DE19931835A1 - Gerät zum Lesen oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger - Google Patents

Gerät zum Lesen oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Lesen oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger (6), das einen digitalen Regler (12) aufweist, dem von einem Analog-Digital-Wandler (10) digitalisierte Ausgangssignale (A, B, C, D, E, F) mehrerer Photodetektoren (7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F) zum Bilden eines oder mehrerer Fehlersignale (TE, FE) zugeführt werden. Aufgabe der Erfindung ist es, das Digitalisieren der Ausgangssignale (7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F) möglichst effektiv zu gestalten. Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Analog-Digital-Wandler (10) einen Referenz-Eingang (REF) aufweist, der mit dem Ausgang eines Summierers (17, 17') verbunden ist, an dem diejenigen Ausgangssignale (A, B, C, D, E, F) anliegen, die zum Bilden des jeweiligen Fehlersignals (TE, FE) genutzt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gerät zum Lesen oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger, welches einen digitalen Regler aufweist, dem von einem Analog-Digital- Wandler digitalisierte Ausgangssignale mehrerer Photodetektoren zugeführt werden.
Bei derartigen Geräten werden die digitalisierten Ausgangssignale der Photodetektoren zunächst normiert und dann vom digitalen Regler verarbeitet. Dazu werden die digitalisierten Ausgangssignale durch einen Normierungswert dividiert. Für diese Division stehen derzeit keine geeigneten Hardware-Dividierer zur Verfügung. Das Ausführen der Division mittels Software kostet Zeit, was insbesondere bei den hohen zur Regelung des Geräts geforderten Geschwindigkeiten kaum akzeptabel ist. Das Durchführen der Division im bzw. vor dem digitalen Regler erfordert somit einen sehr hohen Aufwand, wenn es, wie erforderlich, mit ausreichender Geschwindigkeit erfolgen soll.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung dieses Problems vorzuschlagen, die sowohl kostengünstig als auch mit hoher Genauigkeit und geringem Zeitbedarf durchführbar ist.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß der Analog-Digital-Wandler einen Referenz-Eingang aufweist, der mit dem Ausgang eines Summierers verbunden ist, an dem die Ausgangssignale der Photodetektoren anliegen, die zum Bilden des entsprechenden Fehlersignals genutzt werden. Dies hat den Vorteil, daß die Normierung bereits erfolgt, bevor die digitalisierten Ausgangssignale vorliegen, eine Normierung auf digitaler Ebene also vermieden wird. Die aus den digitalisierten Ausgangssignalen gebildeten Fehlersignale, die vom digitalen Regler verarbeitet werden, werden üblicherweise durch die Subtraktion zweier oder mehrerer der Ausgangssignale der Photodetektoren gebildet. Wenn die Werte dieser Ausgangssignale variieren, beispielsweise aufgrund von Änderungen der Leistung der verwendeten Lichtquelle, Änderungen der Reflektivität des Aufzeichnungsträgers, Verschmutzungen der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers, wie Fingerabdrücke oder ähnliches, so variieren die Amplituden der aus den Ausgangssignalen gebildeten Fehlersignale. Dies führt zu Ungenauigkeiten im Regelkreis, was bis zur Instabilität des Regelkreises führen kann. Statt einer Division auf analoger Ebene, welche nur aufwendig und damit teuer realisierbar ist, wird erfindungsgemäß das Summensignal derjenigen Ausgangssignale, deren Differenz zur Bildung eines Fehlersignals gebildet wird, als Referenzwert für den Analog-Digital-Wandler genutzt. Dies hat den gleichen Effekt wie eine Division, hat aber den Vorteil, daß weder ein analoger Dividierer noch eine Division auf digitaler Ebene erforderlich ist. Die vorgeschlagene Lösung ist daher besonders kostengünstig.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß zwischen Summierer und Referenz-Eingang ein Verstärker angeordnet ist, mittels dessen das Summensignal verstärkt wird. Dies hat den Vorteil, daß der Wert des Summensignals optimal an die Eigenschaften der verwendeten Bauteile, insbesondere die Dynamik des Analog-Digital-Wandlers anpaßbar ist. Üblicherweise liegt der Verstärkungsfaktor k des Verstärkers bei einem Wert k < 1, es liegt aber durchaus auch im Rahmen der Erfindung, hier kleinere Werte k ≦ l vorzusehen, um eine optimale Anpassung zu erreichen.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dem Referenz- Eingang ein Tiefpaßfilter vorzuschalten. Dies hat den Vorteil, daß hochfrequente Störungen herausgefiltert werden. Derartige Störungen werden beispielsweise durch Schmutz oder Fingerabdrücke auf dem Aufzeichnungsträger hervorgerufen, können aber auch die Intensitätsschwankungen sein, die beim Überqueren von Randbereichen von Informationsmarkierungen des Aufzeichnungsträgers, der sogenannten Pits, hervorgerufen werden. Es liegt somit ein gleichmäßiges, von kurzfristigen Schwankungen unabhängiges Signal am Referenz- Eingang an. Üblicherweise ist das Tiefpaßfilter zwischen Summierer und Referenz-Eingang angeordnet, es liegt aber ebenfalls im Rahmen der Erfindung, das Tiefpaßfilter bereits vor dem Summierer anzuordnen.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dem Referenz- Eingang einen Begrenzer vorzuschalten. Dies hat den Vorteil, daß damit eine optimale Anpassung an die Eigenschaften des Analog-Digital-Wandlers ermöglicht wird. Insbesondere werden dem Analog-Digital-Wandler keine außerhalb des für ihn zulässigen Bereichs liegende Referenzwerte zugeführt. Gemäß einer Variante ist der Begrenzer einseitig ausgelegt, das heißt, es ist nur eine untere aber keine obere Grenze für den Referenzwert vorgesehen. Der dem Analog-Digital-Wandler zugeführte Referenzwert unterschreitet somit einen bestimmten Grenzwert nicht, so daß eine Operation, die einer Division durch Null nahekommt, und somit einen undefinierten Zustand provozieren würde, ausgeschlossen ist. Die Funktionsfähigkeit des Analog-Digital-Wandlers ist somit in jedem Fall sichergestellt.
Gemäß einer Variante der Erfindung ist vorgesehen, dem Referenz-Eingang ein Folge-Halte-Glied vorzuschalten, welches im Fall von Störungen oder bestimmten Betriebszuständen des Geräts den zuletzt am Referenz-Eingang anliegenden Wert hält. Dies hat den Vorteil, daß in diesen Fällen kein sich stark ändernder Referenzwert zum Analog- Digital-Wandler abgegeben wird, was die Stabilität des Regelkreises erhöht.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß ein Umschalter zum Verbinden des Referenz-Eingangs mit einer Referenzwert-Quelle statt mit dem Summensignal vorhanden ist. Dies hat den Vorteil, daß bei Auftreten von Störungen zu einem festen oder auch variablen, aber nicht oder nur geringfügig störungsbehafteten Referenzwert umgeschaltet werden kann. Der Analog-Digital-Wandler liefert somit auch in diesem Fall ein brauchbares Signal.
Besonders vorteilhaft ist es, mehrere der genannten Bauteile des Geräts auf einem integrierten Schaltkreis zu realisieren, da somit Kosten und Platzbedarf reduziert werden. Insbesondere ist vorgesehen, den Analog-Digital- Wandler und die ihm vorgeschalteten Bauteile auf demselben integrierten Schaltkreis anzuordnen, auf dem sich auch der digitale Regler befindet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Erzeugen eines digitalisierten Fehlersignals aus den Ausgangssignalen zumindest zweier Photodetektoren sieht vor, daß ein Summensignal der Ausgangssignale gebildet wird, daß dieses Summensignal als Referenzwert für die Digitalisierung der Ausgangssignale genutzt wird und daß anschließend die digitalisierten Ausgangssignale zum Fehlersignal verknüpft werden. Dies hat, wie bereits oben beschrieben, den Vorteil, daß weder auf analoger noch auf digitaler Ebene eine Division zur Normierung der Ausgangssignale bzw. des Fehlersignals erforderlich ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorteilhafterweise durch einen oder mehrere der folgenden Verfahrensschritte, die vor dem Digitalisieren vorgesehen sind, verbessert: Das Summensignal wird verstärkt, es wird ein zeitlicher Mittelwert des Summensignals gebildet, der Wert des Summensignals wird innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs begrenzt und im Fall von Störungen wird der Wert des Summensignals durch einen vorgegebenen konstanten oder auch variablen Referenzwert ersetzt.
Das Fehlersignal ist vorzugsweise ein Fokusfehlersignal, beispielsweise gemäß der Astigmatismus-Fokus-Methode oder der Knife-Edge-Methode gebildet, oder ein Spurfehlersignal, welches beispielsweise nach der 3-Strahl-Methode oder einer Push-Pull-Methode gebildet ist. Es liegt ebenfalls im Rahmen der Erfindung, auch weitere Fokus- bzw. Spurfehlersignale oder andere Fehlersignale zu verwenden, bei denen eine Differenz zumindest zweier Eingangssignale gebildet wird.
Weitere Vorteile der Erfindung sind auch in der nachfolgenden Beschreibung einer vorteilhaften Ausführungsform enthalten. Dabei versteht es sich, daß die Erfindung nicht allein auf diese Ausführungsform beschränkt ist, sondern auch im fachmännischen Können liegende Weiterbildungen und Abänderungen mit einschließt.
Es zeigt:
Fig. 1 ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung wesentliche Elemente eines erfindungsgemäßen Geräts. Eine als Lichtquelle dienende Laserdiode 1 erzeugt einen Abtaststrahl 2, der einen halbdurchlässigen Spiegel 3 und ein Gitter 4 durchläuft und von einer Objektivlinse 5 auf eine informationstragende Schicht eines Aufzeichnungsträgers 6 fokussiert wird. Das Gitter 4 bewirkt dabei, daß neben dem Hauptstrahl nullter Ordnung auch Nebenstrahlen plus/minus erster Ordnung erzeugt werden, die in der schematischen Darstellung aufgrund der Größenverhältnisse nicht erkennbar sind, und zur Spurführung gemäß der 3-Strahl-Methode dienen. Vom Aufzeichnungsträger 6 wird der Abtaststrahl 2 reflektiert, durchläuft die Objektivlinse 5 und das Gitter 4 erneut und wird vom halbdurchlässigen Spiegel 3 auf ein Photodetektor-Element 7 gelenkt. Dabei durchläuft er zunächst noch ein Astigmatismus erzeugendes Element 8.
Das Photodetektor-Element 7 ist nochmals in um 90° gekippter, vergrößerter Darstellung abgebildet. Man erkennt hier die einzelnen Photodetektoren 7A bis 7F. Der Hauptstrahl nullter Ordnung fällt auf die Photodetektoren 7A bis 7D, die quadrantenförmig angeordnet sind und ist dort als Lichtfleck 9 eingezeichnet. Ein Fokus-Fehlersignal FE wird aus den Ausgangssignalen A bis D der Photodetektoren 7A bis 7D gemäß der Astigmatismus-Fokus-Methode nach der Formel FE = (A+C)-(B+D) gebildet. Die Nebenstrahlen erster Ordnung fallen auf die Photodetektoren 7E und 7F und sind dort als Lichtflecke 9'eingezeichnet. Aus den Ausgangssignalen E, F der Photodetektoren 7E, 7F wird ein Spurfehlersignal TE gemäß der 3-Strahl-Methode anhand der Formel TE = E-F gebildet.
Die einzelnen Ausgangssignale A bis F werden einem Analog- Digital-Wandler 10 zugeführt. Der innere Aufbau des Analog- Digital-Wandlers 10 wird hier nicht näher erläutert, es sei aber darauf hingewiesen, daß sowohl die Möglichkeit besteht, einen einzigen Analog-Digital-Wandler vorzusehen, der mehrere unterschiedliche Ausgangssignale A bis F sequenziel digitalisiert oder aber mehrere Analog-Digital-Wandler, die die einzelnen Ausgangssignale A bis F parallel digitalisieren. Abwandlungen, wie die Anwendung mehrerer parallel arbeitender sequenzieller Analog-Digital-Wandler- Elemente oder ähnliches liegen ebenfalls im Rahmen der Erfindung. Wichtig ist dabei, daß zur Digitalisierung derjenigen Ausgangssignale A bis D bzw. E, F am Referenz- Eingang REF des Analog-Digital-Wandlers 10 ein für das bzw. die jeweiligen Ausgangssignale geeignetes Summensignal SUM anliegt.
Die digitalisierten Ausgangssignale A' bis F' werden über eine Datenleitung 11 dem digitalen Regler 12 zugeführt. Eine gegebenenfalls notwendige oder erwünschte Steuerung bestimmter Einstellungen des Analog-Digital-Wandlers 10 durch den Regler 12 werden mittels einer Steuerleitung 13 übertragen. Der digitale Regler 12 führt gegebenenfalls erforderliche oder gewünschte Aufbereitungen der digitalisierten Ausgangssignale A' bis F' durch, bildet die entsprechenden Fehlersignale FE, TE und gibt entsprechende Steuersignale SF, ST aus. Das Fokus-Steuersignal SF wird einem Fokus-Aktuator 14 zugeführt. Dieser ist hier vereinfacht durch einen Doppelpfeil dargestellt, der die zur Fokusveränderung erforderliche Bewegungsrichtung der Objektiv-Linse 5 angibt. Das Spurführungs-Steuersignal ST wird einem Spurführungs-Aktuator 15 zugeführt, der ebenfalls als ein die zur Spurführung erforderliche Verschiebungsrichtung der Objektivlinse 5 angebender Doppelpfeil dargestellt ist. Ein weiteres Steuersignal SM zur Steuerung eines den Aufzeichnungsträger in Rotation versetzenden Motors 16 ist hier ebenfalls eingezeichnet.
Die analogen Ausgangssignale E, F werden weiterhin einem Summierer 17 zugeführt, dessen Ausgangssignal einem Tiefpaßfilter 18 zugeführt wird. Das Tiefpaßfilter 18 filtert hochfrequente Störungen aus dem vom Summierer 17 abgegebenen Summensignal. Das tiefpaßgefilterte Signal wird einem Verstärker 19 zugeführt, dessen Ausgangssignal von einem Begrenzer 20 auf Werte innerhalb eines auf den Analog- Digital-Wandler 10 angepaßten Bereichs begrenzt und als Summensignal SUM dessen Referenz-Eingang REF zugeführt wird. Mittels eines von einer Steuerungseinheit 24 des Geräts angesteuerten Schalters 21 wird der Referenz-Eingang REF während bestimmter Betriebszustände vom Ausgang des Begrenzers 20 getrennt und mit dem Ausgang einer Referenzwert-Quelle 22 verbunden. Diese liefert im Fall von Störungen, wie beispielsweise durch äußere Erschütterungen des Geräts hervorgerufene Lesefehler, beim Einstellen der optimalen Fokus-Position auftretenden Fehlern, beim Überspringen von Datenspuren des Aufzeichnungsträgers 6 auftretenden Fehlern oder ähnlichen, von der Steuereinheit 24 detektierten Störungen, einen für die Analog-Digital- Wandlung besser geeigneten Referenzwert. Dieser Referenzwert ist beispielsweise ein ebenfalls mittels Tiefpaßfilter, Verstärker und Begrenzer erzeugter Wert, wobei beispielsweise die Eigenschaft des Tiefpaßfilters 18 zu höheren oder niedrigeren Grenzfrequenzen hin geändert ist. Auch geänderte Eigenschaften von Verstärker oder Begrenzer liegen hier im Rahmen der Erfindung. Gemäß einer weiteren Variante ist vorgesehen, daß der Ausgangswert der Referenzwert-Quelle konstant ist. Zusätzlich oder alternativ zum Schalter 21 ist ein dem Referenz-Eingang REF vorgeschaltetes Folge-Halte-Glied 25 vorgesehen, welches von der Steuerungseinheit 24 im Fall von Störungen oder bei bestimmten Betriebszuständen des Geräts angesteuert wird, und in diesem Fall seinen zuletzt gültigen Ausgangswert hält. Ist die Störung vorüber beziehungsweise der bestimmte Betriebszustand des Geräts beendet, so gibt die Steuerschaltung 24 das Folge-Halte-Glied wieder frei, so daß dieses sein Eingangssignal wieder unbeeinflußt passieren läßt. Ein derartiger Betriebszustand ist beispielsweise das Überqueren einer oder mehrerer Datenspuren des Aufzeichnungsträgers 6. In diesem Betriebszustand kann der Fall eintreten, daß ein Fehlersignal wie das Spurfehlersignal TE oder das Fokusfehlersignal FE nicht korrekt gebildet werden können, weil das dem Referenz- Eingang zugeführte Summensignal SUM zu stark variiert. In diesem Fall ist es vorteilhafter, den vor oder am Beginn dieses Betriebszustandes herrschenden Referenzwert zu halten.
Zum Bilden des Fokus-Fehlersignals FE ist ein weiterer Summierer 17' gestrichelt eingezeichnet, dessen Eingangssignale die Ausgangssignale A bis D der Photodetektoren 7A bis 7D sind, und dessen Ausgangssignal ebenfalls einem Tiefpaßfilter 18', einem Verstärker 19' und einem Begrenzer 20' und damit als Summensignal SUM' dem Referenz-Eingang REF beziehungsweise einem weiteren, hier nicht separat eingezeichneten Referenzeingang REF' zugeführt wird. Der Einfachheit halber sind letztere Bauteile nicht separat eingezeichnet. Sie sind entweder parallel zu den bereits beschriebenen Bauteilen Tiefpaßfilter 18, Verstärker 19 und Begrenzer 20 vorhanden und münden gegebenenfalls in einen separaten Referenz-Eingang des Analog-Digital- Wandlers. Sie sind aber nach einer anderen Variante nur jeweils einfach vorhanden, wobei dann die Ausgangssignale des Summierers 17 und des Summierers 17' über die Tiefpaßfilter 18 bzw. 18' und die Folge-Halte-Glieder 25 bzw. 25' in einem Zeitmultiplex dem dann einzigen Referenz- Eingang REF beziehungsweise den diesem vorgeschalteten Bauteilen Verstärker 19 und Begrenzer 20 zugeführt werden. Das Zeitmultiplex ist dabei an ein entsprechendes Zeitmultiplex des Analog-Digital-Wandlers 10 angepaßt. Diese und weitere Abwandlungen der Erfindung sind hier nicht im einzelnen dargestellt. Auch mit Abwandlungen der beschriebenen Varianten wird die Aufgabe der Erfindung, das Digitalisieren der Ausgangssignale (7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F) möglichst effektiv zu gestalten, erreicht.
Der strichpunktiert eingezeichnete integrierte Schaltkreis 23 zeigt diejenige Variante der Integration der Einzelteile, bei der alle besprochenen Bauteile sowie weitere, hier nicht näher beschriebene, zur Funktion des Geräts vorhandene Bauteile in einem einzigen integrierten Schaltkreis 23 realisiert sind.

Claims (11)

1. Gerät zum Lesen oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger (6), aufweisend einen digitalen Regler (12), dem von einem Analog-Digital-Wandler (10) digitalisierte Ausgangssignale (A, B, C, D, E, F) mehrerer Photodetektoren (7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F) zum Bilden eines oder mehrerer Fehlersignale (TE, FE) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog-Digital-Wandler (10) einen Referenz-Eingang (REF) aufweist, der mit dem Ausgang eines Summierers (17, 17') verbunden ist, an dem diejenigen Ausgangssignale (A, B, C, D, E, F) anliegen, die zum Bilden des jeweiligen Fehlersignals (TE, FE) genutzt werden.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Summierer (17, 17') und Referenz-Eingang (REF) ein Verstärker (19, 19') angeordnet ist.
3. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Referenz-Eingang (REF) ein Tiefpaßfilter (18, 18') vorgeschaltet ist.
4. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Referenz-Eingang (REF) ein Begrenzer (20, 20') vorgeschaltet ist.
5. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Referenz-Eingang (REF) ein Folge-Halte-Glied (25, 25') vorgeschaltet ist.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Folge-Halte-Glied (25, 25') von einer Steuereinheit (24) des Geräts ansteuerbar ist.
7. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Umschalter (21) zum Verbinden des Referenz-Eingangs (REF) mit einer Referenz-Quelle (22) vorgesehen ist.
8. Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere der genannten Bauteile (10, 12, 17, 17', 18, 18', 19, 19', 20, 20', 21, 22, 24, 25, 25') auf einem integrierten Schaltkreis (23) realisiert sind.
9. Verfahren zum Erzeugen eines digitalisierten Fehlersignals (FE, TE) aus den Ausgangssignalen (A, B, C, D, E, F) zumindest zweier Photodetektoren (7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F), gekennzeichnet durch
  • - Bilden eines Summensignals (SUM, SUM') der Ausgangssignale (A, B, C, D, E, F), die zum Bilden des Fehlersignals genutzt werden,
  • - Digitalisieren der Ausgangssignale (A, B, C, D, E, F) , wobei das zugehörige Summensignal (SUM, SUM') als Referenzwert dient, und
  • - Verknüpfen der digitalisierten Ausgangssignale (A', B', C', D', E', F') zum Fehlersignal (FE, TE).
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zumindest einen der folgenden, vor dem Verwenden des Summensignals (SUM, SUM') als Referenzwert auszuführenden Schritte
  • - Verstärken des Summensignals (SUM, SUM'),
  • - Bilden eines zeitlichen Mittelwerts des Summensignals (SUM, SUM'), - Begrenzen des Werts des Summensignals (SUM, SUM'),
  • - Ersetzen des Werts des Summensignals durch einen vorgegebenen Referenzwert im Fall von Störungen, und
  • - Halten des Summensignals (51114, SUM') im Fall bestimmter Betriebszustände des Geräts.
11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal ein Fokusfehlersignal (FE) oder ein Spurfehlersignal (TE) ist.
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