DE2458917C3 - Regelanordnung für die Fokussierung eines Leselichtbündels - Google Patents

Description

Fig, 2 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise,

F i g. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform der Regelanordnung nach der Erfindung und

Fig.4 eine weitere Ausführungsform der Regelanordnung nach der Erfindung.

In den verschiedenen Figuren sind die gleichen Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

F i g. 1 zeigt einen Aufzeichnungsträger 4, der beispielsweise in der durch einen Pfeil angegebenen Richtung beweglich ist, eine erste Anordnung, die das optische Lesen dieser aufgezeichneten Information ermöglicht, und eine zweite Anordnung, welche die Fokussierung des Leselichtbündels gewährleistet

Die erste Anordnung besteht aus einem Leselichtbündel 1 für das Lesen der Informationen, das ein paralleles Bündel mit der Achse 11 ist, einem Objektiv 2, das von einem Träger 21 getragen wird und die optische Achse Il hat, wobei dieses Objektiv das Bündel 1 geometrisch an einem Punkt 22 konvergieren läßt, der bei richtiger Fokussierung auf der Fläche 4i Hegt, und aus einem Photodetektor 3, der das durch die Information modulierte Licht in ein elektrisches Signal umwandelt, welches Lesesignal V genannt wird und durch einen Verstärker S verstärkt wird; die Amplitude dieses Lesesignals ist mit dem Fokussierungsfehler verknüpft Das Lesesignal V kann beispielsweise ein periodisches Signal sein, dessen Phase oder Frequenz die auf dem Aufzeichnungsträger 4 aufgezeichnete codierte Information wiedergibt Das Ausgangssignal des Verstärkers 5 wird einerseits über einen Weg 51 zu den Anordnungen zur Decodierung und Verwertung der Information gerichtet, die hier nicht beschrieben werden, und andererseits über einen Weg 52, zu der zuvor erwähnten zweiten Anordnung.

Diese zweite Anordnung enthält:

— einen Hüllkurvendetektor 6, der das Lesesignal V40 über den Weg 52 empfängt;

— einen Synchrondetektor 7, der an einem seiner beiden Eingänge das im Hüllkurvendetektor 6 gebildete Signal empfängt;

— ein Tiefpaßfilter 10, das an den Ausgang des« Detektors 7 angeschlossen ist;

— einen Umschalter 91, der durch ein Schwellenwertrelais 9 gesteuert wird, und der in seiner Einstellung (92) eine Verbindung zum Ausgang des Filters 10 und in seiner anderrn Stellung (93) eine Verbindung nach Masse herstellt;

— eine Addierschaltung 50 mit drei Eingängen, deren erster Eingang mit dem Umschalter 91 verbunden ist;

— einen Motor €0, der dem Träger 21 des Objektivs 2 eine Verschiebebewegung parallel zu seiner optischen Achse 11 (Pfeile 61) unter der Steuerung durch das Ausgangssignal der Addierschaltung 50 erteilt;

— einen Pilotsignalgenerator 30, der tin periodisches, vorzugsweise sinusförmiges Pilotsignal P der Periode T erzeugt und mit dem zweiten Eingang der Addierschaltung 50 verbunden ist;

— eine beispielsweise von Hand einstellbare Gleichspannungsquelle 40, die mit dem dritten Eingang der Addierschaltung 50 verbunden ist;

— einen Phasenschieber 20 für das vom Generator 30 gelieferte Pilotsignal', der mit dem zweiten Eingang des Synchrondetektors 7 verbunden ist;

— einen Spitzenwertdetektor 8 für das Lesesignal V. dessen Eingang mit dem Weg 52 verbunden ist und der den Pegel des Signals V zu dem Schwellenwertrelais 9 liefert.

Diese zweite Anordnung hat die Funktion, dem Objektiv 2 eine Hin- und Herbewegung der Periode Γ parallel zu seiner optischen Achse unter der Steuerung durch das Pilotsignal P zu erteilen, was die Wirkung ergibt, daß die Amplitude des Signals V periodisch geändert wird, und das auf diese Weise modulierte Signal V mit dem Signal P zu vergleichen, damit ein Fokussierungsfehlersignal gebildet wird. Dieser Vergleich wird in drei Phasen durchgeführt: Zunächst Demodulation der Hüllkurve des Signals ^(Detektor 6), dann Synchrondemodulation (Detektor 7) zwischen dem Pilotsignal P (das vom Generator 30 und dem Phasenschieber 20 kommt) und der Hüllkurve des Signals V, und schließlich Beseitigung der höherfrequenten Komponenten (Filter 10), so daß nur das Fokussierungsfehlersignal besitehV; bleibt, das sich in einer Korrektur der Stellung des Objektivs 2 über die Addierschaltung 50 und den Motor 60 äußert

In F i g. 2 sind fünf Diagramme dargestellt welche die verschiedenen zuvor erwähnten elektrischen Signale bei ei^r«r Ausführungsform zeigen.

Das erste Diagramm (Kurve 23) stellt die Hüllkurve des Lesesignals V dar, so wie sie von dem Detektor 6 geliefert wird, wobei auf der Abszisse die optische Achse 11 aufgetragen ist Die Kurve 23 weist ein Maximum A bei einem Abszissenwert Za auf, welcher der richtigen Fokussierung entspricht bei welcher der Punkt 22 auf der Fläche 41 liegt und das Objektiv 2 den Abstand Za von der Fläche 41 hat (F i g. 1).

Das zweite Diagramm (Kurve /^stellt das sinusförmige Pilotsignal Pmit der Periode Tals Funktion der Zeit t dar.

Das dritte Diagramm zeigt daß das Lesesignai V, wie bekannt ist eine periodische Funktion der Periode 772 (Kurve 24) enthält wenn die Fokussierung richtig ist (Punkt A).

Das vierte Diagramm (Kurve 25) zeigt daß das Lesesignal V eine periodische Funktion der Periode T enthält, die gleich der Periode des Signals P ist, deren Phase aber nicht zwangsläufig gleich der Phase des Signals Pist wenn die Fokussierung nicht richtig ist, d. h. wenn das Objektiv 2 sich in einem Abszissenpunkt Zb befindet, wobei die Amplitude des Lesesignals V dem Punkt B entspricht

Das fünfte Diagramm (Kurve 26) zeigt daß das Lesesignal V eine periodische Funktion der Periode T enthält, wenn die Fokussierung nicht richtig ist, !«id zwar wenn sich das Objektiv 2 im Abszissenpunkt Z_c befi/idat wobei die Amplitude des Signals Vdem Punkt Centspricht; dieses Signal ist um π gegen das durch die Kurve 25 dargestellte Signal phasenverschoben.

Die Punkte Dund £mit den Abszissenwerten Zi bzw. Z\ definieren eine Nutzzone, deren Rolle später angegeben wird

Der Synchrondetektor 7 ist eine an sich bekannte Anordnung mit zwei Eingängen E\ und E₂, von denen der Eingang £Ί ein periodisches Signal der Periode T empfängt; er hat einen Ausgang und ist so beschaffen, daß:

— das Ausgangssignal keine Gleichspannungskomponente enthält, wenn der Eingang Et ein Signal der halben Periode (T/2) empfängt;

— das Ausgangssignal eine Gleichspannungskomponente enthält, wenn der Eingang E₂ ein Signal gleicher Periode (T) empfängt, wobei das Vorzeichen des Ausgangssignals positiv oder negativ ist, je nachdem, ob die Phasenverschiebung zwischen den Signalen an den Eingängen E\ und E₂ den Wert 0 oder den Wert η hat.

In der Praxis kann dieser Synchrondetektor 7 durch eine Signalmultiplizieranordnung gebildet sein.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Anordnung ist das Tiefpaßfilter 10 vorgesehen, damit ein Fokussierungsfehlersignal erhalten wird, das direkt für die Stellungskorrektur des Objektivs 2 über die Addierschaltung 50 und den Motor 60 verwendbar ist. Die Grenzfrequenz des Filters 10 muß theoretisch unter der Frequenz des Signals Fliegen; in der Praxis wählt man einen Wert, der etwa fünfmal kleiner ist.

Die Anordnung von Fig. 1 enthält noch einen Phasenschieber 20, der die Aufgabe hat, die Phasenverschiebungen zu kompensieren, die insbesondere durch die Ansprechzeit des Motors 60 auf die von der Addierschaltung 50 kommende elektrische Steuerung eingeführt werden.

Es ist zu bemerken, daß die Frequenz des Pilotsignals P und seine Amplitude so gewählt werden müssen, daß die Kenngrößen der aufgezeichneten Information, die ihrerseits in codierter Form erscheinen kann, nicht gestört werden.

Die in dem System vorgesehenen Teile 8, 9,91 und 40 werden im Einfangbetrieb verwendet. Dieser entspricht dem Fall, daß beispielsweise im Anschluß an das Einlegen eines neuen Aufzeichnungsträgers 4 der Fokussierungspunkt 22 so weit von der Fläche 41 entfernt liegt, daß der mittlere Arbeitspunkt außerhalb der Nutzzone liegt, die in F i g. 2 zwischen den Punkten D und E mit den Abszissenwerten Z₂ bzw. Z\ definiert ist.

In diesem Fall ist die Intensität des Lesesignals V sehr gering, und die Anordnung 8, die ein Spitzenwertdetektor üblicher Art ist, liefert ein Gleichspannungssignal, das so gefiltert ist, daß es keine merkliche Amplituden-

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gnals P enthält, so daß das Schweilenwertrelais 9 den Umschalter 91 in der Stellung 93 hält, in welcher er die Verbindung nach Masse herstellt. Es ist dann erforderlich, die Gleichspannungsquelle 40 zur Korrektur der Stellung des Objektivs 2 einzustellen, bis die Amplitude des Lesesignals V so groß wird, daß das Schwellenwertrelais 9 den Umschalter 91 in die Betriebsstellung bringt, in welcher er die Verbindung zwischen dem Filter 10 und der Addierschsitung 50 herstellt.

Es ist möglich, in das System eine zusätzliche Sichtanzeigevorrichtung einzufügen, die den Zeitpunkt der Umschaltung anzeigt, d. h. den Zeitpunkt, in dem die Regelung einsetzt, so daß der von Hand mit Hilfe der Quelle 40 vorgenommene Einfangvorgang beendet wird.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erfolgt das Lesen der Informationen mit durchgehendem Licht und die Information ist auf der oberen Fläche 41 des Aufzeichnungsträgers aufgezeichnet. Die Regelanordnung eignet sich natürlich auch für den Fall des

ίο Lesens mit reflektiertem Licht und für jede Art der Informationsaufzeichnung.

In Fig. 3 ist als Beispiel der Fall dargestellt, daß die Information auf der entgegengesetzten Fläche des Aufzeichnungsträgers 4 in einer Spur 42 aufgezeichnet ist und daß das Lesen mit reflektiertem Licht erfolgt. Zu diesem Zweck hat der Aufzeichnungsträger 4 hinter der Spur 42 eine Metallschicht 43, welche die Funktion hat, das Leselichtbündel 1 zu reflektieren; ein Strahlenteiler 32, der um 45° gegen die optische Achse 11 geneigt ist, hat die Aufgabe, das reflektierte Lichtbundei zu einem Photodetektor 31 abzulenken. Der Rest der Anordnung ist mit derjenigen von F i g. I identisch und deshalb nicht dargestellt.

Fig.4 zeigt eine weitere Variante der Anordnung von Fig. 1, bei der das bewegliche Objektiv 2 durch zwei Objektive 28 und 27 ersetzt ist, von denen nur das erste Objektiv 28 von dem Träger 21 getragen wird und entlang der optischen Achse 11 beweglich ist (Pfeile 61). Eine solche Anordnung arbeitet in gleicher Weise wie

ίο diejenige von Fig. 1, kann jedoch dieser aus Gründen der bequemeren Montage oder der Bewegungshubdynamik vorzuziehen sein, da das Objektiv 28 praktisch über eine größere Strecke verstellbar ist, als das Objektiv2 von Fig. I.

j5 Bei dieser Ausführungsform erfolgt das Lesen beispielsweise mit durchgehendem Licht, wobei die Information von der unteren Fläche 42 des Aufzeichnungsträgers 4 getragen wird. Die Objektive 28 und 27 haben eine gemeinsame Brennebene, so daß das Lichtbündel 11 geometrisch an einem Punkt 22 konvergiert, dessen Lage auf der Achse 11 von der Position des Objektivs 28 abhängt.

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dung eignet sich für jedes optische Lesen von Information, die von einer vorbeilaufenden Spur getragen werden. Sie eignet sich jedoch besonders gut für das Lesen von Informationen großer Dichte, beispielsweise von Fernsehsignalen, und sie kann sehr bequem zugleich mit einer Vorrichtung verwendet werden, welche die Stellungskorrektur der Lesevorrichtung in der Querrichtung in Bezug auf die Achs* der Spur in einer parallel zu dem Aufzeichnungsträger liegenden Ebene bewirkt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Regelanordnung für die Fokussierung eines Leselichtbündels auf einen beweglichen Informationsträger, weiche eine längs ihrer optischen Achse bewegliche optische Fokussierungseinrichtung zur Ausführung einer Korrekturbewegung besitzt, wobei die Fokussierungseinrichtung über ein Steuersignal aus einer Steuerschaltung der Regelanordnung und eine von dieser Steuerschaltung kontrollierte Stellvorrichtung bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Steuersignal zur Objektivbewegung aus der Summation mindestens zweier Signale, nämlich is einem periodisch veränderlichen Pilotsignal und einem zuschaltbaren Fokussierungsfehlersignal gebildet wird,

b) dieses Fokussierungsfehlersignal in einer elektronischen Schaltung (6, 7, 10) aus einer Hülllairve der Amplitudenwerte des von einem Detektor (3) erfaßten Lesesignals (V) und aus dem anschließenden Vergleich der Phase des Hüllkurvensignals mit der Phase des Pilotsignals gebildet wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Pilotsignal sinusförmig ist

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fokussierungsfehlersignal eine Gleichspannungskomponente enthält, wenn die Fokussierung des Leselichtbündels auf dem Informationsträger hicht korrekt ist, wobei das Fokussierungsfehlersignal je ncch der Dichtung der durchzuführenden Korrektur positiv oder negativ ist

4. Anordnung nach einem df- Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein mittels eines Stellmotors (60) entlang seiner optischen Achse verschiebbares Objektiv (2).

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spitzenwertdetektor (8) für das Lesesignal (V) vorhanden ist, der mit einem Schwellenwertschalter (9) verbunden ist, der das Fokussierungsfehlersignal von der Stellvorrichtung trennt, wenn der Pegel des Lesesignals (V) unter einem Schwellenwert liegt. '

6. Anordnung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine einstellbare Gleichspannungsquelle (40), die mit der Stellvorrichtung verbunden ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lesen mit so Durchgang des Leselichtbündels durch den Informationsträger hindurch erfolgt

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Lesen mit Reflexion des Leselichtbündels an einer der Flächen des Informationsträgers erfolgt.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung ein feststehendes konvergierendes Objektiv (27) enthält, das im Weg des Leselichtbündels eo hinter einem durch die Stellvorrichtung bewegbaren Objektiv (28) angeordnet ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Verwendung in einer Vorrichtung zum optischen Lesen von as Informationen, die auf einem beweglichen Aufzeichnungsträger enthalten sind.

Die Erfindung betrifft eine Regelanordnung für die Fokussierung eines Leselichtbündels auf einen beweglichen Informationsträger, welche eine längs ihrer optischen Achse bewegliche optische Fokussierungseinrichtung zur Ausführung einer Korrekturbewegung besitzt, wobei die Fokussiereinrichtung über ein Steuersignal aus einer Steuerschaltung der Regelanordnung und eine von dieser Steuerschaltung kontrollierte Stellvorrichtung bewegt wird. Eine Regelanordnung dieser Art ist aus »Funkschau« 1973, Heft 25, S. 952-956 bekannt

Das optische Lesen von Information, die mit großer Dichte aufgezeichnet wird, ergibt ein schwerwiegendes technologisches Genauigkeitsproblem, und es sind bereits verschiedene Systeme vorgeschlagen worden, die den Zweck haben, die relative Lage der Spur und der Lesevorrichtung in bezug auf die Achse der Spur in einer senkrecht zum Lesebündel stehenden Ebene zu gewährleisten. Bei gewissen Anwendungsfällen muß andererseits das Lesebündel sehr genau auf die die Information tragende Spur fokussiert sein, wobei die geforderte Genauigkeit in der gleichen Größenordnung wie zuvor liegt, nämlich in der Größenordnung eines Mikrons.

Zu diesem Zweck gibt es verschiedene Systeme, bei denen zusätzliche Abstandsmeßeinrichtungen vorgesehen sind, wie etwa £jne kapazitive Vorrichtung, bei der eine der Kondensatorplatten mit der beweglichen Fokussierungslinse verbunden ist während die andere Platte durch eine auf dem Träger der Spur angebrachte Metallisierung gebildet ist, so daß die Änderung der Kapazität des auf diese Weise gebildeten Kondensators das Fokussierungsfehlersignal bildet. Ein anderes System besteht in der Verwendung eines Hilfslichtbündels, das in bezug auf die optische Achse der Fokussierungslinse exzentrisch liegt; diesem System wird das Fehlersignal von einem Photodetektorpaar und einem Differenzverstärker geliefert Diese verschiedenen Vorrichtungen unterliegen alle systematischen Nullabgleichsfehlern oder Stellungsfehlern der Empfänger (beispielsweise der zuvor erwähnten Photodetektoren).

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines möglichst einfachen und genauen Fokussierungssystems, das über das originale Lichtbündel und über das gleichzeitig zum Informationsauslesen dienende Detektorsystem ein Fehlersignal zur exakten automatischen Fokussierungseinstellung erzeugt Diese Aufgabe wird durch eine Regelanordnung der eingangs genannten Art gelöst, die gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet ist daß a) das Steuersignal zur Objektivbewegung aus der Summation mindestens zweier Signale, nämlich einem periodisch veränderlichen Pilotsignal und einem zuschaltbaren Fokussierungsfehlersignal gebildet wird, b) dieses Fokussierungsfehlersignal in einer elektronischen Schaltung aus einer Hüllkurve der Amplituden* werte des von einem Detektor erfaßten Lesesignals und aus dem anschließenden Vergleich der Phase des Hüllkurvensignals mit der Phase des Pilotsignals gebildet wird.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Untefansprüchen gekennzeichnet

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Regelanordnung nach der Erfindung,