DE2051751C3 - Vorrichtung zur Steuerung des Lichtstrahles in einem Aufzeichnungsgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung des Lichtstrahles in einem Aufzeichnungsgerät mit einem Ablenkspiegelpaar für den Lichtstrahl, das bezüglich der Bewegung seiner Spiegel von einem Ji digitalen Servosystem gesteuert ist, welches jeweils ein die Differenz zwischen der Istposition und der Sollposition der Spiegel entsprechendes Fehlersignal erzeugt, sowie mit einem Sekundärablenksystem zur Steuerung der Position des Lichtstrahles innerhalb eines w begrenzten Bereiches.

Bei einer bekannten derartigen Vorrichtung (US-PS 34 48 458) ist ein Hauptablenksystem aus zwei Spiegeln vorgesehen, welche über ein digitales Servo-Steuersystem bewegt werden und einen Laserstrahl in X- und ·»■> V-Koordinatenrichtung zu einer vorbestimmten Stellung auf dem Aufzeichnungsmedium ablenken. Es ist weiter ein Sekundärablenksystem vorgesehen, welches einen als Polygon ausgebildeten Spiegel umfaßt und eine rasterartige Bewegung des Lichtstrahles bewirkt, το wobei diese Bewegung bei der bekannten Vorrichtung erforderlich ist, um die Möglichkeit zur einwandfreien Überdeckung irgendwelcher Zeichen durch den Lichtstrahl zu bieten.

Ein grundsätzlicher Nachteil derartiger Vorrichtun- ■» gen ist, daß die Arbeitsgeschwindigkeit von der Bewegungsgeschwindigkeit und Genauigkeit der Bewegung der Haupt-Ablenkspiegel abhängt Da durch Bewegung dieser Spiegel die volle Fläche des Aufzeichnungsmateriales Überstrichen werden muß, wi müssen die Spiegel eine gewisse GtöOe haben, was zu einer entsprechenden Trägheit und damit Begrenzung der Geschwindigkeit, mit der diese Spiegel mit der erforderlichen Genaugigkeit von einer Position zu einer anderen bewegt werden können, führt. Diese Beschrän- h-, klingen gelten natürlich für alle bekannten Systeme mit Ablenkspiegeln zur Bewegung eines Lichtstrahles oder sonstigen Strahles über ein Aufzeichnungsmedium.

Dabei machen sich diese Beschränkungen besonders dann stark bemerkbar, wenn der Versuch unternommen wird, den Strahl entlang eines vorbestimmten Bewegungsweges zu führen und nicht, was ebenfalls häufig geschieht, eine Ablenkung über die Gesamtfläche des Aufzeichnungsmediums in der Form einer Rasterabtastung vorzunehmen, wobei diese rasterartige Abtastung ein sehr unwirtschaftlicher Weg zur Aufzeichnung oder Abtastung einer Kurve auf dem Aufzeichnungsmedium ist Weiter machen sich die vorerwähnten Beschränkungen auch dann nicht so stark bemerkbar, wenn lediglich der Strahl in eine bestimmte Anzahl diskreter Positionen verbracht werden soll, in deren jeder ein bestimmtes Zeichen oder eine Markierung aufzuzeichnen ist Auch bei der bekannten Vorrichtung ist mit dem Auftreten der vorerwähnten Schwierigkeiten zu rechnen, da die Trägheit des Systems insgesamt nur von der möglichen Bewegungsgeschwindigkeit der Haupt-Ablenkspiegel abhängt und der rotierende Spiegel des Sekundärablenksystems keinerlei Beitrag hinsichtlich der genauen Positionierung des Strahles leistet weil ja der rotierende Spiegel nur die Aufgabe hat, eine strich- bzw. rasterartige Bewegung des Lichtstrahles zu erzeugen.

Entsprechende Überlegungen gelten auch bezüglich weiterer, aus den US-PS 30 43 189 und 33 41 853 bekannter Aufzeichnungsvorrichtungen. Dort sind nämlich nur Einrichtungen beschrieben, die lediglich ein einziges Ablenksystem Tsesitzen, so daß mit erheblicher Trägheit zu rechnen ist Bei dem Ablenkspiegelsystem nach der US-PS 30 43 189 ist weiterhin zu berücksichtigen, daß die einzelnen Elemente eine beachtliche Größe und infolgedessen Trägheit aufweisen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Steuerung eines Lichtstrahles zu schaffen, mit der einerseits eine hohe Bewegungsgeschwindigkeit, andererseits aber auch die erforderliche Genauigkeit bezüglich der Ablenkung bzw. Steuerung des Lichtstrahles erreichbar ist

Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung bei einer Vorrichtung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, daß das Sekundärablenksystem mit den gleichen Fehlersignalen wie die Ablenkspiegel gleichzeitig mit diesen angesteuert wird, wobei das Sekundärablenksystem mit höherer Geschwindigkeit zum Ausgleich von Fehleinstellungen der durch das Ablenkspiegelpaar erzeugten Strahlstellung arbeitet

Bei der Vorrichtung nach der Erfindung wird also davon ausgegangen, daß grundsätzlich das Sekundärablenksystem in entsprechender Weise wie das Ablenkspiegelpaar bewegt wird, wobei das Sekundärablenksystem nur die Aufgäbe hat, Fehler auszugleichen, die dadurch entstehen, daß das Ablenkspiegelpaar der Änderung des Steuersingales nicht mit ausreichender Geschwindigkeit folgen kann. Das Ablenkspiegelpaar wird also für eine gewisse Strahlpositionierung sorgen, die mit einer Grobeinstellung verglichen werden kann. Ausgehend von dieser Grobeinstellung des Lichtstrahles bewirkt dann das Sekundärablenksystem eine Feineinstellung. Da das Sekundä^ablenksystem nur geringfügige Ablenkungen des Lichtstrahles zu erzeugen in der Lage sein muß, ist es ohne größere Schwierigkeiten möglich, dieses Sekundärablenksystem so auszubilden, daß es sehr rasch etwaigen Änderungen des Steuersignals folgen kann. Das Sekundärablenksystem kann vorteilhafterweise eine elektro-optische Einrichtung aufweisen, die in der Lage ist, bei kleinem Ablenkwinkel mit sehr hoher Geschwindigkeit zu

arbeiten. Infolgedessen gestattet die Vorrichtung nach der Erfindung die Korrektur von Fehlern, die bei den bekannten Geräten bzw. Vorrichtungen deswegen auftreten wurden, weil ja eine gewisse Zeit zwischen dem Auftreten des Steuersignales und dem Anschluß ■> der entsprechenden Bewegung des Ablenkspiegelpaares vergeht, Die Ansteuerung des Sekundärablenksystems mittels der gleichen Fehlersignale wie das Ablenkspiegelpaar bringt dabei den Vorteil, daß keine erneute Strahlablenkung eintritt, wenn die Ablenkspie- in gel sich — verzögert — in die tatsächlich richtige Position bewegen, die der Strahl bereits infolge der Wirkung des Sekundärablenksystems einnimmt

Die Vonichtung nach der Erfindung bietet also, selbst bei Verwendung relativ großer und infolgedessen träger ι '· Ablenkspiegel, die Möglichkeit, trotzdem rasch und äußerst genau den Lichtstrahl in die gewünschte Position abzulenken. Auf diese Weise ist es z. B. ohne weiteres möglich, einzelne Kurven auf einem Aufzeichnungsträger abzutasten bzw. aufzuzeichnen, ohne daß 2» Zeit dadurch verloren ginge, daß Bereiche des Aufzeichnungsträgers abgetastet werden müssen, auf denen weder eine Aufzeichnung noch eine Abtastung erfolgen soll.

Nachstehend wird ein bevorzugtes Ausführungsbei- 2> spiel einer Vorrichtung nach der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 die logische Schaltung des Steuerkreises für )<> die Spiegel gemäß F i g. 1 für einen der Ablenkspiegel und

F i g. 3 im einzelnen die Schaltung des Antriebskreises gemäß F i g. 2.

Wie F i g. 1 erkennen läßt weist das Gerät einen Laser 10 zur Erzeugung eines kohärenten Lichtstrahles auf, welcher auf einen Aufzeichnungsträger 11, der beispielsweise von einem photographischen Film gebildet sein kann, fokussiert ist Die Aufzeichnung des festzulegenden Musters auf dem Aufzeichnungsträger 11 wird durch Ablenkung des Strahles mittels eines primären Able,;kspiegelsystems 12 bewirkt. Das Spiegelsystem 12, welches im einzelnen in dem Aufsatz »A fast semi-automatic track measuring machine« von Sweepnik in »Nuclear Instruments and Methods« 82 (1970), Seiten 54-60, und in der DE-OS 19 56 358 beschrieben ist besteht aus getrennten Ablenkspiegeiß für die X- und K-Koordinatenrichtung und einer Sammellinse. Jeder der Ablenkspiegel ist so montiert, daß er um eine Achse frei verschwenkbar ist, wobei seine Bewegung durch Zufuhr entsprechender Antriebsströffie zu Antriebsspulen eiiblgt, welche am jeweiligen Spiegel montiert und dem Einfluß eines Magnetfeldes ausgesetzt sind. Die Bewegungen jedes Spiegels werden durch ein getrenntes Interferometersystem des Michel- γ, son-Typs und einen Streifenzähler 13 überwacht. Der Streifenzähler 13 erzeugt Eingangssignale für einen Spiegelsteuerkreis 14 in der Form von Impulsserien, welche die Bewegungen der beiden Spiegel wiedergeben. Der Spiegelsteuerkreis 14 wirkt als Servomechanis- _ho ftius zur Lieferung der Antriebsströme für das Spiegelsystem 12 in Übereinstimmung mit einem digitalen Steuereingangssignal aus einem Computer 15 und Rückkoppelungsimpulsen aus dem Streifenzähler 13. h-,

Die Intensität des vom Laser 10 kommenden Strahles wird mittels eines Iniensitätsmodulators 16, beispielsweise einer Pocket-Zelle, in Übereinstimmung mit Signalen eines Intensitätssteuerkreises 17 gesteuert Der Kreis 17 empfängt ein Eingangssignal von dem Computer 15, welches die erforderliche Stärke bzw. Dichte der Spur auf dem Aufzeichnungsträger U repräsentiert Er empfängt außerdem ein EingangssignaWom Spiegelsteuerkeis 14, welches ein Maß for die Geschwindigkeit darstellt mit der der Strahl über das Aufzeichnungsmedium 11 bewegt wird. Für eine vorgegebene Stärke der Spur ist dabei zur Kompensation einer Erhöhung der Aufzeichnungsgeschwindigkeit eine höhere Intensität erforderlich, um die gleiche Belichtung zu erhalten. Infolgedessen ist der Intensitätssteuerkreis 17 so ausgebildet daß er die Intensität proportional zum Produkt aus Stärke- und GescJiwindigkeitseingangssignal verändert Die modulierte Intensität wird mittels eines fotoelektrischen Monitors 18 überwacht auf den ein Teil des Strahles über einen halbdurchlässigen Spiegel 19 gerichtet ist Das Ausgangssignal des Monitors 18 dient als Rückkopplungssignal für den Steuerkreis 17.

Es ist ein Sekundärablenksystem 20 vorgesehen, welches kleine Ablenkungen eines in einer Ebene 22 von einer Linse 21 erzeugten Bildes hervoruift Das in der Ebene 22 erzeugte Bild dient als Objekt für die Linse des Spiegelsystems 12 und wird seinerseits auf dem Aufzeichnungsträger 11 abgebildet Das Sekundärablenksystem 20 ist so dargestellt daß es von einem Sekundäntblenkungssteuerkreis 23 gesteuert wird, dem die Sekundärablenkung betreffende Daten vom Computer 15 zugeführt werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine elektro-optische Einrichtung, weiche sehr rasche, geringfügige Ablenkungen der vom Spiegelsystem 12 aufgezeichneten Spur überlagert um so den Fehler oder die Abweichung dieser Spur von der gewünschten Spur zu korrigieren.

Die vom Spiegelsteuersystem 14 unter dem Einfluß einer Vektorinformation aus dem Computer 15 hervorgerufene Spur besteht aus einer Serie von geraden Linien, welche die gewünschte Kurve annähern, wobei die zum Erhalt der exakten Kurve . notwendigen Modifikationen durch das Sekundärablenksystem 20 hervorgerufen werden. Zur Gewährleistung der Genauigkeit der Aufzeichnung dient ein Fehlersignal vom Spiegelsteuerkreis 14 als zusätzliches Eingangssignal für den Sekundärablenkungsst?uerkreis 23, wobei dieses Signal jede Abweichung der wirklichen, vom Primärablenksystem bestimmten Stellung von· der durch das vom Computer kommende Eingangssignal bestimmten Stellung widergibt. Ein Ausgangssignal des Sekundärablenkungssteuerkreises 23, welches zur Intensitätssteuerung 17 gelangt, gewährleistet die notwendigen Veränderungen der Intensität zur Kompensation von Veränderungen der Geschwindigkeit welche durch die Sekundärablenkung hervorgerufen werden.

In Fig.2 ist der logische Schaltkreis für einen der Primärablenkspiegel gezeigt. Es werden konventionelle Symbole verwendet weshalb es nicht notwendig ist, jede Einzelheit dieses Kreises zu beschreiben. Das Steuereingangssignal vom Computer besteht aus einer Serie von digital dargestellten Vektorkomponenten.

Der die absolute G ^röße einer Komponente wiedergebende digitale Wert wird in einen Pufferspeicher 24 eingegeben, von dem aus er einem Binärvervieifacher zugeführt wird, welcher außerdem zur Bestimmung der Pulsrate bzw. der Pulsfolgefrequenz dienende Impulse von einem Zeitwerk empfängt, die ein Maß für die erforderliche Aufzeich.wngsgcschwindigkeit darstellen. Das die erforderliche Bewegungsgeschwindigkeit ent-

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lang einer Koordinatenrichtung bestimmende Atisgangssigna! des Binärvervielfachers 25 wird zwei UND-Gliedern 26 und 27 zugeführt, von denen das eine oder das andere außerdem ein Signal des Computers 15 entsprechend dem Vorzeichen der Vektorkomponente empfing. Als Folge davon ergibt sich ein Ausgangssignal an der AUF- oder AB-Leitung vom UND-Glied 26 bzw. 27, welches eine Bewegung in eine Richtung oder die andere bewirkt. Das Ausgangssignal des Binärvervielfachers 25 wird auch auf einen Verkleinerer 28 gegeben, der ursprünglich mit dem Größensignal vom Computer beaufschlagt ist. Der Verkleinerer 28 erzeugt ein Auslöscsignal, wenn er sich nach Beendigung einer Bewegung in der O-Stellung befindet, um so die Eingabe einer anderen Vektorkomponente in den Puffer 24 zu bewirken.

Die Ausgangssignale von den AUF- und AB-UND-Gliedern 26 und 27 werden auf ODER-Glieder 29 bzw. 30 gegeben, denen außerdem Signale von AB- und AUF-UND-Gliedern 31 bzw. 32 zugeführt werden, welche Impulsreihen vom Streifenzähler 13 entsprechend der augenblicklichen Bewegung des Spiegels übertragen. Um eine Vermischung der Impulse vom Streifenzähler und der vom Binärvervielfacher 25 zu vermeiden, wird jeder Impuls geringfügig verzögert und mit Synchronisierimpulsen einer Synchronisieruhr synchronisiert, wobei die Impulse vom Streifenzähler gegenüber denen des Binärvervielfachers 25 phasenverschoben werden. Die Synchronisierimpulse für die Impulse des Streifenzählers sind so dargestellt, als ob sie einem Steuereingang 33 eines monostabilen Kreises 34 zugeführt wären. Ein Ausgangssignal des monostabilen Kreises 34 s euert die Verknüpfungsglieder 30 und 31 und dient als »GESCHWINDIGKEITS«-SignaI für den Intensitätssteuerkreis 17 (Fig. 1). Das andere Ausgangssignal dient zur Rückstellung eines kantengesteuerten D-Typ-Flip-Flops 35, über den die Impulse vom Streifenzähler dem Steuereingang 33 zugeführt werden.

Die Impulse von den ODER-Gliedern 29 und 30 werden einem Fehlerkomparator 36 zugeführt, der einen Antriebskreis 37 steuert, welcher die Antriebsströme für das Spiegelsystem 12 abgibt. Die Impulse von dem Streifenzähler 13 sind denen des Binärvervielfachers 25 entgegengerichtet. Wenn der Spiegel sich genau mit der vom Binärvervielfacher 25 geforderten Rate bewegt, wechseln die Impulse der beiden Quellen ab. Die erforderliche Antriebsrichtung für den Spiegel wird von dem überwiegenden Signal im Fehlerkomparator 36 bestimmt. Das Vorzeichen des Vektorkomponenteneingangssignals bestimmt, ob die AUF- oder die AB-Leitung Impulse führt. Wenn sich der Spiegel über die vom Binärverv'ielfacher25 vorgeschriebene Stellung hinausbewegt, führen die zusätzlichen, den Fehlerkomparator 36 vom Streifenzähler 13 erreichenden Impulse zu einem Ausgangssignal an den Antriebskreis 37, welches eine Umkehrung des Spiegelantriebs bewirkt Gleichzeitig wird ein entsprechendes Geschwindigkeitssignal auf den Antriebskreis 37 gegeben, welches einen großen Antriebsstrom erzeugt so daß die Wegbewegung des Spiegels von der vorgeschriebenen Position rasch gedämpft oder unterbrochen wird. Das Relativ- bzw. Geschwindigkeitssignal, welches die tatsächliche Geschwindigkeit des Spiegels gegenüber der vorgeschriebenen Geschwindigkeit angibt wird, vom Ausgangssignal des ODER-Gliedes 29 bzw. 30 abgeleitet, welches über ein Verknüpfungsglied 38 oder 39 an den Einstellanschluß eines kantengesteuerten Flip-Flop-Kreises 40 bzw. 41 des D-Typs und andererseits direkt zum Zeitanschluß des Flip-Flop-Kreises 41 bzw. 40 gelangt. Die Ausgangssignale der beiden Flip-Flop-Kreise 40 und 41, welche an der positiven, rückwärtigen Kante der Eingangsimpulse getriggert werden, sind so mit Verknüpfungsgliedern 42 und 43 und einem weiteren Flip-Flop 44 verkoppelt, daß ein relatives Geschwindigkeitssignal an einer der mit dem Antriebskreis verbundenen Leitungen 45 oder 46 immer dann erzeugt wird, wenn zwei aufeinanderfolgende Impulse vom Streifenzähler oder dem Binärvervielfacher empfangen werden, ohne daß zwischen diesen beiden Impulsen ein Impuls der jeweils anderen Quelle ankommt. Das relative Geschwindigkeitssignal bewirkt dann, wenn es das gleiche Vorzeichen wie das Signal vom Fehlerkomparator 36 hat, daß der Antricbskrcis einen hohen Antriebsstrom an das Spiegelsystem abgibt und so die Wegbewegung des Spiegels von der vom Binärvervielfacher vorgegebenen Stellung verlangsamt wird. Nach Umkehr der Relativbewegung, d.h. wenn sich der zwar noch vor der vorgeschriebenen Position befindliche Spiegel zur vorgeschriebenen Position zurückbewegt, wird der Antriebsstrom auf einen niedrigeren Wert umgeschaltet. Er behält jedoch die gleiche Richtung, da der Fehlerkomparator weiter ein Voreilen des Spiegels gegenüber der vorgeschriebenen Position anzeigt.

Der in Fig.3 dargestellte Antriebskreis 37 weist Transistoren 47 und 48 auf, deren Emitter gemeinsam über einen veränderlichen Widerstand 49 an Erde gelegt sind. Die Basen der Transistoren 47 und 48 sind über entsprechende Widerstände 50 und 51 mit einer negativen Leitung und außerdem über Diodenpaare 52 bzw. 53 und Widerstände 54 bzw. 55 mit einer positiven Leitung verbunden. Die vom Fehlerkomparator 36 kommenden Signale werden dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden 52 und dem Widerstand 54 über eine Diode 56 oder dem Verbindungspunkt zwischen den Dioden 53 und dem Widerstand 55 über eine Diode 57 zugeführt, und dienen dazu, einen der Transistoren 47 bzw. 48 zur Versorgung des Spiegelsystems mit einem Strom entsprechender Richtung auszuwählen. Darüber hinaus führen die relativen Geschwindigkeitssignale zur Auswahl einer oder der anderen von zwei Diodengruppen 58 bzw. 59. Infolgedessen wird, falls die wirkliche Bewegungsrichtung von der vom Binärvervielfacher vorgeschriebenen Stellung wegführt, ein verstärkter Strom den Antriebsspulen über den Transistor 47 oder 48 aufgrund einer Veränderung der Basisspannung in Abhängigkeit von den Dioden 58 oder 59 zugeführt. Vorzugsweise hat jede der Diodengruppen 58, 59 drei Dioden, die jeweils mit den Dioden 56 unH 57 übereinstimmen.

Der Kreis gemäß F i g. 3 ist so eingerichtet, daß zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt durch die Antriebsspulen nur ein Strom in einer Richtung fließen kann. Zwei Leitungen 60 und 61, die zu den Antriebsspulen führen, sind entsprechenden Transistoren 62 und 63 zugeordnet in deren Emitterkreisen Dioden 64 bzw. 65 liegen. Wenn beispielsweise der Transistor 47 leitend ist und Strom in einem Kreis von Erde durch den Transistor 47, die Diode 64 und die Leitung 60 zur Antriebsspule und zurück über die Leitung 61 und den Transistor 63 zum negativen Spannungsanschluß fließt so ist der Transistor 62 abgeschaltet und so ein Stromfluß zwischen der Leitung 60 und dem negativen Anschluß verhindert Die Diode 65 sperrt einen Rückstrom zum Transistor 48. Wird die Stromrichtung durch Auswahl des Transistors 48 umgekehrt so ist der Transistor 62 leitend und der

Transistor 63 sperrt.

Bei einer geänderten Ausführungsform der beschriebenen Vorrichtung empfängt der Sekundärablenkkreis nur ein Fehlersignal vom Fehlerkomparator des Spiegelsteuerkreises, welches die Abweichung der von

den Spiegeln eingenommenen Stellung von der Stellung wiedergibt, welche einer Positionssteuerinformation entspricht, die vom Computer an den Spiegelsteuerkreis abgegeben wurde.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche;

1. Vorrichtung zur Steuerung des Lichtstrahles in einem Aufzeichnungsgerät mit einem Ablenkspie- ·> gelpaar for den Lichtstrahl, das bezüglich der Bewegung seiner Spiegel von einem digitalen Servosystem gesteuert ist, welches jeweils ein der Differenz zwischen der Istposition und der Sollposition der Spiegel entsprechendes Fehlersignal er- m zeugt, sowie mit einem Sekundärablenksystem zur Steuerung der Position des Lichtstrahles innerhalb eines begrenzten Bereiches, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärablenksystem (20,23) mit den gleichen Fehlersignalen wie die Ablenkspie- ι ι gel (12) gleichzeitig mit diesen angesteuert wird, wobei das Sekundärablenksystem mit höherer Geschwindigkeit zum Ausgleich von Fehleinstellungen der durch das Ablenkspiegelpaar erzeugten Strählstellung arbeitet. -Ό

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundärablenksystem (20, 23) eine elektrooptische Einrichtung (20) aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem Ablenkspiegelpaar (12) und dem Sekundärablenksystem (20, 23) bewegte Lichtstrahl zur direkten Aufzeichnung einer Spur auf einem Aufzeichnungsträger (11) dient