DE3329721C2

DE3329721C2 -

Info

Publication number: DE3329721C2
Application number: DE3329721A
Authority: DE
Inventors: Yoshikiyo Konno; Takashi Tokorozawa Saitama Jp Suzuki
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1982-08-17
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1988-06-23
Also published as: US4733066A; GB2126379B; GB2126379A; JPS5928828U; DE3329721A1; GB8321970D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern des Fokus eines Lichtstrahles zum Aufnehmen einer auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Information für ein optisches System zum Aufzeichnen und Lesen einer Information nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem optischen System zum Aufzeichnen und Lesen einer aufgezeichneten Information wird ein Lese-Laserstrahl auf die Oberfläche beispielsweise einer Aufzeichnungsplatte geworfen, die als Aufzeichnungsträger dient. Da die aufgezeichnete Information über den reflektierten Lese-Laserstrahl oder über den durchgelassenen Lese-Laserstrahl abgenommen wird, ist es notwendig, den Lichtfleck des Lese-Laserstrahls auf der Aufzeichnungsfläche der Aufzeichnungsplatte genau zu fokussieren. Bei einem optischen Lese- und Aufzeichnungssystem ist daher im allgemeinen eine Fokussierungsservosteuereinrichtung vorgesehen, die die Stellung der Fokussierungslinse nach Maßgabe eines Fokussierungsfehlersignals steuert.

In der Fokussierungsservosteuereinrichtung wird die Amplitude des Fokussierungsfehlersignals gleich null, wenn die Fokussierungslinse in der fokussierten Stellung angeordnet ist, in der der Lichtfleck des durch die Fokussierungslinse hindurchgehenden Lichtes genau auf der Oberfläche der Aufzeichnungsplatte fokussiert ist. Wenn der Abstand zwischen der Fokussierungslinse und der Aufzeichnungsfläche in der oben angegebenen Stellung mit D _o bezeichnet wird, dann ändern sich die Amplitude und das Vorzeichen des Fokussierungsfehlersignals in der Weise, daß die Amplitude im wesentlichen proportional zur Abweichung des Abstandes vom Wert D _o zunimmt und daß das Vorzeichen des Fokussierungsfehlersignals sich in Abhängigkeit von der Richtung der Abweichung von der fokussierten Stellung ändert. Das heißt, daß das Fokussierungsfehlersignal eine sogenannte S-Kurvencharakteristik mit einem Mittelpunkt am Abstand D _o hat.

Nach Maßgabe des Fokussierungsfehlersignals wird ein Motor betrieben, um die Fokussierungslinse in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche der Aufzeichnungsplatte vor- und zurückzubewegen. Bei einer derartigen Arbeit der Fokussierungsservosteuereinrichtung wird die Fokussierungslinse so bewegt, daß der geeignete Abstand zwischen der Fokussierungslinse und der Aufzeichnungsfläche unabhängig von einer Verformung der Aufzeichnungsplatte oder anderen strukturellen Fehlern beibehalten wird, die eine Auf- und Abbewegung der Aufzeichnungsfläche bei jeder Umdrehung der Aufzeichnungsplatte bewirken.

Vor dem Beginn des Lesens der aufgezeichneten Information wird weiterhin die Fokussierungslinse an einer von der Aufzeichnungsfläche entfernten Stelle angeordnet, an der der Abstand zwischen der Fokussierungslinse und der Aufzeichnungsfläche am größten und größer als der Wert D _o ist. In diesem Zustand wird kein Fokussierungsfehlersignal erzeugt und wird die Fokussierungsvorsteuereinrichtung mit offener Schleife betrieben, indem die Bewegung der Fokussierungslinse durch ein anderes Sginal als das Fokussierungsfehlersignal gesteuert wird.

Es ist daher allgemein üblich, ein Startsignal vorzusehen, das die Fokussierungslinse in Richtung auf die Aufzeichnungsfläche bewegt, bis der Abstand zwischen der Fokussierungslinse und der Aufzeichnungsfläche nahezu gleich dem Wert D _o wird. Nachdem die Fokussierungslinse etwa diese Stellung erreicht hat, wird die Fokussierungsservosteuereinrichtung mit geschlossener Schleife arbeiten, ein Betrieb, bei dem die Stellung der Fokussierungslinse nach Maßgabe des Fokussierungsfehlersignals gesteuert wird. Aus der DE-OS 25 04 570 ist bereits eine derartige Vorrichtung bekannt. Diese bekannte Vorrichtung führt einen Fokussierungssuchlauf durch, indem sie ein Wechselstromsignal von einer Wechselstromquelle an das Stellglied der Fokussierungslinse legt, bis die fokussierte Stellung nahezu erreicht ist, d. h. die Fokussierungsbedingung in einen schmalen Betriebsbereich eintritt, für den die zusätzlich vorgesehene Fokussierungsservoregeleinrichtung ausgelegt ist. Dabei wird der Einlaufbereich über die Überwachung der Änderung der Ausgangssignale von Fotozellen vorgenommen, die das Licht vom Aufzeichnungsträger empfangen.

Aus der DE-OS 25 03 769 ist eine weitere Vorrichtung zum Steuern des Fokus eines Lichtstrahles zum Aufnehmen einer auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Information bekannt, die mit einer Schaltung versehen ist, die die Geschwindigkeit der Fokussierungslinse bei der Einstellung des Fokus auf einen bestimmten Wert beschränkt. Bei dieser bekannten Vorrichtung ist eine spezielle Anordnung vorgesehen, die die Bewegungsgeschwindigkeit der Fokussierungslinse wahrnimmt, wobei eine in der zugeordneten Spule induzierte Spannung als Servosteuersignal verwandt wird, über das die Geschwindigkeit der Fokussierungslinse konstant gehalten wird.

Bei der bekannten Vorrichtung gemäß Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 wird demgegenüber zur Erzielung einer konstanten Geschwindigkeit der Fokussierungslinse eine Servosteuerschleife verwandt, die aus einer Brückenschaltung und einem Differentialverstärker aufgebaut ist. Das hat zur Folge, daß die bekannte Vorrichtung einen relativ komplizierten Schaltungsaufbau hat.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszugestalten, daß sie mit einem wesentlich einfacheren Schaltungsaufbau arbeitet.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Kennzeichnen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 2.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 in einem Blockschaltbild eine herkömmliche Vorrichtung zum Steuern der Bewegung einer Fokussierungslinse,

Fig. 2 in einem Blockschaltbild das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 3 das Schaltbild eines Beispiels des Startsignalgenerators der in Fig. 2 dargestellten Schaltung,

Fig. 4 in einem Diagramm die Wellenform des Ausgangssignals des Startsignalgenerators von Fig. 3 und

Fig. 5 in einem Diagramm schematisch den Aufbau des Stellglieds, das für die erfindungsgemäße Steuervorrichtung geeignet ist.

Bevor das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben wird, wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen, in der ein Beispiel einer herkömmlichen Fokussierungsservosteuereinrichtung dargestellt ist, die eine Einrichtung zum Steuern der Anfangsphase der Bewegung der Fokussierungslinse enthält.

Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, liegt ein Fokussierungsfehlersignal von einem Photodetektor an einem Ausgleichsverstärker 11. Das Ausgangssignal des Ausgleichsverstärkers 11 liegt dann an einem Treiberverstärker 14 über eine Servoschleifensteuerschaltung 12 und den positiven Eingang einer Addierschaltung 13. Die Treiberspule L₁ einer nicht dargestellten Fokussierungslinse wird über das Ausgangssignal dieses Treiberverstärkers 14 erregt. Das Fokussierungsfehlersignal liegt auch am positiven Eingang eines Pegelkomparators 15, der ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Pegel des Fokussierungsfehlersignals unter einem vorbestimmten Bezugspegel E₁ liegt, der am negativen Eingang liegt. Das Ausgangssignal des Pegelkomparators 15 liegt dann als Auslösesignal an einer Schaltersteuerschaltung 16.

Die Schaltersteuerschaltung 16 erzeugt zwei komplementäre Ausgangssignale Q und . Das Ausgangssignal Q liegt am Servoschleifenschalter 12 um das Öffnen und Schließen des Servoschleifenschalters 12 zu steuern. Eine Startsignalgeneratorschaltung 17 ist gleichfalls so vorgesehen, daß sie das Ausgangssignal des Pegelkomparators 15 empfängt und die Erzeugung des Startsignals steuert, das gleichfalls über die Addierschaltung 13 am Treiberverstärker 14 liegt. Die Startsignalgeneratorschaltung empfängt auch ein Fokussierungsanschaltsignal, das am Anfang des Betriebes des optischen Aufzeichnungs- und Lesesystems erzeugt wird.

Eine Anzahl von Widerständen R₁ bis R₅ bildet zusammen mit der Treiberspule L₁ der Fokussierungslinse eine Brückenschaltung. Ein Thermistor R₄ ist in Reihe mit dem Widerstand R₅ zur Bildung einer Reihenschaltung zur Temperaturkompensation geschaltet, die parallel zum Widerstand R₃ liegt, der als Nebenschlußwiderstand der Brückenschaltung dient. Ein Treiberstrom vom Treiberverstärker 14 fließt zu zwei Verbindungspunkten a und b (in diesem Fall an Masse) der Brückenschaltung. Ein Differentialverstärker 18 nimmt die Spannung auf, die über den zwei Verbindungspunkten c und d der Brückenschaltung entwickelt wird. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers liegt über eine Schaltung 19 mit Schaltfunktion, die das Ausgangssignal der Schaltersteuerschaltung empfängt, am invertierenden Eingang des Treiberverstärkers 14. Ein Widerstand R₆, der zwischen dem negativen Eingang des Differentialverstärkers 18 und einem Ausgang der Schaltung 19 mit Schaltfunktion geschaltet ist, und ein Widerstand R₇, der zwischen dem Ausgang der Schaltung 19 mit Schaltfunktion und Masse geschaltet ist, bilden darüber hinaus eine Rückkopplungsschaltung des Treiberverstärkers 14.

Die Arbeitsweise der Servosteuervorrichtung wird im folgenden beschrieben.

Auf das Anlegen des Fokussierungsanschaltsignals ansprechend legt die Startsignalgeneratorschaltung 17 ein Treibersignal mit konstantem Pegel an den Treiberverstärker 14. In diesem Fall bleibt der Pegel des Ausgangssignals des Komparators 15 auf dem niedrigen Wert und haben daher die Ausgangssignale Q und der Schaltersteuerschaltung 16 einen niedrigen und hohen Pegel jeweils. Der Servoschleifenschalter 17 bleibt daher in dieser Phase offen und die Servoschleife ist geöffnet. Unter diesen Umständen ist die Schaltung 19 mit Schalterfunktion geschlossen. Dementsprechend wird die Spule L₁ mit einem Treiberstrom von der Startsignalgeneratorschaltung 17 versorgt und wird die Treiberspule L₁ mit einer Kraft betätigt, die der Amplitude des zugeführten Treiberstromes entspricht.

Wenn die Brückenschaltung abgeglichen ist, empfängt der Differentialverstärker 18 nur die induzierte Spannung der Treiberspule L₁, das heißt eine Spannung, die dem zugeführten Treiberstrom entspricht. Während die Schaltung 19 mit Schalterfunktion somit geschlossen ist, ist eine Servoschleife über den Differentialverstärker 18, die Treiberschaltung 14 und die Brückenschaltung gebildet. Die Servoschleife arbeitet so, daß sie die Geschwindigkeit der Bewegung der Fokussierungslinse vergleichmäßigt, die über die Treiberspule L₁ bewegt wird. Das heißt mit anderen Worten, daß die Schaltung 19 mit Schalterfunktion zur Erzielung einer konstanten Geschwindigkeit der Fokussierungslinse über das Ausgangssignal Q der Schaltersteuerschaltung 16 geschlossen wird, während die Fokussierungsservoschleife abgeschaltet ist.

Wenn der Abstand zwischen der Fokussierungslinse und der Aufzeichnungsplatte nahe an den normalen Wert D _o nach einer Annäherungsbewegung kommt, kommt der Pegel des Fokussierungsfehlersignals nahe an einen Pegel E₁ (der im allgemeinen gleich 0 ist), woraufhin der Komparator 15 das Ausgangssignal erzeugt.

Auf das zeitliche Auftreten der Erzeugung des Ausgangssignals des Komparators 15 ansprechend wird der Servoschleifenschalter 12 geschlossen und wird die Schaltung 19 mit Schalterfunktion entsprechend der Arbeit des Steuerschalters 16 geöffnet. Gleichzeitig wird der Startsignalgenerator 17 rückgesetzt. Durch diesen Arbeitsvorgang wird die Fokussierungsservoschleife angeschaltet und wird die Treiberspule L₁ mit einem Treiberstrom versorgt, der nach Maßnahme des Fokussierungsfehlersignals erzeugt wird. In dieser Weise erfolgt die Einführung der normalen Arbeit der Fokussierungsservoschleife.

Bei dem herkömmlichen, oben beschriebenen Aufbau ergeben sich jedoch einige Nachteile, wie es im vorhergehenden erwähnt wurde, daß nämlich der Zustand des Abgleichs der Brückenschaltung aufgrund der Temperaturwiderstandscharakteristik der Treiberspule L₁ und aufgrund der Tatsache, daß die Gegenelektromotorische Kraft der Treiberspule L₁ sehr klein ist, einer gewissen Änderung unterliegt.

Im folgenden wird anhand von Fig. 2 das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.

Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, liegt das Fokussierungsfehlersignal vom Photodetektor an einer Ausgleichsschaltung 21, deren Ausgangssignal einem Treiberverstärker 24 über einen Servoschleifenschalter 22 und eine Addierschaltung 23 zugeführt wird. Das Fokussierungsfehlersignal liegt auch an einem Komparator 25, der gleichfalls eine Spannung mit einem Bezugspegel E₁ empfängt. Das Ausgangssignal des Komparators 25 liegt an einem Steuerschalter 26, dessen Ausgangssignal Q an dem Servoschleifenschalter 22 liegt, um das Öffnen und Schließen dieses Schalters 22 zu steuern. Das Ausgangssignal des Komparators 15 liegt auch an der Startsignalgeneratorschaltung 27, die gleichfalls ein Fokussierungsanschaltsignal empfängt. Das Ausgangssignal des Startsignalgenerators 27 wird der Addierschaltung 23 zugeführt.

Gemäß der Erfindung hat der Startsignalgenerator 27 die Form einer ein Signal mit linearem Anstieg erzeugende Schaltung, deren Ausgangssignal, d. h. das linear ansteigende Signal einen Pegel hat, der mit der Zeit zunimmt. Das Signal mit linearem Anstieg vom Startsignalgenerator 27 liegt daher dann am Treiberverstärker 24, wenn der Servoschleifenschalter 22 geöffnet ist.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel der das Signal mit linearem Anstieg erzeugenden Schaltung zur Verwendung als Startsignalgenerator 27. Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, fließt ein konstanter Strom von einer Konstantstromquelle 71 zu einer Parallelschaltung aus einem Kondensator 73 und einem Widerstand 74 und zwar über einen Schalter 72, so daß der Kondensator 73 durch einen konstanten Strom aufgeladen wird. Um die Arbeit des Schalters 72 zu steuern, ist eine R-S-Flip-Flop-Schaltung 75 vorgesehen, an deren Setzeingang das Fokussierungsanschaltsignal liegt, während das Ausgangssignal des Komparators 25 am Rücksetzeingang der Flip-Flop-Schaltung liegt. Der Schalter 72 wird durch ein Ausgangssignal mit hohem Pegel der R-S- Flip-Flop-Schaltung 75 geschlossen, das an deren Ausgang Q entwickelt wird, wobei das Laden es Kondensators 73 unter diesen Umständen bewirkt wird. Wenn ein Ausgangssignal mit niedrigem Pegel am Ausgang Q der Flip-Flop-Schaltung 75 erscheint, wird das Laden des Kondensators 73 unterbrochen und wird die elektrische Ladung im Kondensator 73 allmählich über den Widerstand 74 entladen.

Fig. 4 zeigt die Wellenform des Ausgangssignals des Startsignalgenerators 27. Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, steigt der Pegel des Ausgangssignals des Startsignalgenerators 27 allmählich mit der Zeit an, so daß folglich der Treiberstrom der Treiberspule L₁ mit der Zeit zunimmt.

In Fig. 5 ist schematisch das Stellglied zum Bewegen der Fokussierungslinse dargestellt, dessen Arbeitsweise im folgenden beschrieben wird. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, ist der Aufbau des Stellgliedes ähnlich dem eines magnetischen Kreises eines Lautsprechers. Die Fokussierungslinse 30 ist in der Treiberspule L₁ angebracht, die der Schwingspule eines Lautsprechers entspricht, un in einem vorbestimmten nicht dargestellten Magnetfeld angeordnet. Um die Fokussierungslinse 30 und die Treiberspule L₁ zu halten, ist ein Halteelement 31 vorgesehen, das von einem als Feder dargestellten elastischen Element 32 und einem Dämpferelement 33 gehalten ist.

Wenn kein elektrischer Strom durch die Treiberspule L₁ fließt, ist die Stellung der Fokussierungslinse 30 entsprechend der natürlichen Länge des elastischen Elementes 32 bestimmt. Wenn andererseits der Treiberstrom der Treiberspule L₁ zugeführt wird, wird die Fokussierungslinse 30 in die durch den Pfeil dargestellten Richtungen gegen die elastische Kraft des elastischen Elementes 32 bewegt. Bezüglich einer weiteren Beschreibung des Aufbaus und der Arbeitsweise des Stellgliedes wird auf die japanische Gebrauchsmusteranmeldung 56-75 159 verwiesen.

Die Beziehung zwischen der Lage X der Fokussierungslinse 30 und dem Treiberstrom f(t) ist durch die folgende Gleichung gegeben:

wobei m das Gewicht der beweglichen Teile, α den Dämpfungskoeffizienten, β die Federkonstante und g die Erdbeschleunigung bezeichnen.

Wenn das Zeitintervall der Änderung des Treiberstroms ausreichend groß ist, dann können die Ausdrücke von d²x/dt² und dx/dt vernachlässigt werden, und kann die Gleichung (1) in der folgenden Weise geschrieben werden:

β x f(t) - mg (2)

Da gemäß der Erfindung das Signal f(t) ein linear ansteigendes Signal ist, läßt sich das Signal f(t) in der folgenden Weise ausdrücken:

f(t) = at (3)

wobei a den Gradienten des linear ansteigenden Signals bezeichnet.

Die folgende Gleichung (4) wird daher aus den Gleichungen (2) und (3) erhalten:

Durch Differenzieren der Gleichung (4) ergibt sich:

Aus Gleichung (5) ist ersichtlich, daß die Geschwindigkeit (dx/dt) der Bewegung der Fokussierungslinse konstant gehalten wird, wenn der durch die Gleichung (3) ausgedrückte Treiberstrom der Treiberspule L₁ geliefert wird. Wenn es schwierig ist, ein Signal mit linearem Anstieg und konstanter Neigung zu erzeugen, ist es möglich ein Lade-Entladeausgangssignal einer Zeitkonstantenschaltung mit ausreichend großer Zeitkonstanten zu verwenden.

Im Hinblick auf das Vorhergehende versteht es sich, daß es gemäß der Erfindung möglich wird, die Fokussierungslinse mit einer konstanten Geschwindigkeit ohne Verwendung einer komplizierten Schaltung zum Erzeugen des Treiberstromes der Treiberspule L₁ zu bewegen. Weiterhin entfällt vollständig die Notwendigkeit der Justierung oder Nachstellung der Schaltung zum Erzeugen des Treiberstromes.

Die obigen Ausführungen dienten lediglich zur Erläuterung der Erfindung, was bedeutet, daß es zahlreiche Äquivalente für bevorzugte Ausführungsbeispiele gibt. Beispielsweise kann das Stellglied, auf das die erfindungsgemäße Steuerschaltung abgestimmt ist, eine Treibereinrichtung sein, die die gesamte Anordnung der Abnehmereinrichtung einschließlich des optischen Systems und nicht nur die Fokussierungslinse, wie beispielsweise eine Halbleiterlaserquelle, bewegt.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern des Fokus eines Lichtstrahles zum Aufnehmen einer auf einen Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Information für ein optisches System zum Aufzeichnen und Lesen einer Information mit einer Fokussierungslinse zum Fokussieren des Lichtstrahles auf den Aufzeichnungsträger, einer elastischen Einrichtung, die die Fokussierungslinse hält, einem Stellglied mit einer Treiberspule, das mit der Fokussierungslinse verbunden ist und die Fokussierungslinse nach Maßgabe eines anliegenden Treibersignals bewegt, einer Fotodetektoreinrichtung, die den vom Aufzeichnungsträger kommenden Lichtstrahl aufnimmt und ein Fokussierungsfehlersignal erzeugt, und einem Treiberverstärker, der einen Treiberstrom für das Stellglied erzeugt, der proportional zum Pegel eines anliegenden Eingangssignals ist, gekennzeichnet durch eine Startsignalgeneratoreinrichtung (27), die auf ein Fokussierungsanschaltsignal anspricht und ein Startsignal erzeugt, dessen Pegel mit der Zeit nach dem Empfang des Anschaltsignals ansteigt, eine Komparatoreinrichtung (25), an der das Fokussierungsfehlersignal und ein Signal mit einem Bezugspegel liegen und die ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Pegel des Fokussierungsfehlersignals unter den Bezugssignalpegel fällt, und eine Umschalteinrichtung (22, 26), die mit der Eingangsschaltung des Treiberverstärkers (24) verbunden ist und das Startsignal wählt und anlegt, wenn kein Ausgangssignal des Komparators (25) vorliegt, und das Fokussierungsfehlersignal wählt und anlegt, wenn ein Ausgangssignal vom Komparator (25) vorliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Startsignalgeneratoreinrichtung (27) eine Lade/Entladeschaltung (73, 74), die über einen Schalter (72) mit einer Stromquelle (71) verbunden ist, und eine Setz/ Rücksetz-Flip-Flop-Schaltung (75) umfaßt, die mit dem Schalter (72) verbunden ist und an ihrem Setzeingang das Fokussierungsanschaltsignal und an ihrem Rücksetzeingang das Ausgangssignal der Komparatoreinrichtung (25) empfängt, um den Schalter (72) auf den Empfang des Fokussierungsanschaltsignals zu schließen und dadurch die Lade/Entladeschaltung (73, 74) aufzuladen, und dann, wenn das Ausgangssignal der Komparatoreinrichtung (25) anliegt, den Schalter (72) zu öffnen, um die Lade/ Entladeschaltung (73, 74) zu entladen.