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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Abtasten einer Spur auf
einem Aufzeichnungsträger mittels
eines Strahls, wobei die Spur Informationen repräsentierende Markierungen umfasst,
wobei die Einrichtung umfasst: einen Kopf zum Bereitstellen des
Strahls und Erzeugen wenigstens eines Sensorsignals, wobei der Kopf
ein Fokussierelement umfasst, eine Fokussiereinheit zum Steuern
des Fokussierelementes, um eine fokussierte Position zum Erzeugen
eines fokussierten Lichtfleckes auf der Spur in Abhängigkeit
von einem auf dem Sensorsignal basierenden Verschiebungssignal aufrechtzuerhalten, wobei
das Verschiebungssignal auf eine Verschiebung des Fokussierelementes
bezüglich
einer fokussierten Position schließen lässt, wobei das Sensorsignal
sich überlappende
Bereiche von Sensorsignalwerten für verschiedene Bereiche der
Verschiebung aufweist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abtasten einer Spur
auf einem Aufzeichnungsträger
mittels eines Strahls, wobei die Spur Informationen repräsentierende
Markierungen umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen wenigstens
eines Sensorsignals, Steuern eines Fokussierelementes, um eine fokussierte
Position zum Erzeugen eines fokussierten Lichtfleckes auf der Spur
in Abhängigkeit
von einem auf dem Sensorsignal basierenden Verschiebungssignal aufrechtzuerhalten,
wobei das Verschiebungssignal auf eine Verschiebung des Fokussierelementes
bezüglich
einer fokussierten Position schließen lässt, wobei das Sensorsignal
sich überlappende
Bereiche von Sensorsignalwerten für verschiedene Bereiche der
Verschiebung aufweist.
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Das
Dokument
US 4 695 158
A offenbart einen Fokusfehlerdetektor, welcher umfasst:
eine innere Gruppe von Lichtdetektorelementen, die in einem kreisförmigen Bereich
um einen Fokuspunkt eines Beleuchtungsstrahls herum ausgebildet
sind, zum Erzeugen eines ersten Fokusfehlersignals; eine zweite
Gruppe von Lichtdetektorelementen, die in einem ringförmigen Bereich
um den kreisförmigen
Bereich herum ausgebildet sind, zum Erzeugen eines zweiten Fokusfehlersignals;
einen Verstärker
zum Verstärken
des zweiten Fehlersignals und einen Addierer zum Kombinieren des
ersten und des zweiten Fokusfehlersignals, um ein zusammengesetztes
Fokusfehlersignal zu erzeugen.
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Eine
Einrichtung und ein Verfahren zum Abtasten einer Spur und Lesen
von Informationen sind aus dem Patent
US
6,314,069 bekannt. Die Einrichtung weist einen Kopf zum
Bereitstellen eines Strahls, der auf eine Spur fokussiert ist, auf.
Es wird ein Lesesignal zum Lesen von Informationen erzeugt, die
durch Markierungen in einer Spur auf einem Aufzeichnungsträger wie
etwa einer optischen Platte repräsentiert
sind. Ein Fehlersignal, das eine Verschiebung eines Fokussierelementes
bezüglich einer
fokussierten Position repräsentiert,
wird ausgehend von zwei Detektorsignalen von einem Detektor erzeugt.
Es wird vorausgesetzt, dass die Detektorsignale eine periodische
Kennlinie in Bezug auf die Verschiebung haben. Ein Servosystem,
das auf die Fehlersignale reagiert, steuert das Fokussierelement,
um den Strahl in die fokussierte Position zu bringen. Eine lokale
Rückführungsschleife
ist mit den Detektorsignalen gekoppelt, und die Fehlersignale (welche
phasenverschoben sind) sind über
zwei Generatoren periodischer Funktionen mit zwei Multiplizierern
gekoppelt, welche die Detektorsignale mit dem Ausgang der Generatoren
periodischer Funktionen multiplizieren. Der Ausgang der Multiplizierer
ist mit der Schaltung zum Modifizieren des Fehlersignals gekoppelt.
Infolgedessen wird der Betriebsbereich des Fokus-Hilfsregelkreises
auf einen Bereich von Verschiebungen außerhalb eines begrenzten Arbeitsbereiches
um die nominelle fokussierte Position herum ausgedehnt. Ein Problem
der bekannten Einrichtung ist, dass zwei phasenverschobene Detektorsignale
mit einer periodischen Kennlinie erforderlich sind, und dass die
Erweiterung des Fokusbereiches auf Verschiebungen außerhalb
des begrenzten Arbeitsbereiches nicht genau ist.
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Daher
ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung und ein Verfahren
zum Abtasten eines Aufzeichnungsträgers mit einem genauen erweiterten
Fokusbereich zu schaffen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe mit einer Einrichtung
der im einleitenden Absatz definierten Art gelöst, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass die Einrichtung umfasst: eine Vielzahl von stückweisen
Umsetzern, wobei jeder Umsetzer einen Bereich der Sensorsignalwerte
in ein Positionssignal umsetzt, und Auswahlmittel zum Auswählen eines
der Positionssignale als das Verschiebungssignal, ausgehend von
einer geschätzten Verschiebung.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe mit einem Verfahren
der im einleitenden Absatz definierten Art gelöst, wobei das Verfahren umfasst: Umsetzen
einer Vielzahl von Bereichen der Sensorsignalwerte in eine Vielzahl
von Positionssignalen und Auswählen
eines der Positionssignale als das Verschiebungssignal, ausgehend
von einer geschätzten
Verschiebung.
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Die
Wirkung des stückweisen
Umsetzens ist, dass entsprechende Bereiche von Sensorsignalwerten
durch zugehörige
Umsetzer umgesetzt werden. Die Auswahl des jeweiligen Positionssignals
beruht auf der geschätzten
Verschiebung. Dies hat den Vorteil, dass der Betriebsbereich des
Fokus-Servosystems außerhalb
eines im Wesentlichen linearen Bereiches um die fokussierte Position
herum genauer erweitert wird, insbesondere einschließlich nichtlinearer
Bereiche mit sich überlappenden
Sensorsignalwerten.
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Die
Erfindung beruht außerdem
auf der folgenden Erkenntnis. Bei Systemen nach dem Stand der Technik
ist das Fokussiersystem gewöhnlich
für einen
im Wesentlichen linearen Arbeitsbereich um eine Nennposition herum
ausgelegt. Außerhalb
des linearen Bereiches, d.h. für
größere Verschiebungen, nimmt
das Sensorsignal ab und bildet dabei invertierte und relativ lange
Endabschnitte der Kurve, wobei die Gesamtkurve gewöhnlich s-Kurve
genannt wird. Die Erfinder haben festgestellt, dass, obwohl für existierende
optische Plattensysteme der lineare Bereich einen ausreichenden
Arbeitsbereich zur Verfügung stellt,
bei optischen Plattenlaufwerken mit hoher Dichte und kleinem Formfaktor
der lineare Bereich relativ klein ist. Daher wäre das Laufwerk sehr stoßempfindlich,
und eine Erweiterung des Arbeitsbereiches über den linearen Bereich hinaus
erscheint günstig.
Tatsächlich überdecken
die Endabschnitte einen Bereich von Verschiebungen, der wesentlich größer ist
als der lineare Abschnitt. Das Voraussetzen einer periodischen Kennlinie,
wie bei der bekannten s-Kurven-Erweiterung in
US 6,314,069 , ist in hohem Maße ungenau
und begrenzt die Erweiterung übermäßig auf
ungefähr
das Doppelte der Größe des linearen
Bereiches.
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Bei
einer Ausführungsform
der Einrichtung umfassen die Auswahlmittel ein Schätzmodul
zum Bestimmen der geschätzten
Verschiebung, ausgehend von früheren
Werten des Verschiebungssignals. Die Auswirkung ist, dass angenommen
wird, dass sich eine Bewegung des Fokussierelementes in Bezug auf
die Spur entsprechend den früheren
Abtastwerten fortsetzt. Dies hat den Vorteil, dass die Wahl eines
Positionssignals auf einem realistischen physikalischen Modell des
Fokussierelementes beruht.
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Bei
einer Ausführungsform
der Einrichtung weist wenigstens einer der stückweisen Umsetzer eine im Wesentlichen
proportionale Beziehung zwischen dem Bereich der Sensorsignalwerte
und dem Positionssignal auf, und wenigstens einer der stückweisen
Umsetzer weist eine im Wesentlichen inverse Beziehung zwischen dem
Bereich der Sensorsignalwerte und dem Positionssignal auf. Dadurch
liefert das Positionssignal Verschiebungswerte des Fokussierelementes
außerhalb
des begrenzten linearen Bereiches der s-Kurve. Dies hat den Vorteil,
dass eine invertierende Funktion eine einfache und effiziente Umsetzung
eines Endes der s-Kurve in ein Positionssignal liefert.
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Weitere
bevorzugte Ausführungsformen
der Einrichtung gemäß der Erfindung
sind in den weiteren Ansprüchen
angegeben.
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Diese
und andere Aspekte der Erfindung werden anhand der Ausführungsformen
ersichtlich und näher
erläutert,
die in der nachfolgenden Beschreibung und unter Bezugnahme auf die
beigefügten
Zeichnungen als Beispiele beschrieben werden. Es zeigen:
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1a einen
Aufzeichnungsträger
(Draufsicht),
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1b einen
Aufzeichnungsträger
(Querschnitt),
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1c eine
Einzelheit einer Spur,
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2 eine
Abtasteinrichtung, die eine Fokuserweiterung aufweist,
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3 ein
Sensorsignal eines Fokussensors,
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4 eine
Fokuserweiterungseinheit,
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5 die
Verschiebung einer Objektivlinse,
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6 ein
Sensorsignal,
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7a Positionssignale
für die
Endabschnitte der s-Kurve,
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7b ein
Positionssignal für
den mittleren Abschnitt der s-Kurve,
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7c einen
Kombination von Positionssignalen, und
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8 ein
rekonstruiertes Verschiebungssignal.
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In
den Figuren sind Elemente, welche bereits beschriebenen Elementen
entsprechen, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1a zeigt
einen plattenförmigen
Aufzeichnungsträger 11 mit
einer Spur 9 und einer zentralen Bohrung 10. Die
Spur 9, welche die Position der Reihe von aufgezeichneten
(bzw. aufzuzeichnenden), Informationen repräsentierenden Markierungen ist, ist
in einem spiralförmigen
Muster von Windungen angeordnet, das im Wesentlichen parallele Spuren auf
einer Informationsschicht bildet. Der Aufzeichnungsträger kann
eine optisch lesbare Platte sein, optische Platte genannt, und weist
eine Informationsschicht vom Nur-Lese-Typ
oder vom beschreibbaren Typ auf. Einzelheiten über die DVD-Platte vom Nur- Lese-Typ sind zu
finden in: ECMA-267: 120 mm DVD – Read-Only Disc – (1977).
Beispiele für
beschreibbare Platten sind die CD-R und CD-RW und beschreibbare
Varianten von DVD, wie etwa DVD+RW, sowie die unter Verwendung von
blauen Lasern beschreibbare optische Platte hoher Dichte, die Blue-ray
Disc (BD) genannt wird. Die Informationen werden auf der Informationsschicht
dargestellt, indem optisch erkennbare Markierungen entlang der Spur
aufgezeichnet werden, z.B. Pits (Täler), oder kristalline oder
amorphe Markierungen in Phasenwechselmaterial. Die Spur 9 auf
dem Aufzeichnungsträger
vom beschreibbaren Typ ist durch eine vorgeprägte Spurstruktur bezeichnet,
die während
der Herstellung des unbeschriebenen Aufzeichnungsträgers bereitgestellt
wird. Die Spurstruktur wird zum Beispiel von einer Pregroove (Vorspur) 14 gebildet,
welche einem Lese-Schreibkopf ermöglicht, der Spur während des
Abtastens zu folgen. Die Spurstruktur umfasst Positionsinformationen,
z.B. Adressen.
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1b ist
ein Querschnitt entlang der Linie b-b des Aufzeichnungsträgers 11 vom
beschreibbaren Typ, bei welchem ein durchsichtiges Substrat 15 mit
einer Aufzeichnungsschicht 16 und einer Schutzschicht 17 vorgesehen
ist. Die Schutzschicht 17 kann eine weitere Substratschicht
umfassen, zum Beispiel wie bei DVD, wo sich die Aufzeichnungsschicht
an einem Substrat von 0,6 mm befindet und ein weiteres Substrat
von 0,6 mm mit dessen Rückseite
verklebt ist. Die Pregroove 14 kann als eine Vertiefung
oder eine Erhebung des Materials des Substrats 15 implementiert
sein, oder als eine Materialeigenschaft, die von ihrer Umgebung
abweicht.
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Bei
einer Ausführungsform
trägt der
Aufzeichnungsträger 11 Informationen,
welche digital codiertes Video entsprechend einem standardisierten
Format wie MPEG2 darstellen.
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1c zeigt
ein Beispiel eines Wobbles (Welligkeit) der Spur. Eine Einzelheit
12 der
Spur
9 zeigt eine periodische Änderung der seitlichen Position
der Pregroove
14, auch Wobble genannt. Die Änderungen
bewirken, dass ein zusätzliches
Signal in Hilfsdetektoren entsteht, z.B. in dem Push-Pull-Kanal,
der von partiellen Detektoren in dem zentralen Lichtfleck in einem
Kopf einer Abtasteinrichtung erzeugt wird. Der Wobble ist zum Beispiel
frequenzmoduliert, und Positionsinformationen sind in der Modulation
codiert. Eine umfassende Beschreibung des Wobbles und der Codierung
von Informationen darin sind für
CD in
US 4,901,300 (PHN
12.398) und
US 5,187,699 (PHQ
88.002) zu finden, und für
das DVD+RW System in
US 6,538,982 (PHN
17.323).
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2 zeigt
eine Abtasteinrichtung, die eine Fokuserweiterung aufweist. Die
Einrichtung ist mit Mitteln zum Abtasten der Spur auf dem Aufzeichnungsträger 11 versehen,
welche eine Antriebseinheit 21, um den Aufzeichnungsträger 11 in
Rotation zu versetzen, einen Kopf 22, eine Positioniereinheit (nicht
dargestellt) zum groben Positionieren des Kopfes 22 in
der radialen Richtung auf der Spur und eine Fokussiereinheit 25 zum
Fokussieren eines Strahls auf der Spur sowie eine Steuereinheit 20 beinhalten. Der
Kopf 22 umfasst ein optisches System von einem bekannten
Typ zum Erzeugen des Strahls 24, welcher durch optische
Elemente hindurch geführt
und auf einen Strahlungsfleck 23 auf einer Spur der Informationsschicht
des Aufzeichnungsträgers
fokussiert wird. Der Strahl 24 wird von einer Strahlungsquelle, z.B.
einer Laserdiode erzeugt. Der Kopf umfasst ein Fokussierelement 34,
zum Beispiel eine Objektivlinse, das von der Fokussiereinheit über einen
Aktor zum Bewegen des Fokus des Strahls 24 entlang der optischen
Achse des besagten Strahls gesteuert wird. Der Kopf umfasst ferner
einen Tracking-Aktor (Tracking Actuator) zur Feinpositionierung
des Fleckes 23 in einer radialen Richtung auf der Mitte
der Spur. Der Tracking-Aktor kann Spulen umfassen, um ein optisches
Element radial zu bewegen, oder kann stattdessen so gestaltet sein,
dass er den Winkel eines reflektierenden Elements verändert. Zum
Lesen wird die von der Informationsschicht reflektierte Strahlung
von einem Detektor eines gebräuchlichen Typs,
z.B. einer Vier-Quadranten-Diode,
im Kopf 22 erkannt, um Detektorsignale zu erzeugen, die
mit einer Frontend-Einheit 31 zum Erzeugen verschiedener
Abtastsignale gekoppelt sind, darunter eines Hauptabtastsignals 33 und
von Fehlersignalen 35 zum Tracking (Spurverfolgung) und
Fokussieren. Die Fehlersignale 35 sind mit einer Fokussiererweiterungseinheit 32 gekoppelt,
um ein Verschiebungssignal 37 zu erzeugen, welches mit
der Fokuseinheit 25 zur Steuerung der besagten Fokussierungs-Aktoren gekoppelt
ist. Die Fehlersignale 35 können auch mit einer Vorspur-Demodulationseinheit
zum Wiedergewinnen der physikalischen Adressen und anderen Steuerungsinformationen
aus dem Vorspur-Muster, das durch Wobble-Modulation oder Pre-Pits
gebildet wird, gekoppelt sein. Das Hauptabtastsignal 33 wird von
einer Leseverarbeitungseinheit 30 eines gebräuchlichen
Typs verarbeitet, die einen Demodulator, einen Deformatierer und
eine Ausgabeeinheit zum Wiedergewinnen der Informationen enthält. Die Fokussiererweiterungseinheit 32 wird
unten unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
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Bei
einer Ausführungsform
ist die Einrichtung mit Aufzeichnungsmitteln zum Aufzeichnen von Informationen
auf einem Aufzeichnungsträger
eines wiederbe schreibbaren Typs, zum Beispiel DVD+RW, ausgestattet.
Die Aufzeichnungsmittel wirken mit dem Kopf 22 und der
Frontend-Einheit 31 zusammen, um einen Schreibstrahl zu
erzeugen, und umfassen Schreibverarbeitungsmittel zum Verarbeiten der
Eingangsinformationen, um ein Schreibsignal zum Ansteuern des Kopfes 22 zu
erzeugen, wobei diese Schreibverarbeitungsmittel eine Eingangseinheit 27,
einen Formatierer 28 und einen Modulator 29 umfassen.
Zum Schreiben von Information wird der Strahl so gesteuert, dass
er optisch erkennbare Markierungen in der Aufzeichnungsschicht erzeugt.
Die Markierungen können
eine beliebige optisch lesbare Form aufweisen, z.B. die Form von
Bereichen, deren Reflexionskoeffizient sich von ihrer Umgebung unterscheidet
und die erhalten werden, wenn in Materialien wie etwa Farbstoff,
Legierung oder Phasenumwandlungsmaterial aufgezeichnet wird, oder
die Form von Bereichen mit einer Polarisierungsrichtung, die von
der ihrer Umgebung verschieden ist und die erhalten werden, wenn
in magnetooptischem Material aufgezeichnet wird.
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Das
Schreiben und Lesen von Informationen zum Aufzeichnen auf optischen
Platten und die Regeln für
das Formatieren, die Fehlerkorrektur und die Kanalcodierung sind
in der Technik wohlbekannt, z.B. vom CD- oder DVD-System. Bei einer
Ausführungsform
umfasst die Eingangseinheit 27 Kompressionsmittel für Eingangssignale
wie etwa analoges Audio und/oder Video oder digitales unkomprimiertes Audio/Video.
Geeignete Kompressionsmittel sind für Video in den MPEG-Standards
beschrieben, MPEG-1 ist in ISO/IEC 11172 definiert und MPEG-2 ist
in ISO/IEC 13818 definiert. Das Eingangssignal kann stattdessen
auch bereits gemäß solchen
Standards codiert worden sein.
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Die
Steuereinheit 20 steuert das Aufzeichnen und Wiedergewinnen
von Informationen und kann so gestaltet sein, dass sie Befehle von
einem Benutzer oder von einem Host-Computer empfangt. Die Steuereinheit 20 ist über Steuerleitungen 26,
z.B. einen Systembus, mit den anderen Einheiten in der Einrichtung
verbunden. Die Steuereinheit 20 umfasst Steuerschaltungen,
zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen Programmspeicher und Schnittstellen
zum Ausführen
der Prozeduren und Funktionen, die unten beschrieben sind. Die Steuereinheit 20 kann
auch als eine Zustandsmaschine in logischen Schaltungen implementiert
sein.
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Bei
einer Ausführungsform
weist die Einrichtung eine mit der Steuereinheit gekoppelte Kalibriereinheit 36 zum
Kalibrieren des Fokus-Servosystems unter den Bedingungen, die unten
unter Bezugnahme auf 4 beschrieben sind, auf. Bei
einer Ausführungsform
ist die Kalibrierfunktion in einem Computerprogramm für einen
PC mit einer Aufzeichnungseinheit, z.B. einem DVD+RW-Laufwerk, implementiert.
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3 zeigt
ein Sensorsignal eines Fokussensors. Der Sensorsignalwert in Volt
ist in vertikaler Richtung angegeben, und eine Verschiebung des
Fokussierelementes 34 in μm in horizontaler Richtung. In
einem optischen Speicherlaufwerk haben Sensoren, welche den Fokusversatz
messen, gewöhnlich eine
nichtlineare Kennlinie, wie in 3 dargestellt, welche
als "s-Kurve" 38 bezeichnet
wird. Ein linearer Bereich 39 weist eine im Wesentlichen
proportionale Beziehung zwischen dem Sensorsignal und der Verschiebung
auf, und Steuerungssysteme eines Objektivlinsen-Aktors in dem optischen
Laufwerk arbeiten gewöhnlich
in diesem linearen Bereich des Sensors. Im Falle eines äußeren Stoßes, der
auf das optische Laufwerk einwirkt, beginnt die Objektivlinse 34,
sich bezüglich
der Platte zu bewegen. Solange diese Verschiebung im linearen Bereich
bleibt, zwingt das Steuerungssystem die Objektivlinse zurück in ihre korrekte
Position. Falls die Verschiebung der Objektivlinse die Grenzen des
linearen Bereiches übersteigt,
kann die Verschiebung nicht mehr aus dem Sensorausgang rekonstruiert
werden, so dass das Steuerungssystem deaktiviert werden muss und
die Auslenkung der Objektivlinse überproportional stark wird.
Der lineare Bereich der s-Kurve hängt vom optischen Layout der
optischen Abnahmeeinheit eines Laufwerkes ab. Bei einem Laufwerk
mit kleinem Formfaktor ist der lineare Bereich 39 gewöhnlich sehr klein
(Größenordnung
von ± 2 μm), daher
ist dieses Laufwerk sehr stoßempfindlich.
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Um
den Betriebsbereich des Fokus-Servosystems zu erweitern, müssen die
Endabschnitte der s-Kurve 38 mit einbezogen werden. In
den Endabschnitten ist die Beziehung zwischen Verschiebung und Sensorsignal
invertiert. Jedoch kann die s-Kurve nicht im Ganzen invertiert werden,
da ein Wert des Sensorausgangssignals unterschiedlichen Verschiebungen
entsprechen kann. Deshalb umfasst die Einrichtung eine Vielzahl
von stückweisen
Umsetzern. Jeder Umsetzer ist zum Umsetzen eines Bereiches der Sensorsignalwerte
in ein Positionssignal bestimmt, unter der Annahme, dass die Verschiebung
innerhalb eines Bereiches liegt, welcher dem Umsetzungsbereich entspricht.
Ferner weist die Einrichtung eine Auswahleinheit zum Auswählen eines der
Positionssignale als das Verschiebungssignal aus, ausgehend von
einer geschätzten
Verschiebung. Die geschätzte
Verschiebung wird unter Verwendung eines Modells der Verschiebungen
des Fokussierelements bestimmt, zum Beispiel eines Extrapolators,
welcher ausgehend von früheren
Werten der Verschiebung eine Geschwindigkeit der Verschiebung bestimmt.
Bei einer Ausführungsform
werden andere Signale für
die Schätzung
verwendet, z.B. Signale von einem separaten Stoßsensor oder Signale, die auf
der periodischen Natur einer rotierenden Scheibe mit einer Wölbung oder
Neigung beruhen. Bei einer Ausführungsform
beruht die geschätzte
Verschiebung auf einem separaten Verschiebungssignal, das auf einer
Gesamtmenge reflektierter Strahlung beruht. Die Gesamtmenge reflektierter
Strahlung kann zum Beispiel bestimmt werden, indem die Sensorsignale
aller verfügbaren
partiellen Detektoren in einem Quadrantendetektor aufsummiert werden.
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4 zeigt
eine Fokuserweiterungseinheit. Der optische Sensor 41 erzeugt
ein Sensorsignal, welches nichtlinear von der Verschiebung des Fokussierelementes
abhängt,
zum Beispiel der Objektivlinse. Das Sensorsignal wird in jeden von
drei stückweisen
Umsetzern 42, 43, 44 eingespeist. Die
stückenweisen
Umsetzer erzeugen drei als Kandidaten in Frage kommende Positionssignale 40,
welche die Position der Objektivlinse repräsentieren. Eine Auswahleinheit 46 vergleicht
die drei Kandidaten mit einem Schätzwert und wählt das
Signal aus, welches dem von einem Schätzmodul 47 gelieferten
Schätzwert
am nächsten
kommt. Das Schätzmodul 47 extrapoliert
einige Abtastwerte aus der Vergangenheit. Im Wesentlichen beinhaltet
es ein einfaches Modell des sich bewegenden Fokussierelementes,
zum Beispiel dass während
dieser wenigen Abtastzeiten die Geschwindigkeit konstant ist. Die
Funktionsweise der Fokuserweiterungseinheit wird unter Bezugnahme auf
die 5 bis 8 erläutert.
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Bei
einer Ausführungsform
berechnet das Schätzmodul
eine nächste
Schätzung
ausgehend von einer Anzahl von vorhergehenden Abtastwerten. Der
Ausgang des Schätzmoduls
zum Zeitpunkt k wird mit y[k] und der Eingang mit u[k] bezeichnet.
Ein elementarer Extrapolator berechnet den neuen Wert: y[k] = 2·u[k – 1] – u[k – 2].
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Bei
einer digitalen Signalverarbeitung werden vorhergehende Abtastwerte
mittels eines Polynoms unter Verwendung einer Verzögerungseinheit z–1 bezeichnet,
daher ist u[k – n]
= z–n·u[k].
Die Funktion des Schätzmoduls
kann geschrieben werden als: y = (2z – 1)/z2·u.
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Bei
einer Ausführungsform
führt das
Schätzmodul
eine Berechnung aus, die auf dem ersten und dritten vorhergehenden
Abtastwert beruht. Die Funktion für die digitale Verarbeitung
kann wie folgt geschrieben werden: y = (2z2 – 1)/z3·u.
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Bei
einer Ausführungsform
umfasst die Fokuserweiterungseinheit eine Filtereinheit 45.
Die drei als Kandidaten in Frage kommenden Positionssignale 40 werden
von dem Filter 45 gefiltert, um das Rauschen zu unterdrücken. Drei
entsprechende gefilterte Positionssignale werden der Auswahleinheit 46 zur Verfügung gestellt,
um die geschätzte
Verschiebung zu vergleichen. Eine entsprechende ungefilterte Version
des ausgewählten
Positionssignals wird dann als Verschiebungssignal 49 zur
Fokus-Steuereinheit weitergeleitet, während das gefilterte Signal 48 verwendet
wird, um eine neue Schätzung
zu berechnen. Obwohl das gefilterte Signal für das Verschiebungssignal verwendet
werden könnte,
wird gewöhnlich
die ungefilterte Version bevorzugt, da das Filtern eine Phasenverschiebung
nach sich zieht, welche die Stabilität der Regelschleife beeintrichtigen
kann.
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Bei
einer Ausführungsform
umfassen die stückweisen
Umsetzer 42, 43, 44 eine Nachschlagtabelle.
Die Nachschlagtabelle stellt Positionswerte für eine große Anzahl von Sensorsignalwerten
zur Verfügung,
wobei für
jeden Umsetzer eine andere Tabelle für den relevanten Abschnitt
der s-Kurve vorgesehen ist. Zum Beispiel hat der erste Umsetzer 42 einen Bereich
von Positionswerten, welcher dem linearen Abschnitt 39 der
s-Kurve entspricht. Die Sensorspannungen sind die Eingangswerte
für die
Nachschlagtabelle, während
die Position (oder eine entsprechende Spannung) der Ausgang der
Nachschlagtabelle ist. Die Werte in der Nachschlagtabelle werden durch
eine Kalibriermessung der s-Kurve
bestimmt. Die Kalibriermessung kann während des Entwurfs der Einrichtung
durchgeführt
werden, oder für
eine einzelne Einrichtung während
der Fertigung.
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Bei
einer Ausführungsform
umfassen die stückweisen
Umsetzer 42, 43, 44 eine Nachschlagtabelle,
welche während
eines Kalibriervorgangs in der Einrichtung selbst gefüllt wird.
Bei dem Vorgang wird dem Fokussierungs-Aktor eine linear ansteigende Steuerspannung
zugeführt,
welche eine proportionale Änderung
der Position des Fokussierelementes zur Folge hat. Während des
Anstiegs wird die Sensorspannung gemessen. Die Messwerte werden
in eine Anzahl von Bereichen eingeteilt, ein Bereich für jeden
Umsetzer. Innerhalb eines einzelnen Bereiches sind keine sich überlappenden
Sensorsignalwerte vorhanden, doch aufgrund der Form der s-Kurve
tritt eine Überlappung
zwischen den Bereichen auf. Der Kalibriervorgang kann für jeden
Aufzeichnungsträger
nach dem Einlegen durchgeführt
werden, und/oder während
der Verwendung in regelmäßigen Intervallen,
zum Beispiel während
einer Ruhezeit, wenn kein Zugriff auf Benutzerdaten erforderlich ist.
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5 zeigt
die Verschiebung einer Objektivlinse. Horizontal ist die Zeit als
eine Anzahl von Abtastwerten und vertikal die Verschiebung in μm angegeben.
Die Verschiebung 51 überschreitet
den linearen Bereich der s-Kurve, so dass die resultierende Ausgangsspannung
des optischen Sensors nicht mehr innerhalb des linearen Bereiches
liegt und daher kein geeignetes Eingangssignal für eine herkömmliche Fokus-Steuereinheit
ist.
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6 zeigt
ein Sensorsignal. Eine Sensorspannung 61 ist vertikal und
die Zeit horizontal angegeben. Die entsprechende Verschiebung des
Fokussierelementes ist in 5 angegeben.
In einem mittleren linearen Abschnitt 62, ungefähr vom Zeitpunkt =
45 Abtastwerte bis zum Zeitpunkt = 55 Abtastwerte, weist die Kurve
eine proportionale Beziehung zwischen Verschiebung und Sensorspannung
auf. In einem ersten Abschnitt 63 weist das Sensorsignal
eine inverse Beziehung zur Verschiebung auf, wobei eine Überlappung
mit dem linearen Abschnitt vorhanden ist. In einem letzten Abschnitt 64 weist
das Sensorsignal ebenfalls eine inverse Beziehung zur Verschiebung
auf, wobei eine Überlappung
mit dem linearen Abschnitt vorhanden ist. Das Sensorsignal wird
in die drei stückweisen
Umsetzer eingespeist, woraus die drei in 7 dargestellten
Signale resultieren.
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7a zeigt
Positionssignale für
die Endabschnitte der s-Kurve. Ein erstes Positionssignal 71 wird
von dem dritten Umsetzer 44 erzeugt. Insbesondere zeigt
ein erster Abschnitt 72 eine korrekte Umsetzung der Sensorspannung
des ersten Abschnitts 63 der s-Kurve in eine Verschiebung. Ein zweites
Positionssignal 74 wird von dem zweiten Umsetzer 43 erzeugt.
Insbesondere zeigt ein letzter Abschnitt 73 eine korrekte
Umsetzung der Sensorspannung des letzten Abschnitts 64 der
s-Kurve in eine Verschiebung.
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7b zeigt
ein Positionssignal für
den mittleren Abschnitt der s-Kurve. Ein Positionssignal 75 wird
von dem ersten Umsetzer 42 erzeugt. Insbesondere zeigt
ein mittlerer Abschnitt 75 eine korrekte Umsetzung der
Sensorspannung des mittleren Abschnitts 62 der s-Kurve
in eine Verschiebung.
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7c zeigt
eine Kombination von Positionssignalen. Ein erster Abschnitt 72 des
Positionssignals ist mit einem mittleren Abschnitt 75 verbunden und
wird mit einem letzten Abschnitt 73 der Positionssignale
fortgesetzt, die von den verschiedenen Umsetzern zur Verfügung gestellt
werden. An den Kreuzungspunkten 76, 77 entscheidet
der Selektor, welches Signal dem Schätzwert am nächsten kommt. Mithin wird die
Eingangsverschiebung durch die kombinierten Signalstücke rekonstruiert.
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8 zeigt
ein rekonstruiertes Verschiebungssignal. Ein Verschiebungssignal 80 wird
rekonstruiert, indem die Positionsausgangssignale von den Umsetzern
wie in 7 dargestellt kombiniert werden.
Die rekonstruierte Verschiebung entspricht der in 5 dargestellten
Eingangsverschiebung.
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Obwohl
die Erfindung hauptsächlich
anhand von Ausführungsformen
erläutert
wurde, bei denen optische Platten verwendet werden, ist die Erfindung auch
für andere
Aufzeichnungsträger
geeignet, wie etwa rechteckige optische Karten, magnetooptische Platten
oder einen beliebigen anderen Typ von Informationsspeichersystem,
welches eine Steuerung eines Fokuselements erfordert. Es ist anzumerken, dass
in diesem Dokument das Wort "umfasst" oder "umfassend" nicht das Vorhandensein
anderer Elemente oder Schritte neben den aufgezählten ausschließt und das
Wort "ein" oder "eine", das einem Element
vorangestellt ist, nicht das Vorhandensein mehrerer solcher Elemente
ausschließt,
dass beliebige Bezugszeichen den Schutzbereich der Ansprüche nicht
einschränken,
dass die Erfindung sowohl hardwaremäßig als auch softwaremäßig implementiert werden
kann und dass verschiedene "Mittel" oder "Einheiten" durch dasselbe Hardware-
oder Softwareelement repräsentiert
werden können.
Ferner ist der Schutzbereich der Erfindung nicht auf die Ausführungsformen
beschränkt,
und die Erfindung besteht in jedem neuen Merkmal oder jeder Kombination
von Merkmalen, die oben beschrieben wurde.
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Text in der Zeichnung
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3
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- Displacement [μm]
= Verschiebung [μm]
- Sensor Output [Volt] = Sensorausgang [Volt]
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5-8
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- time [samples] = Zeit [Abtastwerte]
- displacement = Verschiebung
- output voltage = Ausgangsspannung
- possible displacements = mögliche
Verschiebungen
- estimated displacements = geschätzte Verschiebungen