DE2531069C3 - Elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

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 bei Vorrichtungen zur Spurverfolgung der Fall, die in Laser-Lesern für Videoplatten verwendet werden.

Bei Ablenksystemen, die ein Trägheitsmoment, ein Rückführdrehmoment und gegebenenfalls ein Flüssigkeitsreibungsmoment haben, wird die Ansprechempfindlichkeit oberhalb der Resonanz im wesentlichen nur von dem Trägheitsmoment beeinflußt, während die Ansprechempfindlichkeit unterhalb der Resonanz umso größer ist, je kleiner das Rückführdrehmoment ist, also je niedriger die Frequenz ist, bei der die Resonanz eintritt. Außerdem ist die Leistung, die für den Antrieb des Ablenksystems erforderlich ist, bei niedrigen Frequenzen umso kleiner, je niedriger die Resonanzfrequenz ist.

Ein in einer Nachlaufreglerschleife vorgesehenes Ablenksystem dieser Art muß eine größtmögliche Verstärkung in einem größtmöglichen Frequenzband haben, was bedeutet, daß das Trägheitsmoment des Wandlers unter Berücksichtigung der Abmessungen des ihm zugeordneten Ablenkspiegels so klein wie möglich sein sollte. Da andererseits der Drehwinkel des Wandlers umso größer sein soll, je niedriger die Frequenz ist (umgekehrte Abhängigkeit vom Quadrat der Frequenz), sollte das Ablenksystem eine Resonanzfrequenz haben, die so niedrig wie möglich ist, was aber bei den im allgemeinen verwendeten Ablenksystemen der Galvanometerbauart mit beweglichem Rahmen nicht der Fall ist Ablenksysteme dieser Bauart haben einen elektrodynamischen Wandler aus einem um eine Achse beweglichen und als schalenförmiger Rahmenkörper ausgebildeten Teil mit einem Spiegel und einer Spule, deren Windungen in einem Magnetfeld angeordnet sind, und aus einem Torsionsdraht, der das bewegliche Teil mit einem feststehenden Träger elastisch verbindet Torsionsdraht weist ein relativ großes Torsionsmoment auf. Außerdem ergeben diese Ablenksysteme eine Amplituden-Frequenz-Kennlinie, die bis zur Resonanz, welche so groß wie möglich gewählt wird, flach ist Solche Kennlinien sind aber für in Nachlaufreglerschleifen eingefügte Ablenksysteme wenig erwünscht Ferner sind solche Ablenksysteme aufgrund der zu ihrer Herstellung erforderlichen Genauigkeit teuer.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß es ein geringes Trägheitsmoment eine niedrige Resonanzfrequenz und einen Frequenzgang hat der frei von parasitären Resonanzen ist

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Das Ablenksystem nach der Erfindung ist einfach herstellbar, robust und billig und hat außerdem ein geringes Trägheitsmoment, eine niedrige Resonanzfrequenz und eine Frequenzkurve, die außer der Grundresonanz keine Resonanz mit beachtenswerter Amplitude hat d. h. keine parasitären Resonanzen, die unausweichlich zu Phasenverschiebungen führen würden. Das Ablenksystem nach der Erfindung kann damit ohne weiteres in Nachlaufreglerschleifen eingesetzt werden.

Es ist zwar bereits an sich bekannt, bei einem elastischen Gelenk einen Gummikörper unter Formänderung radial einzuspannen und die Vorspannung des Gummikörpers zu vergrößern, um einen Preßsitz zu erzielen, indem mittels Scheiben und Muttern Druck auf dessen Stirnflächen ausgeübt wird, dabei handelt es sich jedoch um Maßnahmen auf dem Gebiet der elastischen Gelenke, die nicht nahegelegt haben können, bei einem elektrisch gesteuerten optischen Ablenksystem den üblichen Torsionsdraht durch einen elastischen Faden zu ersetzen, denn bei dem bekannten elastischen Gelenk wird der Preßsitz des Gummikörpers nicht mit Rücksicht auf die Erzielung eines geringen Trägheitsmoments, einer niedrigen Resonanzfrequenz und eines bestimmten Frequenzganges gewählt.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt

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

F i g. 4 in Draufsicht ein weiteres Ausführungsbeispiel eines elektrodynamischen Wandlers eines optischen Ablenksystems nach der Erfindung, und

Fig.5 ein Anwendungsbeispiel des Ablenksystems nach der Erfindung.

Das hier beschriebene optische Ablenksystem enthält einen elektrodynamischen Wandler, der gemäß der Darstellung in den F i g. 1,2 und 3 enthält:

— ein bewegliches Teil, welches aus einem Körper I

aus einem leichten, unmagnetischen Material gebildet >t, der die Form einer quaderförmigen 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 3 befestigt Die Wand 3 wird in ihrer Mitte in Längsrichtung von einem zylindrischen Kanal 4 durchquert, 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 ileitenwände a, b, c und d ist ein eiektrisch leitender Draht gewickelt, welcher eine Wicklung 5 bildet, deren Enden 6 und 7 mit 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 (F i g. 3 und 2).

— einen magnetischen Kreis, der aus zwei Dauermagneten lOund 15 besteht die mit Polschuhen 11,12 bzw. 16, 17 versehen sind, die in der in F i g. 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 einen elastischen Faden 9, welcher beispielsweise aus einem Elastomer oder aus Gummi besteht, in zweckmäßiger Lage in den Luftspalten 13 und 18 gehalten. Der elastische Faden 9 (F i g. 2), dessen Querschnitt & 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 elastischen Fadens 9 sind an einem festehenden Träger befestigt, der aus zwei Platten 22 bzw. 23 besteht, 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. Die Platten 22 und 23 sind mit öffnungen 24 und 25 versehen, 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 es in F i g. 2 dargestellt ist. Diese Art der Befestigung der Enden 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 elektrodynamischen Wandlers. Der Körper 30 hat einen kreisförmigen Querschnitt und die Polschuhe 31,32 und 33, 34, die den in F i g. 4 nicht siphtbaren 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 elastischen Fadens 9 und des Abstandes zwischen dem beweglichen Teil, d. h. dem Körper 1 oder 30 und den Platten 22 und 23 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 elastischen Faden 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 hier beschriebenen Ablenksystems das geringe Trägheitsmoment des beweglichen Teils.

Die Form der in den F i g. 1 bis 3 und in F i g. 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 hier beschriebene Ablenksystem vorteilhaft verwendet werden.

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

Eine solche Vorrichtung ist in F i g. 5 dargestellt. Ein Laserstrahlungsbündel F wird durch den Spiegel 2 des Wandlers T abgelenkt und durchquert dann ein Leseobjektiv O. Da die Verschiebung des Fokussierungspunktes /des Bündels Fauf einer Videoplatte V, die sich um eine Achse YY dreht, eine Funktion des Ablenkwinkels des Bündels ist, kann man bei der Verfolgung einer 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 hat gestattet, Verstärkungen von 80 dB bei 25 Hz oder 50 Hz zu erzielen, wobei diese Verstärkung dann mit 1/f² abnehmen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Elektrisch gesteuertes optisches Ablenksystem mit einem elektrodynamischen Wandler aus einem um eine Achse beweglichen und als schalenförmiger Körper ausgebildeten Teil mit einem Spiegel und einer Spule, deren Windungen in einem Magnetfeld angeordnet sind, und aus einer Aufhängevorrichtung, die das bewegliche Teil mit einem feststehenden Träger elastisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (3) des Körpers (1) in der Achse (XX) von einem Kanal (4) durchquert wird und daß die Aufhängevorrichtung ein elastischer Faden (9) ist, der in dem Kanal in an sich bekannter Weise unter Formänderung radial is eingespannt ist und dessen beide Enden (20, 21) beiderseits des Kanals mit dem Träger (22, 23) fest verbunden sind.

2 Ablenksystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (9) einen rechteck!- gen Querschnitt hat

3. Ablenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (9) aus einem Elastomer besteht.

4. Ablenksystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faden (9) aus Gummi besteht

5. Verwendung eines Ablenksystems nach einem der Ansprüche 1 bis 4 in einer Einrichtung zur Radialverfolgung der Spur einer Videoplatte.