DE2531069A1

DE2531069A1 - Elektrisch gesteuertes optisches ablenksystem

Info

Publication number: DE2531069A1
Application number: DE19752531069
Authority: DE
Inventors: Roland Malissin; Claude Monlouis
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1974-07-12
Filing date: 1975-07-11
Publication date: 1976-01-29
Also published as: FR2278112B1; DE2531069B2; IT1039784B; JPS5710404B2; GB1508811A; DE2531069C3; FR2278112A1; JPS5132339A

Description

75008 Paris / Frankreich

Unser Zeichen: T 1811

Elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem

Bei bestimmten Vorrichtungen, bei welchen ein Lichtbündel verwendet wird, das eine zu einem gegebenen elektrischen Signal proportionale Winkelablenkung erfährt, liegt das Ablenksystem in der Schleife eines Nachlaufreglers. Das ist beispielsweise der Fall bei Vorrichtungen zur Spurverfolgung, die in Laserlesern für Videoplatten verwendet werden.

Es scheint, dass bei Systemen, die um eine Achse beweglich sind und die ein Trägheitsmoment, ein Rückführdrehmoment und gegegebenenfalls ein Flussigkeitsreibungsmoment haben,

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die Ansprecherapfindlichkeit oberhalb der Resonanz im wesentlichen nur von dem Trägheitsmoment beeinflußt wird und dass die Ansprechempfindlichkeit unterhalb der Resonanz umso größer ist,je kleiner das Rückführdrehmoment ist,also je niedriger die Frequenz ist, bei der die Resonanz eintritt. Es ist ausserdem anzumerken, dass die Leistung, die für den Antrieb des.Systems erforderlich ist, bei den niedrigen Frequenzen um so kleiner ist, je niedriger die Resonanzfrequenz ist.

Zur Erzielung eines zufriedenstellenden Betriebs eines in eine Nachlaufreglerschleife eingeführten Ablenksystems muss eine grösstmögliche Verstärkung in einem grösstmöglichen Frequenzband vorhanden sein, was zur Ausbildung eines Wandlers führt, dessen Trägheitsmoment unter Berücksichtigung der Abmessungen des dem Wandler zugeordneten Ablenkspiegels so klein wie möglich ist. Da andererseits der Drehwinkel des Wandlers im allgemeinen um so grosser sein soll, je niedriger die Frequenz ist (umgekehrte Abhängigkeit vom Quadrat der Frequenz), sollte das System eine Resonanzfrequenz haben, die so niedrig wie möglich ist, was bei den im allgemeinen verwendeten Ablenksystemen der Galvanometerbauart mit beweglichem Rahmen nicht der Fall ist. Die Ablenksysteme dieser Bauart haben eine Spule, die von einem elektrischen Steuerstrom durchflossen und in einem Magnetfeld angeordnet ist, welches ihr eine Drehbewegung um eine aus einem Torsionsdraht bestehende Achse gibt. Dieser Torsionsdraht weist ein relativ grosses Torsionsmoment auf. Ausserdem ergeben diese Systeme eine Amplituden-Frequenz-Kennlinie, die bis zur Resonanz, welche so groß wie möglich gewählt wird, flach ist. Diese Kennlinien sind aber für in Nachlaufreglerschleifen eingefügte Ablenksysteme wenig erwünscht. Ferner sind solche Systems teuer, und zwar aufgrund der zu ihrer Herstellung erforderlichen Genauigkeit.

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Die Erfindung schafft ein elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem, welches einfach herstellbar, robust und billig ist und ausserdem ein geringes Trägheitsmoment, eine niedrige Resonanzfrequenz und eine Frequenzkurve aufweist, die ausser der Grundresonanz keine Resonanz mit beachtenswerter Amplitude hat, d.h. keine Störresonanzen, die unausweichlich zu Phasenverschiebungen führen, welche entsprechend dem Wert ihrer Amplituden im Vergleich zu dem Wert, den die·Grundresonanz in dem Zeitpunkt hat, in welchem die Störresonanz» auftritt, mehr oder weniger gross sind.

Ein elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem mit einem elektrodynamischen Wandler aus einem um eine Achse XX beweglichen Spiegelteil, das mit einer Spule versehen ist, deren Windungen von einem veränderlichen Strom I durchflossen werden, aus Induktionseinrichtungen, die ein Magnetfeld H mit vorbestimmtem Wert aufbauen, in dem die Spule angeordnet ist, und aus einer Aufhängevorrichtung, die das bewegliche Teil mit einem feststehenden Träger elastisch verbindet, ist gemäss der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängevorrichtung aus einem fadenförmigen elastischen Element besteht, welches auf der Drehachse XX gespannt ist, dass das bewegliche Teil· mit einem Kanal versehen ist, der es auf der Drehachse XX vollständig durchquert, dass das fadenförmige Element den Kanal vollständig durchquert und durch Ausüben einer Zugwirkung auf seine äusseren Enden zur vorübergehenden Verringerung seines Querschnittes in den Kanal frei eingeführt und durch Anwachsen seines Querschnittes infolge Verringerung der Zugwirkung mit dem Kanal fest verbunden worden ist, und dass die beiden äusseren Enden des fadenförmigen Elements an zwei mit dem feststehenden Träger fest verbundenen und beiderseits des Kanals angeordneten Trägerelementen befestigt sind.

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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Die Fig. 1,2 und 3 im Querschnitt bzw. im Längsschnitt bzw. in Draufsicht einen elektromagnetischen Wandler eines optischen Ablenksystems nach der Erfindung,

Fig. 4 in Draufsicht ein weiteres Aus

führungsbeispiel eines elektromagnetischen Wandlers eines optischen Ablenksystems nach der Erfindung, und

Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel des Systems

nach der Erfindung.

Das optische Ablenksystem nach der Erfindung enthält einen elektromagnetischen Wandler, der gemäss der Darstellung in den Fig. 1, 2 und 3 enthält:

- ein bewegliches Teil, welches aus einem Körper 1 aus einem leichten, unmagnetischen Material gebildet ist, der die Form einer guaderförmigen Schale hat, die aus einer ihren Boden bildenden Wand 3 und aus Seitenwänden a, b, c, d besteht. Ein Spiegel 2 ist auf dem äusseren Teil der Wand befestigt. Die Wand 3 wird in ihrer Mitte in Längsrichtung von einem zylindrischen Kanal 4 durchguert, dessen Achse XX die Drehachse des beweglichen Teils ist. Die Achse XX ist zu den beiden einander gegenüberliegenden Seitenwänden a und b des Körpers 1 senkrecht. Auf die Seitenwände a, b, c und d ist ein elektrisch leitender Draht gewickelt, welcher eine Wicklung 5 bildet, deren Enden 6 und 7 mit

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einem Generator 8 verbunden sind, der elektrische Signale zur Steuerung des Ablenksystems liefert. Die Wicklung 5 ist zu einer Symmetrieachse AA des Körpers 1 senkrecht (Fig. 3 und 2).

- einen magnetischen Kreis, der aus zwei Dauermagneten IO und 15 besteht, die mit Polschuhen 11, 12 bzw. 16, 17 versehen sind, die in der in Fig. 1 angegebenen Weise gerichtet sind. Die Seitenwände c und d des Körpers 1, die die Wicklung 5 tragen, sind in die Luftspalte 13 bzw. 18 der Polschuhe 11, 12 und 16, 17 eingetaucht.

Das bewegliche Teil wird durch ein fadenförmiges Element 9, bei welchem es sich beispielsweise um einen elastischen Faden aus einem Elastomer oder aus Gummi handelt, in zweckmäßiger Lage in den Luftspalten 13 und 18 gehalten.Dieser elastische Gummifaden 9 (Fig.2), dessen Querschnitt S₂ im Ruhezustand größer ist als der Querschnitt S, des Kanals 4, wird ausgezogen und dann, bevor er wieder entspannt wird, in den Kanal 4 eingeführt. Der Faden 9 und der Kanal 4 können einen kreisförmigen oder besser einen rechteckigen Querschnitt haben. Die beiden äusseren Enden 20 und 21 des Gummifadens 9 sind an zwei Trägerelementen befestigt, die aus zwei Platten 22 bzw. 23 bestehen, welche einander gegenüber angeordnet sind und zu dem Gestell gehören, welches den Magnetblock, d.h. die Dauermagnete 10 und 15 und ihre Polschuhe 11, 12 und 16, 17 von Fig. 1 trägt. Diese Platten 22 und 23 können mit Öffnungen 24 und 25 versehen sein, deren Durchmesser kleiner ist als der des elastischen Fadens 9. Zum Einführen in die Öffnungen 24 und 25 wird der Faden 9 allmählich ausgezogen, in die Öffnungen 24 und 25 eingeführt und anschliessend wieder entspannt. Der elastische Faden 9 wird auf diese Weise in den Öffnungen 24 und 25 festgeklemmt, wie in Fig. 2 dargestellt. Diese Art der Befestigung der Enden

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20 und 21 des elastischen Fadens 9 an den Platten 22 und 23 ist lediglich als ein Beispiel angegeben und ist nicht in einschränkendem Sinn zu verstehen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Wandlers nach der Erfindung. Der Körper 30 hat einen kreisförmigen Querschnitt und die Polschuhe 31, 32 und 33, 34, die den in Fig. 4 nicht sichtbaren Dauermagneten zugeordnet sind, passen sich der Form des Körpers 30 an, der um die Drehachse XX beweglich ist, welche, wie in dem vorhergehenden Beispiel, durch einen elastischen Faden 9, beispielsweise aus einem Elastomer oder aus Gummi, verstofflicht ist.

Durch zweckmässige Wahl des Querschnittes des Gummifadens 9 und des Abstandes L zwischen dem beweglichen Teil, d.h. dem Körper 1 oder 30 und den Platten 22 und 23 des Trägers ist es möglich, die Translationsbewegungen des beweglichen Teils in bezug auf seine Drehbewegung vernachlässigbar zu machen.

Ausserdem vereinfacht die Verwendung des elastischen Fadens 9 als Drehachse des beweglichen Teils die Herstellung des Wandlers in grossem Masse. Die Genauigkeit des Querschnittes des Kanals 4 und der Öffnungen 24 und 25 der Platten 22 und 23 sowie die Genauigkeit der Position derselben brauchen nämlich nicht ebenso gross zu sein wie die Genauigkeit, die in dem Fall gefordert wird, in welchem eine starre Achse und Wellenlager verwendet werden. Ausserdem wird das Rückführdrehmoment von dem Gummifaden 9 selbst geliefert. Die Dämpfung der Bewegung des beweglichen Teils wird durch die Auswahl des Materials des Körpers 1 und des elastischen Fadens 9 erreicht.-Schliesslich ist ein weiterer Vorteil des Ablenksystems nach der Erfindung das geringe Trägheitsmoment des beweglichen Teils.

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Die Form der in den Fig. 1 bis 3 und in Fig. 4 dargestellten Körper 1 und 30 der beweglichen Teile und die Form der ihnen zugeordneten Polschuhe sind lediglich als Beispiele angegeben, die nicht als Einschränkung zu verstehen sind. In dem Fall, in welchem die Winkelverlagerung des beweglichen Teils gross ist, können die Innenprofile der Polschuhe komplementäre konkavzylindrische bzw. konvexzylindrische Konturen haben, wobei die Konkavitäts- und Konvexitätsachse mit der Drehachse XX des beweglichen Teils zusammenfällt.

Bei jedem Servogerät, in dessen Schleife ein abgelenktes Lichtbündel verwendet wird, kann das Ablenksystem nach der Erfindung vorteilhaft verwendet werden.

Dieses Ablenksystem ist ganz besonders bei einer Vorrichtung zur radialen Spurverfolgung in Videoplattenlesern verwendbar.

Eine solche Vorrichtung ist in Fig. 5 dargestellt. Ein Laserstrahlungsbündel F wird durch den Spiegel 2 des Wandlers abgelenkt und durchquert dann das Leseobjektiv O. Da die Verschiebung des Fokussierungspunktes f des Bündels F auf einer Videoplatte V, die sich um eine Achse YY dreht, eine Funktion des Ablenkwinkels des Bündels ist, kann man bei der Verfolgung der Informationen tragenden Spur P die Position des Fokussierungspunktes f nachregeln. Wenn sich die Platte beispielsweise mit 1500 U/min, dreht, ist es erforderlich. Fehlern der Spur P nachlaufen zu können, die mit 25 Hz, 50 Hz, 75 Hz, usw. auftreten. Die Verwendung eines Wandlers der beschriebenen Art in dem Ablenksystem nach der Erfindung hat gestattet. Verstärkungen von 80 dB bei 25 Hz oder 50 Hz zu erzielen, wobei diese verstärkungen dann mit 1/f abnehmen.

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Claims

Patentansprüche :

1./Elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem mit einem elektrodynamischen Wandler aus einem um eine Achse beweglichen Spiegelteil, das mit einer Spule versehen ist, deren Windungen von einem veränderlichen Strom durchflossen werden, aus Induktionseinrichtungen, die ein Magnetfeld mit vorbestimmtem Wert aufbauen, in dem die Spule angeordnet ist, und aus einer Aufhängevorrichtung, die das bewegliche Teil mit einem feststehenden Träger elastisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängevorrichtung aus einem fadenförmigen elastischen Element (9) besteht, welches auf der Drehachse (XX) gespannt ist, dass das bewegliche Teil mit einem Kanal (4) versehen ist, der es auf der Drehachse vollständig durchquert, dass das fadenförmige Element den Kanal vollständig durchquert und durch Ausüben einer Zugwirkung auf seine äusseren Enden zur vorübergehenden Verringerung seines Querschnittes in den Kanal frei eingeführt und durch Anwachsen seines Querschnittes infolge Verringerung der Zugwirkung mit dem Kanal fest verbunden worden ist, und dass die beiden äusseren<Enden des fadenförmigen Elements an zwei mit dem feststehenden Träger fest verbundenen und beiderseits des Kanals angeordneten Trägerelementen (22 bzw. 23) befestigt sind.

2. Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegliche Teil einen Körper (1) aufweist, der die Form einer Schale hat, welche eine Symmetrieachse (AA) und eine den Boden bildende Wand (3) und Seitenwände (a, b, c, d) aufweist, dass der Spiegel auf dem äusseren Teil der Wand (3) angeordnet ist, dass die Windungen, die um die Seitenwände herum angeordnet sind, in Ebenen liegen, welche zueinander parallel und zu der Symmetrieachse senkrecht sind, dass die Wand (3) längs und in ihrer Mitte von dem

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Kanal (4) durchquert wird, der einen Querschnitt S„ hat, und dass das fadenförmige elastische Element (9) im entspannten Zustand einen Querschnitt S, hat, der grosser als der Querschnitt S„ ist.

3. Ablenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das fadenförmige Element (9) einen rechteckigen Querschnitt hat.

4. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das fadenförmige Element (9) aus einem Elastomer besteht.

5. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das fadenförmige Element (9) aus Gummi besteht.

6. System nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) aus einem unmagnetischen Material besteht.

7. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) die Form einer guaderförmigen Schale hat.

8. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper (1) die Form einer zylindrischen Schale mit kreisförmigem Querschnitt hat.

9. Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktionseinrichtungen zwei Dauermagnete (10, 15) aufweisen, die mit zwei Polschuhen 0-1, 12 bzw. 16, 17. 31, 32 bzw. 33, 34) versehen sind,

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in deren Luftspalt die Windungen der Wicklung (5) teilweise eintauchen.

10. Regeleinrichtung zur Radialverfolgung der Spar einer Videoplatte, gekennzeichnet durch ein optisches Ablenksystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9.

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