DE2757441A1

DE2757441A1 - Detektorvorrichtung fuer die feststellung des radialverfolgungsfehlers bei optischen lese- und aufzeichnungsgeraeten

Info

Publication number: DE2757441A1
Application number: DE19772757441
Authority: DE
Inventors: Daniel Lecomte; Roland Malissin; Claude Monlouis
Original assignee: Thomson-Brandt SA
Current assignee: Thomson-Brandt SA
Priority date: 1976-12-23
Filing date: 1977-12-22
Publication date: 1978-07-06
Also published as: US4169227A; FR2375690B1; IT1090629B; DE2757441C2; CA1098621A; NL7714100A; GB1550790A; SU837338A3; JPS6034170B2; FR2375690A1; JPS5382304A; PL203302A1

Description

2757U1

Patentanwälte Dipl.-Ing. Dipl.-Chem. Dipl.-Ing.

E. Prinz - Dr. G. Hauser - G. Leiser

Ernsbergerstrasse 19

8 München 60

19. Dezember 1977

THOMSON - BRANDT

173, Bd. Haussmann

75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 3028

Detektorvorrichtung für die Peststellung des Radialverfolgungsfehlers bei optischen Lese-

und Aufzeichnungsgeräten

Die Erfindung bezieht sich auf schwingende optische Ablenkglieder, die insbesondere dazu bestimmt sind, die periodische Auslenkung eines Lesebündels bei einem optischen Lesegerät oder bei einem mit einem Hilfslesebündel arbeitenden optischen Aufzeichnungsgerät zu bewirken.

Bei der Aufzeichnung von Informationen entlang einer Spur auf einem rotierenden Aufzeichnungsträger naoh Art einer Videoplatte, oder auch beim Lesen eines zuvor beschriebenen Aufzeichnungsträgers ist es infolge von Unvollkommenheiten der Zentrierung oder der Drehung notwendig, einen Spurverfolgungs-Servomeohanismus anzuwenden, um den Leseliohtfleck in richtiger Übereinstimmung mit der Spur zu halten. Bei einem Lesegerät handelt es sich um den Konvergenzpunkt des Leselichtbündels auf dem Aufzeichnungsträger. Im Fall einer

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Aufzeichnung handelt es sich um den Konvergenzpunkt eines Leselichtbündels auf dem Aufzeichnungsträger, das dem Aufzeichnungsbündel zugeordnet ist und insbesondere den Zweck hat, Rechenschaft über die Ausbildung der vom Aufzeichnungsbündel gezogenen Spur zu geben.

Es wurde festgestellt, daß die Empfindlichkeit der Regelschleife für optische Ausrichtmängel oder für elektronische Schwankungen beträchtlich verringert und die optische Einstellung vereinfacht wurde, wenn das die radiale Spurverfolgung gewährleistende Fehlersignal nicht durch differenziellen Vergleich der Ausgangssignale von mehreren Fotodetektoren erhalten wurde, die einem oder mehreren Verfolgungslichtbündeln zugeordnet waren, die auf ein oder mehrere Funkte des Aufzeichnungsträgers fokussiert waren, sondern durch Synchrondemoulation einer mit der Frequenz f_Q amplitudenmodulierten Komponente der Auslenkungsfrequenz unter Verwendung eines Bezugssignals der Frequenz f_Q. Zu diesem Zweck erzeugt man eine periodische Auslenkung des Leselichtfleoks mit der Frequenz f_Q in einer Richtung, die radial zur Spur liegt. Somit liefert der gleiche Fotodetektor ein Signal, das die in der Spur aufgezeichnete Information kennzeichnet, und das gleichzeitig duroh die Nichtübereinstimmung der Spurverfolgung und durch die periodische Auslenkung der Frequenz fQ amplitudenmoduliert ist. Sie demodulierte periodische Modulation gibt den Grad der Nichtübereinstimmung der Spurverfolgung wieder, und die sich anschließende Phasenfeststellung liefert eine Anzeige für die Richtung der Nichtübereinstimmung des Leselichtflecks in bezug auf die Spur.

Die periodische Auslenkung des Leselichtbündeis wird üblicherweise mit Hilfe eines Ablenkglieds erhalten, das im Weg des Leselichtbündels angeordnet ist und unter der Einwirkung einer äußeren Erregung mit einer vorgegebenen Frequenz schwingen kann, so daß die Schwingung eine geringfügige Auslenkung des Lichtbündels abwechselnd in der

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einen und der anderen Richtung verursacht.

Es können verschiedene Arten von Ablenkgliedern verwendet werden. Das Spurverfolgungs-Abweichungssignal wirkt auf ein Element des optischen Lesesystems ein, das eine Verstellung des Leselichtflecks in der Weise bewirkt, daß die Übereinstimmung der Spurverfolgung aufrechterhalten wird. Dieses Element ist im allgemeinen ein Schwenkspiegel. In bestimmten Fällen kann dieser Spiegel so aufgebaut sein, daß er in einer natürlichen Schwingungsform schwingen kann, die es ermöglicht, nicht nur die Spurverfolgungsabweichung zu korrigieren, sondern auch die periodische Auslenkung des Lichtbündels zu bewirken, wobei sich die beiden Bewegungen überlagern, von denen die erste Bewegung mit niedriger Frequenz und die zweite Bewegung mit sehr hoher Frequenz erfolgt. Die beiden Operationen der radialen Spurverfolgung und der periodischen Auslenkung werden somit durch ein einziges Element erzielt. Dieses Verfahren ist aber wenig anpassungsfähig, denn es setzt vom Prinzip her eine Beschränkung der Verstärkung der Regelschleife wegen der sehr hochfrequenten Resonanz voraus.

Gemäß einem anderen Verfahren ist das Ablenkglied durch eine brechende Platte gebildet, die in einer Biegeschwingungsform schwingt, wobei sich die optischen Übertragungseigenschaften in Abhängigkeit von den auf die Platte ausgeübten mechanischen Schwingungen ändern. Die Befestigung dieses Elements im optischen Lesesystem erfordert wegen der unerwünschten mechanischen Kopplungen eine Verringerung des Gütefaktors und demzufolge eine merkliche Herabsetzung der Schwingungsamplitude im Vergleich zu derjenigen des nicht befestigten Elements.

Das Ablenkglied der erfindungsgemäßen Detektorvorrichtung hat eine solche Struktur, daß es starr am Lesegerät befestigt

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werden kann, was die für die Ausrichtung erforderlichen richtigen Einstellungen ermöglicht. Es wirkt mit dem Schwenkspiegel zusammen, der die Korrektur der Radialverfolgungsabweichungen bewirkt. Hierbei handelt es sich um ein reflektierendes Element, so daß nur die verhältnismäßig kleine Fläche des reflektierenden Teils zur Vermeidung von Aberrationen sorgfältig ausgeführt sein muß. Die Anwendung von reflektiertem Licht ergibt gegenüber der Anwendung mit durchgehendem Licht weiterhin den Vorteil, daß für eine gleiche Auslenkung des Ablenkglieds die Auslenkung des Lichtbündels beträchtlich größer ist. Dieses Ablenkglied vereinigt somit die Vorteile der bekannten Systeme unter Vermeidung von deren Nachteilen. Seine Empfindlichkeit läßt sich vorteilhaft mit derjenigen der zuvor erwähnten Vorrichtungen vergleichen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält im wesentlichen einen elastischen Körper, der in einer Biegesohwingungsform schwingt und an einem Fixpunkt eingespannt ist. Es ist ferner vorgesehen, diesem Körper elektrische Einrichtungen zuzuordnen, die es ermöglichen, die Erregungsfrequenz mit der natürlichen mechanischen Resonanzfrequenz in Übereinstimmung zu bringen, damit eine maximale Empfindlichkeit und eine konstante Phasenbeziehung zwischen dem Erregungssignal, das auch als Bezugssignal für die Synchrondemodulation dient, und der die periodische Auslenkung des Leseliohtbündels erzeugenden Bewegung zu erhalten.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines optischen Lesegeräts und eines Aufzeichnungsträgers, bei welchem eine Detektorvorrichtung nach der Erfindung angewendet wird,

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Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des Ablenkglieds bei dem Lesegerät von Fig. 1,

Fig. 3 eine seitliche Schnittansicht zur Darstellung der Befestigung des Ablenkglieds von Fig. 2,

Fig. 4 verschiedene Betriebsarten des Ablenkglieds,

Fig. 5 ein Schema einer elektronischen Schaltung, die in Verbindung mit dem Ablenkglied von Fig. 2 und angewendet werden kann,

Fig. 6 eine andere Ausführungsform der elektronischen Schaltung und

Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der elektronischen Schaltung.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines optischen Lesegeräts, das zum Ablesen von Informationen bestimmt ist, die zuvor auf einem durch eine lichtdurchlässige Videoplatte gebildeten Aufzeichnungsträger entlang einer spiralförmigen Spur aufgezeichnet worden ist. Das Signal ist in Form von vertieften Mikroreliefs gleichförmiger Breite aufgezeichnet, die entlang der Spur abwechseln, Das Verfahren der periodischen Auslenkung ist besonders dann vorteilhaft, wenn die Tiefe der Vertiefungen die Erzielung einer Weglängendifferenz ermöglicht, die gleich einer halben Wellenlänge des Lesebündels im Material der Videoplatte 1 ist. Die folgende Beschreibung gilt auch für ein Aufzeichnungsgerät, das aus Bestandteilen besteht, von denen ein Teil zum Ablesen der Spur im Verlauf ihrer Bildung dient, insbesondere um die radiale Spurverfolgung zu gewährleisten.

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Sie Videoplatte 1 wird mit Hilfe eines Liohtbündels abgelesen, das von einer Lichtquelle 2 kommt, die ein Helium-Neon-Laser sein kann. Das Lichtbündel wird durch ein optisches System auf die Oberfläche der Videoplatte gerichtet und dort an einem Funkt I fokussiert. Das optische System besteht aus einem Spiegel 3, einer Sammellinse 4, einem Spiegel 5, der um einen Funkt M in der durch den Ffeil 50 angegebenen Richtung schwenkbar ist, und ein Objektiv 6. Es sind zahlreiche Varianten für die Ausbildung dieses optischen Systems möglich, wobei hier nur eine der mögliohen Varianten beschrieben ist.

Es wird angenommen, daß die Videoplatte 1 lichtdurchlässig ist. Das durch die Videoplatte 1 hindurchgehende Lichtbündel wird von einer Lesevorrichtung 7 empfangen, die einerseits ein Ausgangssignal S liefert, das die aufgezeichnete Information darstellt (wobei dieses Signal im Fall eines Aufzeichnungsgeräts entfallen kann), und andererseits ein Signal E, das von der Abweichung e zwischen dem Lesefleck I und der ihm am nächsten liegenden Spirale abhängt.

Das Verfahren der periodischen Auslenkung erfordert das Vorhandensein eined schwingenden Ablenkglieds. Dieses Ablenkglied hat einen reflektierenden Teil und ersetzt den Spiegel 3. Wenn es erregt wird, kann es Schwingungen ausführen, die ein periodisches Verschwenken des Spiegels um einen Festpunkt erzeugen, wie in der Zeiohenebene durch den Ffeil 30 angedeutet ist. Das Signal E ist somit ein Fehlersignal, das mit der Frequenz f_Q amplitudenmoduliert ist. Elektronische Anordnungen 9» die später genauer erläutert werden, liefern zwei Spannungen mit der gleichen Frequenz f_Q, nämlich eine Spannung X, die zur Erregung des Ablenkglieds dient, und eine Spannung Y, die als Bezugsspannung für einen Synchrondemodulator 11 dient, der

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aus dem Signal E ein Fehlersignal E¹ gewinnt, dessen Amplitude und Polarität den Betrag bzw. die Richtung der Nichtübereinstimmung bei der Spurverfolgung kennzeichnen· Dieses Fehlersignal wird über einen Verstärker 10 einer Antriebsvorrichtung 8 zugeführt, die das Verschwenken des Spiegels 5 um den Punkt M steuert, so daß eine Verstellung des Punktes I in einer radial zur Spur liegenden Richtung erfolgt, damit die Abweichung e korrigiert wird.

Eine Ausführungsform des Ablenkglieds ist in Fig. 2 dargestellt. Es besteht aus einer Metallplatte 31, die in einem Träger 35 eingespannt ist und in einer Biegeschwingungsform schwingt. Die Resonanzfrequenz der Grundschwingung muß sehr groß gegen das Frequenzband sein, das in die radiale Folgeregelung eingehen soll und in der Größenordnung von 2 kHz liegt. Die Metallplatte wird mit einer Frequenz, die gleich der Resonanzfrequenz der gewählten Schwingungsform ist, über ein piezoelektrisches Keramikplättchen 34 erregt, das auf eine Fläche der Metallplatte aufgeklebt ist. Damit eine maximale Empfindlichkeit erhalten wird, fällt vorzugsweise die Lage des Keramikplättchens mit der Stelle der Metallplatte 31 zusammen, an der das Biegemoment bei der gewählten Schwingungsform am größten ist. Das Lichtbündel wird von einem Spiegel 32 abgefangen, der gleichfalls auf eine Fläche der Metallplatte aufgeklebt ist, vorzugsweise an der Stelle, an der die Winkelauslenkung am größten ist, im allgemeinen also am freien Ende der Metallplatte 31. Es ist oft erwünscht, ein Signal zur Verfügung zu haben, das mit der Schwingung der Metallplatte in Phase ist. Dieses Signal kann die Spannung sein, die an einem zweiten piezoelektrischen Keramikplättchen abgenommen wird, das auf die Metallplatte aufgeklebt ist, beispielsweise auf der Fläche die dem ersten piezoelektrischen Plättchen 34 gegenüberliegt. Man kann auch

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in Betracht ziehen, den durch das erste piezoelektrische Plättchen 34 fließenden Strom zu verwenden.

Es ist wichtig, daß die Resonanzfrequenz der Metallplatte 31 unabhängig von der Art der Befestigung des Trägers am Gestell des Lesegeräts ist. Andererseits ist es erwünscht, daß diese Befestigung starr ist. Eine Möglichkeit zur Erfüllung dieser Bedingungen ist in Fig. 3 dargestellt, die das Ablenkglied im Schnitt zeigt. Der Träger 35 für die Metallplatte ist am Gestell 37 des Lesegeräts mittels einer Schraube 36 derart befestigt, daß die Befestigungsfläche S eine geringe Ausdehnung hat. Sie Erfahrung hat gezeigt, daß auf diese Weise die Resonanzfrequenz der Metallplatte unveränderlich ist.

Die Wahl der Schwingungsform ist durch das Bestreben bedingt, eine maximale Empfindlichkeit zu erzielen. Fig. 4 zeigt sehr stark übertrieben die Endstellungen und die mittlere Stellung der Metallplatte 31 bei ihrer Biegung. Bei der Darstellung (a) handelt es sich um die Schwingung erster Ordnung, und bei der Darstellung (b) um die Schwinung zweiter Ordnung. Es ist leicht festzustellen, daß bei gleichem Ausschlag des Endes der Metallplatte durch Verwendung der Schwingung zweiter Ordnung eine größere Winkelablenkung erhalten werden kann, die allein für die Auslenkung des Lichtbündeis von Bedeutung ist.

Es sei angenommen, daß der Spiegel am Ende der Metallplatte 31 befestigt ist. Die Bewegung des Spiegels ergibt sich aus zwei Effekten: Der erste Effekt ist eine Winkelauslenkung α um einen Festpunkt O, welcher der Schwingungsknoten ist. Dieser Effekt ist erwünscht, weil er die Schwingbewegung in der Richtung 30 darstellt. Der zweite Effekt ist eine seitliche Verschiebung 1, die eine Störverschiebung des Leselichtflecks in der Richtung der

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Spuren verursacht. In der Praxis ist diese Störverschiebung im allgemeinen nicht nachteilig und kanu vernachlässigt werden. Wenn sie jedoch unterdrückt werden soll, ist es möglich, den Spiegel an einem Schwingungsknoten anzubringen, wie in der Darstellung (c) von Fig. 4 gezeigt ist.

Die zuvor beschriebene Anordnung ist einfach und wirksam. Das Schwingglied kann leicht in herkömmliche optische Lesegeräte eingefügt werden, da es ein Element des optischen Systems ersetzt. Es sind natürlich auch zahlreiche andere Ausführungen möglich. So können verschiedene Maßnahmen zur Einspannung vorgesehen werden. Die Form der Metallplatte kann geändert werden; sie kann beispielsweise zwei Schenkel aufweisen, wie eine Stimmgabel. Es war auch zu ersehen, daß die Stellen der Anbringung des piezoelektrischen Plättchens und des Spiegels verändert werden können, ohne daß sich das Funktionsprinzip ändert.

Die Signale X und Y könnten am einfachsten dadurch erhalten werden, daß eine Quelle verwendet würde, die ein Signal der festen Frequenz fQ liefert, die möglichst nahe bei der mechanischen Resonanzfrequenz f_R der gewählten Schwingungsform liegt. Das Signal würde nach geeigneter Verstärkung und Impulsformung das Bezugssignal Y liefern, das zur Synchronisierung des Synchrondemodulators geeignet wäre, sowie das Steuersignal X für das piezoelektrische Plättchen 34.

Im allgemeinen wird es vorgezogen, die Frequenz f_Q mit Hilfe einer Oszillator-Rückkopplungsschleife zu regeln und auf diese Weise eventuelle Frequenzschwankungen des Oszillators und der schwingenden Metallplatte auszuschalten.

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Flg. 5 zeigt, daß die von dem piezoelektrischen Plättohen abgegebene elektrische Spannung Z duroh einen Phasenschieber 13 phasenverschoben wird. Das dadurch erhaltene Signal V wird von einem Verstärker 12 verstärkt, der das Signal X liefert. Das Signal Z wird außerdem duroh eine Anordnung 14 geformt, die das Signal Y liefert. Die Rüokkopplungsschleife schwingt bei einer Frequenz f_Q, die von dem Phasen-Frequenz-Verhalten der Metallplatte 31 abhängt. Wenn <p_R die der Frequenz f_R entsprechende Phase ist, ist die Schwingungsbedingung erfüllt, wenn die Summe der von den Bestandteilen der Rückkopplungsschleife mit Ausnahme der Metallplatte verursachten Phasenverschiebungen gleioh 2*~<P_R ist. Dieses Ergebnis wird duroh die Einstellung des Phasenschiebers 13 erhalten.

Bei der Anordnung von Fig. 6 stammt das Signal V von einem spannungsgesteuerten Oszillator 15. Die Frequenz f_Q des Signals F wird durch ein Signal F gesteuert, das von einem Phasenkomparator 16 abgegeben wird, der einerseits das Signal V und andrerseits das vom piezoelektrischen Plättchen 33 abgegebene Signal empfängt.

Die zwei zuvor beschriebenen Rückkopplungsschleifen liefern gute Ergebnisse, und die eventuellen Phasenschwankungen der Bestandteile der Rückkopplungsschleife sind im allgemeinen vernachlässigbar. Die Frequenz f_Q wird so geregelt, daß sie sehr eng mit der Frequenz f_R zusammenfällt und sich nicht merklich ändert.

Wenn es jedoch erwünscht ist, eine noch vollkommenere Übereinstimmung zwischen den Frequenzen f_Q und f_R zu erzielen, kann in Betracht gezogen werden, die Schwingungsfrequenz der Resonanzfrequenz des Ablenkglieds nachzuregeln. Eine Ausführungsform einer hierfür geeigneten Anordnung ist in Fig. 7 dargestellt.

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Man bewirkt eine Frequenzmodulation des Signals mit der Frequenz f_Q durch ein Signal der Frequenz f₁, die kleiner als die Frequenz fQ ist und von einem Oszillator 17 geliefert wird. Man erhält dadurch eine Durohstimmung durch die Ansprechkennlinie des Ablenkglieds, und der Frequenzmodulation wird eine Amplitudenmodulation überlagert. Eine Anordnung 18 bewirkt eine Hüllkurvendemodulation, und das zur Einstellung der Mittenfrequenz f_Q des Oszillators 15 dienende Fehlersignal F ergibt sich aus der Synchrondemodulation des Ausgangssignals des Amplitudendemodulators mit Hilfe eines durch die Frequens f.. synchronisierten Synchrondemodulators 19.

Die drei zuvor dargestellten Schaltungen sind natürlich nur als Beispiel angegeben; es gibt auch noch andere Ausführungsformen der elektronischen Schaltung, die in Verbindung mit dem beschriebenen Ablenkglied verwendbar ist.

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Claims

19. Dezember 1977 THOMSON - BRANDT 173, Bd. Haussmann 75008 PARIS / Frankreich

Unser Zeichen: T 3028

Patentansprüche

QJ) Detektorvorrichtung für die Feststellung des Radialverfolgungsfehlers bei der Abtastung einer Spur durch ein konvergierendes Strahlungsenergiebündel, mit Einrichtungen, die dem Bündel eine periodische Auslenkung mit einer Frequenz f_Q in einer Richtung erteilen, die senkrecht zur Richtung des Bündels steht und mit der Abtastrichtung der Spur einen von Null verschiedenen Winkel bildet, wobei diese Einrichtungen ein optisches Ablenkglied enthalten, das mit einem Schwingspiegel ausgestattet ist, der unter der Wirkung von elektrischen Signalen der Frequenz f_Q steht, elektrische Erregungseinrichtungen, welche die elektrischen Signale liefern, sowie Einrichtungen, die auf das Bündel zur Erzeugung eines Verfolgungsfehlersignals ansprechen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingspiegel fest mit einem Metallkörper verbunden ist, der wenigstens einen flexiblen Schenkel aufweist und Biegesehwingungsformen bei diskreten Frequenzwerten besitzt, und der in einen Sockel eingespannt ist, daß ein Plättchen aus piezoelektrischem Material an einem Teil der freien Fläche des Schenkels angebracht ist, der nioht mit dem Spiegel gemeinsam

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ist, damit Schwingungen unter der Einwirkung der elektrischen Signale erregt werden, und daß die Frequenz f_Q sehr eng mit einer der natürlichen Biegeschwingungsfrequenzen des Schenkels zusammenfällt.

2. Detektorvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungsfrequenz eng mit der Resonanzfrequenz einer Biegeschwingungsform des Schenkels zusammenfällt, für die wenigstens ein Schwingungsknoten vorhanden ist.

3. Detektorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelpunkt des Spiegels mit dem Schwingungsknoten zusammenfällt.

4. Detektorvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Spiegel am freien Ende des elastischen Schenkels befestigt ist.

5· Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an einem weiteren Teil der freien Fläche des Schenkels, der nicht mit dem Spiegel zusammenfällt, ein zweites Plättchen aus piezoelektrischem Material befestigt ist, das elektrische Signale abgibt, die in konstanter Phasenbeziehung zu der Schwingungsbewegung stehen.

6. Optisches Lesegerät für Informationen, die auf einer Spur eines Aufzeichnungsträgers so aufgezeichnet sind, daß sie durch Ablesen der Spur mit Hilfe eines konvergierenden Strahlungsenergiebündels entnommen werden können, wobei das Lesegerät eine Vorrichtung zur radialen Spurverfolgung enthält, die auf ein Fehlersignal reagiert, um das Bündel in Deckung mit der Spur zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal durch die Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 geliefert wird.

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7. Optisches Aufzeichnungsgerät mit einer Vorrichtung zur radialen Spurverfolgung unter Verwendung eines Lesebündels in Verbindung mit einem informationshaltigen modulierten Bündel, wobei die Vorrichtung zur radialen Spurverfolgung auf ein Fehlersignal reagiert, um das modulierte Bündel in richtiger Übereinstimmung mit der Spur zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß das Fehlersignal von der Detektorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 geliefert wird.

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