用于层状组合式光盘的梳状摆杆光学头结构制造技术

本发明专利技术属于高密度数字光存储技术领域，包括一个摆轴，该摆轴上连有ｎ＋１个摆杆，最顶端的和最底端的摆杆分别固定有向下和向上存储光电部件，其余的摆杆前端都固定有用于向上和向下存取的两个光电部件；还包括有由位置探测器，ＰＩＤ调整环节和执行器构成的寻道伺服、聚焦伺服、跟踪伺服和光电部件倾角伺服机构。本发明专利技术可实现层状组合式光盘的多层同时并行存取，并具有较快的寻址速度；可以使光学头有效的完成跟踪和聚焦伺服。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高密度数字光存储
，特别涉及用于层状组合式光盘的光学头及其伺服系统结构设计。普通光学头是用于读取单张光盘而设计的结构，主要采用的是导轨结构实现光学头中的光电组件直线径向运动进行寻道。这种光学头结构及工作方式如附图说明图1所示。主轴电机18驱动动主轴19来带动光盘11旋转。光学头的光电部件12位于小车13上，而小车在被直线电机16驱动沿径向导轨14完成寻道伺服。精细的聚焦和跟踪伺服则由光学头光电组件中二维力矩器完成。主轴19及导轨14被分别固定在相应的基座17和15上。这种导轨式光学头结构可以很好的完成单张光盘的存取操作。目前一种新的层状组合式光盘被提出，这种光盘的结构如图2所示。它由盘轴21和盘间隔离环22将多张光盘23构成层状组合式光盘。这种光盘由多张光盘组合而成，并且数据可以采用阵列式并行存取方式，所以这种光盘可以实现大容量，高速度和高可靠性的光存储。但由于这种光盘的层状结构，使得上述普通光学头无法完成这种光盘的读取。本专利技术的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出一种用于层状组合式光盘的梳状摆杆光学头结构，可实现层状组合式光盘的多层同时并行存取，并具有较快的寻址速度；可以使光学头有效的完成跟踪和聚焦伺服。本专利技术提出一种用于层状组合式光盘的梳状摆杆光学头结构，其特征在于，包括一个摆轴，该摆轴上连有n+1个摆杆(可用于n层层状组合式光盘)，最顶端的摆杆固定有向下存取光电部件，最底端的摆杆固定有向上的存取光电部件，其余的摆杆前端都固定有分别用于向上和向下存取的两个光电部件；还包括有由位置探测器，PID调整环节和执行器构成的寻道伺服、聚焦伺服、跟踪伺服和光电部件倾角伺服机构，所说的聚集和跟踪伺服机构与普通光学头完全相同，由光电部件中的二维力矩器及其相应的控制电路实现，所说的寻道伺服机构由执行器、位置探测器和PID控制环节构成，所说的光电部件倾角伺服由执行器、位置探测器和PID控制环节构成。所说的寻道和倾角伺服中的探测器为四象限探测器。所说的寻道伺服机构的执行器采用了驱动摆轴的精确步进电机，而它的PID调整是用数字信号处理器(DSP)来实现数字伺服的。这种光学头中特有的倾角伺服机构的位置探测信号有四象限探测器中的对角差分信号提供，而执行器则由驱动光电部件摆动的扭矩电机(线圈)实现。由于空间的限制，倾角伺服机构的PID调整环节是由典型模拟PID调整电路实现。本专利技术的特点；本专利技术的光学头是梳状结构，使得这种光学头的光电部件可以深入到层状光盘的层间，对光盘进行读取；而此光学头的摆杆式结构则使这种光学头具有较快的寻址速度；摆动角伺服则可以使光学头有效的完成跟踪和聚焦伺服。这种光学头是实现层状组合式光盘必要的存取的关键部件，并和层状组合式光盘结合使在不改变单盘存储密度的情况下，全面提高光盘存储系统的性能。附图简要说明图1为普通光学头结构和工作原理图。图2为层状组合式光盘的结构。图3为本专利技术的梳状摆杆式光学头结构图。图4为梳状摆杆式光学头工作示意图。图5为本专利技术的光学头同时读取双层光盘示意图。图6为本专利技术的伺服控制系统的结构图7为本专利技术的光电部件倾角伺服示意图。图8为本专利技术的光电部件倾角伺服反馈信号示意图。图9为本实施例采用的倾角伺服系统的典型模拟PID调整电路原理图。本专利技术的一种用于层状组合式光盘的梳状摆杆光学头及其伺服系统结构实施例结合各附图详细说明如下本专利技术的结构如图3所示，光学头的结构有一个主要的摆轴33，摆轴上带有n+1个摆杆(这里的n是指层状组合式光盘的层数)，每个摆杆的前端都有用于数据存取的光电部件。为了实现对于双面光盘的存取，除了最顶端和最底端的摆杆外，其它的摆杆前端都具有分别用于向上和向下存取的光电部件35和36。最顶端的摆杆只带有向下存储光电部件31，而最底端的摆杆只带有向上的存储光电部件34。这种光学头工作时是通过摆轴带动摆杆转动，将读写用的光电部件送至组合式光盘各层光盘盘片的读写位置。其工作的示意图如图4所示，层状组合式光盘41由自身的主轴带动旋转，梳状光学头的摆轴44带动摆杆43，将摆杆前端的读写光电部件摆入到各层光盘盘片的读写位置。其中，由于梳状光学头的中间摆杆前端都向上和向下两个光电部件，所以可以同时对双面光盘的两个读写面进行读写操作。如图5所示，上面摆杆前端的向下光电部件51可以对一张双面光盘52的上读写面进行操作，而下面摆杆前端的向上光电部件53可以同时对这张双面光盘的下读写面进行操作。本实施例是用于存储由10张双面可擦写DVD光盘组成层状组合式光盘的梳状摆杆式光学头。这个光学头由11根摆杆和一个转轴组成，摆杆和转轴的结构采用常规技术手段实现。除最顶端和最底端的两个摆杆外，其它9根摆杆的前端都固定有向上和向下存取的光电部件。最顶端的摆杆只有向下存储光电部件，而最底端的摆杆只有向上的存储光电部件。本实施例的光电部件采用目前笔记本电脑中广泛使用的DVD驱动器中的薄型光学头光电部件，其厚度为7mm，可以摆入层状组合式光盘的10mm的层间间隔。光学头的转轴距离光盘的转动主轴距离为120mm。摆杆长度为140mm，并且与转轴直接相连，由转轴带动进行摆动，实现寻道伺服。通过种这种光学头可以实现对于这10层组合式光盘的20个读写面的同时存取，提高了光存储的读写速度和容量。本实施例的梳状摆杆式光学头的伺服系统与普通光学头相同，包括三种基本伺服系统，即寻道伺服，聚焦伺服和跟踪伺服。三种伺服系统如图6所示，由位置探测器，PID调整环节和执行器组成。但这种梳状摆杆式光学头的伺服系统的结构具有新的特点首先是寻道伺服，普通光学头的是由直线电机驱动小车沿导轨实现的，但对于层状组合式光盘，这种方式是不适用的。因此梳状摆杆式光学头采用的是摆杆结构，这种结构是通过摆杆将光学头中用于读写的光电部件摆动到相应的位置。这种伺服方式较之原来的直线寻道伺服方式的关键不同是在于执行部件不再是驱动小车的直线电机而是驱动摆轴的精确步进电机。由于执行部件的不同，依据所驱动的摆杆及光电部件的质量要大于原有普通光学头，其中的PID控制环节的参数需要适当的调节。聚集和跟踪伺服与普通光学头类似，都是由光学头的光电部件中的二维力矩器来完成。除了这三类基本伺服系统外，梳状摆杆式光学头的光电部件有一个特殊的伺服系统，就是光电部件倾角伺服。倾角伺服的示意图如图7所示。由于摆杆是从同一个摆轴摆动的，所以摆杆73无法保证对于光盘上每一条信道75的切向74相同。以中间摆杆为例，前端的具有向上71和向下72两个存取光电部件如果与摆杆具有相同的方向，将使探测器与信道具有一定的倾角，使得用于跟踪伺服的推挽信号无法正确获取，为此摆杆前端与光电部件之间需要加入一倾角伺服。这一伺服系统由小型电机驱动光电部件摆动，而反馈信号主要来自于四象限探测器中的对角差分信号。如图8所示，可擦写光盘都具有预刻槽82，由于衍射作用，射入预刻槽中的光反射较弱。这样当四象限探测器81与预刻槽具有一定夹角的时候，四象限探测器中的对角差分信号([a+c]-[b+d])不等于零。这样通过对于对角差分信号的反馈控制，可以实现光电部件的倾角伺服。对于这个光学头中的寻道伺服，其位置探测器仍然采用光学头中光电部件的四象限探测器中的HF信号，而执行器则采用了精确步进电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于层状组合式光盘的梳状摆杆光学头结构，其特征在于，包括一个摆轴，该摆轴上连有ｎ＋１个摆杆，最顶端的摆杆固定有向下存取光电部件，最底端的摆杆固定有向上的存取光电部件，其余的摆杆前端都固定有分别用于向上和向下存取的两个光电部件；还包括有由位置探测器，ＰＩＤ调整环节和执行器构成的寻道伺服、聚焦伺服、跟踪伺服和光电部件倾角伺服机构，所说的聚集和跟踪伺服机构由光电部件中的二维力矩器及其相应的控制电路实现，所说的寻道伺服机构由执行器、位置探测器和ＰＩＤ控制环节构成，所说的光电部件倾角伺服由执行器、位置探测器和ＰＩＤ控制环节构成。

【技术特征摘要】
1.一种用于层状组合式光盘的梳状摆杆光学头结构，其特征在于，包括一个摆轴，该摆轴上连有n+1个摆杆，最顶端的摆杆固定有向下存取光电部件，最底端的摆杆固定有向上的存取光电部件，其余的摆杆前端都固定有分别用于向上和向下存取的两个光电部件；还包括有由位置探测器，PID调整环节和执行器构成的寻道伺服、聚焦伺服、跟踪伺服和光电部件倾角伺服机构，所说的聚集和跟踪伺服机构由光电部件中的二维力矩器及其相应的控制电路实现，所说的寻道伺服机构由执行器、位置探测器和PID控制环节构成，所说的光电部件倾角伺服由执行器、位置探测器...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐端颐，马立军，潘龙法，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]