径向倾斜检测器 本发明一般涉及光盘播放器等中光头倾斜伺服装置的倾斜检测器，具体地说，涉及一种径向倾斜检测器，用于检测光盘在径向的倾斜。
光盘设备一般通过物镜将一小而窄的光束投射到光盘上，扫描盘上的细小标记(记录标记)，从而重放记录在其上的信息。同时，由于光盘的扭曲，表面振动等原因，光盘的表面可能相对于来自光头的光束倾斜。在这种情况下，来自光头的光束入射到光盘表面重放记录在其上的信息时，由于光束相对于光盘表面倾斜，使得很难准确读出记录的信息。
图5示出了由于倾斜，光束在光盘上形成的光点相对于光盘表面的变化。具体地说，图5的下部示出了光点地形状，上部示出了光点的光强分布。
更具体地，图5b示出了当光束垂直于光盘表面时，光点的形状和光强分布。在该图中，所示的光点的形状对称。图5a和图5c示出了当光盘表面相对于光束倾斜时，光点的形状和光强分布。在这些图中，在光盘的光点处生成彗差并且光点的形状不对称。
为了防止上述彗差，光盘设备包括倾斜伺服装置，用于矫正光头的光轴的倾斜，从而保持光轴垂直于光盘表面。倾斜伺服装置包括用于检测从光头投射的光束相对于光盘表面的倾斜量的倾斜检测装置。
倾斜传感器通常用于检测倾斜量。该倾斜传感器通常独立于生成用于重放记录在光盘上信息的光束的光学系统，安装在倾斜检测装置内。在该结构中，为了避免倾斜检测器与光头之间的干扰，倾斜传感器必须与光头的物镜间隔一定的距离放置。但是，为了得到光盘表面上的光点的投射位置相对于光盘表面的倾斜量的更接近的值，倾斜传感器和光头的物镜必须互相靠近。
图6是一透视图，示出了常规的光盘设备的头部的结构的例子。头部102位于光盘101下面，光头物镜103和倾斜检测装置的倾斜传感器104设置在光头102的上表面。倾斜传感器104设置在头部102的上表面，使得从物镜103发射的光束105在光盘上形成的光点106穿过它，并且光点基本对准光盘表面的轨迹107。通过这种设计，倾斜传感器能够近似地检测光点106的位置和光盘表面的倾斜量。
但是，上述结构的头部，由于光点和倾斜传感器不能精确地互相对准，被倾斜传感器检测到的值不可避免地出现错误。因此，当由于光盘记录致密化的要求，需要高精度倾斜矫正时，不能保证足够的精确度。
另外，由于光头和倾斜检测装置分别设置，元件的数量增加，导致成本和光头元件的结构的复杂度增加。
因此，考虑到上述问题，作出了本发明，本发明的目的在于提供一种径向倾斜检测器，它能够以高精度检测光盘的径向倾斜，并且节约成本，头部结构简单。
根据本发明的一个方面，通过提供一种径向倾斜检测器来实现上述和其它目的，该径向倾斜检测器用于：通过测量在光盘记录表面光束会聚的光点位置包括在正常周期发生的变化的、在光盘聚焦方向的平均速度，和光点位置包括在正常周期发生的变化的、在光盘径向上的平均速度，从而计算由三个矢量限定的角，并且根据计算的角度，检测径向倾斜角，其中所述三个矢量是光盘在聚焦方向上的平均速度矢量，在光盘径向且垂直于光盘的聚焦方向的方向上的平均速度矢量，和在光盘聚焦方向的平均速度矢量和在光盘径向平均速度矢量的合成矢量，所述径向倾斜角是光盘在径向的倾斜角。
根据本发明的另一个方面，提供了一种光盘信息记录/重放设备的径向倾斜检测器，该光盘信息记录/重放设备包括：光头，用于将会聚光束投射到旋转光盘的记录表面上，并接收投射光束经光盘记录表面的反射光束；聚焦致动器，用于将会聚光束聚焦在光盘记录表面的投射位置；以及驱动装置，用于输出一驱动信号以驱动聚焦致动器，所述径向倾斜检测器用于检测径向倾斜，该径向倾斜是光盘的记录表面在径向的倾斜量，该倾斜检测器包括：速度检测装置，根据驱动装置的驱动信号，检测聚焦致动器聚焦的位置在取决于光束光轴的方向上的速度；以及径向倾斜计算处理器装置，用于根据速度检测装置检测到的速度和光盘旋转的圈数来计算所述径向倾斜。
优选地，径向倾斜计算处理装置可以包括：低通滤波器，用于求出预定周期时间的速度检测装置检测到的速度的平均；乘法装置，用于将光盘旋转的圈数乘以光盘记录表面的相邻轨迹间的轨迹间距；除法装置，用于将低通滤波器的输出除以乘法装置的输出，并输出相除的结果；以及反正切计算装置，用于求出所述除法装置的输出的反正切，并将结果值作为径向倾斜输出。
径向倾斜计算处理装置也可以包括：用系数乘法装置代替反正切计算装置，所述系数乘法器装置将除法装置的输出乘以某个系数，求得相乘结果作为径向倾斜。
通过下面结合附图的详细描述，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征或优点。其中：
图1a和1b是显示光盘在径向倾斜的基于反U形(或V形)分量的偏移角和用于转动光盘的电机的旋转轴的倾斜；
图2是显示应用本发明的向/从记录和重放信息的设备的整体结构图；
图3是显示根据本发明的径向倾斜检测器的一个实施例的方块图；
图4是图3中的径向倾斜计算处理器的详细方块图；
图5a至5c是显示光束在光盘表面形成的光点相对于光盘表面的倾斜的变化；
图6是显示常规光盘设备中头部的结构的实例的透视图。
首先，描述本发明的原理。光盘的倾斜通常分为径向倾斜，或称为在光盘径向的倾斜，和切向倾斜，或者称为在光盘轨迹的切向的倾斜。下面描述径向倾斜。
径向倾斜包括平面分量和反U形分量(或反V形分量)。平面分量可以是由于表面震动引起的中心球形分量和其它径向分量。也就是，平面分量可以是例如，由于光盘变形或光盘信息记录/重放设备的错误或平面光盘变形而引起的径向倾斜分量。反U形或反V形分量可以是由绕光盘的旋转轴的中心光盘扭曲引起的。也就是说，该反U形或V形分量仅仅由于光盘扭曲而产生。
本发明涉及一种如图1a所示的装置，用于根据光盘1在径向倾斜的反U形分量检测偏移角，在上述分量中，转动光盘1的电机的旋转轴的倾斜如图1b所示，其中电机安装在向/从光盘1记录和重放信息的设备中。在该向/从光盘1记录和重放信息的设备中，光盘1旋转，从光拾取器发射并经透镜会聚的光点投射在旋转光盘1的轨迹上，投射的光点扫描旋转光盘的轨迹。因此，随着光点扫描光盘1的轨迹，光点在光盘1的径向的位置逐渐沿光盘1的径向移动。
同时，如果光盘表面相对于光头发射的光束倾斜，光点还在一个取决于光束光轴的方向(图1a中的Z方向)上移动。
下面，如图1a所示，假设光盘1具有由扭曲导致的反U形分量。换句话说，假设光盘1仅仅具有反U形或V形分量并且其表面以旋转轴为轴对称弯曲。还假设光点在光盘径向的位置为X，光点在取决于来自光拾取器的光束光轴方向上的位置是Z。如果Z＝f(X)并且X＝g(t)，可以建立下面的公式1：
[公式1]dZdX=dZdtdXdt]]>
因此，径向倾斜角θ满足下面的公式2：
[公式2]tanθ=dZdX=dZdtdXdt]]>
由于光点在X方向上的位移由上述公式X＝g(t)表示，能够根据下面的公式3求得光点在X方向上的速度：
[公式3]dXdt=V12πrμ=rω2πrμ=fμ]]>
其中，X：径向位移，V1：线速度，f：旋转频率，μ：轨迹间距，r：光盘中心和光点之间的距离。
通过对在公式Z＝f(X)中的位置Z对时间t求微分得到光点在Z方向的速度。尽管这里在光盘1的径向的倾斜假设为仅仅具有反U形(或反V形)分量，通常径向倾斜实际上具有平面分量和反U形(或反V形)分量。在这方面，通过从检测的值中去除平面分量能够从检测到的径向倾斜的值中提取出上述基于反U形(或V形)分量的偏移值和电机的旋转轴的倾斜。为此，考虑到平面分量具有光盘1的一个旋转的周期的事实，对于光盘旋转一圈，求得Z方向速度的平均。也就是，对于光盘1旋转一圈，基于平面分量的Z方向速度的平均是0。
结果，除了平面分量，径向倾斜角θ可以用下列顺序得到。首先，将公式3代入公式1。然后，光盘1旋转一周Z方向的速度的平均被定义为dZa/dt。在这种情况下，将公式1代入公式2。得到下面的公式4：
[公式4]tanθ=dZadtfμ]]>
因此，可以利用下面的公式5能够求出不包括平面分量的径向倾斜角θ：
[公式5]θ=tan-1(dZadt)fμ]]>
图2是显示使用本发明的向/从光盘记录和重放信息的设备的整体结构图。凹坑2a在光盘1的轨迹2上形成，其上记录有要重放的信息。用于重放记录信息的头部3。设置在面向形成有凹坑2a的表面的位置上。
头部3可通过未示出的移动装置在光盘1的径向R上移动。头部3发射的光束8a的光点8投射在光盘1的轨迹2上。移动装置随着光盘的旋转移动光点8的径向位置，从而使得光点8能够扫描轨迹2。
头部3包括：用于发射激光的激光二极管4；准直透镜4a，用于将激光二极管4发射的激光束变换成准直光束；分束器5；物镜6，用于接收从准直透镜4a发射经过分束器5的准直光束，将它会聚在光盘1的记录表面2b上形成有凹坑2a的位置，并且将从记录表面2b反射的光束变成准直光束；准直透镜7a，用于将由物镜6变成准直光束的反射光束会聚；以及传感器7，用于接收由准直透镜7a会聚的反射光束。
激光二极管4发射激光束，然后该激光束经准直透镜4a平行校准，由分束器5反射，和物镜6会聚，最后形成光束8a。然后，光束8a在光盘1的轨迹2上投射光点8。光束然后经强度调整，并经轨迹2上的凹坑2a反射通过物镜6到达分束器5。此后，反射光束穿过分束器5传送到准直透镜7a，由准直透镜7a会聚，然后由传感器接收。传感器7输出射频信号(RF)，该射频信号对应于接收到的光束或者经凹坑2a光强调整的光束。
头部3的物镜6在平行于光束8a的光轴11的方向上，也就是，在Z轴方向，由聚焦致动器9驱动，从而使光点8聚焦在轨迹2上。设有驱动器10用于驱动聚焦致动器9。
下面参照图3描述根据本发明的径向倾斜检测器的一个实施例。驱动器10将一驱动信号U(驱动电流或驱动电压)输出到聚焦致动器9，聚焦致动器9然后根据该驱动信号U输出一定位信号Y。
驱动信号U和定位信号Y施加到观测器11，观测器11包括：聚焦执行模块12和减法器13。驱动信号U施加到聚焦致动器模块12，定位信号Y施加到减法器13，减法器13还接收聚焦致动器模块12的输出信号。减法器13从定位信号Y中减去聚焦致动器模块12的输出信号12a，并将相减的结果反馈给聚焦致动器模块12。
聚焦致动器模块12输出表示物镜6的Z方向驱动的定位信号Z和速度信号dZ/dt。这些信号分别代表物镜6在Z方向的速度。而且，定位信号Z和速度信号dZ/dt分别代表光盘1的记录表面上来自物镜6的光束8a发射和会聚的点的位置和速度。
控制光束8a的会聚点使得它总是位于光盘1的记录表面2b。该控制操作由未示出的控制装置执行，该控制装置控制驱动器10改变驱动信号U的电平。结果，光束8a的会聚点总是与光束8A和光盘1的记录表面2b的接触点在同一点上。
来自聚焦致动器模块12的速度信号dZ/dt被施加到径向倾斜计算处理器16，该计算处理器还接收一信号，该信号表示基于径向倾斜的不包括平面分量的反U形(或V形)分量和用于转动光盘1的电机的旋转轴的倾斜的偏移角。
图4是图3中的径向倾斜计算处理器16的详细方块图。下面结合图4描述径向倾斜计算处理器16的结构和操作。径向倾斜计算处理器16包括：低通滤波器17；乘法器18；除法器19；以及反正切计算器20。
低通滤波器17接收速度信号dZ/dt，该信号表示物镜在Z方向上的运动速度，或光点的Z方向的运动速度，并求出光盘旋转一周的速度的平均dZa/dt。乘法器18接收由未示出的特定装置提供的信号f，该信号表示光盘1的旋转的圈数。乘法器18然后将旋转的圈数f与轨迹间距相乘，将相乘的结果作为X方向速度值fμ输出。
除法器19将低通滤波器17的输出dZa/dt除以乘法器18的输出fμ，并输出结果值(dZa/dt)/(fμ)。反正切计算器20接收除法器19的输出(dZa/dt)/(fμ)，取其正切值，也即，tan-1{(dZa/dt)/(fμ)}并将结果值作为径向倾斜角θ输出。
也可以设置系数乘法器代替反正切计算器20，将除法器19的输出乘以某个系数并求出相乘的结果作为径向倾斜角θ。原因是，对于小的径向倾斜来说，除法器19的输出(dZa/dt)/(fμ)的反正切基本上等于除法器19的输出(dZa/dt)/(fμ)乘以一个系数。
从上述说明中可以看出，本发明提供了一种径向倾斜检测器，它能够以高精度检测光盘在径向的倾斜，并且成本低廉，光头结构简单。
虽然已经出于例示的目的公开了本发明的优选实施例，本领域技术人员应该理解，在不偏离所附权利要求中揭示的本发明范围和精神的情况下，可以进行各种修改，添加和替换。