DE3137099A1

DE3137099A1 - Vorrichtung zur erfassung der position eines optischen strahles

Info

Publication number: DE3137099A1
Application number: DE19813137099
Authority: DE
Inventors: Kenji Tachikawa Tokyo Kimura
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1981-09-17
Publication date: 1982-05-06
Also published as: JPS5753838A; US4426694A; DE3137099C2

Description

Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen

Strahles

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles.

Bei optisch arbeitenden Speicherplatten-Vorrichtungen beleuchtet ein Laserstrahl aus einer Laserstrahlquelle eine drehende Speicherplatte, während sich die Laserstrahlquelle in radialer Richtung der.Speicherplatte bewegt, wobei Aufzeichnung von Informationen auf die Speicherplatte und Lesen von Informationen von der.Speicherplatte durchgeführt werden. Ein Beispiel für eine solche Speicherplatten-Vorrichtung ist ein optisch arbeitender Video-Platten- oder Bildplattenspieler. Bei solchen Bildplattenspielern wird ein System des sog. wahlfreien Zugriffs verwirklicht, bei dem eine Spurinformation, nämlich eine gewünschte Flächenabschnittsinformation ("frame information), die auf die Platte aufgezeichnet wurde, von dem sich in radialer Richtung bewegenden Laserstrahl wiedergegeben wird. Zur Durch-' führung des wahlfreien Zugriff ist es nötig, den Ort des Auftreffpunktes des Laserstrahls auf der Platte zu erfassen. Um diese Position zu erfassen, weist eine Vorrichtung

BÜRO 6370 OBERURSEL" LINDENSTRASSE 10 TEL. 06171/56849 TELEX 4186343 real d

BÜRO 8050 FREISING' SCHNEGGSTRASSE 3-S TEL. 08X61/62091 TELEX 526547 pawa d

ZWEIGBÜRO 83« 1»ASSAU LUDWIGSTRASSB 2 TEL. 0851/36616

β 6 9* »β «β«

zur Erzeugung eines Lichtstrahles, die mit einem Laser, einer Objektivlinse, einem Reflexionsspiegel usw. versehen ist, eine elektrische oder mechanische Meßeinrichtung für die Verschiebung auf, wie z. B. einen Schiebewiderstand, einen magnetischen Sensor (einen magnetischen Maßstab) usw. Bei einem optisch arbeitenden Bildplattenspieler, der speziell die Funktion des wahlfreien Zugriffs aufweist, wird der Laserstrahl zum Aufsuchen einer Spur häufig bewegt, was größeren Verschleiß des mechanischen Teils der Verschiebungs-Meßeinrichtung und Lebensdauerprobleme des Bildplattenspielers zur Folge hat. Um eine kurze Zugriffszeit zu ermöglichen, muß der bewegbare Teil wesentlich leichter gemacht werden. Weiterhin ist es nötig, die Belastung des Sensorteils zur Erfassung der Position so klein wie möglich zu halten. Mit der genannten Erfassungsvorrichtung wäre es schwierig, diese Anforderung zu erfüllen. Es ist bekannt, einen Linearkodierer zur Erfassung von Interferenzmustern zu verwenden. Eine solche Anordnung ist kompliziert und teuer und erfordert eine schwierige Einstellung.

Demgemäß ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles auf einer Speicherplatte zu schaffen, bei der keine mechanische Belastung auftritt- und eine einfachere Anordnung, höhere Genauigkeit und niedrigerer Preis ermöglicht werden.

Gemäß der Erfindung beleuchtet ein Lichtstrahl·, der aus einer Lichtstrahlquelle austritt, die Oberfläche einer drehenden Speicherplatte als Punktstrahl und die Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen auf und von der Speicherplatte werden durchgeführt, während der Lichtfleck in radialer Richtung der Speicherplatte bewegt wird. Ein Teil des Strahles· wird von einem Bauteil zur Strahlenteilung abgespalten und beleuchtet einen Fotosensor, der eine Mehrzahl von in einer Reihe angeordneten fotoelektrischen Umwandlern aufweist. Die Informationen der fotoelektrischen Umwandler werden sequentiell entlang einer

Richtung des Fotosensors ausgelesen, um serielle Signale zu schaffen. Die Strahlstellung auf der Speicherplatte wird durch die seriellen Signale erfaßt.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform anhand der Zeichnung.

Es zeigt
10

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles,

Fig. 2 ein Schaltbild zur Erläuterung einer Einzelheit aus Fig. 1 in Form eines Fotosensors,

Fig. 3 ein Blockschaltbild zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Erfassungsvorrichtung, 'und 20

Fig. Λ ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Funktionsweise aller Teile des Blockschaltbildes gemäß Fig. 3.

in einer Ausführungsform gemäß der Zeichnung fällt ein Laserstrahl, der aus einer Laserstrahlquelle 11 austritt, nach Durchtritt durch zwei halbdurchlässige Spiegel 12 und 13., auf eine Objektivlinse 14, wodurch der Laserstrahl auf die Oberfläche einer drehenden Platte 15 fokussiert wird. Der Laserstrahl wird auf der Oberfläche der rotierenden Platte 15 reflektiert. Bei der Ref-hektion wird der Laserstrahl durch die auf der rotierenden Platte 15 aufgezeichnete Information moduliert. Ein reflektierter, modulierter Strahl wird durch Reflektion auf der Oberfläche der Platte 15 erzeugt. Der modulierte Strahl trifft auf den halbdurchlässigen Spiegel 13, wobei ein Teil des Strahls reflektiert und auf die Linse 16 gerichtet wird und der Rest des Strahles durch den halbdurchlässigen Spiegel 13 hindurchtritt.

* » Ait β « Λ

• β ft β a 4

Der halbdurchlässige Spiegel 13 wirkt als ein Strahlenteiler und teilt den Strahl in zwei Bereiche auf. Der Bereich des Strahles, der die Linse 16 erreicht, wird auf einen Fotosensor 17. fokussiert. Der Fotosensor 17 besteht aus einer Mehrzahl von Fotoelementen, z. B. 100 Fotodioden, 17-1 bis 17-100, die in radialer Richtung der Platte 15 angeordnet sind, als auch in Richtung der Bewegung des Laserstrahls, der. die Platte 15 beleuchtet. Der Rest des Strahles, der durch den halbdurchlässigen Spiegel 13 hindurchtritt, trifft auf einen Fotosensor 18, auf den er durch den halbdurphlässigen Spiegel 12 gelenkt wird. Der Fotosensor 18 wandelt den gemäß der auf der Platte 15 gespeicherten Bit-Information modulierten Strahl auf fotoelektrische Weise in ein Videosignal um.

Die Laserstrahlquelle 11, der hälbdurchlässige Spiegel 12, der halbdurchlässige Spiegel 13, die Objektivlinse 14 und die Linse 16 sind in bekannter Weise in einem Haltebauteil 19 enthalten. Eine Magnetführungsstange 20, die in einer Bewegungsspule 21 angeordnet ist, ist mit dem Haltebauteil 19 verbunden. Die Magnetführungsst'ange 20 wird in zur Platte 15 radialer Richtung entsprechend einem an der Bewegungsspule 21 angelegten Strom bewegt. Das Haltebauteil 19 wird in zur Platte 15 radialer Richtung durch die Verbindung mit der Bewegung der Magnetführungsstange 20 bewegt .

Die Fotodioden 17-1 bis 17-100 des Fotosensors 17 sind gemäß Fig. 2 mit Feldeffekttransistoren (FET's) 22-1 bis bzw. 22-100 verbunden, die einen Schalt-Schaltkreis 22 bilden. Bit-Speicherstufen 23-1 bis 23-100 eines 100-Bit-Schieberegisters 23 sind mit den jeweiligen Gates des FET's 22-1 bis bzw. 22-100 verbunden. Das Schieberegister 23 wird in Abhängigkeit von einem Taktsignal von einem Taktgenerator 25, z. B. von einem Taktsignal einer Frequenz von beispielsweise 100 kHz geschoben. Durch die Betätigung des Schieberegisters 23 werden Bit-Signale sequentiell aus den Bit-Speicherstufen 23-1 bis 23-100

im Schieberegister 23 ausgelesen, wodurch die FET's 22-1 bis 22-100 nacheinander auf "EIN" .geschaltet werden. Danach werden Ausgangssignale sequentiell aus den Fotodioden 17-1 bis 17-100 im :Fotosensor 17 ausgelesen. Dabei wird ein Signal an der ersten Bit-Speicherstufe 23-1 des Schieberegisters 23 als Anfangsadreß-Signal benutzt.

Gemäß Fig. 3 werden die aus dem Fotosensor 17 sequentiell ausgelesenen Bit-Signale durch einen Spannungsverstärker 26 verstärkt und als Signale A gemäß Fig. -4 an einen Ab-tastimpulsgenerator 27 angelegt, wo sie durch Vergleich mit einem Schwellenniveau, wie durch die gestrichelten Linien angedeutet, geformt werden. Die Abtastimpuls-Signale B werden durch den Abtastimpulsgenerator 27 erzeugt. Da die Ausgangssignälh'öhe des Fotosensors 17 in Abhängigkeit von einer Veränderung der Reflektionsfähigkeit der Platte 15 oder einer Veränderung der Lichtemissionsstärke der Strahlenquelle veränderlich ist,. .Wird- das Schwellonnlvoau auf einen Zwischenwert'gesetzt, der in einem Mittelbereich zwischen dem Durchschnittswert des Ausgangsniveaus, wenn der Laserstrahl nicht ausgesendet wird und einem Durchschnittswert des Ausgängsniveaus, wenn der Laserstrahl ausgesendet wird, liegt. Wenn das Schwellenniveau in dieser Art und Weise festgesetzt wird, ist es möglich, eine Veränderung im Niveau des Ausgangs des Abtastimpulsgenerators 27 effektiv zu vermeiden.

Wenn ein Anfangsadreß-Signal D aus dem Schieberegister 23 gemäß Fig. 3 an einen Sägezah.n-Geherator 29 angelegt wird, wird der Generator 29 angeregt, ein Sägezahnsignal C zu erzeugen. Die Periode T des Sägezahnsignals C entspricht einer Abtastlinie des Fotosensors .17. Das Sägezahnsignal C wird zusammen mit einem Abtastimpuls-Signal B an einen Abtast/Halte-Schaltkreis 28 angelegt. Der Abtast/Halte--Schaltkreis 28 tastet die Bestandteile des Sägezahnsignals C ab, die in Phase mit dem Abtastimpuls-Signal B-. sind. Das Abtastimpuls-Signal B erfährt bezüglich des Adreß-Signals D eine Phasenänderung gemäß der Bewegung eines

auf treffenden Laserstrahlflecks und somit entspricht die Sägezahnsignalkomponente, die mit dem Abtastimpuls-Signal B synchron geschaltet ist, der.Position des Laserstrahlflecks. Daher kann die Position des Laserstrahlflecks mittels der Höhe des Augenblickswertes des Sägezahnsignals C erfaßt werden. Der von dem Abtast/Halte-Schaltkreis 28 abgetastete Augenblickswert des Sägezahnsignals C wird an einen positiven Eingang eines Differenzdetektors 30 angelegt. Eine von einem Potentiometer 31 gelieferte Vergleichsspannung wird an den negativen Eingang des Differenzdetektors 30 angelegt. Die Vergleichsspannung wird durch die: Auslesestellung bezüglich der Platte 15 auf einen gewünschten Pegel eingestellt. Der Differenzdetektor 30 vergleicht den Pegel der Vergleichsspannung mit dem momentanen Spannungspegel des Sägezahnsignals B, um ein Signal zu erzeugen, das der momentanen Differenz zwischen den beiden Signalhöhen entspricht. Das Ausgangssignal des Differerizdetektors 30 wird durch einen Stromverstärker 32 verstärkt und an die Bewegungsspule 21 angelegt. Die Bewegungsspule 21 bewegt die magnetische Führungsstange 20 gemäß der Pülari sierung und Stärke des Eingangssignales, wodurch da:; Haltebauteil 19 mitbewegt wird, was dem Laserstrahl eine Bewegung in radialer Richtung zur Platte 15 ermöglicht. Wenn der Laserstrahl derart bewegt wird, wird die Phase des Abtastimpuls-Signals B unter Berücksichtung der Phase des Adreßsignals D beeinflußt. Dadurch verändert sich der Ausgangspegel des Differenzdetektors 30,wodurch der an der Bewegungsspule 21 angelegte Strom größer wird, was der magnetischen Führungsstange 20 eine weitere Bewegung

^" ermöglicht. Somit arbeitet die Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles in Rückkopplung. Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung daher mit einer Gegenkopplung arbeitet, kann der Laserstrahlfleck auf eine vorbestimmte Position in der radialen Richtung der Platte 15 in der Art bewegt werden, daß er der von dem Potentiometer 31 eingestellten Vergleichsspannung folgt. In dem Schaltbild gemäß Fig. 3 ist z. B. ein Kompensationsschaltkreis zur Kompensation einer durch

^ eine Gegenkopplung hervorgerufenen Phasenverzögerung v/eggelassen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugt der Fotosensor 17, der aus einer Mehrzahl von in radialer Richtung zur Platte 15 angeordneten Fotoelementen besteht, als Reaktion auf den sich auf der Oberfläche der Platte 15 in radialer Richtung bewegenden Lichtfleck Signale in zeitlicher Folge, so daß die Vorrichtung zur Erfassung der Position eines

^O optischen Strahles aufgrund der Signale die Stellung des Lichtflecks erfaßt. Die Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles kann mit einer einfacheren Anordnung und mit größerer Genauigkeit die Strahlposition ohne irgendeine mechanische Belastung erfassen.

Obwohl in der oben beschriebenen Ausführungsform die Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles für eine optisch arbeitende Speicherplatten-Vorrichtung verwendet wird, kann sie ebenso für eine optisch arbeitende Speicherplatten-Aufzeichnungsvorrichtung odor einen fotomagnetischen Video-Plattenspieler bzw. ein entsprechendes Aufzeichnungsgerät verwendet werden. Ebenfalls ist es möglich, eine erfindungsgemäße Vorrichtung für oinen Datenspeicher zur Aufzeichnung und Wiedergabe verschiedener Daten zu verwenden. Während in der erläuterten Ausführungsform der Fotosensor unter Verwendung von Fotodioden ausgebildet ist, ist es auch möglich, einen Sensor zu verwenden, der z. B. aus CCD-Elementen besteht.

Claims

Ansprüche

Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles in einer optisch arbeitenden Speicherplatten-Vorrichtung, gekennzeichnet durch:

a) einen Strahlenteiler (13), der einen auf der Oberfläche einer drehenden Speicherplatte (15) reflektierten Lichtstrahl abtrennt und sich in radialer Richtung zur Platte (15) bewegt,

b) einen Fotosensor (17), der aus einer in radialer Richtung zur Bildplatte (15) angeordneten Mehrzahl von lichtempfindlichen Elementen (17-1 bis 17-100) besteht, die den Teil, des reflektierten Lichtstrahls, der durch den Strahlenteiler (13) abgetrennt wurde, entsprechend der Bewegung des Lichtstrahles in radialer

• Richtung zur Bildplatte (15) empfangen und fotoelektrische Signale erzeugen,

c) eine Leseeinrichtung (22) zum Auslesen der •fotoelektrischen Signale des Fotosensors in zeitlicher Folge, und

d) eine Einrichtung zur Erfassung von Lichtstrahlen

BÜRO 6370 OBERURSEL* LINDENSTRASSE 10
TEL. 0ol 71'56849
TF.LEX 4186343 real d

BÜRO 8050 FREISING* SCHNEGGSTRASSE 3-5 TEL. 08161/62091

TELEX 526547 pava d

ZWEIGBÜRO 8390 PASSAU LUDWIGSTRASSE I TEL. 0851/36616

• β ·
» a

(27-30) zur Erfassung der jeweiligen Lichtstrahlstellung mittels der fotoelektrischen Signale aus der Leseeinrichtung (22).

2, Vorrichtung zur'Erfassung der Position eines optischen Strahles nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung aufweist:

ö a) einen Abtastimpulsgenerator (27) zur Erzeugung von Abtastimpulssignalen in Abhängigkeit von den Signalen aus dem Fotosensor,

b) einen Sägezahnsignal-Generator (29) zur Erzeugung eines Sägezahnsignals, das synchron zu einer Anfangssignal-Auslesung durch die Leseeinrichtung (22) ist,

c) eine Einrichtung (28.) zur Abtastung des . Sägezahnsignals 'als Reaktion auf das Abtastlmpülssignal und zur Erzeugung einer Sägezahnsignalkomponente bzw. eines der Abtaststellung an der Sägezahnkomponente analogen Signals, und

d) eine Prüfeinrichtung (30)zur Prüfung der Lichtstrahl* position entsprechend der Sägezahnsignalkümponcn l.c·, bzw. des analogen Signales.

3. Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahles nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtung einen aus Schaltelementen (22-1 bis 22-100) aufgebauten Schalt-Schaltkreis (22) aufweist, die mit den lichtempfindlichen Elementen des Fotosensors (17) und einem Schieberegister (23) verbunden sind und sequentiell Erregersignale an die Schalt-

elemente (22-1 bis 22-100) des Schalt-Schaltkreises (22) anlegen.

4. Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen

O * S)

tp # ♦ * »e β* * *

Strahls nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Prüfeinrichtung ein Teil (30) zur Erfassung einer Differenz zwischen der Sägezahnsignalkomponente und einer Vergleichskomponente und zur Bestimmung der Strahlposition mittels dieser Differenz aufweist.

5. Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahls nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die lichtempfindlichen Elemente (17-1 bis 17-100) Fotodioden sind.

6. Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahls nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet I., daß der Fotosensor (17) eine CCD-Einrichtung ist.

7. Vorrichtung zur Erfassung der Position eines optischen Strahls nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtstrahl ein Laserstrahl ist.