盤片反射后的讀取激光光斑進行光電轉換產生光電探測器信號、移動讀取光斑到指定的徑向位置和軸向位置等功能。
在小機芯的性能參數中，物鏡與光盤之間的距離是光盤驅動單元(小機芯)生產和檢測的重要參數，對小機芯讀出射頻信號產生較大的影響，是影響光盤讀出質量的重要因素。該距離由小機芯光學系統設計確定，以保證激光器發出的激光光束成像在盤片的反射層上。
在現有技術中，聚焦伺服最常見的問題是聚焦偏置。當主軸電機存在高度偏差，或安裝光學頭的導軌高度存在偏差時，會導致物鏡與光盤的距離偏離設計位置，即光盤驅動單元(小機芯)存在較大的聚焦偏置。聚焦偏置使光盤驅動單元(小機芯)的聚焦力矩器在讀寫盤片的過程中始終具有直流電壓，可能會超出聚焦伺服系統承受的范圍，造成聚焦力矩器偏離自然位置(力矩器未加電壓時的位置)過大而無法正常聚焦，降低聚焦力矩器的使用壽命，甚至對聚焦力矩器產生毀損。
目前，對于光盤驅動單元的聚焦偏置調整，通常采用靜態調整方式來保證物鏡與光盤之間的距離，其基本工作過程如下將光盤固定夾持在主軸電機上的盤片支架上，盤片支架固定在小機芯的單元基架上，光盤驅動單元的光學系統以及物鏡也被安置在相應的光學系統支架上，光學系統支架通過可滑動的導軌固定在小機芯的基板上。
在現有的調整方式中，物鏡與光盤之間的距離是由盤片支架與單元基架的距離，以及光學系統支架與單元基架的距離保證的，通常通過機械設計、加工和裝配工藝保證其精度，但由于光學頭滑動架誤差、單元基架變形(塑料基架尤甚)、傳動機構(齒輪齒條或者螺紋螺桿)安裝誤差等因素的影響，該方式并不能保證物鏡與光盤的設定工作距離，調整精度低，而且，較高的零配件加工精度也使得成本較高。

發明內容
本發明的目的在于提供一種調整精度高且成本低的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法和裝置，以克服現有技術中的缺陷。
本發明中的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法采用如下步驟A、向光盤驅動單元中的聚焦力矩器施加驅動電壓，使光盤驅動單元中的物鏡與光盤之間的距離以一基準間距為中心相對抖動；B、射在光盤上的激光光斑反射于光學頭探測器上；C、光學頭探測器對所接收到的光斑進行光電轉換，取得聚焦誤差信號曲線；D、根據所述聚焦誤差信號曲線中的極值發生時間，取得所述極值發生時間的對應驅動電壓值，該驅動電壓值為極值發生電壓值；E、通過調整所述基準間距使得所述極值發生電壓值處于一設定的容限之內，獲取調整結果間距。
所述的步驟A中，向所述光盤驅動單元中的聚焦力矩器施加驅動電壓，驅動聚焦力矩器使物鏡作周期性的軸向往復運動。
所述的步驟A中，所述的驅動電壓為電壓值對應于時間的鋸齒波電壓，且所述鋸齒波以0V電壓值對稱波動。
所述的步驟A中，所述的驅動電壓的頻率為0.5Hz至6Hz。
所述的步驟C包括如下步驟C1、所述的光學頭探測器采用四像限探測器，該探測器將處于各個像限的光斑區光強分別進行光電轉換；C2、分別檢測出各個像限對應的電壓；C3、根據所述各個像限對應的電壓計算聚焦誤差信號量，所述的聚焦誤差信號量為單數像限電壓總和與雙數像限電壓總和之差；C4、根據所述聚焦誤差信號量與對應時間的關系，產生聚焦誤差信號量與對應時間構成的聚焦誤差信號曲線。
所述的步驟D中，所述的極值為聚焦誤差信號量的最大值或最小值。
所述的極值體現為聚焦誤差信號量的絕對值大于或等于一設定的閥值，或與所述閥值相關聯的平均值。
所述的步驟E包括如下步驟E1、設定一聚焦偏置容限[-e0，e0]，其中，e0為正值；E2、根據聚焦力矩器靈敏度K，計算電壓值容限，即，[-e0/K，e0/K]；
E3、根據所述極值發生電壓值，進行如下操作E31、若該極值發生電壓值位于電壓值容限之中，取所述基準間距為調整結果間距；E32、若該極值發生電壓值位于電壓值容限之外，調整所述基準間距，用調整后的間距對基準間距更新，重復步驟A至步驟D。
這種光盤驅動單元的聚焦偏置調整裝置，包括光盤驅動單元，所述光盤驅動單元包括盤片支架、單元基架、物鏡、聚焦力矩器和激光器，所述的盤片支架安裝在單元基架上，所述的聚焦力矩器驅動物鏡移動，其特征在于還包括分光棱鏡、光學頭探測器和中心處理單元，其中，所述的分光棱鏡置于激光器與物鏡的光路中，接收光盤的反射光，并將其反射至光學頭探測器；所述的中心處理單元接收經光學頭探測器光電轉換后的電信號，進行相應計算、處理，輸出結果。
所述的中心處理單元包括計算模塊、存儲模塊、比較模塊和顯示模塊，其中，所述的計算模塊接收光學頭探測器輸出的電信號，計算聚焦誤差信號量，并將計算信息發送至存儲模塊；所述的存儲模塊接收、保存施加于聚焦力矩器的周期性電壓數據、計算模塊輸出的計算信息；所述的比較模塊對存儲模塊中的信息進行調用，獲取極值發生電壓值，并對所述極值發生電壓值與電壓值容限進行比較，比較結果輸出至顯示模塊。
所述的光學頭探測器為四像限探測器。
所述的激光器與物鏡的光路中還設置有1/4波片。
所述的激光器與物鏡的光路中還設置有準直透鏡。
本發明的有益效果為在本發明中，通過光學頭探測器處于動態的反射激光光斑進行光電轉換，取得聚焦誤差信號曲線，根據聚焦誤差信號曲線中的極值發生時間取得極值發生電壓值，根據該極值發生電壓值對物鏡與光盤之間的距離進行優化，這樣，零配件的機械設計、加工和裝配工藝誤差對于物鏡與光盤之間的實際距離的影響，可通過本發明進行動態的補償、校正，這也就意謂著，相對于現有技術，本發明對于零配件的機械設計、加工和裝配工藝精度要求要低，提高了產品裝配的適配性，降低了成本，而且，在本發明中，這種聚焦偏置調整精度僅取決于所設定的容限，從原理上確保了本發明的調整精度，對于機械工藝精度依賴性的降低，提高了精度調整的可期望性能和工作可靠性，減小了不可測因素對精度調整的影響，使本發明具有很強的實用性和可靠性，并且，可將本發明中的方法和裝置置入光盤驅動單元的實時工作系統中，這樣，當光盤驅動單元或整機裝配后，也能檢測出光學頭在徑向移動范圍內聚焦偏置是否位于合適的誤差范圍內，并作實時的聚焦偏置調整。


圖1為本發明系統結構示意圖；圖2為本發明中心處理單元結構示意圖；圖3為本發明中聚焦誤差信號曲線與驅動電壓的比照示意圖；圖4為本發明基本控制流程示意圖；
圖5為本發明具體控制流程示意圖；圖6為本發明中聚焦誤差信號曲線中S狀脈沖展開示意圖。
具體實施例方式
下面根據附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明根據圖1和圖2，本發明包括光盤驅動單元，光盤驅動單元包括盤片支架11、單元基架12、物鏡13、聚焦力矩器14、激光器15、分光棱鏡4、光學頭探測器5和中心處理單元6。如圖1所示，盤片支架11安裝在單元基架12上，盤片支架11上安放光盤2，聚焦力矩器14驅動物鏡13移動。
如圖1所示，分光棱鏡4置于激光器15與物鏡13的光路中，接收光盤的反射光，并將其反射至光學頭探測器5，在本發明中，光學頭探測器5為四像限探測器。
如圖1所示，中心處理單元6接收經光學頭探測器5光電轉換后的電信號，進行相應計算、處理，輸出結果，如圖2所示，中心處理單元6包括計算模塊61、存儲模塊62、比較模塊63和顯示模塊64。
如圖2所示，計算模塊61接收光學頭探測器5輸出的電信號，計算聚焦誤差信號量，并將計算信息發送至存儲模塊62。
如圖2所示，存儲模塊62接收、保存施加于聚焦力矩器14的驅動電壓數據、計算模塊61輸出的計算信息。
如圖2所示，比較模塊63對存儲模塊62中的信息進行調用，獲取極值發生電壓值，并對所述極值發生電壓值與電壓值容限進行比較，比較結果輸出至顯示模塊64。
如圖1所示，激光器15與物鏡13的光路中還設置有1/4波片7和準直透鏡3。
如圖1和圖4所示，本發明的基本控制流程如下1)向聚焦力矩器14施加驅動電壓Uact(t)，使光盤驅動單元中的物鏡13與光盤2之間的距離以一基準間距d為中心相對抖動，聚焦力矩器14使物鏡13作周期性的軸向往復運動。
2)激光器15發射的激光光斑聚焦在光盤2上，光盤2將激光光斑反射至分光棱鏡4，再反射在光學頭探測器5上。
3)光學頭探測器5對所接收到的激光光斑進行光電轉換，中心處理單元6接收經光學頭探測器5光電轉換后的電信號，進行相應計算，取得聚焦誤差信號曲線FE(t)。
4)如圖3所示，中心處理單元6根據聚焦誤差信號曲線FE(t)和驅動電壓Uact(t)，取得聚焦誤差信號曲線FE(t)的極值發生時間，根據該極值發生時間取得對應驅動電壓Uact(t)值，即極值發生電壓值；5)通過調整基準間距d使得極值發生電壓值處于一設定的容限之內，獲取調整結果間距。
如圖1、圖2和圖5所示，下面就本發明具體控制流程詳細說明1、向聚焦力矩器14施加驅動電壓Uact(t)，使光盤驅動單元中的物鏡13與光盤2之間的距離以一基準間距d為中心相對抖動，聚焦力矩器14使物鏡13作周期性的軸向往復運動，如圖3所示，該驅動電壓Uact(t)為電壓值對應于時間的鋸齒波電壓，且所述鋸齒波以0V電壓值對稱波動，在本發明中，驅動電壓Uact(t)的頻率以0.5Hz至6Hz為佳，該實施例中，驅動電壓Uact(t)的頻率為5Hz。
2、激光器15發射的激光光斑聚焦在光盤2上，光盤2將激光光斑反射至分光棱鏡4，再反射在光學頭探測器5上，其具體光路如下激光器15→準直透鏡3→分光棱鏡4→1/4波片7→物鏡13→光盤2→物鏡13→1/4波片7→分光棱鏡4→光學頭探測器5。
3、本發明光學頭探測器5為四像限探測器，該四像限探測器將處于各個像限的光斑區光強分別進行光電轉換。
4、四像限探測器分別檢測出各個像限對應的電壓，對于第一、第二、第三、第四像限的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud。
5、四像限探測器將檢測出的電信號發送至中心處理單元6中的計算模塊61，計算模塊61根據Ua、Ub、Uc和Ud計算出聚焦誤差信號FE(t)量，聚焦誤差信號FE(t)量為單數像限電壓總和與雙數像限電壓總和之差，因此，FE(t)＝(Ua+Uc)-(Ub+Ud)，在該計算模塊61中，可采用兩個加法器，分別對一、三像限的電壓之和，以及二、四像限的電壓之和進行運算，兩個加法器的輸出再分別接入一個減法器的輸入端，減法器完成減法運算后輸出聚焦誤差信號FE(t)量。
6、計算模塊61將運算結果發送至存儲模塊62，如圖3所示，根據聚焦誤差信號FE(t)量與對應時間的關系，產生聚焦誤差信號量與對應時間構成的聚焦誤差信號FE(t)曲線；同時，存儲模塊62接收、保存施加于聚焦力矩器14的驅動電壓Uact(t)數據。
7、比較模塊63對存儲模塊62中的數據、信息進行調用，根據聚焦誤差信號FE(t)曲線中的極值發生時間，即聚焦誤差信號FE(t)量的最大值或最小值發生時間，取得該極值發生時間的對應驅動電壓Uact(t)值，該驅動電壓Uact(t)值為極值發生電壓值，如圖3所示，在一時間點ts為極值發生時間，相應的Uact(ts)值即為極值發生電壓值。
在本發明中，極值可體現為聚焦誤差信號量的絕對值大于或等于一設定的閥值，或與所述閥值相關聯的平均值，例如，可先設定一閥值，當聚焦誤差信號量的絕對值等于閥值時，該聚焦誤差信號FE(t)量對應的發生時間為極值發生時間。
又如，計算聚焦誤差信號FE(t)中的一個尖峰中絕對值大于或等于設定閥值的聚焦誤差信號量的平均值，這個平均值可以是算術平均值，也可以是均方根平均值，或采用其它計算方法的平均值，根據計算出的平均值所對應的發生時間為極值發生時間。
在本發明中，聚焦誤差信號曲線中的脈沖為S狀曲線，如圖6所示，在實際應用中，極值發生時間實際上可以取MNRPQ中的任意一點。作為一般情況而言，可取R點，該R點的電壓值等于MG或QH段的平均值；由于聚焦誤差信號FE(t)存在噪聲，因此，常取M1NM2段或Q1PQ2段中任一點求得極值發生時間，即要求有一定閥值。
總之，極值發生時間可根據實際需要，采用上述的方法取得。
8、設定一聚焦偏置容限[-e0，e0]，其中，e0為正值，即聚焦偏置量可以大于或等于-e0且小于或等于e0。
9、根據聚焦力矩器靈敏度K，計算電壓值容限，即[-e0/K，e0/K]，電壓值可以大于或等于-e0/K且小于或等于e0/K。
10、根據上述極值發生電壓值，進行如下操作101、若該極值發生電壓值位于電壓值容限之中，取基準間距d為調整結果間距，并將調整結果間距及其有關調整信息，例如調整成功信息、相應的聚焦誤差信號FE(t)量、驅動電壓Uact(t)值等，輸出至顯示模塊64。
102、若該極值發生電壓值位于電壓值容限之外，調整物鏡13與光盤2之間的距離，用調整后的間距對基準間距d更新，重復上述步驟1至步驟9，直至取得調整結果間距。
本發明中的方法和裝置可以置入光盤驅動單元的實時工作系統中，這樣，當光盤驅動單元或整機裝配后，也能檢測出光學頭在徑向移動范圍內聚焦偏置是否位于合適的誤差范圍內，并作實時的聚焦偏置調整。
權利要求
1.一種光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于它采用如下步驟A、向光盤驅動單元中的聚焦力矩器施加驅動電壓，使光盤驅動單元中的物鏡與光盤之間的距離以一基準間距為中心相對抖動；B、射在光盤上的激光光斑反射于光學頭探測器上；C、光學頭探測器對所接收到的光斑進行光電轉換，取得聚焦誤差信號曲線；D、根據所述聚焦誤差信號曲線中的極值發生時間，取得所述極值發生時間的對應驅動電壓值，該驅動電壓值為極值發生電壓值；E、通過調整所述基準間距使得所述極值發生電壓值處于一設定的容限之內，獲取調整結果間距。
2.根據權利要求1所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于所述的步驟A中，向所述光盤驅動單元中的聚焦力矩器施加驅動電壓，驅動聚焦力矩器使物鏡作周期性的軸向往復運動。
3.根據權利要求2所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于所述的步驟A中，所述的驅動電壓為電壓值對應于時間的鋸齒波電壓，且所述鋸齒波以0V電壓值對稱波動。
4.根據權利要求2所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于所述的步驟A中，所述的驅動電壓的頻率為0.5Hz至6Hz。
5.根據權利要求1-4中任意一項所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于所述的步驟C包括如下步驟C1、所述的光學頭探測器采用四像限探測器，該探測器將處于各個像限的光斑區光強分別進行光電轉換；C2、分別檢測出各個像限對應的電壓；C3、根據所述各個像限對應的電壓計算聚焦誤差信號量，所述的聚焦誤差信號量為單數像限電壓總和與雙數像限電壓總和之差；C4、根據所述聚焦誤差信號量與對應時間的關系，產生聚焦誤差信號量與對應時間構成的聚焦誤差信號曲線。
6.根據權利要求5所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于所述的步驟D中，所述的極值為聚焦誤差信號量的最大值或最小值。
7.根據權利要求5所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于所述的步驟D中，所述的極值體現為聚焦誤差信號量的絕對值大于或等于一設定的閥值，或與所述閥值相關聯的平均值。
8.根據權利要求6或7所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法，其特征在于所述的步驟E包括如下步驟E1、設定一聚焦偏置容限[-e0，e0]，其中，e0為正值；E2、根據聚焦力矩器靈敏度K，計算電壓值容限，即，[-e0/K，e0/K]；E3、根據所述極值發生電壓值，進行如下操作E31、若該極值發生電壓值位于電壓值容限之中，取所述基準間距為調整結果間距；E32、若該極值發生電壓值位于電壓值容限之外，調整所述基準間距，用調整后的間距對基準間距更新，重復步驟A至步驟D。
9.一種光盤驅動單元的聚焦偏置調整裝置，包括光盤驅動單元，所述光盤驅動單元包括盤片支架(11)、單元基架(12)、物鏡(13)、聚焦力矩器(14)和激光器(15)，所述的盤片支架(11)安裝在單元基架(12)上，所述的聚焦力矩器(14)驅動物鏡(13)移動，其特征在于還包括分光棱鏡(4)、光學頭探測器(5)和中心處理單元(6)，其中，所述的分光棱鏡(4)置于激光器(15)與物鏡(13)的光路中，接收光盤的反射光，并將其反射至光學頭探測器(5)；所述的中心處理單元(6)接收經光學頭探測器(5)光電轉換后的電信號，進行相應計算、處理，輸出結果。
10.根據權利要求9所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整裝置，其特征在于所述的中心處理單元(6)包括計算模塊(61)、存儲模塊(62)、比較模塊(63)和顯示模塊(64)，其中，所述的計算模塊(61)接收光學頭探測器(5)輸出的電信號，計算聚焦誤差信號量，并將計算信息發送至存儲模塊(62)；所述的存儲模塊(62)接收、保存施加于聚焦力矩器(14)的驅動電壓數據、計算模塊(61)輸出的計算信息；所述的比較模塊(63)對存儲模塊(62)中的信息進行調用，獲取極值發生電壓值，并對所述極值發生電壓值與電壓值容限進行比較，比較結果輸出至顯示模塊(64)。
11.根據權利要求9所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整裝置，其特征在于所述的光學頭探測器(5)為四像限探測器。
12.根據權利要求9所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整裝置，其特征在于所述的激光器(15)與物鏡(13)的光路中還設置有1/4波片(7)。
13.根據權利要求9或10或11或12所述的光盤驅動單元的聚焦偏置調整裝置，其特征在于所述的激光器(15)與物鏡(13)的光路中還設置有準直透鏡(3)。
全文摘要
一種涉及光學的光盤驅動單元的聚焦偏置調整方法和裝置，采用如下步驟A.向光盤驅動單元中的聚焦力矩器施加驅動電壓，使光盤驅動單元中的物鏡與光盤之間的距離以一基準間距為中心相對抖動，B.射在光盤上的激光光斑反射于光學頭探測器上，C.光學頭探測器對所接收到的光斑進行光電轉換，取得聚焦誤差信號曲線，D.根據所述聚焦誤差信號曲線中的極值發生時間，取得所述極值發生時間的對應驅動電壓值，該驅動電壓值為極值發生電壓值，E.通過調整所述基準間距使得所述極值發生電壓值處于一設定的容限之內，獲取調整結果間距；本發明調整精度高，成本低，實用性強，可靠性好。
文檔編號G11B20/00GK1801347SQ20051002206
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月9日 優先權日2005年11月9日
發明者馬建設, 張建勇, 范繼良, 楊明生, 孫滿龍, 李揮, 韓曉鵬, 唐毅, 潘龍法, 毛樂山, 徐端頤 申請人:清華大學深圳研究生院, 東莞宏威數碼機械有限公司