專利名稱：用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學頭結構的制作方法
技術領域：
本發明屬于高密度數字光存儲技術領域，特別涉及用于層狀組合式光盤的光學頭及其伺服系統結構設計。
普通光學頭是用于讀取單張光盤而設計的結構，主要采用的是導軌結構實現光學頭中的光電組件直線徑向運動進行尋道。這種光學頭結構及工作方式如
圖1所示。主軸電機18驅動動主軸19來帶動光盤11旋轉。光學頭的光電部件12位于小車13上，而小車在被直線電機16驅動沿徑向導軌14完成尋道伺服。精細的聚焦和跟蹤伺服則由光學頭光電組件中二維力矩器完成。主軸19及導軌14被分別固定在相應的基座17和15上。這種導軌式光學頭結構可以很好的完成單張光盤的存取操作。
目前一種新的層狀組合式光盤被提出，這種光盤的結構如圖2所示。它由盤軸21和盤間隔離環22將多張光盤23構成層狀組合式光盤。這種光盤由多張光盤組合而成，并且數據可以采用陣列式并行存取方式，所以這種光盤可以實現大容量，高速度和高可靠性的光存儲。但由于這種光盤的層狀結構，使得上述普通光學頭無法完成這種光盤的讀取。
本發明的目的是為了克服已有技術的不足之處，提出一種用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學頭結構，可實現層狀組合式光盤的多層同時并行存取，并具有較快的尋址速度；可以使光學頭有效的完成跟蹤和聚焦伺服。
本發明提出一種用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學頭結構，其特征在于，包括一個擺軸，該擺軸上連有n+1個擺桿(可用于n層層狀組合式光盤)，最頂端的擺桿固定有向下存取光電部件，最底端的擺桿固定有向上的存取光電部件，其余的擺桿前端都固定有分別用于向上和向下存取的兩個光電部件；還包括有由位置探測器，PID調整環節和執行器構成的尋道伺服、聚焦伺服、跟蹤伺服和光電部件傾角伺服機構，所說的聚集和跟蹤伺服機構與普通光學頭完全相同，由光電部件中的二維力矩器及其相應的控制電路實現，所說的尋道伺服機構由執行器、位置探測器和PID控制環節構成，所說的光電部件傾角伺服由執行器、位置探測器和PID控制環節構成。
所說的尋道和傾角伺服中的探測器為四象限探測器。
所說的尋道伺服機構的執行器采用了驅動擺軸的精確步進電機，而它的PID調整是用數字信號處理器(DSP)來實現數字伺服的。這種光學頭中特有的傾角伺服機構的位置探測信號有四象限探測器中的對角差分信號提供，而執行器則由驅動光電部件擺動的扭矩電機(線圈)實現。由于空間的限制，傾角伺服機構的PID調整環節是由典型模擬PID調整電路實現。
本發明的特點；本發明的光學頭是梳狀結構，使得這種光學頭的光電部件可以深入到層狀光盤的層間，對光盤進行讀取；而此光學頭的擺桿式結構則使這種光學頭具有較快的尋址速度；擺動角伺服則可以使光學頭有效的完成跟蹤和聚焦伺服。這種光學頭是實現層狀組合式光盤必要的存取的關鍵部件，并和層狀組合式光盤結合使在不改變單盤存儲密度的情況下，全面提高光盤存儲系統的性能。
附圖簡要說明圖1為普通光學頭結構和工作原理圖。
圖2為層狀組合式光盤的結構。
圖3為本發明的梳狀擺桿式光學頭結構圖。
圖4為梳狀擺桿式光學頭工作示意圖。
圖5為本發明的光學頭同時讀取雙層光盤示意圖。
圖6為本發明的伺服控制系統的結構圖7為本發明的光電部件傾角伺服示意圖。
圖8為本發明的光電部件傾角伺服反饋信號示意圖。
圖9為本實施例采用的傾角伺服系統的典型模擬PID調整電路原理圖。
本發明的一種用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學頭及其伺服系統結構實施例結合各附圖詳細說明如下本發明的結構如圖3所示，光學頭的結構有一個主要的擺軸33，擺軸上帶有n+1個擺桿(這里的n是指層狀組合式光盤的層數)，每個擺桿的前端都有用于數據存取的光電部件。為了實現對于雙面光盤的存取，除了最頂端和最底端的擺桿外，其它的擺桿前端都具有分別用于向上和向下存取的光電部件35和36。最頂端的擺桿只帶有向下存儲光電部件31，而最底端的擺桿只帶有向上的存儲光電部件34。
這種光學頭工作時是通過擺軸帶動擺桿轉動，將讀寫用的光電部件送至組合式光盤各層光盤盤片的讀寫位置。其工作的示意圖如圖4所示，層狀組合式光盤41由自身的主軸帶動旋轉，梳狀光學頭的擺軸44帶動擺桿43，將擺桿前端的讀寫光電部件擺入到各層光盤盤片的讀寫位置。其中，由于梳狀光學頭的中間擺桿前端都向上和向下兩個光電部件，所以可以同時對雙面光盤的兩個讀寫面進行讀寫操作。如圖5所示，上面擺桿前端的向下光電部件51可以對一張雙面光盤52的上讀寫面進行操作，而下面擺桿前端的向上光電部件53可以同時對這張雙面光盤的下讀寫面進行操作。
本實施例是用于存儲由10張雙面可擦寫DVD光盤組成層狀組合式光盤的梳狀擺桿式光學頭。這個光學頭由11根擺桿和一個轉軸組成，擺桿和轉軸的結構采用常規技術手段實現。除最頂端和最底端的兩個擺桿外，其它9根擺桿的前端都固定有向上和向下存取的光電部件。最頂端的擺桿只有向下存儲光電部件，而最底端的擺桿只有向上的存儲光電部件。
本實施例的光電部件采用目前筆記本電腦中廣泛使用的DVD驅動器中的薄型光學頭光電部件，其厚度為7mm，可以擺入層狀組合式光盤的10mm的層間間隔。光學頭的轉軸距離光盤的轉動主軸距離為120mm。擺桿長度為140mm，并且與轉軸直接相連，由轉軸帶動進行擺動，實現尋道伺服。通過種這種光學頭可以實現對于這10層組合式光盤的20個讀寫面的同時存取，提高了光存儲的讀寫速度和容量。
本實施例的梳狀擺桿式光學頭的伺服系統與普通光學頭相同，包括三種基本伺服系統，即尋道伺服，聚焦伺服和跟蹤伺服。三種伺服系統如圖6所示，由位置探測器，PID調整環節和執行器組成。但這種梳狀擺桿式光學頭的伺服系統的結構具有新的特點首先是尋道伺服，普通光學頭的是由直線電機驅動小車沿導軌實現的，但對于層狀組合式光盤，這種方式是不適用的。因此梳狀擺桿式光學頭采用的是擺桿結構，這種結構是通過擺桿將光學頭中用于讀寫的光電部件擺動到相應的位置。這種伺服方式較之原來的直線尋道伺服方式的關鍵不同是在于執行部件不再是驅動小車的直線電機而是驅動擺軸的精確步進電機。由于執行部件的不同，依據所驅動的擺桿及光電部件的質量要大于原有普通光學頭，其中的PID控制環節的參數需要適當的調節。聚集和跟蹤伺服與普通光學頭類似，都是由光學頭的光電部件中的二維力矩器來完成。除了這三類基本伺服系統外，梳狀擺桿式光學頭的光電部件有一個特殊的伺服系統，就是光電部件傾角伺服。傾角伺服的示意圖如圖7所示。由于擺桿是從同一個擺軸擺動的，所以擺桿73無法保證對于光盤上每一條信道75的切向74相同。以中間擺桿為例，前端的具有向上71和向下72兩個存取光電部件如果與擺桿具有相同的方向，將使探測器與信道具有一定的傾角，使得用于跟蹤伺服的推挽信號無法正確獲取，為此擺桿前端與光電部件之間需要加入一傾角伺服。這一伺服系統由小型電機驅動光電部件擺動，而反饋信號主要來自于四象限探測器中的對角差分信號。如圖8所示，可擦寫光盤都具有預刻槽82，由于衍射作用，射入預刻槽中的光反射較弱。這樣當四象限探測器81與預刻槽具有一定夾角的時候，四象限探測器中的對角差分信號([a+c]-[b+d])不等于零。這樣通過對于對角差分信號的反饋控制，可以實現光電部件的傾角伺服。
對于這個光學頭中的尋道伺服，其位置探測器仍然采用光學頭中光電部件的四象限探測器中的HF信號，而執行器則采用了精確步進電機，而它的PID調整是用數字信號處理器(DSP)來實現數字伺服的。這種光學頭中特有的傾角伺服系統的位置探測信號有四象限探測器中的對角差分信號提供，而執行器則由扭矩電機(線圈)實現。由于空間的限制，傾角伺服系統的PID調整環節是由典型模擬PID調整電路實現。本實施例采用的電路如圖9所示，它有比例環節(P環節)Ⅰ，積分環節(I環節)Ⅱ和微分環節(D環節)Ⅲ組成。這三部分的傳遞函數為HP=R2R1--(1)]]>H1=R4+R3R3·1+SCR3R4R3+R41+SCR4--(2)]]>HD=R5R5+R6·1+SCR61+SCR5R6R5+R6--(3)]]>具體的參數依據扭矩電機和光電部件特性通過實驗調整得出。
權利要求
1.一種用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學頭結構，其特征在于，包括一個擺軸，該擺軸上連有n+1個擺桿，最頂端的擺桿固定有向下存取光電部件，最底端的擺桿固定有向上的存取光電部件，其余的擺桿前端都固定有分別用于向上和向下存取的兩個光電部件；還包括有由位置探測器，PID調整環節和執行器構成的尋道伺服、聚焦伺服、跟蹤伺服和光電部件傾角伺服機構，所說的聚集和跟蹤伺服機構由光電部件中的二維力矩器及其相應的控制電路實現，所說的尋道伺服機構由執行器、位置探測器和PID控制環節構成，所說的光電部件傾角伺服由執行器、位置探測器和PID控制環節構成。
2.如權利要求1所述們梳狀擺桿光學頭結構，其特征在于，所說的尋道和傾角伺服中的探測器為四象限探測器。
3.如權利要求1所述的梳狀擺桿光學頭結構，其特征在于，所說的尋道伺服機構的執行器采用了驅動擺軸的精確步進電機，而它的PID調整是用數字信號處理器來實現。
4.如權利要求1所述的梳狀擺桿光學頭結構，其特征在于，所說的傾角伺服機構的位置探測信號由四象限探測器中的對角差分信號提供，而所說的執行器則由驅動光電部件擺動的扭矩電機實現，所說的傾角伺服機構的PID調整環節是由典型模擬PID調整電路實現。
全文摘要
本發明屬于高密度數字光存儲技術領域,包括一個擺軸,該擺軸上連有n+1個擺桿,最頂端的和最底端的擺桿分別固定有向下和向上存儲光電部件,其余的擺桿前端都固定有用于向上和向下存取的兩個光電部件;還包括有由位置探測器,PID調整環節和執行器構成的尋道伺服、聚焦伺服、跟蹤伺服和光電部件傾角伺服機構。本發明可實現層狀組合式光盤的多層同時并行存取,并具有較快的尋址速度;可以使光學頭有效的完成跟蹤和聚焦伺服。
文檔編號G11B21/02GK1300057SQ00133670
公開日2001年6月20日 申請日期2000年12月1日 優先權日2000年12月1日
發明者徐端頤, 馬立軍, 潘龍法 申請人:清華大學