DE3134077C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Vorrichtungen dieser Art finden Anwendung u. a. zum Auslesen von auf einem Informationsträger in optischer Form kodierten Informationen. Solche Systeme sind in der Literatur unter den Bezeichnungen "VLP" bzw. "Compact Disk" beschrieben.

Von einer Strahlungsquelle wird dabei ein Lichtstrahlenbündel über ein Linsensystem auf eine Spur eines sich schnell bewegenden Informationsträgers fokussiert. Da der Abstand zwischen der Spur des Informationsträgers und dem Linsensystem infolge der mechanischen Bewegung des Informationsträgers schwankt, sind Detektionsmittel vorgesehen, die die Fokussierabweichungen detektieren. Die Detektionsmittel geben Fokusfehlersignale ab, die auf Steuermittel geschaltet werden, die den Abstand zwischen der Spur und dem Linsensystem so verändern, daß das Strahlenbündel wieder an der Spur fokussiert wird. Die bekannten Steuermittel regeln den Fokus auf zweierlei Weise nach. Ein erstes Steuermittel wirkt auf eine das Linsensystem verschiebende Spulenanordnung. Diese Nachregelung ist relativ langsam und grob. Ein zweites Steuermittel wirkt auf die Halterung der Lichtstrahlenquelle ein; es arbeitet piezoelektrisch und stellt eine Feinregelung dar, die relativ schnell arbeitet. Das Regelsignal wird beiden Steuermitteln im gegengekoppelten Sinn zugeführt (DE-OS 26 19 232). In der Praxis ergeben sich dabei Probleme bei der Realisierung einer stabilen Regelung insbesondere dann, wenn die Neigung des Informationsträgers in Spurbewegungsrichtung verläuft.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die ein genaueres Regelsignal liefert, das die Neigung des Informationsträgers, des Objektes in Bewegungsrichtung berücksichtigt.

Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das vom Neigungsdetektor gelieferte Signal die Stabilität der Regelung sehr günstig beeinflußt, einerseits weil dieses Signal von der die Fokussier-Abweichungsdetektionsmittel und die Steuermittel enthaltenden Regelschleife unabhängig ist und andererseits weil die Fokussier-Abweichungsdetektionsmittel nur ein kleines Signal zu liefern brauchen, um die Strahlungsquelle auf das Objekt zu fokussieren. Durch die Differenzierung des zur Geschwindigkeit des Objektes in Umlaufrichtung proportionalen Regelsignals läßt sich eine vorausschauende und damit genauere Regelung erzielen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild und

Fig. 2 und 3 zwei Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Träger mit in optischer Kodierung gespeicherter Information, z. B. eine "VLP"- bzw. eine "Compact Disk"-Platte. Diese Information kann auf bekannte Weise mit Hilfe einer Strahlungsquelle 2, insbesondere eines Lasers, ausgelesen werden, deren Strahlung mit Hilfe eines Linsensystems 3, 4 auf den Träger 1 fokussiert wird, wonach aus der reflektierten Strahlung nach Detektion ein elektrisches Signal erhalten werden kann, das der Information auf dem Träger 1 entspricht. Außerdem sind viele Verfahren bekannt, durch die ein Signal erhalten werden kann, das ein Maß ist für die Fokussierabweichung, d. h. für den Abstand zwischen dem Bildpunkt 5 der von dem Linsensystem 3, 4 auf dem Träger abgebildeten Quelle 2 und der Schicht 6 auf diesem Träger, der die in optischer Form kodierte Information enthält. Mit 7 ist schematisch der Detektor bezeichnet, der ein elektrisches Signal, das der Fokussierabweichung entspricht, das sogenannte Fehlersignal, liefert.

In der vorgenannten deutschen Offenlegungsschrift wird dieses Fehlersignal (nach Verstärkung) in gegenkoppelndem Sinne zwei Steuergliedern 8 bzw. 9 zugeführt, von denen eines (8) sich nur dazu eignet, verhältnismäßig langsame Verschiebungen des Bildpunktes 5 zu bewirken, während das andere (9) für derart schnelle Verschiebungen sorgen kann, daß damit die gewünschte Grenzfrequenz der Regelvorrichtung erzielt wird. Schematisch ist das Steuerglied 8 als eine elektrodynamische Spule dargestellt, die das ganze Linsensystem 3, 4 in Richtung der optischen Achse verschieben kann, während das Glied 9 ein Piezokristall sein kann, der die Strahlungsquelle 2, z. B. einen Diodenlaser, in Richtung der optischen Achse verschieben kann; aus Nachstehendem geht aber hervor, daß auch ein einziges Steuerglied oder andere Kombinationen von Steuergliedern anwendbar sind.

Nach der Erfindung ist außer dem obenbeschriebenen Fokussierabweichungsdetektor 7 ein Neigungsdetektor angebracht, mit dessen Hilfe die Neigung, die der Informationsträger 1 örtlich in bezug auf eine zu der optischen Achse der Fokussiermittel, in diesem Falle des Linsensystems 3, 4 senkrechte Ebene aufweisen kann, detektiert wird. Ein solcher auf optischen Prinzipien beruhender Neigungsdetektor ist an sich aus "Neues aus der Technik" vom Dezember 1976, S. 3 bekannt. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Neigungsdetektoren weisen eine etwas andere Bauart auf, die sich insbesondere für Einbau in einen "VLP"- bzw. "Compact Disk"-Spieler eignet.

Im Prinzipschaltbild nach Fig. 1 ist der Neigungsdetektor schematisch mit 10 bezeichnet. Sein Ausgangssignal wird über ein differenzierendes Netzwerk 11 geführt und dann in einer Addierstufe 12 dem vom Fokussierabweichungsdetektor 7 gelieferten Fehlersignal zugesetzt. Bei vorgegebener Bewegungsgeschwindigkeit u des Informationsträgers 1 in bezug auf das Auslesesystem 2, 3, 4 ist es theoretisch möglich, die Verstärker 13 und 14 derart einzustellen, daß die Verschiebungen, die das Linsensystem 3, 4 bzw. die Strahlungsquelle 2 und daher der Bildpunkt 5 infolge der Wirkung der Steuerglieder 8, 9 vollführen, nur infolge des vom Neigungsdetektor 10 gelieferten Signals gerade den Verschiebungen der Informationsschicht 6 folgen würden. Wenn sich z. B. auf dem Träger 1 ein Buckel befindet, wodurch die Informationsschicht um einen Abstand x dem Auslesesystem 2, 3, 4 näher zu liegen kommen würde, liefert der Neigungsdetektor 10 ein Signal, das zu proportional ist. Nach Differenzierung in der Stufe 11 wird daher ein Regelsignal erhalten, das bei einer angenommenen konstanten Bewegungsgeschwindigkeit v zu proportional ist. Die dementsprechend auf die Steuerglieder 8 und 9 ausgeübte Kraft wird bei richtiger Einstellung des Proportionalitätsfaktors gerade imstande sein, die erforderliche Verschiebung x des Bildpunktes 5 zu bewirken. Durch Kombination dieser Vorwärtsregelung mit der üblichen Regelung mittels des Fokussierabweichungsdetektors 7, mit dessen Hilfe Fokussierabweichungen (z. B. der nicht-ideale Zustand des differenzierenden Netzwerks 11 infolge ungenauer Einstellung des genannten Proportionalitätsfaktors), gegengekoppelt werden, werden verbleibende Fokussierfehler unterdrückt, wobei außerdem der Vorteil erhalten wird, daß die Regelung dann bereits einsetzt lange bevor der Neigungsdetektor (der nur innerhalb eines beschränkten Bereiches wirksam ist) wirksam wird.

Im allgemeinen werden die Steuermittel 8 träger als die Steuermittel 9 reagieren, weil die ersteren das ganze Linsensystem 3, 4 verschieben müssen, während die letzteren nur die verhältnismäßig leichte Quelle 2 zu verschieben brauchen. In der Praxis wird daher das Ausgangssignal des Neigungsdetektors 10 nur in vorwärts regelndem Sinne den schnell reagierenden Steuermitteln 9 zugeführt, während das Ausgangssignal des Fokussierabweichungsdetektors 7 in gegenkoppelndem Sinne den träge reagierenden Steuermitteln 8 sowie in gegenkoppelndem oder aber in vorwärts regelndem Sinne den schnell reagierenden Steuermitteln 9 zugeführt werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, in der die oben angegebenen Prinzipien näher ausgearbeitet sind. Die Information in der Schicht 6 des Informationsträger 1 wird wieder mittels der Strahlung der Quelle 2, z. B. einer Laserdiode, abgetastet, die mit Hilfe des Linsensystems 3, 4 auf die Schicht 6 fokussiert wird (Brennpunkt 5). Ein Teil des Strahlungsbündels wird mittels eines Keiles 21 abgefangen, wird als ein schmales nahezu paralleles Bündel an der Informationsschicht 6 reflektiert und kehrt dann über einen Keil 22 zu der Kollimatorlinse 3 zurück, mit deren Hilfe das Bündel auf zwei im Gegentakt geschaltete Photodioden 17, 18 geworfen wird. Wenn sich die Informationsschicht 6 vor oder hinter dem Brennpunkt 5 befindet, wird der Reflexionspunkt 23 des abgespalteten Bündels sich seitlich verschieben, wodurch entweder die Diode 18 oder die Diode 17 mehr Strahlung empfängt und über den Gegentaktverstärker 19 ein Signal e geliefert wird, das ein Maß für die Fokussierabweichung zwischen dem Brennpunkt 5 und der Informationsschicht 6 ist.

Zum Detektieren der (örtlichen) Neigung der Informationsschicht 6 in bezug auf die optische Achse des Linsensystems 3, 4 wird eine Hilfsstrahlungsquelle 24, z. B. eine Leuchtdiode (LED), mit einer von der Quelle 2 verschiedenen Strahlungswellenlänge benutzt. Die Strahlung dieser Quelle 24 wird über eine Linse 25 auf einen dichroitischer Spiegel 26 geworfen, der für die Wellenlänge dieser Strahlung als Spiegel wirkt, jedoch für die der Quelle 2 durchlässig ist. Nach dem Passieren der Objektivlinse 4 wird die zuerst genannte Strahlung als ein nahezu paralleles Bündel auf den Informationsträger 1 geworfen, wird an der Informationsschicht 6 reflektiert und kehrt dann über die Linse 4, den Spiegel 26 und die Linse 25 zurück, wobei sie auf zwei im Gegentakt geschaltete Photodioden 27 und 28 geworfen wird.

Wenn die Informationsschicht 6 nicht genau senkrecht zu der optischen Achse des Linsensystems 3, 4, sondern nach links oder nach rechts gekippt ist, wird das zurückkehrende Bündel entweder in größerem Maße die Photodiode 28 oder in größerem Maße die Photodiode 27 treffen, so daß über einen Gegentaktverstärker 29 ein Neigungsdetektorsignal s geliefert wird. Dieses Signal s wird in der Differenzierstufe 11 differenziert und dann in der Addierstufe 12 dem Fokussierfehlersignal e zugesetzt, wonach es das Steuerglied 9 erreicht, mit dessen Hilfe die Strahlungsquelle 2 in Richtung der optischen Achse hin und her bewegt werden kann. Weiter erreicht das Signal e das Steuerglied 8, mit dessen Hilfe das Linsensystem auf ähnliche Weise verschoben werden kann. Das Signal e wird in gegenkoppelndem Sinne den Steuergliedern 8 und 9 und das Signal s wird in vorwärts regelndem Sinne dem Steuerglied 9 zugeführt, wobei die richtige Dosierung dieses Signals s mit Hilfe des Verstärkers 29 eingestellt werden kann.

In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird die Strahlung der Quelle 2 wieder mit Hilfe des Linsensystems 3, 4 auf den Informationsträger 1 fokussiert, so daß ein Bildpunkt 5 erhalten wird, mit dessen Hilfe die Information auf dem Träger 1 ausgelesen werden kann. Ein Teil der Strahlung der Quelle 2 rings um die optische Achse des Systems 3, 4 wird mit Hilfe eines Keils 31 abgespaltet und erreicht dann über die Linse 4, den Träger 1, nochmals die Linse 4 und dann über die Linse 3 die Photodioden 17 und 18, die wieder über den Gegentaktverstärker 19 das Fokussierfehlersignal e liefern.

Zur Erzeugung des Neigungsdetektorsignals s wird die Strahlung benutzt, die von der Rückseite der Quelle 2, z. B. einer Laserdiode, emittiert wird. Diese Strahlung wird von einem etwas gekippten Spiegel 32 reflektiert, passiert dann die Linsen 3 und 4 und wird danach als ein nahezu paralleles Bündel an der Informationsschicht 6 des Trägers 5 reflektiert, wonach sie über die Linsen 4 und 3 und den Spiegel 32 die beiden Photodioden 27 und 28 erreicht. Im Falle einer Kippbewegung des Trägers 1 in bezug auf die zu der optischen Achse des Systems 3, 4 senkrechte Ebene empfängt entweder die Diode 27 oder die Diode 28 mehr Strahlung, so daß über den Gegentaktverstärker 29 ein Signal s geliefert wird, das für diese Kippbewegung ein Maß ist. Dem differenzierten Signal s wird über die Addierschaltung 12 das Signal e zugesetzt und dann in vorwärts regelndem Sinne dem Steuerglied 9 zugeführt, das die Quelle 2 in Richtung der optischen Achse verschieben kann. Durch Zwischenschaltung einer Stufe 33 können die Amplitude und die Phase des Signals e derart eingestellt werden, daß ein möglichst genauer Ausgleich des Fokussierfehlers erhalten wird, wobei zu bedenken ist, daß das Signal e nahezu nicht von den Bewegungen abhängig ist, die die Quelle 2 infolge des Steuergliedes 9 vollführt.

Dieses Signal e wird dagegen in gegenkoppelndem Sinne dem Steuerglied 8 zugeführt, mit dessen Hilfe die langsameren und größeren Fokussierabweichungen gegengekoppelt werden.

Claims (1)

1. Vorrichtung zur automatischen Scharfeinstellung eines optischen Abbildungssystems mit einer Strahlungsquelle (2), einem Linsensystem (3, 4) zum Fokussieren der Strahlung der Strahlungsquelle (2) auf ein gegenüber der Vorrichtung schnell bewegtes Objekt (1), Detektionsmitteln (7) zum Detektieren der Fokussierabweichung der auf dem Objekt (1) angebrachten kodierten Information (7) und Steuermitteln (8, 9), die die Strahlungsquelle (2) und/oder das Linsensystem zur Herabsetzung der Fokussierabweichung in bezug auf die kodierte Information des Objektes (1) verschieben, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Fokussier-Abweichungsdetektionsmitteln ein Objektneigungsdetektor (10) angebracht ist, der ein zur Geschwindigkeit des Objektes (1) in Umlaufrichtung proportionales Regelsignal liefert, das von der Neigung abhängt, die das Objekt örtlich in bezug auf eine zu der optischen Achse des Linsensystems senkrechte Ebene aufweist und das in einem nachgeschalteten differenzierenden Netzwerk (11) differenziert wird, wobei dieses weitere Regelsignal zusammen mit dem Signal der Fokussier- Abweichungsdetektionsmittel (7) den Steuermitteln (8, 9) zugeführt wird.