DE2811111C2

DE2811111C2 - Optische Abtastvorrichtung

Info

Publication number: DE2811111C2
Application number: DE2811111A
Authority: DE
Inventors: Martinus Petrus Maria Bierhoff; Kornelis Antonie Eindhoven Immink; Wilhelm Josef Kleuters; Gerard Eduard Van Rosmalen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-03-25
Filing date: 1978-03-15
Publication date: 1987-05-07
Also published as: AR212403A1; NL7703232A; GB1600900A; SE7803271L; US4135206A; SE419911B; FR2385174B1; AU511831B2; AT371276B; BE865265A; FR2385174A1; ZA777541B; CA1124392A; JPS5758733B2; BR7801790A; DE2811111A1; IT7821455A0; ATA203778A; JPS53120403A; DK131178A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine optische Abtastvorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige optische Abtastvorrichtung ist in der DE-OS 26 45 326 beschrieben. An einem Gestell ist dabei über Blattfedern eine kreisförmige Scheibe gehalten, die eine Tauchspulenanordnung trägt. An der kreisförmigen Scheibe ist außerdem der Tubus eines Objektivs abgehängt, welches den Laserstrahl auf Spuren eines Informationsträgers fokussiert. Das Abhängen des Tubus erfolgt dabei von dem Tubusende her, welches dem Aufzeichnungsträger näher gelegen ist. Mit dem Tubus ist eine weitere Kreisscheibe verbunden, die im Bereich von senkrecht zueinander wirkenden Dauermagneten Spulen für die Spurfolgung trägt. Die Spulen für die Fokussiersteuerung und die Spurfolgesteuerung sind derart elektrisch ansteuerbar, daß der Tubus das Objektiv in die gewünschte Lage gegenüber dem Aufzeichnungsträger stellt.

Die Abstützung des Tubus an dem vom Aufzeichnungsträger abgelegenen Ende hat den Nachteil, daß die Federaufhängung über einen relativ großen Bereich verformt werden muß während der Spurfolgung. Der Tubus und die Federaufhängung bilden zusammen ein Masse-Federsystem, bei dem infolge großer Verstellwege parasitäre Resonanzen entstehen, die Aufschwingungen des Regelkreises verursachen können. Dadurch wird die Bandbreite des Regelsystems kleiner. Infolge einer Aufschwingung des Regelkreises können auch Biegungen im Tubus auftreten, die das gewünschte dynamische Verhalten beeinträchtigen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine optische Abtastvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die eine hohe Bandbreite aufweist sowohl für die Spurfolgebewegungen als auch für die Fokussierbewegungen.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Federaufhängung sich in der Nähe der Unterseite des Objektivs befindet.

Die Unterseite des Objektivs, d. h. diejenige Seite, die von dem Aufzeichnungsträger weiter wegliegt, führt bei einem Verstellen des Objektivs insbesondere zur Spurfolgung nur beschränkte Wege aus. Auf jeden Fall bewegt sich die Unterseite des Objektivs wesentlich weniger als die Oberseite. Durch die Aufhängung im Bereich der Unterseite treten keine parasitären Resonanzen auf, die die Bandbreite des Regelsystems verkleinern.

Als weiterer Vorteil ist anzusehen, daß die geringeren Steuerbewegungen im Bereich der Federaufhängung in der Aufhängung weniger Energie absorbieren. Die Aufhängung kann deswegen leichter ausgebildet sein.

Weiterhin braucht infolge der Aufhängung des Tubus an der Unterseite das Objektiv nur wenig gekippt zu werden, um den Abtastflecken der Spur folgen zu lassen. Der Winkel zwischen der optischen Achse und der Normalen auf der Platte wird dadurch klein gehalten, und es besteht nur eine minimale Komagefahr.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Federmittel für die Federaufhängung des Objektivs aus einer imprägnierten, gewellten, aus Textilfaser hergestellten Membran bestehen. Derartige Membranen sind aus der Lautsprechertechnik allgemein bekannt und werden als Zentriermembranen zum Zentrieren von Lautsprecherspulen in einem Luftspalt eines Dauermagnetkreises verwendet. Da bei Lautsprechern großer Wert auf die Wiedergabequalität gelegt wird und insbesondere Resonanzen unbedingt zu vermeiden sind, lassen sich aus Textilfasern gebildete Membranen finden, die auch im vorliegenden Fall Resonanzen vermeiden.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist das Kennzeichen auf, das die elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel mindestens eine in der Nähe der Oberseite mit dem Objektiv verbundene, aus elektrisch leitendem Draht gewickelte Spurfolgespule umfassen mit Windungen, die in Ebenen im wesentlichen parallel zur optischen Achse des Linsensystems liegen, und mit einer länglichen Form, wobei die Längsrichtung der Spurfolgespule sich parallel zur optischen Achse des Linsensystems erstreckt und die elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel weiter einen mit der genannten Spule zusammenarbeitenden dauermagnetischen Spurfolgemagneten umfassen mit einem Luftspalt, in dem die Spurfolgespule zum Durchführen der Fokussier- und Spurfolgebewegungen Raum hat. Die auf diese Weise gebildeten, elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel können einen großen Wirkungsgrad aufweisen, da es ohne viele Probleme möglich ist, dafür zu sorgen, daß die Kraftlinien des Dauermagnetkreises sich senkrecht zu den Windungen der Spulen erstrecken. Durch die längliche Form der Spulen werden die Bewegungen, die das Objektiv in Richtung der optischen Achse des Linsensystems zum Durchführen der Fokussierung machen können muß, berücksichtigt. Wegen der hohen Anforderungen in bezug auf das dynamische Verhalten der Abtastvorrichtung ist eine Ausführungsform von Bedeutung, die das Kennzeichen aufweist, daß die elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel zwei identische, einander gegenüberliegende, auf beiden Seiten des Objektivs angeordnete Spurfolgespulen umfassen und zwei identische dauermagnetische Spurfolgemagnete. Es entsteht auf diese Weise ein symmetrischer Aufbau und folglich eine symmetrische Massenverteilung.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß die Federaufhängung des Objektivs zugleich als Zeitfehlerkorrekturlagerung wirksam ist, und zwar zur Ermöglichung kippender Zeitfehlerkorrekturbewegungen des Objektivs relativ gegenüber dem Gestell um eine Kippachse im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse des Linsensystems und zugleich senkrecht zu der bereits genannten Kippachse für die Spurfolgebewegungen, damit mit dem Abtastflecken etwaige Abweichungen von einer ungefähren Lage der Aufzeichnungsspur in einer Richtung tangentiell zur Aufzeichnungsspur befolgt werden können und elektrisch steuerbare Zeitfehlerkorrekturmittel vorhanden sind zum Bewirken und Steuern der Zeitfehlerkorrekturbewegungen des Objektivs auf elektrischem Wege, welche Mittel in der Nähe der Oberseite des Objektivs mit diesem Objektiv zusammenarbeiten. Diese Ausführungsform zeigt einen wesentlichen weiteren Vorteil der Erfindung. Es ist nämlich, ohne daß weitere besondere Lagerungsvorkehrungen notwendig sind, möglich, die Abtastvorrichtung zum Korrigieren von Zeitfehlern geeignet zu machen. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, daß die elektrisch steuerbaren Mittel zur Spurfolgung und zur Zeitfehlerkorrektur sich durch ihre Anordnung auf der Oberseite des Objektivs im Betrieb unmittelbar unter der sich schnell drehenden Platte befinden, wodurch automatisch eine Abfuhr der in den elektrischen Mittel erzeugten Wärme erhalten wird, und zwar durch die Luftwirbelungen, die durch die sich drehende Platte herbeigeführt werden.

Vorzugsweise wird eine Ausführungsform der Erfindung verwendet, die das Kennzeichen aufweist, das die elektrisch steuerbaren Zeitfehlerkorrekturmittel zwei gegenüber den Spurfolgespulen um 90° verschobene und mit den Spurfolgespuren identische Zeitkorrekturspulen umfassen sowie den Dauermagnetspurfolgemagneten entsprechende Dauermagnet- Zeitfehlerkorrekturmagnete.

Für eine solide Befestigung der Spulen auf dem Objektiv und zur Vermeidung unerwünschter Resonanzen ist eine folgende Ausführungsform von Bedeutung, die das Kennzeichen aufweist, daß die vier genannten Spulen zusammen auf einem einzigen Spulenbefestigungselement angeordnet sind, das aus einem um den Tubus des Objektivs passenden Ring mit radial gerichteten Spulenträgern zur Befestigung der Spulen besteht.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht und zum Teil einen Schnitt durch eine optische Abtastvorrichtung mit einer Lagerung, die zum Durchführen von Bewegungen mit dem Objektiv zur Fokussierung zur Spurfolgung und zur Zeitfehlerkorrektur geeignet ist,
Fig. 2 eine schaubildliche Ansicht eines Ganzen, das aus Objektiv, Lagerungsmembran und elektrischen Steuermitteln besteht,
Fig. 3 eine schaubildliche Ansicht eines Spulenbefestigungselementes mit vier Spulen zur elektrischen Steuerung der Spurfolgebewegungen und der Zeitfehlerkorrekturbewegungen,
Fig. 4 eine schaubildliche Ansicht zur Darstellung der Zusammenarbeit zwischen einer der Spulen nach Fig. 3 und einem zugeordneten Dauermagnetständer.
Fig. 1 zeigt eine optische Abtastvorrichtung nach der Erfindung, die sich zum mit Hilfe eines von einer nur auf symbolische Weise angegebenen Strahlungsquelle in Form eines Halbleiterlasers 2 herrührenden Strahlungsbündels 1 Abtasten von Aufzeichnungsspuren einer Aufzeichnungsfläche 3 einer sich drehenden Videoplatte 4 eignet. Die Videoplatte ist um eine Achse 6 drehbar. Dies ist mit Hilfe eines gekrümmten Pfeiles auf symbolische Weise angegeben.
Die optische Abtastvorrichtung umfaßt ein Gestell 7, das aus nicht-magnetisierbarem Material, wie einem geeigneten Kunststoff bzw. Aluminium, hergestellt ist. Unter dem Gestell soll im Rahmen der vorliegenden Anmeldung das Ganze aller ortsfester Teile der Abtastvorrichtung verstanden werden. In einem Hohlraum in dem Gestell befindet sich ein Objektiv 8 , das einen Tubus 9 und ein Linsensystem, in der Zeichnung auf symbolische Weise zwei Linsen 10 und 11 dargestellt, umfaßt.
Unter Objektiv wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung das Linsensystem sowie das Ganze aus damit ortsfest verbundenen und gegenüber dem Gestell 7 beweglichen Teilen verstanden. Die Linse 10 befindet sich in der Nähe des Endes des Objektivs 8 , das beim Abtasten einer Videoplatte dieser Videoplatte zugewandt ist; dieses Ende wird als Oberseite des Objektivs bezeichnet. Das gegenüberliegende Ende des Objektivs wird als Unterseite bezeichnet. Mit Hilfe des Linsensystems ist es möglich, das Strahlenbündel 1 zu einem Abtastflecken 12 in einer imaginären Fokussierfläche zu konzentrieren. Die optische Achse des Linsensystems ist mit dem Bezugszeichen 13 angegeben.
In der Nähe der Unterseite des Objektivs 8 ist eine aus elektrisch leitendem Draht gewickelte ringförmige Fokussierspule 14 auf dem Tubus 9 befestigt. Diese gehört zu den elektrisch steuerbaren Fokussiermitteln zum Steuern von Fokussierbewegungen parallel zur optischen Achse 13 des Objektivs. Die Fokussierspule 14 befindet sich in einem Luftspalt zwischen einer Weicheisenplatte 15 und einem Weicheisenkern 16, die zu einem Dauermagnetständer gehören. Zwischen der Weicheisenplatte 15 und einem mit dem Weicheisenkern 16 verbundenen Weicheisenflansch 17 befindet sich ein axial magnetisierter Dauermagnetständermagnet 18. Dadurch, daß elektrischer Strom zu der Fokussierspule 14 zugeführt wird, wird auf die Fokussierspule und folglich auf den Tubus 9 eine elektromagnetische Lorenz-Kraft ausgeübt, die entsprechend der optischen Achse 13 des Objektivs gerichtet ist.
In der Nähe der oberen Seite des Objektivs befinden sich vier aus elektrisch leitendem Material gewickelte Spulen 19 bis 22, die mit Dauermagneten 23 bis 26 des Gestells 7 zusammenarbeiten. Diese Spulen und Dauermagnete gehören zu den elektrisch steuerbaren Mitteln zum Steuern von Spurfolgebewegungen und Zeitfehlerkorrekturbewegungen des Objektivs 8 . Diese Mittel werden in der Beschreibung noch näher erläutert.
Für die Fokussierbewegungen sowie die Spurfolgebewegungen und Zeitfehlerkorrekturbewegungen ist eine Kombination einer Fokussierlagerung, Spurfolgelagerung und Zeitfehlerkorrekturlagerung vorgesehen, die aus einer einzigen Federaufhängung des Objektivs 8 in der Nähe der Unterseite, und zwar aus einer imprägnierten, gewellten, aus Textilfaser hergestellten Membran 27 besteht. Diese Membran ist durch Verleimen mit dem Tubus 9 verbunden und ist in der Nähe des Umfangs mit Hilfe zweier Ringe 28 und 29 und durch Verleimen ebenfalls mit dem Gestell 7 ortsfest verbunden.
Mit Hilfe der elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel und Zeitfehlerkorrekturmittel ist ein Kippen des Objektivs um zwei senkrecht aufeinander und im wesentlichen senkrecht auf der optischen Achse 13 stehende Kippachsen 30 bzw. 31 möglich. Die Membran 27 ermöglicht die jeweiligen Bewegungen durch ihre Verformbarkeit. Auch bei Schwingbewegungen mit hoher Frequenz führt die Membran 27 nicht zu belästigenden Resonanzen.
Die in der Nähe der Oberseite mit dem Objektiv verbundenen Spurfolgespulen 21 und 22 sind aus elektrisch leitendem Draht gewickelt, deren Windungen im wesentlichen in parallel zur optischen Achse 13 des Linsensystems verlaufenden Ebenen liegen und eine längliche Form haben. Die Längsrichtung der Spurfolgespulen erstreckt sich parallel zur optischen Achse. Die Spurfolgemagneten 25 und 26 arbeiten mit der Spurfolgespulen zusammen. Dabei befinden sich die Spurfolgespulen in einem Luftspalt des zugeordneten Dauermagneten. Durch die längliche Form der Spule gibt es zum Durchführen der Fokussierbewegung genügend Raum.
Ebenfalls in der Nähe der Oberseite des Objektivs 8 befinden sich die zwei, den Spurfolgespulen 21 und 22 entsprechenden Zeitfehlerkorrekturspulen 19 und 20, die gegenüber den Spurfolgespulen um 90° verschoben sind. Diese arbeiten mit den Dauermagneten 23 und 24 zusammen, und zwar auf dieselbe Art und Weise wie die Spulen 21 und 22 mit den Magneten 25 und 26 zusammenarbeiten.
In Fig. 4 ist ein Magnet 23 dargestellt sowie die damit zusammenarbeitende Spule 19. Der Magnet 23 weist zwei Dauermagneten 32 und 33 auf. Ihre Magnetisierungsrichtung ist in der Zeichnung mit Hilfe von doppelten Pfeilen angegeben sowie mit den Buchstaben N und S, wobei der Buchstabe N den Nordpol und der Buchstabe S den Südpol bezeichnen. Zwischen den Dauermagneten 32 und 33 ist ein Weicheisenkern 34 durch Leimen befestigt. Weiter befinden sich auf beiden Seiten des Ganzen, das aus dem Kern 34 und dem Dauermagneten 32 und 33 besteht, zwei Weicheisenpolschuhe 35 und 36. Zwischen den Enden des Kerns 34 und den Polschuhen 35 und 36 befindet sich ein im wesentlichen homogenes Magnetfeld, dessen Kraftlinien sich parallel zu der Magnetisierungsrichtung der Dauermagneten 32 und 33 erstrecken und senkrecht auf den im Luftspalt zwischen dem Kern 34 und den Polschuhen 35 und 36 befindlichen Teilen der Windungen der Spule 19 stehen. Die Höhenabmessung des Kerns 34 ist kleiner als die entsprechende Längsabmessung der Spule 19. Dadurch ist es möglich, daß die Spule 19 gegenüber dem Kern 34 Bewegungen macht parallel zur optischen Achse des Linsensystems, folglich Fokussierbewegungen. Die Abmessungen der Luftspalte sind übrigens auch weiterhin derart gewählt worden, daß auch die Kippbewegungen um die Achsen 30 und 31 erfolgen können, ohne daß die Spulen 19 Teile des Dauermagnetständers berühren.
Die vier Spulen 19 bis 22 sind zusammen auf einem einzigen Spulenbefestigungselement 35 angeordnet, das aus einem nicht-magnetischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium oder Kunststoff, hergestellt worden ist. Dieses Element besteht aus einer um den Tubus 9 des Objektivs 8 passenden Büchse 36, die je Spule mit zwei radial gerichteten Spulenträgern zum Befestigen der Spule vorgesehen ist. Die Spulenträger für die Spule 19 sind mit den Bezugszeichen 37 und 38 bezeichnet. Das aus dem Spulenbefestigungselement 35 und den vier Spulen 19 bis 22 bestehende Ganze ist mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffes bzw. Imprägnierlackes zu einem Ganzen miteinander verbunden, so daß keine Schwingungen zwischen den jeweiligen Einzelteilen auftreten können. Die Verbindung zwischen diesem Ganzen und dem Tubus 9 des Objektivs erfolgt ebenfalls durch Verleimen, so daß der Tubus zusammen mit dem Spulenbefestigungselement und den Spulen ein massives Ganzes bildet.

Claims

1. Optische Abtastvorrichtung zum Abtasten von Aufzeichnungsspuren in einer Aufzeichnungsfläche eines Aufzeichnungsträgers mit Hilfe eines von einer Strahlungsquelle herrührenden Strahlungsbündels, insbesondere zum Abtasten von Video- und/oder Audio-Aufzeichnungsspuren einer sich drehenden Video- oder Audioplatte, mit

- einem in einem Gestell (7) aufgehängten, ein Objektiv aufnehmenden Tubus, wobei das Objektiv ( 8 ) mit einem Ende beim Abtasten eines Aufzeichnungsträgers der Aufzeichnungsfläche zugewandt ist (Oberseite) und einem Ende von der Aufzeichnungsfläche abgewandt ist ( Unterseite),

- einer Fokussierlagerung des Tubus und elektrisch steuerbaren Fokussiermitteln (14-18) zum Steuern der Fokussierbewegungen des Tubus,

- einer Spurfolgelagerung des Tubus, mittels der der Tubus um wenigstens eine Kippachse (30) relativ gegenüber dem Gestell kippen kann, die im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse (13) steht und dem Abtastflecken (20) das Folgen der Aufzeichnungsspur ermöglicht und

- dem Tubus in der Nähe seiner Oberseite zusammenarbeitenden elektrisch steuerbaren Spurfolgemitteln (21, 22; 25, 26 ) zum Steuern der Spurfolgebewegungen des Objektivs, wobei die Fokussierlagerung und die Spurfolgelagerung zusammen durch eine einzige Federaufhängung des Objektivs gebildet werden, die Federmittel umfaßt, die mit dem Tubus und dem Gestell fest verbunden sind und die Fokussierbewegungen sowie Spurfolgebewegungen ermöglicht,

dadurch gekennzeichnet, daß die Federaufhängung sich in der Nähe der Unterseite des Objektivs befindet.

2. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federmittel für die Federaufhängung des Objektivs ( 8 ) aus einer imprägnierten, gewellten, aus Textilfaser hergestellten Membran (27) bestehen.

3. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel mindestens eine in der Nähe der Oberseite mit dem Objektiv verbundene, aus elektrisch leitendem Draht gewickelte Spurfolgespule (21, 22) umfassen mit Windungen, die in Ebenen im wesentlichen parallel zur optischen Achse (13) des Linsensystems liegen, und mit einer länglichen Form, wobei die Längsrichtung der Spurfolgespule (21, 22) sich parallel zur optischen Achse des Linsensystems erstreckt und die elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel weiter einen mit der genannten Spule zusammenarbeitenden dauermagnetischen Spurfolgemagneten umfassen mit einem Luftspalt, in dem die Spurfolgespule zum Durchführen von Fokussier- und Spurfolgebewegungen Raum hat.

4. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch steuerbaren Spurfolgemittel zwei identische, auf beiden Seiten des Objektivs ( 8 ) gegenüberliegende Spurfolgespulen (21, 22) umfassen und zwei identische dauermagnetische Spurfolgemagnete ( 25, 26 ).

5. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- die Federaufhängung zugleich als Zeitfehlerkorrekturlagerung zur Ermöglichung von kippenden Zeitfehlerkorrekturbewegungen des Objektivs ( 8 ) gegenüber dem Gestell (7) um eine Kippachse (31) im wesentlichen senkrecht zur optischen Achse (13) des Linsensystems und zugleich senkrecht zu der bereits genannten Kippachse (30) für die Spurfolgebewegungen dient, damit mit dem Abtastflecken (12) etwaige Abweichungen einer ungefähren Lage der Aufzeichnungsspur in einer Richtung tangentiell zur Aufzeichnungsspur befolgt werden können, und

- elektrisch steuerbare Zeitfehlerkorrekturmittel (19, 20; 23, 24 ) vorhanden sind zum auf elektrischem Wege Bewirken und Steuern der Zeitfehlerkorrekturbewegungen des Objektivs ( 8 ), die mit dem Tubus in der Nähe seiner Oberseite zusammenarbeiten.

6. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch steuerbaren Zeitfehlerkorrekturmittel zwei gegenüber den Spurfolgespulen um 90° verschobene und mit den Spurfolgespulen übereinstimmende Zeitfehlerkorrekturspulen umfassen sowie den dauermagnetischen Spurfolgemagneten entsprechende dauermagnetische Zeitfehlerkorrekturmagnete.

7. Optische Abtastvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die vier genannten Spulen (19-22) zusammen auf einem einzigen Spulenbefestigungselement (35) angeordnet sind, das aus einem um den Tubus (9) des Objektivs ( 8 ) passenden Ring mit radial gerichteten Spulenträgern zur Befestigung der Spulen besteht.