專利名稱：用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學(xué)頭結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高密度數(shù)字光存儲技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于層狀組合式光盤的光學(xué)頭及其伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
普通光學(xué)頭是用于讀取單張光盤而設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，主要采用的是導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)光學(xué)頭中的光電組件直線徑向運(yùn)動進(jìn)行尋道。這種光學(xué)頭結(jié)構(gòu)及工作方式如

圖1所示。主軸電機(jī)18驅(qū)動動主軸19來帶動光盤11旋轉(zhuǎn)。光學(xué)頭的光電部件12位于小車13上，而小車在被直線電機(jī)16驅(qū)動沿徑向?qū)к?4完成尋道伺服。精細(xì)的聚焦和跟蹤伺服則由光學(xué)頭光電組件中二維力矩器完成。主軸19及導(dǎo)軌14被分別固定在相應(yīng)的基座17和15上。這種導(dǎo)軌式光學(xué)頭結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)如圖2所示。它由盤軸21和盤間隔離環(huán)22將多張光盤23構(gòu)成層狀組合式光盤。這種光盤由多張光盤組合而成，并且數(shù)據(jù)可以采用陣列式并行存取方式，所以這種光盤可以實(shí)現(xiàn)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(jié)構(gòu)，使得上述普通光學(xué)頭無法完成這種光盤的讀取。
本發(fā)明的目的是為了克服已有技術(shù)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(xué)頭結(jié)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)層狀組合式光盤的多層同時(shí)并行存取，并具有較快的尋址速度；可以使光學(xué)頭有效的完成跟蹤和聚焦伺服。
本發(fā)明提出一種用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學(xué)頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個(gè)擺軸，該擺軸上連有n+1個(gè)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(gè)光電部件；還包括有由位置探測器，PID調(diào)整環(huán)節(jié)和執(zhí)行器構(gòu)成的尋道伺服、聚焦伺服、跟蹤伺服和光電部件傾角伺服機(jī)構(gòu)，所說的聚集和跟蹤伺服機(jī)構(gòu)與普通光學(xué)頭完全相同，由光電部件中的二維力矩器及其相應(yīng)的控制電路實(shí)現(xiàn)，所說的尋道伺服機(jī)構(gòu)由執(zhí)行器、位置探測器和PID控制環(huán)節(jié)構(gòu)成，所說的光電部件傾角伺服由執(zhí)行器、位置探測器和PID控制環(huán)節(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)的執(zhí)行器采用了驅(qū)動擺軸的精確步進(jìn)電機(jī)，而它的PID調(diào)整是用數(shù)字信號處理器(DSP)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字伺服的。這種光學(xué)頭中特有的傾角伺服機(jī)構(gòu)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(zhí)行器則由驅(qū)動光電部件擺動的扭矩電機(jī)(線圈)實(shí)現(xiàn)。由于空間的限制，傾角伺服機(jī)構(gòu)的PID調(diào)整環(huán)節(jié)是由典型模擬PID調(diào)整電路實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的特點(diǎn)；本發(fā)明的光學(xué)頭是梳狀結(jié)構(gòu)，使得這種光學(xué)頭的光電部件可以深入到層狀光盤的層間，對光盤進(jìn)行讀??；而此光學(xué)頭的擺桿式結(jié)構(gòu)則使這種光學(xué)頭具有較快的尋址速度；擺動角伺服則可以使光學(xué)頭有效的完成跟蹤和聚焦伺服。這種光學(xué)頭是實(shí)現(xiàn)層狀組合式光盤必要的存取的關(guān)鍵部件，并和層狀組合式光盤結(jié)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(tǒng)的性能。
附圖簡要說明圖1為普通光學(xué)頭結(jié)構(gòu)和工作原理圖。
圖2為層狀組合式光盤的結(jié)構(gòu)。
圖3為本發(fā)明的梳狀擺桿式光學(xué)頭結(jié)構(gòu)圖。
圖4為梳狀擺桿式光學(xué)頭工作示意圖。
圖5為本發(fā)明的光學(xué)頭同時(shí)讀取雙層光盤示意圖。
圖6為本發(fā)明的伺服控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖7為本發(fā)明的光電部件傾角伺服示意圖。
圖8為本發(fā)明的光電部件傾角伺服反饋信號示意圖。
圖9為本實(shí)施例采用的傾角伺服系統(tǒng)的典型模擬PID調(diào)整電路原理圖。
本發(fā)明的一種用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學(xué)頭及其伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)施例結(jié)合各附圖詳細(xì)說明如下本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖3所示，光學(xué)頭的結(jié)構(gòu)有一個(gè)主要的擺軸33，擺軸上帶有n+1個(gè)擺桿(這里的n是指層狀組合式光盤的層數(shù))，每個(gè)擺桿的前端都有用于數(shù)據(jù)存取的光電部件。為了實(shí)現(xiàn)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(xué)頭工作時(shí)是通過擺軸帶動擺桿轉(zhuǎn)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(zhuǎn)，梳狀光學(xué)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(xué)頭的中間擺桿前端都向上和向下兩個(gè)光電部件，所以可以同時(shí)對雙面光盤的兩個(gè)讀寫面進(jìn)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(jìn)行操作，而下面擺桿前端的向上光電部件53可以同時(shí)對這張雙面光盤的下讀寫面進(jìn)行操作。
本實(shí)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(xué)頭。這個(gè)光學(xué)頭由11根擺桿和一個(gè)轉(zhuǎn)軸組成，擺桿和轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)采用常規(guī)技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)。除最頂端和最底端的兩個(gè)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(shí)施例的光電部件采用目前筆記本電腦中廣泛使用的DVD驅(qū)動器中的薄型光學(xué)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(xué)頭的轉(zhuǎn)軸距離光盤的轉(zhuǎn)動主軸距離為120mm。擺桿長度為140mm，并且與轉(zhuǎn)軸直接相連，由轉(zhuǎn)軸帶動進(jìn)行擺動，實(shí)現(xiàn)尋道伺服。通過種這種光學(xué)頭可以實(shí)現(xiàn)對于這10層組合式光盤的20個(gè)讀寫面的同時(shí)存取，提高了光存儲的讀寫速度和容量。
本實(shí)施例的梳狀擺桿式光學(xué)頭的伺服系統(tǒng)與普通光學(xué)頭相同，包括三種基本伺服系統(tǒng)，即尋道伺服，聚焦伺服和跟蹤伺服。三種伺服系統(tǒng)如圖6所示，由位置探測器，PID調(diào)整環(huán)節(jié)和執(zhí)行器組成。但這種梳狀擺桿式光學(xué)頭的伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有新的特點(diǎn)首先是尋道伺服，普通光學(xué)頭的是由直線電機(jī)驅(qū)動小車沿導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)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(xué)頭采用的是擺桿結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是通過擺桿將光學(xué)頭中用于讀寫的光電部件擺動到相應(yīng)的位置。這種伺服方式較之原來的直線尋道伺服方式的關(guān)鍵不同是在于執(zhí)行部件不再是驅(qū)動小車的直線電機(jī)而是驅(qū)動擺軸的精確步進(jìn)電機(jī)。由于執(zhí)行部件的不同，依據(jù)所驅(qū)動的擺桿及光電部件的質(zhì)量要大于原有普通光學(xué)頭，其中的PID控制環(huán)節(jié)的參數(shù)需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)。聚集和跟蹤伺服與普通光學(xué)頭類似，都是由光學(xué)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(tǒng)外，梳狀擺桿式光學(xué)頭的光電部件有一個(gè)特殊的伺服系統(tǒng)，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(gè)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(gè)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(tǒng)由小型電機(jī)驅(qū)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(yù)刻槽82，由于衍射作用，射入預(yù)刻槽中的光反射較弱。這樣當(dāng)四象限探測器81與預(yù)刻槽具有一定夾角的時(shí)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(shí)現(xiàn)光電部件的傾角伺服。
對于這個(gè)光學(xué)頭中的尋道伺服，其位置探測器仍然采用光學(xué)頭中光電部件的四象限探測器中的HF信號，而執(zhí)行器則采用了精確步進(jìn)電機(jī)，而它的PID調(diào)整是用數(shù)字信號處理器(DSP)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字伺服的。這種光學(xué)頭中特有的傾角伺服系統(tǒng)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(zhí)行器則由扭矩電機(jī)(線圈)實(shí)現(xiàn)。由于空間的限制，傾角伺服系統(tǒng)的PID調(diào)整環(huán)節(jié)是由典型模擬PID調(diào)整電路實(shí)現(xiàn)。本實(shí)施例采用的電路如圖9所示，它有比例環(huán)節(jié)(P環(huán)節(jié))Ⅰ，積分環(huán)節(jié)(I環(huán)節(jié))Ⅱ和微分環(huán)節(jié)(D環(huán)節(jié))Ⅲ組成。這三部分的傳遞函數(shù)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(shù)依據(jù)扭矩電機(jī)和光電部件特性通過實(shí)驗(yàn)調(diào)整得出。
權(quán)利要求
1.一種用于層狀組合式光盤的梳狀擺桿光學(xué)頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括一個(gè)擺軸，該擺軸上連有n+1個(gè)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(gè)光電部件；還包括有由位置探測器，PID調(diào)整環(huán)節(jié)和執(zhí)行器構(gòu)成的尋道伺服、聚焦伺服、跟蹤伺服和光電部件傾角伺服機(jī)構(gòu)，所說的聚集和跟蹤伺服機(jī)構(gòu)由光電部件中的二維力矩器及其相應(yīng)的控制電路實(shí)現(xiàn)，所說的尋道伺服機(jī)構(gòu)由執(zhí)行器、位置探測器和PID控制環(huán)節(jié)構(gòu)成，所說的光電部件傾角伺服由執(zhí)行器、位置探測器和PID控制環(huán)節(jié)構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述們梳狀擺桿光學(xué)頭結(jié)構(gòu)，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(quán)利要求1所述的梳狀擺桿光學(xué)頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說的尋道伺服機(jī)構(gòu)的執(zhí)行器采用了驅(qū)動擺軸的精確步進(jìn)電機(jī)，而它的PID調(diào)整是用數(shù)字信號處理器來實(shí)現(xiàn)。
4.如權(quán)利要求1所述的梳狀擺桿光學(xué)頭結(jié)構(gòu)，其特征在于，所說的傾角伺服機(jī)構(gòu)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(zhí)行器則由驅(qū)動光電部件擺動的扭矩電機(jī)實(shí)現(xiàn)，所說的傾角伺服機(jī)構(gòu)的PID調(diào)整環(huán)節(jié)是由典型模擬PID調(diào)整電路實(shí)現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明屬于高密度數(shù)字光存儲技術(shù)領(lǐng)域,包括一個(gè)擺軸,該擺軸上連有n+1個(gè)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(gè)光電部件;還包括有由位置探測器,PID調(diào)整環(huán)節(jié)和執(zhí)行器構(gòu)成的尋道伺服、聚焦伺服、跟蹤伺服和光電部件傾角伺服機(jī)構(gòu)。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)層狀組合式光盤的多層同時(shí)并行存取,并具有較快的尋址速度;可以使光學(xué)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(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者徐端頤, 馬立軍, 潘龍法 申請人:清華大學(xué)