KCa Diüco-Vi'Jicri, Inc
Universal Oi"C.y,
Calif. / USA
Einrichtung zum optischen Ausrichten des Abtastsystem auf eine Infonnationsrijie
einer Videos)eicher"olatte
Die Erfindung bezieht sich auf Lichtumsetser und
betrifft speziell eine automatische Positioniereinrichtung, mit EiIfe der ein Abtaststrahl eines Videopiatten-Abspielgerätes
positioniert v/ird«,
"Das Abtasten von auf einer Platte gespeicherten Informationen
etv/a bei einer Videoplatte, die in einem Yicieopiatten-Abspielgerät benutzt '.vird, ist äußerst
Irritirjch hinsichtlich der Positionierung des Lesestrcihls
in bezug auf einen vorgewählten Fleck auf der Rille, die ausgelesen werden soll. Eine Abweichung von der Rillenmitte
kann zu Verzerrungen des reflektierten Strahls oder zu einem zu geringen Pegel führen, der erfaßt v/erden r.iu.3.
3ine Videospeicherplatte trägt die aufgezeichnete Information entweder in konzentrischen Kreisrillen oder
in spiralförmigen Rillen, die voneinander in radialer Richtung einen Abstand von 2 /U haben und selbst eine
Breite von 1 .-u. Um eine solche Rille bei einer mit
1c:OO 1/ain umlaufenden Platte abtasten zu können, ist es
unbedingt erforderlich, dai3 der Lesestrahl stets exak"c
über der auszulesenden Rille positioniert ist.
Bisher vrurden verschiedenste Versuche ir-itemoiianen,
dieses ProblexTi zu lösen. ~£s v/urden rückkopplungsfreie .
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Verfaliren eingesetzt, bei denen das Positionieren des Lesekopfes
mechanisch erfolgte und die Position dann-nachjustiert
wurde. Es vmrden auch bereits Syster.ie mit geschlossener
Rückkopplungsschleife eingesetzt, bei welchen besondere Positionierrillen zusammen mit den Informationsrilien
aufgezeichnet vmrden. Außerdem wurden speziell mit Rillen versehene Speicherplatten verwendet, bei denen der
Lesekopf durch seine räumliche Beziehung zur Rille positioniert wurde«.
In der U.S. Patentschrift 3 126 535 ist ein System zur Abtastung von Hagnetplatten beschrieben, bei welchem
eine geringfügige Queroszillationsbewegung dem magnetischen
Umsetzer erteilt wurde·, nachdem er grob auf die Inforraationsspur ausgerichtet war. Die Osziilationsbewegung
des Umsetzers führt dann zu einer Air.plitudenraoduiation
des auszulesenden, magnetisch gespeicherten Signals.
Die Phase des Ausgangssignals relativ zur Phase der Oszillationsbewegung hangt von der relativen Positionierung
des Umsetzers gegenüber der aufgezeichneten Informationsspur ab. Dadurch wird die erforderliche Anzeige geschaffen,
ob der Umsetzer aus seinem optimalen Abtastpunkt positioniert ist.
Der Magnetkopf kann deshalb die genannte Phasenbeziehung erfassen, woraus dann eine Positionsänderung derart
getroffen wird, daß er mittig über die Spur gestellt wird ο
Ss ist dem Fachmann bekannt, daß die Breite der auf Hagnetspeicherplatten verwendeten kreisförmigen Informations
spuren um ganze Größenordnungen die ein Mikron breite Rille von Videoplatten übersteigt. Hasse und Trägheitsmoment
des Hagnetkopfsystems schließt außerdem die ca.
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1 kHz-Oszillationsschwingung von vornherein aus, die "beim
Abtasten der Rillen einer Videospeicherplatte anzustreben ist*
Außerdem erzeugt ganz im Gegensatz zu Kagnetaufzeichnungssystemen
das Videoplattensystem ein Signal, dessen Mittelwert ein Minimum annimmt, wenn der Ausiesestre.nl
genau die Mitte der Informationsrille abtastet» Hierdurch ist es erforderlich, ein System zu verwenden, das sich
fundamental von dem der genannten U.S. Patentschrift unterscheidet.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der .Erfindung wird
ein Sj/stem zur Verwendung in einem Videoplatten-Abspieigerät
geschaffen, mit dem die Abweichungen des Abtaststrahls von der abzutastenden Rille der Platte festgestellt
v/erden, um auf diese V/eise !Fehlersignale nach Richtung und Größe zu erzeugen, die dann eine Kompensation der
Abweichungen ermöglichen.
Das System tastet im wesentlichen eine Zeile von Oberflächenunebenheiten
ab, die z.B. kleine Sindrüekungon oder
Löcher sein können, welche die Spur auf der Platte darstellen, und stellt Veränderungen in der Intensität des
reflektierten Strahls fest, wenn der Abtaststrahl sich von der Hittellinie der abzutastenden Spur oder Rille
entfernt. Sin schräggestellter Spiegel im optischen Pfad richtet den Strahl von der Lichtquelle auf die Platte und
läßt den reflektierten Strahl dann auf einen Detektor fallen. Auf diese V/eise können Schwankungen der Strs.hlintensität
dazu verwendet v/erden, die Lage des Abtaststrahls relativ zur Mitte der Spur oder Rille zu bestimmen.
' ■' . ■
Ein mögliches Ausführungsbeispiel der Erfindung ver-
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wendet zur Kessung der IntensitätsSchwankungen de.s reflektierten
Lichtes eine in den optischen Pfad des reflektierten Lichtstrahles eingesetzte Fotozelle. AuiSerdem
befindet sich im Lichtpfad ein schwenkbar angebrachter Spiegel, der die Lage des Lichtflecks auf der Platte
steuert. Ein Oszillator versetzt den schwenkbaren Spiegel in Schwingungen, so daß der Lichtfleck mit seitlichen Bewegungen
von etwa 0,3 /u über die Informationsspur läuft. Der Signalausgang der Potozelle enthält dann eine Fehlergrößeninformation
zusätzlich zur Fehlerrichtungsinfor-Eiation,
die durch die Phasenbeziehung zwischen reflektiertem Lichtstrahl und Antriebssignal des Schwingspiegels
bestimmt wird.
Das System ist derart aufgebaut, daß bei exakt zentriertem
Strahl das mittlere Intensitätssignai ein kinimum ist, Wenn die festgestellte Abweichung zur rechten Seite
hin gerichtet ist, steigt die Signalinteneität an, und wenn das Signal dann mit- dein ausgesendeten Signal multipliziert
wird, erhält man ein Produkt, das beispielsweise einen positiven Wert hat, während bei einer Abweichung
nach links das o.g. Produkt das entgegengesetzte Vorzeichen hat, im genannten Pail also negativ ist. Die Richtung,
in der eine Korrektur angebracht v/erden muß, wird also durch die Polarität des multiplizierten Signals bestimmt,
während der Betrag der anzubringenden Korrektur durch die Größe des Kittelwertes des Fehlersignals bestimmt
ist.
Die Erfindung soll nun an einem in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiel im einzelnen nochmals nachfolgend erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1: ein vereinfachtes Blockschaltbild eines synchron
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arbeitenden Spurabtastsvstems für ein Videoplatten-Abspielgerät
gemäß der Erfindung;
Pig. 2: eine vergrößerte perspektivische Ansicht von Spuren
auf einer Videoplatte, auf der Informations!ocher erkennbar
sind, die mit dem Lichtstrahl abgetastet v/erden;
Pig. 3: ein Diagram, das die Intensität des reflektierten
Lichtstrahls in Abhängigkeit von der Lage des Strahls gegenüber der Spurmitte zeigt;
Pig. 4: mögliche Lageverschiebungen des Strahls gegenüber der Spur;
Pigο 5: eine Darstellung der Frequenz des resultierenden
Produkts bei gegenüber der Spur mittig laufenden Abtaststrahl;
Pigo 6: eine vergleichbare Darstellung, bei welcher der Abtaststrahl
gegenüber der Spurmitte nach einer Seite versetzt ist;
Pig, 7: eine Darstellung v.rie Pig. 6 jedoch mit nach der
anderen Seite versetztem Abtaststrahl.
In der Pig. 1 ist ein Videoplatten-Abspielgerät schenatisch
dargestellt, bei welchem sich die Videoplatte 1G auf einer (nicht eigens dargestellten) motorgetriebenen Drehscheibe
befindet. In der Oberfläche der Platte 10 sind in
wesentlichen kreisförmige oder spiralförmige Informationsspuren angeordnet, uelche Bild- und Toninformation enthalten
und als Reihe von Oberflächen-Ungleichmäßigkeiten aufgebaut sind.
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Die aufgezeichnete Information wird in der w'eiso ausgelesen,
dai3 ein Lichtstrahl 12 auf einem optischen Pfad von einer Lichtquelle 14, beispielsweise von einen Laser,
durch einen Strahlteiler 16 hindurch auf einen beweglich,
angeordneten, den Strahl ablenkenden Spiegel eines Abtastumsetzers
20 gerichtet wird."Vom Spiegel 18 wird der Strahl 12 auf eine Objektivlinse 22 und von dort auf die
Infornationsrille oder -Spur gerichtet, die aus einer
Reihe von Löchern oder Suhlen 24 besteht, von denen ein Loch in der 51Ig. 1 in der Oberfläche der Videoplatte 10
angedeutet ist»
Die umlaufende Spur wird als Polge eines dem Unsetser
zugeführten Oszillatorsignals mit dem in radialer Richtung schwingenden Lichtstrahl 26 abgetastet. Von eier
Oberfläche der Platte 10 am Auftreffpunkt des Strahls
26 reflektierendes Licht wird durch die Objektivlinse 22 gesammelt und auf diese Weise dem Strahlteiler 16
über den Strahlablenkungsstiiegel 18 wieder zugeleitet.
Geeignete Poiarisierexemente (nicht gezeigt) verhindern, daß der reflektierte Lichtstrahl den Strahlteiler 16
durchdringen kann.
Der Strahlteiler 16 richtet den reflektierten Lichtstrahl 28 auf eine Fotozelle 30. Die Fotozelle 30 gibt
dann ein Signal an eine dieses Signal verarbeitende Schaltung weiter, was nachfolgend noch erläutert wird. Die
Oberfläche der Videoplatte 10 ist so gestaltet, das eine
Modulation im reflektierten Lichts tr aiii auftritt, die erkannt
und in auswertbare Information im weitarveraroeitenden
Kreis umgewandelt wird, nachdem der Detektor 30 sie aufgenommen hat.
Ss ist deshalb wichtig, daß der auftreffende Lichtfleck
26 in bezug auf die Oberfläche der Platte 10 exakt
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positioniert ist, um sicherzustellen, da£ die Serie der
die Information tragenden Unstetigkeitsstellen auf der Platte vollständig und richtig durch den auftreffenden
Lichtstrahl ·26 ausgeleuchtet v/erden, und um weiterhin
sicherzustellen, daß der reflektierte Lichtstrahl korrekt der !Fotozelle 30 zugeleitet wird. Die Fotozeile arbeitet
also als Positionsdetektor-Sinheit, die feststej.lt, wann
und ta wieviel der Spiegel 18 verstellt werden mui3, damit
der Lichtstrahl exakt auf die Mitte der Informationssptir
gerichtet ist.
Der Ausgangswert der Fotozelle 30 wird der verarbeitenden Schaltung zugeleitet, die schließlich ein Fehlerkorrektursignal
erzeugt, das den Umsetzer 20 eingegeben wird, wodurch der Spiegel 18 so verstellt wird, daß das
gesamte'optische System entsprechend Richtung und Größe der Fehlerinforination, die der reflektierte Strahl 23 in
sich birgt und die von der Fotozelle 30 festgestellt v/urde,
korrigiert wird.
Der Spiegel 13, der Umsetzer 20, die Objektivlinse und der Strahlteiler 16 sowie die Fotozelle 30 und der Auswertkreis
können in einem einzigen Gehäuse untergebracht sein, so daß eine Abtasteinheit vorliegt. Die Einheit kann
gegenüber der Plattenmitte bewegt werden, so daß es möglich ist, der Informationsspur zu folgen, wenn sie spiralförmig
ist, oder von Spur zu Spur sprunghaft voranzuschreiten, wenn die Information auf konzentrischen Kreisspuren
angebracht ist. Auf diese V/eise wird das Licht der Lichtquelle 14 stets auf einen vorbestimmten Brennpunkt
auf der Oberfläche der Platte 10 gerichtet, so daß die mit sehr hoher räumlicher Dichte aufgezeichnete Information
genau ausgelesen werden kann.
Der S tr aiii kann polarisiert sein, so daß der Strahl-
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teiler 16 nahezu die Gesamtheit des reflektierten. Strahls
in einer zweiten Richtung lenkt, die mit der Lichtquelle nicht in einer Linie liegt. Der reflektierte Strahl 23
passiert die Zelle 30, und deren Ausgangswert wird auf einen Verstärker 32 gegeben. Der Ausgang des Verstärkers
kommt auf eine liultipliziereinrichtung 34.
Die Spur besteht, v/ie bereits früher erläutert, aus
einer Anzahl von Unstetigkeitsstellen in dez^ Oberfläche,
v/ie etwa Einsenkungen oder Löchern 24. Diese Unstetigkeitsstellen
modulieren die Intensität des Lichtes oder des Strahls 26, wenn die Oberfläche der Platte 10 sich unter
dem Strahl hindurch in Richtung der Linearspur bewegt. Die durchschnittliche Intensität des reflektierten Lichtes
ist in der Mitte der Spur der Löcher ein Minimum und steigt bis auf einen Maximalwert an beiden Seiten der Spur an,
wenn die praktisch ebene Fläche zwischen zwei nebeneinander liegenden Spuren erreicht wird.
Ein Ossiilator 36 führt dem Wandler 20 ein Sinussignal
zu, v/o durch, der Spiegel 18 in Schwingungen versetzt wird, und diese Schwingung wird auf den abtastenden
Strahl übertragen, so daß dieser quer zur Richtung der Bewegung der Oberfläche schwingt. Mit anderen Worten, der
Lichtstrahl zittert von einer Seite der Spur zur anderen. Je mehr Seitenband im empfangenen Signal enthalten ist,
desto größer ist der Signalmittelwert. Minimale Intensität wird erhalten, wenn der Strahl exakt zentiert ist.
Ein Pehlersignal, das in der Lage sein soll, die Abweichung
des Strahles von der Spurmitte anzuzeigen, muß sowohl eine Information über die Größe als auch die Richtung
des Dehlers enthalten, während die durchschnittliche Intensität des reflektierten Strahls lediglich
eine Information über die Größe enthält.
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Un eine Bestimmung über- die Fehlerrichtung su erhalten,
wenn der Strahl von der Spüririitte abweicht, -v/iru
ein Oszilliersignal 30 von Oszillator 36 auf den Wandler
20 gegeben und zv;ar über eine Suraiier-Verbindung ο stelle
33, und der Strahl v/ird um etwa ein Drittel der Spurbreite hin- und herbewegt. Der reflektierte Lichtstrahl
hat nun zusätzlich zur Fehlergrößeninfornation, die durch
die mittlere Intensität des reflektierten·- Si3.n2.ls angezeigt
wird, eine Fehlerrichtungsinforrnation, die durch
die Phasenbeziehung zwischen reflektierten Lichtsignal·
und Schwingungsantriebssignal bestimmt ist.
Ein geeignetes Fehlersignal wird durch Multiplizieren
des aufgefangenen oder ■reflektie-r-ten Liehtsignalausgangs ;
aus der Fotozelle 30 mit den AHtrie-bs-signal 40- des : Oszillators 5ü in der Iluitipllziereinrichtting -54 "erhalten, iin ;:
Phasenfilter: 42 -ergibt' hoch eine Korrektur und Kontrolle' ■'"-'-der
Phase des Ausgangswertes des·"Oszillators 36.'Venn in ·
der !litte der Spur das Signalprodukt in Kittel den *.,rert
ZTuIl zustrebt,-wie dies'- in; Fig. :5 dargestellt ist,' d:änn- '■
ist der Kittelwert- dieses -Signals"be-i-&bwe!chuiig: nach der '■-'
einen Seite hin positiv, wie "in" Fig.''^ gezeigt, während
bei Abweichung nach der anderen Seite hin sein 'Mittelwert als negativ bezeichnet wird j wie" "dies- Fig. 7 zeigt.
Das resultierende Produkt aus"-dem Antriebs signal und
den aufgefangenen, rüekkehrendeh Signal 28 ergibt ein
Korrektursignal 54, -wie es in den-rig. S, 6 und "7 dargestellt
ist, das dann auf den Wandler 20 über einen Kilfsverstärker 46 und einen Summierverstärker ^S gegeben wird.
Das aus den Durchschnitts-Intensitätspegel gebildete '"
Fehler signal wird dazu benutzt,- ein" Korrektur signal zu " :
erzeugen, sobald festgestellt v;ird, daß' der Lichtstrahl ■■ -.. ',
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von der Hrti7öl±Irii'e^ der 'Bvair abweicht..· Das Korrekturs i-~nai
wird kombiniert';ml:t· deia^ösziilaioräussang, den Wandler 20
zugeleitet, der :tfen ''Spiegel'"'18 trägt, welcher den Lichi-*:
strahl 12 -enfepreroheTiii' demKorrektur signal dann able niet.
Als nächstes soll die Pig, 2 betrachtet '-/erden, die
einen kleinek'AuS'scliriitt der Oberfläche einer Platte 10 '
darstellt, v/e"lche Gb:SrTlächenunregelmäi3igkeiten aufv;eist,
die hier als Löcher 24 gezeigt sind und die in einer ■ konzentrischen Spur bei einem Ausxiihrungsbeispiel und in
einer spiraiföaMig'öfl" Sj)Ur bei einein anderen- Aus führung s-:"
beispiel änge"'ördnät'rsind:. Ss sind löcherp 24 dargesteiltf ■■
jedoch können'statt-dessen"auch'kleine1 Erhöhungen vorhanden sein, die'ebenfalls'bereits auf Yideopia.tten verwendet
vrurden. G-ewohniiciL^iat-yede-s lidch oder jede Erhöhung etva
1 Mikron"in*3u'rchriesse;r"uüd etv;a 1 Ilikron tief, uer jlü-
," - r ■■*■ r -7J } ~
wische
stand zwischen:auSeinäfiderf''Jfo'lgenden Loehern"ist;in el":-"
gemeinen gleich aer;"LSilgo dös 'nächfOlgenden Loches ϊ- Die '
Lecher können in der ICnge von weniger als 1 ililzzccn bis
etwa i,5 fiikröh'"s6hwänken.: ■·-■■■·■■·-.· ■- - ;
> .--'-
Pig. 3" ist eine' graphische Darstellung, die die :-
relative Intensität' des ' zurückgeworfenen* Lichtstrahls 23 -als
Punktion einer' radialen"' oder' seitlichen Verschiebungaus
der KiWellIhie*1'^'^!^^ InförnatiOnsspur darstellt. ■-Wie
die Pig« J zeigi;,"'ΛΓο'ΐ" die' dtirchschniiitriche· Intensi^tt ■-ein
I-IiniExUn," wenn genau" die Spürinitte abgetastet wird'.- Sie
steigt schnell auf'!'eih ;i-Iäxlmuni,' je mehr von tier umgebendeh,'
stark reflektierenden Oberfläche in den Bereich des abtastenden Strahls gelangt.
Pig ο 4 zeigt drei mögliche Stellungen des Abtaststrahls
26, der die Löcher 24, weiche eine Informations—
spur bilden,* abtastet. Die Mittellinie des Strahls ist :
INSPECTED .,
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mit einer strich-punktiert ausgezeichneten Linie 26 bezeichnet,
während die seitlichen Begrenzung linien der
Strahlbahn bei der Zitterbewegung unter dem Einfluß des Signais vom Oszillator 36 mit den gestrichelten Linien
50 , 50" angedeutet sind. In der Pig. 4 a überstreicht
der Strahl 26 genau die Mitte der Informationsspur. In I"ig. 4 b ist der Strahl 26 gegenüber der Infomiationsspur
nach der einen und in der Fig. 4 c nach der entgegengesetzten Seite versetzt.
Wenn man nun die Pig. 5, 6 und 7 betrachtet, so zeigen sie das vereinfachte Ausgangssignal· des Verstärkers 34
entsprechend den Abtastbedingungen nach Fig. 4 a, 4b und
4 c. Fig. 5 zeigt das Ausgangssignal, das als I-üttelv/ert
ITuIl ist, da die "positiven" übersehwingungen die
"negativen" ausgleichen. Die dargestellten V/ellenformen
sollen annähernd die tatsächlichen Signale sein, sind jedoch
vereinfacht worden, um die jdrkiärung zu erleichtern.
In Fig. 6 ist das Ausgangssignal gezeigt, welches entsteht, wenn der Lichtfleck mit seiner Kitte links von der
Mittellinie der Informationsspur läuft. Das Phasenfilter
42 ist so eingestellt, daß das resultiex^ende Signal dann positiv auftritt, wie dies die Figur erkennen läßt. Bei
der in der Fig. 4 c dargestellten Situation, bei der der Abtaststrahl rechts vom Zentrum der Informationsspur
liegt, ist das resultierende Ausgangssignal dann entsprechend negativ, wie es die Fig. 7 andeutet.
Der Hilfsvez'stärleer 46 und der Summiervers tärl-isr -i-o
schaffen dann für den Umsetzer ein Ausgangssignal, das
eine Verstellung und damit Verschiebung des Kittelpunkts des abtastenden Strahls 26 bewirkt, indem den Osziiliersignal
ein Vorspannungssignal hinzugefügt wird. Außerdem
kann das Fehlersignal vom HiIisverstärker 46 auch den
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AbtaGtlzreisen zugeleitet v/erden, v/ie dies in einer der
vorstehend genannten Druckschriften vorgeschlagen v/ird.
Ein derartiges fehler signal kann dazu verv/endet v/erden,
eine Stellschraube oder einen sonstigen groben i^olgeniechanisimis
zu beeinflussen, damit der Lesekopf stets in günstiger Ißiiie der Informations spur bei verschiedenen
radialen Stellungen gehalten v/ird.
Das Yideoplattensjsteni ver'/eniet also einen Lieh te tr aii
der die lutte einer unterbrochenen spiralförmigen Informationsspur
abtastet. Der Lichtstrahl v/ird in einer Zitter bev/egung von einer Seite der Spur zur anderen gelenkt, um
die Relativrichtung eines von der Spurmitte abweichenden Strahls zu bestimmen. Der Strahl oszilliert um etv/a ein
Drittel der Spurbreite. Durch I-iuitipiizieren des wieder
aufgefangenen, reflektierten Lichtstrahls mit dem ausgesendeten Lichtsignal v/ird ein elektrisches Signal gebildet,
dessen iiitteiv.'ert r.uf der einen Seite der Spur
positiv und auf der anderen Seite negativ sov/ie ITuLl in
der Smiriaitte ist«
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