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    • 专利摘要:

    公开号:WO1986004178A1
    申请号:PCT/EP1985/000730
    申请日:1985-12-20
    公开日:1986-07-17
    发明作者:Arthur Kurz；Hans-Robert Kühn
    申请人:Deutsche Thomson-Brandt Gmbh；
    IPC主号:G11B7-00
    专利说明:
    [0001] Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf einem beweglichen plattenförmigen Träger aufgezeichneten Informationen.
    [0002] Die Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.
    [0003] Solche Lesevorrichtungen, auch kurz optische Abtaster genannt, dienen dem Auslesen von Audio- und/oder Video-Informationen, die auf einer Audio- bzw. Videoplatte gespeichert sind. Sie sind grundsätzlich auch zum Auslesen anderer optisch lesbarer Daten für die Datenverarbeitung geeignet. Das Prinzip der Speicherung und des Auslesens optisch lesbarer Daten ist allgemein erläutert in Philips tech. REVIEW Volume 40, 1982, No. 6, Seiten 151-155.
    [0004] Als Datenträger werden üblicherweise plattenförroige, rotierende Aufzeichnungsträger, sogenannte Bildspeicher- oder Videoplatten. verwendet. Anwendbar sind jedoch auch andere Speichermedien, soweit diese eine Licht reflektierende Fläche zur Speicherung optisch lesbarer Daten aufweisen.
    [0005] Diese Lesevorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Abtastkopf mit einer Lichtquelle, in der Regel einem Laserlicht erzeugenden Halbleiter, sowie einer Optik, welche ein oder mehrere Lichtflecke auf der Trägerfläche erzeugt. Der Abtastkopf weist ferner Mittel, z.B. Strahlenteiler, zur Trennung des reflektierenden Lichtes vom ausgesendeten Licht sowie Detektionselemente zur Umwandlung des reflektierten Lichtes in elektrische Größen auf.
    [0006] Da die Spurendichte außerordentlich hoch ist, muß der Abtastkopf der Spur mit großer Präzision, nämlich einer Toleranz von ± 0,1 μm, der aufgezeichneten Spur folgen. Diese Genauigkeit ist durch mechanische Präzision nicht erreichbar, da allein die durch Exzentrizität des Aufzeichnungsträgers und des Wiedergabegerätes bedingten Abweichungen ein Mehrfaches des oben angegebenen Toleranzbereiches (bis 300 μm) betragen.
    [0007] Es sind darum Regeleinrichtungen notwendig, welche den Abtastkopf gesteuert von der aufgezeichneten Spur nachführen.
    [0008] Bei diesen Regeleinrichtungen liefern die Detektionselemente außer den Informationen ein Spursteuersignal, aus welchem eine Stellgröße zur Auslenkung bzw. Nachführung des Tastkopfes in der gewünschten Richtung hergeleitet wird. Zweckmäßigerweise ist zwischen den Detektionselementen und der das Steuersignal in eine Stellgröße umwandelnden Schaltung ein Tiefpaßfilter vorgesehen, mit welchem die Steuersignale von hochfrequenten Schwingungen und Störimpulsen befreit werden, welche andernfalls eine unerwünschte Auslenkung des Abtastkopfes zur Folge hätten.
    [0009] Als Detektionselemente eignen sich symmetrisch zur Mittellage des reflektierten Lichtstrahles, also der Spurabbildung, angeordnete Fotodioden, deren Ausgangssignale mit einem Differenzverstärker zur Erzeugung eines dem Spursteuersignales entsprechenden Differenzsignales verarbeitbar sind. Ein Spursteuersignal und damit ein Differenzsignal ergibt sich bei einer Verschiebung der Spurabbildung zur Symmetrielinie der Fotodioden, so daß ein Differenzsignal gebildet wird, mit welchem der Radialantrieb des Abtastkopfes zur Spurhaltung ansteuerbar ist (vergl. hierzu auch DE-OS 31 11 714 und 31 21 013).
    [0010] Voraussetzung für eine exakte Steuerung ist, daß sich die Informationselemente, nämlich die Pits, welche die Spur darstellen, bei Spurmittellage auf den symmetrisch zur Spurabbildung angeordneten Empfangsdioden als Lichtspots gleicher Intensität abbilden.
    [0011] Diese Voraussetzung ist bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis, also z.B. bei verschmutzten oder gealterten Fotodioden bzw. unsymmetrischer Abstrahlung der Lichtquelle, nicht mehr erfüllt. Das hat zur Folge, daß ein von Null verschiedenes Spursteuersignal erzeugt wird, obwohl der Abtastkopf der Informationsspur entspricht. Das hieraus resultierende radiale Fehlersignal steuert über den Radialantrieb den Abtastkopf so nach, daß, verursacht durch das fehlerhafte Differenzsignal, eine optimale Spurhaltung bzw. ein optimales Auslesen der Information nicht mehr gewährleistet ist. Dieser Fehler konnte bisher nur durch einen vom Service durchzuführenden Neuabgleich korrigiert werden.
    [0012] Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Lesevorrichtung der im Oberbegriff angegebenen Art eine Schaltung zu schaffen, welche den oben erläuterten, Asymmetrien im optoelektrischen Kreis korrigierenden Abgleich automatisch durchführt.
    [0013] Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichnen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen, mit welchen ein den tatsächlichen Verhältnissen nicht entsprechendes radiales Fehlersignal detektiert und derart kompensiert wird, daß der Abtastkopf auf eine Spurlage zurückgestellt wird, welche den Verhältnissen entspräche, wenn keine Asymmetrien im elektrooptischen Kreis aufgetreten wären.
    [0014] Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird dem Tastkopf eine niederfrequente Schwingung geringer Amplitude überlagert und mittels der symmetrisch zur Spurabbildung angeordneten Fotoelemente ein Summensignal gebildet. Dieses Summensignal hat bei symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen Kreis den Wert Null, bei unsymmetrischen Bedingungen, also z.B. bei Verschmutzung nur einer Fotodiode, einβi von Null verschiedenen Wert. Damit kann aus dem Summensignal ein Korrektursignal hergeleitet werden, welches vorzeichenrichtig zum Ausgleich oben erläuterter Asymmetrien dem auf den Abtastkopf wirkenden elektromechanischen Wandler zuführbar ist.
    [0015] Mit Anspruch 2 sind die Maßnahmen gekennzeichnet, welche der phasenrichtigen, also der vorzeichenrichtigen, Korrektur dienen.
    [0016] Die Amplitude der der Tastkopfbewegung überlagerten Schwingung muß unter einem Auslenkungswert bleiben, der für ein sicheres Auslesen der Information unbedenklich ist. Dieser Wert liegt beispielsweise in der Größenordnung von ± 0,05 um, wobei Generatorschwingungen von 600 Hz geeignet sind.
    [0017] Zur Einhaltung dieses Grenzwertes ist eine automatische Amplitudenregelung vorgesehen, die Gegenstand des Anspruches 3 ist.
    [0018] Im übrigen sind der Stand der Technik und der Gegenstand der Erfindung schematisch nachstehend anhand zeichnerischer Darstellungen im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigen
    [0019] Figur 1 Blockschaltbild einer bekannten Regelschaltung zur Regelung des Abtastkopfantriebes,
    [0020] Figur 2 vergrößerte Darstellung einer Spur mit in der Spur gelegenen Pits sowie den Detektionselementen im Bereich eines Pits,
    [0021] Figur 3 Blockschaltbild der erfindungsgemäß gestalteten Regelschaltung zur Regelung des Abtastkopfantriebes,
    [0022] Figur 4a vergrößerte Spurdarstellung gemäß Figur 2 mit Detektionselementen bei radialer Auslenkung, jedoch symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen Kreis sowie einem Spannungszeitdiagramm zur Darstellung der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen,
    [0023] Figur 4b Spurdarstellung mit Detektionselementen bei Unsymmetrien im elektrooptischen Kreis ohne radiale Auslenkung mit Spannungszeitdiagramm zur Darstellung der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen und
    [0024] Figur 4c vergrößerte Spurdarstellung mit Detektionselementen bei Unsymmetrien im elektrooptischen Kreis und radialer Vorauslenkung mit Spannungszeitdiagramm zur Darstellung der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen.
    [0025] Der mechanische Aufbau dieses Abtastkopfes entspricht im übrigen der Darstellung in der Patentanmeldung P 33 24 861.3-53.
    [0026] Figur 1 zeigt eine an sich bekannte Anordnung, während mit F igur 3 die bekannte Anordnung mit erf indungsgemäßer Regelschaltung gezeigt ist. Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit identischen Ziffern bezeichnet. Schematisch dargestellt mit einem Kreis ist der Abtastkopf 11, der in seinem Inneren die Lichtquelle und die Optik zur Erzeugung des Lichtbündels und damit des Lichtfleckes auf der Trägerfläche aufweist. Im Abtastkopf untergebracht ist ferner ein Strahlenteiler zur Trennung des reflektierten Lichtes vom ausgesendeten Lichtes sowie eine Baugruppe, bestehend aus Halbleitersegmenten, nämlich den symmetrisch zur fehlerfreien Spurabbildung angeordneten Fotodioden A,B,C,D in dem Detektionselement 27, welche das reflektierte Licht in elektrische Signale umwandeln. Der Abtastkopf wird von einem Träger 13 gehalten, welcher um die Drehachse 14 mittels des radialen Feinantriebes 26 verschwenkbar ist. Mit diesem läßt sich der Abtastkopf 11 gegen die Wirkung elastisch federnder Rückstellglieder, nämlich der Federn 18 und 18' verschwenken. Die symmetrisch ausgebildeten und vorgespannten Federn 18 und 18' sind zwischen den Halterungen 19 und dem Gehäuse des Abtastkopfes 11 eingespannt. Zwischen den Enden der Halterungen 19 und den Federn 18 bzw. 18' sind druck- bzw. zugempfindliche piozoelektrische Wandler 20 und 21 vorgesehen.
    [0027] Durch Anlegen einer Spannung an den Wandler 20 läßt sich eine willkürliche Dickenänderung des Wandlers und damit eine willkürliche Auslenkung des Kopfes 11 erreichen. Diese Eigenschaft wird dazu ausgenutzt, den Abtastkopf 11 und damit sein optisches System gesteuert auszulenken.
    [0028] Plattenförmige Informationsträger der hier in Betracht kommenden Art sind in der Regel kreisscheibenförmig ausgebildet, wobei die Informationen in Spuren, d.h. zentrisch bzw. spiralförmig zum Plattenmittelpunkt, auf dem Träger angebracht sind. Der Abtastkopf muß, um ein einwandfreies Auslesen der Information zu gewährleisten, dieser Spur mit hoher Genauigkeit folgen. Um dies zu gewährleisten, ist eine Regelschaltung notwendig, welche in Form von Fotodioden ausgebildete Detektionselemente 27 besitzt, die beim Auftreffen des dem Auslesen dienenden reflektierten Lichtstrahles ein Spursteuersignal erzeugen. Dieses Spursteuersignal wird aus den von den Fotodioden A,B,C,D, die beidseitig der Spurabbildung angeordnet sind, erzeugten Signalen gebildet, welche den Eingängen des Differenzverstärkers 28 zugeführt werden. Das an seinem Ausgang gebildete Differenzsignal wird über einen Tiefpaßfilter 30 als radiales Fehlersignal dem radialen Feinantrieb 26 zugeleitet. Mit dem Tiefpaßfilter 30 werden die im Signal enthaltenen höherfrequenten Anteile unterdrückt und insbesondere kurze Störimpulse von dem Radialantrieb ferngehalten, so daß diese keine Radialkorrektur des Abtastkopfes 11 bewirken. Gesteuert vom radialen Fehlersignal erzeugt der radiale Feinantrieb 26 eine Stellgröße, mit welcher der den Abtastkopf 11 tragende Hebelarm 13 um den Drehpunkt 14 so verschwenkt wird, daß der Abtastkopf 11 in der gewünschten Richtung der Spur nachgeführt wird.
    [0029] In an sich bekannter Weise sind die Fotodioden A,B,C,D derart angeordnet und geschaltet, daß die am Ausgang des Differenzverstärkers 28 gebildete Differenzspannung
    [0030] Null ist, wenn die Dioden A bis D Licht gleicher Lichtintensität empfangen, also symmetrisch zur Spurabbildung gelegen sind. Bei Verschiebung der Spurabbildung wird folglich ein Differenzsignal erzeugt, das über den Regelkreis "Tiefpaß 30, radialer Feinantrieb 26, Detektionselemente 27" eine Nachführung des Abtastkopfes zur Spurhaltung bewirkt. Diese Art der Regelung und Nachführung des Abtastkopfes ist bekannt und mit den Figuren 1 und 2 veranschaulicht.
    [0031] Das Differenz- und damit Fehlersignal UTE ergibt sich aus folgender Beziehung :
    [0032] UDiff . ≈ UTE = (UA + UC) - (UB + UD)
    [0033] Wie die Spurinformation tatsächlich mittels der Detektionselemente A, B, C, D 27 gebildet wird, macht ausführlicher Figur 2 deutlich.
    [0034] Bei einer Verschiebung der Spurabbildung in X- oder Y-Richtung zu den Detektionselementen 27 entsteht ein Fehlersignal UTE ǂ 0, mit welchem der Abtastkopf mittels des Radialantriebes 26 zum Zwecke der Spurhaltung nachgesteuert wird. Das geschieht deshalb, weil in diesem Fall die Detektionselemente A und C bzw. B und D mehr Licht empfangen, so daß die Summe aus den Spannungen UA + UC die Summe der Spannungen UB + UD übersteigt. Voraussetzung hierfür ist natürlich, daß sich die Informationselemente 8, welche die Informationsspur bilden, als Lichtintensitätsspots auf den Detektionselementen abbilden.
    [0035] Bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis, also z.B. bei verschmutzten oder gealterten Segmenten A, B, C, D des De tektionselementes 27 bzw. unsymmetrische Abstrahlung der Laser-Lichtquelle entsteht am Ausgang des Differenzverstärkers 28 ein Signal, welches nicht der tatsächlichen Spurenlage bezüglich des Detektionselementes entspricht. Die Folge ist, daß das radiale Fehlersignal über den Radialantrieb 26 den Abtastkopf 11 so nachsteuert, daß,durch das fehlerhafte Differenzsignal verursacht, eine optimale Spurhaltung bzw. ein optimales Auslesen der Information nicht mehr gewährleistet ist.
    [0036] Solchen Fehlauslenkungen wirkt der aus den Detektionselementen 27, dem Operationsverstärker 29, dem Bandpaß 31, dem Gleichrichter 32, dem Verstärker 34 und dem Wandler 20 gebildete zweite Regelkreis in folgender Weise entgegen. Mittels des Operationsverstärkers 29, an dessen beiden Eingängen die Summenspannung der Fotodiode A + C einerseits und B + D andererseits liegt, wird ein Suramensignal gebildet, aus welchem ein Korrektursignal
    [0037] hergeleitet wird, das der Ansteuerung des vorzugsweise piozoelektrischen Wandlers 20 zur radialen Lagekorrektur des Abtastkopfes 11 dient.
    [0038] Zu diesem Zweck wird der Abtastkopf 11 mittels des Wandlers 20, der von einem Generator mit einer Schwingungsfrequenz von 600 Hz angesteuert wird, in Schwingungen versetzt. Die Folge ist, daß auch die Fotodioden Ausgangssignale mit dieser Frequenz erzeugen. Die Anordnung und Schaltung der Fotodioden A bis D hat zur Folge, daß nur bei Unsymmetrien im optoelektrischen Kreis ein von Null verschiedenes Summensignal am Ausgang des Operationsverstärkers 29 erscheint. Auch dieses Summensignal hat die gleiche Frequenz wie die Generatorfrequenz. Es wird über ein Bandpaßfilter 31 geführt, dessen Mittenfrequenz der Frequenz des Generators 35, also z.B. einer Frequenz von 600 Hz, entspricht. Mit dem Bandpaßfilter werden höheroder niederfrequente Störschwingungen unterdrückt. Nach Passieren des Bandpaßfilters 31 wird das Summensignal mit dem Gleichrichter 32 gleichgerichtet, der folglich ein dem absoluten Betrag des Korrektursignales entsprechendes Signal liefert. Dieses Signal wird dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 34 zugeführt.
    [0039] Um das Vorzeichen des Korrektursignales zu ermitteln, wird das Summensignal vor Gleichrichtung mit dem Generatorsignal in einem Phasendetektor 33 verglichen. Die Phasenlage zwischen Summensignal und Generatorsignal kennzeichnet die Richtung der durchzuführenden Korrektur, damit liegt am Ausgang des Phasendetektors ein dem Vorzeichen des Korrektursignales entsprechendes Signal, das dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 34 zugeführt wird. Am Ausgang dieses Operationsverstärkers 34 erscheint folglich ein vorzeichenrichtiges Korrektursignal, jedenfalls dann, wenn Asymmetrien im elektrooptischen System auftreten, welches zur Korrektur dem Wandler 20 zugeführt wird. Ist dagegen das Summensignal nach dem Bandpaßfilter 31 Null, erzeugt der Operationsverstärker 34 kein Korrektursignal, so daß eine radiale Lagekorrektur des Abtastkopfes 11 nicht stattfindet.
    [0040] Damit die mechanische Amplitude des mit der Wobbel-Frequenz von z.B. 600 Hz schwingenden Abtastkopfes 11 unter einem vorbestimmten Maximalwert bleibt, ist ein Regelkreis bestehend aus Abtastkopf 11, Feder 18', Wandler 21, Bandpaß 37, automatischer Amplitudenregelung 36, Generator 35, Wandler 20 und Feder 18 vorgesehen. Die Schwingungen, deren Frequenz der Wobbel-Frequenz des Generators 35 von z.B. 600 Hz entsprechen, des Wandlers 20 werden über die elastische Feder 18 auf den Abtastkopf 11 übertragen, dessen Auslenkungen wiederum über die zweite Feder 18' auf den als Empfänger dienenden Wandler 21 gelangen. Seine Ausgangsspannung wird über das Bandpaßfilter 37, welches nur Schwingungen mit einer Frequenz von 600 Hz passieren läßt, der Schaltung 36 zugeführt, welche ein Signal zur Amplitudenregelung des Generators 35 liefert. Die Regelung ist hierbei derart, daß eine max. vorgesehene Amplitude, welcher einer mechanischen Maximalamplitude des Abtastkopfes entspricht, nicht überschritten wird. Diese Maximalamplitude muß unter einem Wert bleiben, der ein sicheres Auslesen der Informationen gewährleistet. Bei einem bei CD-Platten üblichen Spurenabstand von etwa 1,6 um darf die mechanische Amplitude des Abtastkopfes einen Wert von ± 0,05 μm nicht überschreiten. In Figur 4a sind die Verhältnisse analog zur Darstellung gemäß Figur 2 bei einer radialen Auslenkung jedoch symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen Kreis veranschaulicht . Die Summe der Spannungen aus UA+C und UB+D ist unabhängig von der radialen Auslenkung 0 , was ein Kriterium dafür ist , daß im elektrooptischen Kreis keine Unsymmetrie auftritt .
    [0041] Anders ist der Fall bei den mit den Figuren 4b und 4c veranschaulichten Verhältnissen.
    [0042] Bei der Darstellung gemäß Figur 4b ist der Abtastkopf bezüglich der Spur nicht radial ausgelenkt , wegen Verschmutzung eines Detektionselementes , hier des Elementes B, ist j edoch eine Unsymmetrie im elektrooptischen Kreis aufgetreten .
    [0043] Die Folge ist , wie das Diagramm veranschaulicht , daß die
    [0044] Summe aus den Spannungen JA+C und UB+D von 0 verschieden ist , was ein Kriterium für Unsymmetrie im elektrooptischen Kreis ist .
    [0045] Auch bei radialer Auslenkung , jedoch Unsymmetrie im elektrooptischen Kre is , ergibt sich ein von 0 verschiedenes
    [0046] Summensignal , wie das Diagramm gemäß Figur 4c deutlich zeigt.
    [0047] 3b5
    权利要求:
    Claims P a t e n t a n s p r ü c h e
    1. Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf der Licht reflektierenden Fläche eines bewegten plattenfδrmigen Trägers aufgezeichneten Informationen, bestehend aus einem an einem Arm verschwenkbar gelagerten Abtastkopf mit einer Lichtquelle, einer Optik zur Erzeugung wenigstens eines Lichtfleckes auf der Trägerfläche, aus einem Mittel zur Trennung des reflektierten Lichtes vom ausgesendeten Licht, aus Detektionselementen in Form von symmetrisch zur Mittellage des reflektierten Lichtstrahles angeordneten Fotodioden zur Umwandlung des reflektierten Lichtes in elektrische Größen, welche den Informationen und einem Spursteuersignal entsprechen, ferner bestehend aus einer Steuerung zur Nachführung des verschwenkbar oder verschiebbar gelagerten Kopfes in Abhängigkeit des Spursteuersignales gegen die Wirkung eines elastisch federnden Rückstellgliedes sowie mindestens einem elektrromechanischen Wandler, vorzugsweise einem piezoelektrischen Wandler, welcher im Kraftfluß zwischen Abtastkopf, dem elastisch federnden Rückstellglied und einer gegenüber dem Abtastkopf feststehenden Halterung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (20) mittels eines Generators (35) in niederfrequente Schwingungen geringer Amplitude versetzbar ist, daß die Fotoelemente (27A-D) derart angeordnet geschaltet sind, daß sie bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis ein der Korrekturgröße entsprechendes Summensignal liefern, das nach Passieren eines Bandpaßfilters (31), dessen
    Mittenfrequenz der Generatorfrequenz entspricht, mittels eines Gleichrichters (32) in ein Korrektursignal umgewandelt wird, welches vorzeichenrichtig dem Wandler (20) zur radialen Lagekorrektur des Abtastkopfes (11) zugeführt wird.
    2. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorschwingung mit dem Summensignal mittels eines Phasendetektors (33) zur Erzeugung eines dem Vorzeichen des Korrektursignales entsprechenden Vorzeichensignales verglichen wird und daß das dem Betrag des Korrektursicnales entsprechendes Ausgangssignal des Gleichrichters (32) mittels eines Operationsverstärkers (34) mit dem Vorzeichensignal zur Erzeugung des dem Wandler (20) zuzuführenden, vorzeichenrichtigen Korrektursignales verknüpft wird.
    Lesevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abtastkopf (11) und der feststehenden Halterung ein zweiter elektromechanischer Wandler (21) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal über ein Bandpaßfilter (37), dessen Mittenfrequenz der Generatorfrequenz entspricht, einer Schaltung zur automatischen Amplitudenregelung (36) zugeführt wird, deren Ausgang mit dem Steuereingang des Generators (35) zur Begrenzung der maximalen Generatoramplitude verbunden ist.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1986-07-17| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): DK |
    1986-07-17| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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