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    公开号:WO1986005306A1
    申请号:PCT/DE1986/000065
    申请日:1986-02-21
    公开日:1986-09-12
    发明作者:Dieter Baas；Friedrich Füldner；Arthur Kurz
    申请人:Deutsche Thomson-Brandt Gmbh；
    IPC主号:G11B7-00
    专利说明:
    [0001] Verfahren und Schaltungsanordnung zum Fokussieren eines Lichtstrahls auf einen optischen Aufzeichnungsträger
    [0002] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fokussieren eines Lichtstrahls, der mittels eines optischen Systems, bestehend aus einer Lichtquelle und einem mittels eines Stellgliedes bewegbaren Objektivs auf einen optischen Aufzeichnungsträger fokussierbar ist, der den Lichtstrahl auf eine Anzahl von Photoelementen reflektiert, aus deren Ausgangsspannungen durch Subtraktion und Addition der so ermittelten Differenzen eine erste Steuerspannung gewonnen wird, die über einen Regelverstärker dem Stellglied zugeführt wird, so daß ein Regelkreis gebildet wird.
    [0003] In der DE-OS 33 02 240 ist eine Einrichtung zum Lesen von Informationen beschrieben, die auf einem plattenförmigen Aufzeichnungsträger in spiralförmigen Spuren abgespeichert sind. Als Beispiel für einen plattenförmigen Aufzeichnungsträger sei die CD-Platte eines CD-Plattenspielers genannt. Die in den Spuren der CD-Platte abgespeicherten Informationen, z.B. Ton- oder Bildsignale, werden mittels einer optischen Abtasteinrichtung, die
    [0004] .../ ein Objektiv enthält und einen Lichtstrahl zum Abtasten der Informationen auf die CD-Platte, den Aufzeichnungsträger, richtet, gelesen. Der Lichtstrahl wird von einem Laser erzeugt. Eine Fokussierungssteuereinrichtung verschiebt das Objektiv so entlang seiner optischen Achse, daß sein Brennpunkt auf den Aufzeichnungsträger zu liegen kommt. Man nennt diesen Regelvorgang, der im Prinzip der Scharfeinstellung eines Fernrohres entspricht, Fokussierung. Der Lichtstrahl wird vom Aufzeichnungsträger auf eine Lichtstrahl-Empfangseinrichtung reflektiert. Damit die Informationen vom Aufzeichnungsträger einwandfrei ausgelesen werden können, ist eine dauernde Fokussierung durch die Fokussteuereinrichtung, die einen Regelkreis darstellt, nötig, denn bereits geringe Abweichungen von der Scharfeinstellung können zu Fehlern beim Lesen der Informationen führen.
    [0005] Weil die Dicke der Aufzeichnungsträger von Aufzeichnungsträger zu Aufzeichnungsträger relativ stark streut, muß das Objektiv von der Fokussteuereinheit nahezu jedesmal, wenn ein anderer Aufzeichnungsträger eingelegt wird-, um eine Strecke a verschoben werden, damit der Brennpunkt auf den Aufzeichnungsträger zu liegen kommt. Diese Strecke a ist jedoch wesentlich länger als die Strecken, um die das Objektiv verschoben werden muß, um den Brennpunkt auf einem eingelegten Aufzeichnungsträger zu halten, weil die Dicke eines Aufzeichnungsträgers bedeutend weniger streut als die Dicke von Aufzeichnungsträger zu Aufzeichnungsträger. In der DE-OS 33 02 240 wird auf die unterschiedlichen Dicken der Aufzeichnungsträger und den dadurch verursachten größeren Regelzeiten
    [0006] .../ sowie der dadurch bedingten ungenaueren Fokussierung nicht eingegangen.
    [0007] Die Lichtstrahl-Empfangseinrichtung besteht, wie in den Figuren 4A, 4B, 4C und 4D der genannten DE-OS gezeigt ist, aus vier Photodioden 14a, 14b, 14c und 14d, die in einem Quadrat so angeordnet sind, daß sie das Quadrat in vier gleich große Quadrate aufteilen. Die Ausgangsspannungen der vier Photodioden 14a, 14b, 14c und 14d werden einer Betriebsschaltung zugeführt, in der die beiden Summen der AusgangsSpannungen zweier jeweils diagonal gegenüberliegender Photodioden gebildet werden. Das aus der Differenz dieser beiden Summen gewonnene Fokussierungsfehlersignal SF wird der Fokussierungssteuereinrichtung zugeführt, die das Objektiv entlang seiner optischen Achse so lange bewegt, bis der Lichtstrahl auf den Aufzeichnungsträger fokussiert ist.
    [0008] Unter der Annahme, daß ideale, vollkommen gleiche Photodioden verwendet werden, wird das Fokussierungsfehlersignal null, wenn der Lichtstrahl genau auf den Aufzeichnungsträger fokussiert ist. In diesem Fall bildet sich der reflektierte Lichtstrahl auf den vier Photodioden, wie in der Figur 4B der genannten DE-OS dargestellt ist, als Kreis ab, so daß jede Photodiode mit der gleichen Lichtenergie bestrahlt wird. Weil jede Photodiode deshalb die gleiche Ausgangsspannung liefert, wird das Fokussierungsfehlersignal zu Null. Wenn dagegen das Objektiv zu nahe am Aufzeichnungsträger oder zu weit von ihm entfernt ist, bildet sich der reflektierte Lichtstrahl auf den vier Photodiόden nicht als Kreis, sondern wegen der astigmatischen Linse des Objektivs als Ellipse ab. Weil
    [0009] .../ in diesem Fall der Defokussierung die Photodioden wegen der auf sie strahlenden unterschiedlichen Lichtenergien unterschiedliche Ausgangsspannungen liefern, ist das Fokussie - rungsfehlersignal SF von null verschieden. Es bewirkt deshalb solange eine Verschiebung des Objektivs, bis es zu Null wird, d.h. bis der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegt.
    [0010] Weil reale Photodioden in ihren Werten stets streuen, wird das Fokussierungsfehlersignal jedoch nicht genau zu Null, wenn auf jede Photodiode die gleiche Lichtenergie einfällt. Vielmehr wird es einen von Null verschiedenen Wert annehmen. Den Wert Null nimmt das Fokussierungsfehlersignal je nach Streuung der Parameter der Photodioden bei mehr oder weniger stark unterschiedlichen auf die einzelnen Photodioden einfallenden Lichtenergien an. Weil die Fokussteuereinrichtung jedoch den Wert Null des Fokussierungsfehlersignals als korrekten Wert interpretiert, wird der Brennpunkt des Objektivs entweder vor oder hinter dem Aufzeichnungsträger liegen. Eine präzise Fokussierung ist deshalb bei der Einrichtung aus der DE-OS 33 02 240 nicht immer möglich. Außerdem arbeitet der Regelverstärker nicht symmetrisch, sondern unsymmetrisch in seinem Regelbereich. Die Abweichung von einer genauen Fokussierung hängt von der Streuung der Diodenparameter ab. Wenn z.B. die Einrichtung aus der genannten DE-OS in CD-Plattenspieler eingebaut wird, streut auch die Abweichung von Gerät zu Gerät, denn es ist unmöglich, in alle CD-Plattenspieler genau gleiche Photodioden einzubauen. Das wiederum führt zu Geräten unterschiedlicher Qualität.
    [0011] .../ In Hitachi Service Manual, Ty No 348E, DA- 1000, December 1982 ist auf Seite 22 in Fig. 30 ein Regelkreis zum Fokussieren des Lichtstrahls bei einem CD-Plattenspieler gezeigt. Die Off-Set-Spannung des Regelverstärkers IC 100 und der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung werden durch manuelles Einstellen des Potentiometers R 102 kompensiert. Ändern sich die Off-Set-Spannungen infolge Temperaturschwankungen oder Alterung der Bauteile, so kann die Qualität des CD-Plattenspielers spürbar nachlassen. Um wieder eine einwandfreie Wiedergabe des Tons zu erzielen, ist ein erneuter Ableich des Regelverstärkers IC 100 durch Verstellen des Potentiometers R 102 in der Werkstatt nötig. Derartige Wartungsmaßnahmen sind für Kunden nicht nur unangenehm, sie kosten auch Geld.
    [0012] .../
    [0013] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Fokussieren eines Lichtstrahls auf einen optischen Aufzeichnungsträger anzugeben, mit dem eine schnellere und genauere Fokussierung erzielt wird.
    [0014] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß bei offenem Regelkreis eine dem Stellglied zugeführte zweite Steuerspannung verändert wird, daß, .wenn der Lichtstrahl auf den Aufzeichnungsträger fokussiert ist, der Regelkreis geschlossen und der zu diesem Zeitpunkt angenommene Wert W der zweiten Steuerspannung gehalten wird und als Vorspannung dem Stellglied zugeführt wird.
    [0015] Es zeigen
    [0016] die Figuren 1, 2, 3, 4, 5 und 6 Schaltungsanordnungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
    [0017] die Figuren 7, 8, 9, 10, 11, 12 und 13 Spannungsdiagramme sowie
    [0018] die Figur 14 und die Figur 15 sogenannte Aktuatoren mit Objektiv und Spule.
    [0019] Anhand der in Figur 1 gezeigten ersten Schaltungsanordnung wird das erfindungsgemäße Verfahren erläutert.
    [0020] In Figur 1 ist der Ausgang einer Lichtempfangs- und Auswerteschaltung 0, die vier Photodioden A, B, C und D enthält, mit dem Eingang des Regelverstärkers RV und dem Eingang eines Fokusdetektors FD verbunden. Der Ausgang des Fokusdetektors FD ist mit dem Steuereingang eines steuerbaren Schalters S und dem Eingang eines Signalgenerators SR verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang eines
    [0021] .../ Digital-Analog-Wandlers DA verbunden ist. Der Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DA ist mit dem einen Eingang einer Summationsstelle SU verbunden, deren anderer Eingang mit dem einen Kontakt des steuerbaren Schalters S verbunden ist . Der andere Kontakt des steuerbaren Schalters S ist mit dem Ausgang des Regelverstärkers RV verbunden. Der Ausgang der Summationsstelle SU ist mit dem Eingang des Stellgliedes SG verbunden.
    [0022] Die Lichtempfangs- und Auswerteschaltung 0 kann z.B. so aufgebaut sein, wie es in der DE-OS 33 02 240 beschrieben ist. Sie ist mit vier Photodioden A, B, C und D ausgestattet. Die Spannung UFE am Ausgang der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung 0, die dem Fokussierungsfehlersignal SF entspricht, wird nach folgender Formel gebildet:
    [0023] UFE = (A-D) + (B-C)
    [0024] Unter der Voraussetzung, daß die vier Photodioden A, B, C und D ideale Bauteile sind, wird die Spannung UFE zu Null, wenn der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegt. Zu Beginn des Fokussierens bewirkt der Fokusdetektor FD, daß der steuerbare Schalter S und damit der Regelkreis geöffnet wird, sowie daß der Signalgenerator SR an seinem Ausgang eine pulsbreitenmodulierte Spannnung UpWM abgibt, deren Pulsbreite periodisch geändert wird.
    [0025] Der Digital-Analog-Wandler DA, der z.B. als Integrator ausgeführt sein kann, gibt deshalb je nach Aufbau an seinem Ausgang eine sägezahn- oder dreieckförmige Spannung Us an das Stellglied SG ab. In Figur 7 sind die puls¬
    [0026] ..../ breitenmodulierte Spannung UPWM und die sägezahnförmige
    [0027] Spannung Us gezeigt. In Figur 8 sind die pulsbreitenmodulierte Spannung UPWM und die dreieckförmige Spannung Us gezeigt.
    [0028] Wegen der sägezahn- oder dreieckförmigen Spannung Us bewegt das Stellglied SG so lange das Objektiv, bis der Brennpunkt auf den Aufzeichnungsträger zu liegen kommt. Zu diesem Zeitpunkt bewirkt der Fokusdetektor FD, daß der steuerbare Schalter S geschlossen wird, daß der Signalgenerator SR die Pulsbreite seiner AusgangsSpannung nicht mehr ändert und daß die gerade zu diesem Zeitpunkt am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers AD liegende Spannung gehalten und ständig über die Summationsstelle SU dem Stellglied SG zugeführt wird. Der Brennpunkt liegt jetzt auf dem Aufzeichnungsträger. Weil der Regelkreis geschlossen ist, wird das Objektiv nun so vom Stellglied SG geführt, daß der Brennpunkt ständig auf dem Aufzeichnungsträger liegen bleibt. Auf diese Weise werden Unebenheiten des Aufzeichnungsträgers ausgeregelt.
    [0029] In Figur 10 ist der Verlauf der Spannung UFE am Ausgang der Liehtempfangs- und Auswerteschaltung 0 und des Signals FZ am Ausgang des Fokusdetektors FD gezeigt, wenn das Objektiv vom größten möglichen Abstand zum Aufzeichnungsträger ausgehend auf ihn zu bewegt wird bis zum kleinsten möglichen Abstand. Wenn die Kurve die Abszisse schneidet, liegt der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger. Der steuerbare Schalter S wird je nach der Bewegungsrichtung des Objektivs von der fallenden Flanke F1 oder F2 des Signales FZ geschlossen: War das Objektiv zu weit vom Aufzeichnungsträger entfernt, und wurde es deshalb auf ihn zu bewegt, so wird der steuerbare Schalter S von der Flanke F1 geschlossen, während er von der Flanke F2 geschlossen wird, wenn das Objektiv, weil es zu nahe am Aufzeichnungsträger war, in entgegengesetzter Richtung von ihm weg bewegt wurde.
    [0030] Weil beim erfindungsgemäßen Verfahren zunächst der Regelkreis geöffnet und die zweite Steuerspannung z.B. in Sägezahn- oder Dreieckform an das Stellglied SG angelegt wird, erfolgt das Fokussieren schneller als bei der bekannten Einrichtung, bei der die Verstärkung des Regelkreises verringert wird. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aber auch genauer fokussiert, weil der Wert, den die zweite Steuerspannung annimmt, wenn der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegt, gehalten und ständig am Stellglied SG des nun geschlossenen Regelkreises als Vorspannung anliegt. Dadurch wird die Stabilität des Regelkreises erhöht, während gleichzeitig Unsymmetrien des Regelkreises weitgehend verhindert werden.
    [0031] Figur 7 und Figur 8 zeigen die sägezahn- und die dreieckförmige Steuerspannung Us. Bei der in Figur 7 gezeigten sägezahnförmigen Steuerspannung Us wird das Objektiv bei offenem Regelkreis angehoben, bis der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegt. Ist die Einstellung beim ersten Mal nicht zu erreichen, fällt das Objektiv in seine Ausgangsstellung zurück und der Einstellvorgang beginnt von vorne. Bei der in Figur 8 gezeigten dreieckförmigen Steuerspannung Us wird im Falle eines Fehlversuchs das Objektiv. langsam abgesenkt und auf der negativen Flanke der dreieckförmigen Steuerspannung Us wird erneut versucht, den Lichtstrahl auf den Aufzeichnungsträger zu fokussieren. Dadurch wird verhindert, daß das Objektiv wie bei der sägezahnförmigen Steuerspannung Us zuerst in die Ausgangslage zurückfallen muß. Durch die definierte Abwärtsbewegung des Objektives wird ein schnelleres Fokussieren erzielt.
    [0032] Figur 9 zeigt eine Steuerspannung Us bei offenem Regelkreis mit einem eingeschränkten Suchbereich. Zu Beginn des ersten Fokussierversuchs wird das Objektiv aus seiner Ausgangslage zum Aufzeichnungsträger hin bewegt. Liegt der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger, wird das für diese Lage des Objektivs bestimmte Pulsbreitenverhältnis gespeichert. Im Falle, daß das Objektiv z.B. durch mechanische Erschütterung seinen Fokushaltebereich überschreitet, wird von diesem bekannten Pulsbreitenwert ausgehend ein neuer Fokussierver- such mit eingeschränktem Suchbereich eingeleitet. Durch diese Maßnahme kommt der Brennpunkt in kürzerer Zeit auf den Aufzeichnungstrager zu liegen, als wenn der Fokussierversuch von der Ausgangsstellung des Objektivs aus gestartet würde.
    [0033] Gleiches gilt auch, falls ein erstmaliger Fokussierversuch bzw. das Einkoppeln mißlingt.
    [0034] Weil sich das Objektiv zu Beginn eines Fokussierversuchs bereits in der Nähe seiner richtigen Lage befindet, sind die Beschleunigungsenergie, um das Objektiv in die richtige Lage zu bewegen, und damit auch die Bremsenergie, um es dort anzuhalten, gering. Auf diese Weise wird ein schneller und sicherer Übergang vom Suchvorgang in den Regelzustand erreicht. In Figur 2 ist eine zweite Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
    [0035] Bei der zweiten Schaltungsanordnung ist der Ausgang der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung 0 mit dem Eingang des Fokusdetektors FD und mit dem einen Kontakt des steuerbaren Schalters S verbunden, dessen anderer Kontakt mit dem einen Eingang der Summationsstelle SU verbunden ist, während der andere Eingang mit dem Ausgang des Analog-Digital-Wandlers AD verbunden ist. Der Ausgang des Fokusdetektors FD ist mit dem Steuereingang des steuerbaren Schalters S und mit dem Eingang des Signalgenerators SR verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang des Analog-Digital-Wandlers AD verbunden ist. Der Ausgang der Summationsstelle SU ist mit dem Eingang des Regelverstärkers RV verbunden, dessen Ausgang mit dem Eingang des Stellgliedes SG verbunden ist.
    [0036] Die zweite Schaltungsanordnung funktioniert auf die gleiche Weise wie die erste Schaltungsanordnung aus Figur 1. Im Gegensatz zur ersten Schaltungsanordnung liegt bei der zweiten Schaltungsanordnung die Reihenschaltung aus dem steuerbaren Schalter S und der Summationsstelle SU vor dem Regelverstärker RV. Das Einspeisen der Ausgangsspannung des Analog-Digital-Wandlers AD vor dem Regelverstärker RV bringt den Vorteil, daß bei jedem Fokussieren automatisch die Off-Set-Spannung des Regelverstärkers RV und der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung 0 kompensiert wird. Dadurch wird die Fokussierung genauer. In der Figur 3 ist eine dritte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt.
    [0037] Der Ausgang der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung 0 ist mit dem Eingang des Fokusdetektors FD und mit dem einen Eingang der Summationsstelle SU verbunden, deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers DA verbunden ist. Der Ausgang der Summationsstelle SU ist mit dem Eingang einer
    [0038] Schalteinrichtung SE verbunden, deren Ausgang mit dem Eingang des Regelverstärkers RV verbunden ist. Der Ausgang des Regelverstärkers RV ist mit dem Eingang des Stellgliedes SG verbunden. Der Eingang E einer Kontrolleinheit K ist mit dem Ausgang des Fokusdetektors FD verbunden, ein erster Ausgang A1 der Kontrolleinheit K ist mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers DA verbunden, während ein zweiter Ausgang A2 der Kontrolleinheit K mit dem Steuereingang der Schalteinheit SE verbunden ist.
    [0039] Zu Beginn des Fokussierens gibt die Kontrolleinheit K ein Signal an ihrem zweiten Ausgang A2 an die Schalteinheit SE ab, die darauf den Ausgang der Summationsstelle SU und den Eingang des RegelVerstärkers RV wechselspannungsmäßig trennt, indem sie diese beiden Anschlüsse wechselspannungsmäßig auf Bezugspotential legt, während der Ausgang der Summationsstelle SU und der Eingang des Regelverstärkers RV gleichspannungsmäßig weiterhin miteinander verbunden bleiben. Die Kontrolleinheit K ändert nun das Signal an ihrem ersten Ausgang A1 so, daß die Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DA linear ansteigt. Weil diese linear ansteigende Spannung über den Regelverstärcker RV dem Stellglied SG zugeführt wird, wird das Objektiv bewegt. Wenn der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungstrager liegt, gibt der Fokusdetektor FD ein Signal an die Kontrolleinheit K ab, die darauf die zu diesem Zeitpunkt an ihrem ersten Ausgang A1 liegende Spannung hält und ein Signal an ihrem zweiten Ausgang A2 an die Schalteinheit SE abgibt, die den Ausgang dnr Summationsstelle SU wieder wechselspannungsmäßig mit dem Eingang des Regelverstärkers RV verbindet. Weil deshalb der Regelkreis wieder geschlossen ist, wird das Objektiv vom Stellglied SG so geführt, daß der Brennpunkt stets auf dem Aufzeichnungsträger liegen bleibt.
    [0040] In Figur 11 und 12 sind die Spannungen am Eingang des Stellgliedes SG, am Ausgang der Liehtempfangs- und .Auswerteschaltung 0 und am Ausgang des Fokusdetektors FD sowie der Zustand des Regelkreises - offen oder geschlossen - über der Zeit aufgetragen.
    [0041] Wie in Figur 12 dargestellt ist, kann die Spannung am Eingang des Stellgliedes SG zunächst anstelle linear treppenförmig in Schritten erhöht werden, bis der Fokusdetektor FD zum erstem Mal ein Signal an die Kontrolleinheit K abgibt. Das ist der Fall, wenn der Brennpunkt zum ersten Mal auf den Aufzeichnungsträger zu liegen kommt. Dieses erste Signal des Fokusdetektors FD bewirkt, daß die Spannung am Eingang des Stellgliedes SG um den letzten Schritt erniedrigt wird, um dann linear anzusteigen, bis der Fokusdetektor FD ein zweites Mal ein Signal an die Kontrolleinheit K abgibt. Das ist der Fall, wenn der Brennpunkt wieder auf dem Aufzeichnungsträger liegt. Das zweite Signal am Ausgang des Fokusdetektors FD bewirkt, daß der Regelkreis von der Kontrolleinheit K geschlossen wird. Durch den treppenförmigen Anstieg der Spannung am Eingang des Stellgliedes SG wird schneller als bei linearem Anstieg fokussiert.
    [0042] Weil die Schwankungen der Off-Set-Spannungen, deren Wert man nicht im voraus kennt, wesentlich größer sind als die Steuerspannung, die nötig ist, um das Objektiv in die Lage zu bringen, bei der der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegt, ist es sinnvoll, die Kompensation anstatt sit null V mit. einer betragsmäßig maximalen Kompensatiosspannung zu beginnen. Auch die dritte Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß gleichzeitig mit dem Fokussieren die Off-Set-Spannung des Regelverstärkers und der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung O kompensiert werden. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß hei gleichspannungsmäßig geschlossenem Regelkreis fokussiert wird, weil dadurch unterschiedliche Dicken verschiedener Aufzeichnungsträger mit berücksichtigt werden. Jedoch hat die dritte Schaltungsanordnung den Nachteil, daß bei nicht in das Gerät eingelegtem Aufzeichnungsträger eine grobe Fokussierung kritisch ist, weil mit einer Übersteuerung des Regelverstärkers RV und somit auch des Stellgliedes SG zu rechnen ist. Dieser Nachteil läßt sich, wie bei der vierten Schaltungsanordnung in Figur 4 gezeigt ist, dadurch beheben, daß zusätzlich zu der Schalteinheit SE ein steuerbarer Schalter S nach dem Regelverstärker RV vorgesehen ist, dessen Steuereingang mit einem dritten Ausgang A3 der Kontrolleinheit K verbunden ist.
    [0043] Der steuerbare Schalter S bleibt bei störungsfreiem Betrieb geschlossen. Erst wenn aus irgend welchen Gründen die Fokussierung nicht gelingt, wird der steuerbare Schalter S von der Kontrolleinheit K geöffnet, damit das Stellglied SG nicht übersteuert wird. Der steuerbare Schalter S hat deshalb lediglich eine Schutzfunktion.
    [0044] Eine fünfte Schaltungsanordnung zur Durchführung des erfindungsgernäßen Verfahrens, die sich von der dritten Schaltungsanordnung aus Figur 3 nur dadurch unterscheidet, daß der Eingang des Fokusdetektors FD nicht mit dem einen Eingang, sondern mit dem Ausgang der Summationsstelle SU verbunden ist, zeigt die Figur 5. Durch die Maßnahme, den Fokusdetektor FD nach der Summationsstelle SU vorzusehen, wird die Off-Set-Spannung der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung O, die durch unterschiedliche Parameter der vier Photodioden A, B, C und D verursacht wird, getrennt von der Off-Set-Spannung des Regelverstärkers RV erfasst und kompensiert. Die Kompensation wird dadurch ermöglicht, daß bei nicht eingelegtem Aufzeichnungsträger alle vier Photodioden A, B, c und D der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung O unabhängig von
    [0045] der Lage des Objektivs kein Licht aus der Lichtquelle des optischen Systems empfangen. Weil, die vier Photodioden deshalb im Dunkeln liegen, geben sie lediglich die sogenannten Dunkelströme ab, die, wie in der Einleitung bereits erklärt wurde, streuen. Der Fokusdetektor FD gibt ein erstes Signal an die Kontrolleinheit K ab, wenn die Spannung am Ausgang der Summationsstelle SU Null wird. Das ist aber gerade .dann der Fall, wenn die Off-Set-Spannung der Lichtempfangs-uid Auswerteschaltung 0, verursacht durch die unterschiedlichen Dunkelströme der vier Photodioden, durch die Spannung am Ausgang des Digital-Analog-Wandlers DA kompensiert wird. Diese Kompensationsspannung wird gehalten. Nach Einlegen des Aufzeichnungsträgers gibt die Kontrolleinheit K eine veränderbare Spannung an ihrem ersten Ausgang AI ab, die der Kompensationsspannung überlagert wird. Dadurch wird das Objektiv vom Stellglied SG so lange bewegt, bis der Fokusdetektor FD feststellt, daß der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegt, und ein Signal an die Kontrolleinheit K abgibt, die darauf die zu diesem Zeitpunkt an ihrem ersten Ausgang A1 abgegebene Spannung hält. Zusätzlich bewirkt die Kontrolleinheit K, daß die Schalteinheit SE den Regelverstärker RV und die Summationsstelle SU wieder wechselspannungsmäßig miteinander verbindet. Weil der Regelkreis nun geschlossen ist, wird das Objektiv so geführt, daß der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegen bleibt.
    [0046] In Figur 13 sind die Spannungen am Ausgang des Stellgliedes SG und am Ausgang des Fokusdetektors FD sowie der Zustand des Regelkreises - offen oder geschlossen - über der Zeit aufgetragen. Eine Ausgestaltung der fünften Schaltungsanordnung aus Figur 5 zeigt die Figur 6. Sie unterscheidet sich von der fünften Schaltungsanordnung dadurch, daß eine zweite Summationsstelle SU2, ein zweiter Digital-Analog-Wandler DA2 und anstelle der Schalteinheit SE ein steuerbarer Schalter S vorgesehen sind, dessen einer Kontakt mit. dem Ausgang der ersten Summationsstelle SU und mit dem Eingang des Fokusdetektors FD verbunden ist, während dessen anderer Kontakt mit dem einen Eingang der zweiten Summationsstelle SU2 verbunden ist. Der Steuereingang des steuerbaren Schalters S ist mit dem zweiten Ausgang A2 der Kontrolleinheit K verbunden, deren dritter Ausgang A3 mit dem Eingang des zweiten Digital-Analog-Wandlers DA2 verbunden ist. Der Ausgang des zweiten Digital-Analog-Wandlers DA2 ist mit dem anderen Eingang der zweiten Summationsstelle SU2 verbunden, deren Ausgang mit dem Eingang des Regelverstärkers RV verbunden ist. Der Ausgang des Regelverstärkers RV ist mit dem Eingang des Stellgliedes SG verbunden.
    [0047] Zunächst werden wie bei der vorherigen Schaltungsanordnung die Off-Set-Spannungen der Lichtempfangs- und Auswerteschaltung 0 und des Regelverstärkers RV kompensiert. Hierzu wird der steuerbare Schalter S geöffnet. Die Kontrolleinheit K ändert die Spannung an ihrem ersten Ausgang A1 so lange, bis die Spannung am Ausgang der Summationsstelle SU null wird, weil der Fokusdetektor FD zu diesem Zeitpunkt ein Signal an die Kontrolleinheit K abgibt. Die zu diesem Zeitpunkt am Ausgang der Kontrolleinheit K liegende Spannung wird gehalten. Die Kontrolleinheit K gibt nun bei weiterhin geöffnetem steuerbaren Schalter S eine veränderbare Spannung an ihrem dritten Ausgang A3 ab, die über den weiteren Digital-Analog-Wandler DA2 dem Stellglied SG zugeführt wird, das das Objektiv nun bewegt. Wenn der Brennpunkt durch die Bewegung des Objektivs in die Nähe des Aufzeichnungsträgers kommt, steigt oder fällt, je nach der Bewegungsrichtung des Objektivs, die Spannung am Ausgang der Summationsstelle SU, um wieder den Wert Null anzunehmen, wenn der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger liegt. Dieser Spannungsverlauf ist in Figur 10 dargestellt. Der Fokusdetektor FD gibt dann ein zweites Mal ein Signal an die Kontrolleinheit K ab. Dieses Signal bewirkt, daß die Spannung am dritten Ausgang A3 der Kontrolleinheit K gehalten und daß der steuerbare Schalter S geschlossen wird. Weil der Regelkreis jetzt geschlossen ist, wird das Objektiv vom Stellglied SG so geführt, daß der Brennpunkt auf dem Aufzeichnungsträger bleibt.
    [0048] Alle beschriebenen Schaltungsanordnungen außer der ersten weisen den Vorteil auf, daß bei jedem Fokussierversuch und damit jedesmal beim Wiedereinschalten des Gerätes die Off-Set-Spannung des Regelverstärkers RV kompensiert wird. Bei der dritten, vierten, fünften und sechsten Schaltungsanordnung, die in den Figuren 3, 4, 5 und 6 gezeigt sind, wird außer der Off-Set-Spannung des Regelverstärkers RV auch die der Lichtempfangs- und Äuswerteschaltung 0 kompensiert.
    [0049] Bei der Herstellung von CD-Plattenspielern, die mit einer der in den Figuren 3, 4, 5 oder 6 gezeigten Schaltungsanordnungen ausgerüstet sind, ist kein Abgleich der Regelverstärker an einem Potentiometer von Hand nötig, wie es bei der Schaltungsanordnung aus Fig. 30 auf Seite 22 des Hitachi Service Manuals noch der Fall ist. Weil jedesmal, wenn das Gerät eingeschaltet wird, die Off-Set-Spannungen von neuem kompensiert werden, wirken sich langfristige Driften der Off-Set-Spannungen infolge Alterung der Bauteile nicht aus. Es kann deshalb nicht der Fall eintreten, daß der Regelverstärker des Fokusregelkreises bei einem CD-Plättenspieler, der zunächst einwandfrei spielte, bei dem aber nach längerer Zeit die Klangqualität spürbar nachläßt, in der Werkstatt neu abgeglichen werden muß. Daß solche Wartungsmaßnahmen entfallen, ist als weiterer Vorteil zu betrachten, denn die Wartung eines Gerätes ist nicht nur für den Kunden unangenehm, sie kostet auch Geld.
    [0050] Figur 14 zeigt einen sogenannten Aktuator mit eingeschränktem mechanischem Fokusbereich.
    [0051] Das Objektiv 20 mit einem Objektivschaft 21 wird von Blattfedern 24 in seiner Mittelstellung gehalten und zentriert. Permanentmagnete sind am Objektivschaft 21 enthalten, und im Rohr 23 ist eine eingebettete Spule 22 angedeutet. Solche bereits bekannte Aktuatoren sind aufwendig und teuer.
    [0052] Figur 15 zeigt einen ähnlichen, ebenfalls bekannten Aktuator mit einem zylindrischen Objektivschaft 21, mit einem Objektiv 20 und einem Rohr 23, in dem sich der Okjektivschaft 21 frei bewegen kann. Nach oben und unten ist der Objektivschaft 21 mechanisch begrenzt durch Anschläge 26 bzw. 25 und gegen Verdrehen gesichert. Der Nachteil eines solchen Systems ist, daß Reibung und mechanische Unsymmetrien das Objektiv 20 samt Objektivschaft 21 bei langsamen und kleinen Bewegungen schwer beherrschbar machen. Bewegt sich der Objektivschaft 21 mit dem Objektiv 20 nicht, so kann es weiter zu einer Verkantung in dem Rohr 23 kommen. Tritt nun ein durch einen Schlag des Aufzeichnungsträgers verursachtes Regelsignal an der Spule auf, so benötigt die Spule wesentlich mehr Energie, um den Objektivschaft 21 aus seinem verkanteten Zustand zu befreien als für die nötige Ausgleichs- und Fokusfolgebewegung erforderlich wäre. Die Folge davon ist ein Anwachsen des Regelsignals, weil der Objektivschaft 21 so lange keine Bewegung ausführt, bis die Energie groß genug ist, um das Losbrechmoment zu überwinden. Dadurch kann es zu Überschwingungen des Objektivschafts 21 samt Objektiv 20 kommen, die die Regelzeit beträchtlich verlängern.
    [0053] Solche Überschwingungen des Objektivschaftes lassen sich dadurch vermeiden, daß dem Regelsignal- ständig eine Wechselkomponente überlagert wird. Weil die Wechselkomponente den Objektivschaft dauernd in Bewegung hält, denn er schwingt um eine Mittellage, ist ein Verkanten ausgeschlossen. Durch die dauernde Hin- und Herbewegung des Objektivschaftes 21 im Rohr 23 tritt zwischen diesen beiden Teilen nur noch Gleitreibung und nicht mehr die größere Haftreibung auf. Deshalb bedarf es einer weit geringeren Kraft, um den schwingenden Objektivschaft 21 zu verschieben, als es bei ruhendem Objektivschaft 21 der Fall wäre. Allerdings läßt sich bei überlagerter Wechselkomponente nicht so genau fokussieren wie ohne Überlagerung. Da aber bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ohnehin wesentlich genauer fokussiert wird als bei der Einrichtung aus der DE-OS 33 02 240, kann dem Regelsignal eine Wechselkomponente geringer Amplitude überlagert werden, während bei einer Überlagerung des Regelsignals mit einer Wechselkomponente bei der bekannten Einrichtung die Fokussierung zu ungenau werden kaan. Es ist ferner möglich, den Wert W der zweiten Steuerspannung für verschiedene Typen von Aufzeichnungsträgem, z.B. Platten unterschiedlicher Dicken, zu speichern.
    [0054] Beim Fokussieren wird dann bei einem bestimmten Typ eines Aufzeichnungsträgers die zweite Steuerspannung vom für diesen Typ abgespeicherten charakteristischen Wert ausgehend verändert. Diese Maßnahme bringt den Vorteil, daß schneller fokussiert werden kann, weil das. Objektiv bereits zu Beginn des Fokussierens in der Nähe der richtigen Lage steht.
    权利要求:
    ClaimsPatentansprüche
    1. Verfahren zum Fokussieren eines Lichtstrahls, der mittels eines optischen Systems, bestehend aus einer Lichtquelle und einem mittels eines Stellgliedes (SG) bewegbaren Objektivs auf einen optischen Aufzeichnungsträger fokussierbar ist, der den Lichtstrahl auf eine Anzahl von Phόtoelementen (A, B, C, D) reflektiert, aus deren Ausgangsspannungen durch Subtraktion und Addition der so ermittelten Differenzen eine erste Steuerspannung gewonnen wird, die über einen Regelverstärker (RV) dem Stellglied (SG) zugeführt wird, so daß ein Regelkreis gebildet wird, d a d u r c h g e k e n nz e i c hne t, daß bei offenem Regelkreis eine dem Stellglied (SG) zugeführte zweite Steuerspannung (U 5 ) verändert wird, daß, wenn der Lichtstrahl auf dem Aufzeichnungsträger fokussiert ist, der Regelkreis geschlossen und der zu diesem
    Zeitpunkt angenommene Wert W der zweiten Steuerspannung (Us) gehalten und als Vorspannung dem Stellglied (SG) zugeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n nzz ee ii cc hh nn ee tt,, ddaaßß ddiiee zzwwee:ite St euer Spannung (Us) durch Pulsmodulation verändert wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß als Pulsmodulations verfahren die Pulsbreitenmodulation vorgesehen ist.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die zweite Steuerspannung (Us) sägezahnförmig ausgebildet ist.
    5. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß die zweite Steuerspannuhg (Us) dreieckförmig ausgebildet ist.
    6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3; 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wert W der zweiten
    Steuerspannung (Us) gespeichert wird und daß bei jedem neuen
    Fokussieren die zweite Steuersparinung (Us) beginnend, mit dem Wert W verändert wird.
    7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Regelspannung eine Wechselspannung überlagert wird.
    8. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, d ad u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Wert W der zweiten Steuerspannung für verschiedene Typen von Aufzeichnungsträgem speicherbar ist und daß beim Fokussieren bei einem bestimmten Typ eines Auf zeichnungsträgers die zweite Steuerspannung vom für diesen Typ abgespeicherten Wert W ausgehend verändert wird.
    9. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , 2, 3, 4, 5 , 6 oder 7, d a d u r c h geken nz e i c h n e t, daß der Ausgang einer Lichtempfangs- und
    Auswerteschaltung (0) mit dem Eingang eines Fokusdetektors (FD) und mit dem Eingang des Regelverstärkers (RV) verbunden ist, daß der Ausgang des Regelverstärkers (RV) mit dem einen Kontakt eines steuerbaren Schalters (S) verbunden ist, dessen anderer Kontakt mit dem einen Eingang einer Summationsstelle (SU) verbunden ist, daß der Ausgang des Fokusdetektors (FD) mit dem Steuereingang des steuerbaren Schalters (S) und mit dem Eingang eines Signalgenerators (SR) verbunden ist, daß der Ausgang des Signalgenerators (SR) mit dem Eingang eines Digital-Analog-Wandlers (DA) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der Summationsstelle (SU) verbunden ist, und daß der Ausgang der Summationsstelle (SU) mit dem Eingang des Stellgliedes (SG) verbunden ist.
    10. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, d a d u r c h geken nz e i c h n e t, daß der Ausgang einer Lichtempfangs- und Auswerteschaltung (0) mit dem Eingang eines Fokusdetektors (FD) und mit dem einen Kontakt eines steuerbaren Schalters (S) verbunden ist, dessen anderer Kontakt mit dem einen Eingang einer Summationsstelle (SU) verbunden ist, daß der Ausgang des Fokusdetektors (FD) mit dem Steuereingang des steuerbaren Schalters (S) und mit dem Eingang eines Signalgenerators (SR) verbunden ist, daß der Ausgang des Signalgenerators (SR) mit dem Eingang eines Digital-Analog- Wandlers (DA) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem anderen Eingang der Summationsstelle (SU) verbunden ist, daß der Ausgang der Summationsstelle (SU) mit dem Eingang des Regelverstärkers (RV) verbunden ist und daß der Ausgang des Regelverstärkers (RV) mit dem Eingang des Stellgliedes (SG) verbunden ist.
    11. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, d a d u r c h g ek e n n z e i c h n e t, daß der Ausgang einer Lichtempfangs- und Auswerteschaltung (0) mit dem Eingang eines Fokusdetektors (FD) und mit dem einen Eingang einer Summationsstelle (SU) verbunden ist, deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers (DA) verbunden ist, daß der Ausgang des Fokusdetektors (FD) .mit dem Eingang (E) einer Kontrolleinheit (K) verbunden ist, deren erster Ausgang (AI) mit dem Eingang des Digital-Analog-Wandlers (DA) und deren zweiter Ausgang (A2) mit dem Steuereingang einer Schalteinheit (SE) verbunden ist, daß der Ausgang der Summationsstelle (SU) mit dem Eingang der Schalteinheit (SE) verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang des Regelverstärkers (RV) verbunden ist und daß der Ausgang des Regelverstärkers (RV) mit dem Eingang des Stellgliedes (SG) verbunden ist.
    12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß zwischen dem Regelverstärker (RV) und dem Stellglied (SG) ein steuerbarer Schalter (S) liegt, dessen Steuereingang mit einem dritten Ausgang (A3) der Kontrolleinheit (K) verbunden ist.
    13. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ausgang einer Lichtempfangs- und Auswerteschaltung (0) mit dem einen Eingang einer Summationsstelle (SU) verbunden ist, deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines Digital-Analog-Wandlers (DA) verbunden ist, daß der Eingang des Digital-Analog-Wandlers (DA) mit dem ersten Ausgang (A1) einer Kontrolleinheit (K) verbunden ist, deren zweiter Ausgang (A2) mit dem Steuereingang einer Schalteiήheit (SE) und deren Eingang (E) mit dem Ausgang eines Fokusdetektors (FD) verbunden ist, daß der Ausgang der Summationsstelle (SU) mit dem Eingang des Fokusdetek - tors (FD) und mit Eingang der Schalteinheit (SE) verbunden ist, deren Ausgang mit dem Eingang des Regelverstärkers (RV) verbunden ist, und daß der Ausgang des Regelverstärkers (RV) mit dem Eingang des Stellgliedes (SG) verbunden ist.
    14. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß der Ausgang einer Lichtempfangs- und Auswerteschaltung (0) mit dem einen Eingang einer ersten Summationsstelle (SU) verbunden ist, deren anderer Eingang mit dem Ausgang eines ersten Digital-Analog-Wandlers (DA) verbunden ist, daß der Ausgang der ersten Summationsstelle (SU) mit dem Eingang eines Fokusdetektors (FD) und mit dem einen Kontakt eines steuerbaren Schalters (S) verbunden ist, daß der Ausgang des Fokusdetektors (FD) mit dem Eingang (E) einer Kontrolleinheit (K) verbunden ist, deren erster Ausgang (AI) mit dem Eingang des ersten Digital-Analog-Wandlers (DA), deren zweiter Ausgang (A2) mit dem Steuereingang des steuerbaren Schalters (S)und deren dritter Ausgang (A3) mit dem Eingang eines zweiten Digital- Analog-Wandlers (DA2) verbunden ist, daß der Ausgang des steuerbaren Schalters (S) mit dem einen Eingang einer zweiten Summationsstelle (SU2) verbunden ist, deren anderer Eingang mit dem Ausgang des zweiten Digital-Analog-Wandlers (DA2) verbunden ist, daß der Ausgang der zweiten Summationsstelle (SU2) mit dem Eingang des Regelverstärkers (RV) verbunden ist und daß der Ausgang des Regelverstärkers (RV) mit dem Eingang, des Stellgliedes (SG) verbunden ist.
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