DE3347879C2 - Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf einem beweglichen plattenförmigen Träger aufgezeichneten Informationen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Regelschaltung für eine Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf plattenförmigen Trägern aufgezeichneten Informationen. Mit der Schaltung werden im optoelektrischen Kreis auftretende Asymmetrien, welche eine Folge von verschmutzten oder gealterten Fotoelementen bzw. unsymmetrische Abstrahlung der Lichtquelle sind, selbsttätig ausgeregelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.

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 fur die Datenverarbeitung geeignet Das Prinzip der Speicherung und des Auslesens optisch lesbarer Daten ist allgemein erläutert in Philips tech. REVIEV/ Volume 40,1982, No. 6. Seiten 151 — 155.

Als Datenträger werden üblicherweise plattenförmige, 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.

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 reflektierten Lichtes vom ausgesendeten Licht sowie Deteklionselemente zur Umwandlung des reflektierten Lichtes in elektrische Größen auf.

Da die Spurendichte außerordentlich hoch ist, muß der Abtastkopf der Spur mit großer Präzision, nämlich einer Toleianz von ±0,1 μπι, 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 μηι) betragen.
Es sind darum Regeleinrichtungen notwendig, welche den Abtastkopf gesteuert von der aufgezeichneten Spur nachführen.

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.

Als Detektionselemente eignen sich symmetrisch zur Mittellage des reflektierten Lichtstrahles, also der Spurabbildung, angeordnete Fotodioden, deren Ausgangssignale mit einem Differenzverstärker zur Erzeugung eines dem Spursteuersignal entsprechenden Differenzsignales verarbeitet werden. Ein Spursteuersignal und damit ein Differenzsignal ergibt sich bei einer Verschieburig der Spurabbildung zur Symmetrielinie der Fotodioden, so daß ein Differenzsignal gebildet wird, mit welchem der Radialantrieb des Abtastkopfes zur Spurhaltung angesteuert werden kann (vergl. hierzu auch DE-OS 31 11 714 und 31 21 013).

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.

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 crzeugt wird, obwohl der Abtastkopf der Informationsspur entspricht. Das hieraus resultierende radiale l-'ehlersignal steuert über den Radialantrieb den Abtastkopf so nach, daß, verursacht durch das fehlerhafte Diffe-

renzsignal, 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.

Aus der DE-OS 32 42 785 ist an sich eine Lesevorrichtung mit einer Schaltung bekannt, welche die oben beschriebenen, auf Asymmetrien im optoelektrischen Kreis beruhende Spurfolgefehler automatisch korrigiert. Zu dksem Zweck wird der Abtastkopf in von einem Generator erzeugte Schwingungen um die Spurmitte mit einer bestimmten Frequenz derart versetzt daß die Detektionselemente ein Informationssignal zur automatischen Korrektur des Spurfolgefehlers liefern.

Die hierfür erforderliche Schaltung ist jedoch vergleichsweise aufwendig, da für die Nachführung des verstellbar gelagerten Abtastkopfes, also die Radialregelung, und die Korrektur der Asymmetrien der gleiche Regelkreis verwendet wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt gleichfalls die Aufgabe zugrunde, eine Lesevorrichtung mit einer Regelschaltung zu schaffen, welche den oben erläuterten, Asymmetrien im optoelektrischen Kreis korrigierenden Abgleich automatisch durchführt

Sie geht hierbei jedoch von einer Lesevorrichtung der im Oberbegriff angegebenen Art aus, bei welcher für die Korrektur der Asymmetrien ein gesonderter Regelkreis mit einem eigenen elektromechanischen Wandler zur Verstellung des Abtastkopfes vorgesehen ist.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichen 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.

Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird dem Tastkopf mittels eines zusätzlichen Wandlers 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 bezüglich dieser niederfrequenten Schwingung, bei unsymmetrischen Bedingungen, also z. B. bei Verschmutzung nur einer Fotodiode, einen von Null verschiedenen Wert. Damit kann aus dem Summensignal ein Korrtktursignal hergeleitet werden, welches nach einem weiteren Merkmal der Erfindung vorzeichenrichtig zum Ausgleich oben erläuterter Asymmetrien dem auf den Abtastkopf wirkenden elektromechanischen Wandler zuführbar ist.

Die Amplitude der der Tastkopf bewegung überlagerten Schwingung muß unter einem Auslenkungswert bleiben, der für ein sicheres Auslesen der Information unbedenklich ist. Dieser Wert liegt beispielsweise in der Größenordnung von ±0,5 μΐη, wobei Generatorschwingungen von 600 Hz geeignet sind.

Zur Einhaltung dieses Grenzwertes ist eine automatische Amplitudenregelung vorgesehen, die Gegenstand des Anspruches 2 ist.

Im übrigen ist der Gegenstand der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles im einzelnen erläutert. In der Zeichnung ist die erfindungsgemäß gestaltete Schaltung zur Regelung des Abtastkopfantriebes mit einem Blockschaltbild schematisch dargestellt.

Der mechanische Aufbau dieses Abtastkopfes entspricht im übrigen der Darstellung in der DE-OS 33 24 861 (= DE-PS 33 24 861).

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 Licht sowie eine Baugruppe, bestehend aus Halbleitersegmenten, nämlich den symmetrisch zur fehlerfreien

ίο 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 piezoelektrische Wandler 20 und 21 vorgesehen.

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.

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. LJm dies zu gewährleisten, ist eine Regelschaltung notwendig, welche in Form von Fotodioden ausgebildete Detektionselemente 27 besitzt, die beim Auftreffen des dem Auslesens 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 Fehlersigna', 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.

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 Null ist, wenn die Diode 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 Abtast-

kopfes ist bekannt.

Wie in der Beschreibungseinleitung dargelegt, führt sie bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis zu Fehlauslenkungen des Abtastkopfes.

Diesen 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 Summensignal gebildet, aus welchem ein Korrektursignal hergeleitet wird, das der Ansteuerung des vorzugsweise piezoelektrischen Wandlers 20 zur radialen Lagekorrektur des Abtastkopfes 11 dient.

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 höher- oder niederfrequente Störschwingungen unterdrückt. Nach Passieren des Bandp;ißfilters 31 wird das Summensignal mit dem Gleichrichter 32 gleichgerichtet, der folglich ein dem absoluten Betrag des Korrektursignales entsprechendes Signal liefen. Dieses Signal wird dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 34 zügeführt.

Um das Vorzeichen des Korrekt ursignales 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.

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 des Wandlers 20, deren Frequenz der Wobbel-Frequenz des Generators 35 von z. B. 600 Hz entsprechen, 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 dner 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 μίτι darf die mechanische Amplitude des Abtastkopfes einen Wert von ±0,05 μιτι nicht überschreiten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf der Licht reflektierenden Fläche eines bewegten plattenförmigen Trägers aufgezeichneten Informationen, bestehend aus einem an einem Arm verstellbar 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 verstellbar gelagerten Kopfes in Abhängigkeit des Spursteuersignales gegen die Wirkung eines elastisch federnden Rückstellgliedes sowie mindestens einem elektromechanischen 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 und 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, 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 Korrektursignales entsprechende Ausgangssignal des Gleichrichters (32) mittels eines Operationsverstärkers (34) mit dem Vorzeichensignal zur Erzeugung des dem Wandler (20) zuzuführenden, vorzeichenrichtigen Korrektursignales verknüpft wird.

2. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, 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.