DE3414052A1 - Spurfuehrungs-servoschaltung fuer optische abtastgeraete - Google Patents
Spurfuehrungs-servoschaltung fuer optische abtastgeraeteInfo
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Description
Corp. - S84-P97
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BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Spurführungs-Servoschaltung für ein optisches Abtastgerät gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Eine derartige Schaltung wird z. B. bei optischen Plattenspielern benötigt, bei denen ein abtastender Lichtstrahl
entlang einer Aufzeichnungsspur auf einer Platte geführt
wird. Auf dem als Platte ausgebildeten Aufzeichnungsträger sind Vertiefungen vorhanden, in denen die Information gespeichert
ist. Die Information wird durch den Lichtstrahl ausgelesen, weswegen ein solcher Aufzeichnungsträger in der
Regel als optische Platte bezeichnet wird. Der lesende Lichtstrahl wird in der Regel von einem Halbleiterlaser
emittiert und entsprechend der geringen Größe der Vertiefungen auf der optischen Platte auf einen schmalen Fleck
derselben fokussiert. Die Platte rotiert, und der Lichtstrahl tastet die Oberfläche ab, wodurch der reflektierte
Lichtstrahl moduliert wird. Das reflektierte Licht wird durch einen Fotodetektor empfangen, und die Signale desselben
werden verarbeitet, um die Information zurückzugewinnen. Die Vertiefungen weisen in der Regel eine Tiefe auf, die
einem Bruchteil der Wellenlänge des Lichtstrahles entspricht. Typischerweise ist die Tiefe der Vertiefungen ein Fünftel,
ein Viertel oder ein Drittel der Wellenlänge des monochrotnatischen
Lichtes vom Laser.
Es ist bekannt, Servoregelungssignale zum Regeln der Spurführung des Lichtstrahles aus den vom Fotodetektor empfangenen
Signalen zu bilden, auf dem der reflektierte Lichtstrahl
als Muster abgebildet ist. Aus diesem Muster wird das Wiedergabesigna.l gewonnen. Ein Spurfehlersignal wird bei
den bekannten Geräten verwendet, um den Lichtstrahl entlang
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der Anordnung von Vertiefungen auf der Oberfläche des Aufzeichnungsträgers
zu halten. Eine Möglichkeit zum Gewinnen des Spurfehlersignals besteht darin, den Fotodetektor in
einzelne lichtempfangende Bereiche zu unterteilen und die Signale aus den Bereichen in unterschiedlichen Kombinationen
zu Differenzspursignalen zusammenzustellen. Dieses Vorgehen wird üblicherweise als Differenzphasendetektieren (DPD) bezeichnet.
Typischerweise ist das auf dem Fotodetektor abgebildete Muster symmetrisch in bezug auf den Mittelpunkt der
Anordnung der lichtempfangenden Bereiche. Probleme treten bei diesem Spurfehlersystem jedoch auf, wenn die Tiefe der
Vertiefungen in der Platte von einem Viertel der Wellenlänge auf z. B. ein Fünftel oder ein Drittel der Wellenlänge des
abtastenden Lichtstrahles geändert wird. Dann verliert das Muster nämlich seine Symmetrie entlang einer Linie, die
die lichtempfangenden Bereiche in einer Richtung rechtwinklig zur Spurrichtung unterteilt. Dies führt zu einer Gleichspannungskomponente,
die im Spurfehlerslgnal als Differenz zwischen Signalen aus ausgewählten Bereichen des bei der
DPD-Spurführung verwendeten Detektors. Die Größe der Gleichspannungskomponente ändert sich dann, wenn sich das Muster
über die verschiedenen Bereiche des Fotodetektors bewegt. Diese Gleichspannungskomponente, die vorhanden ist, wenn
die Tiefe ein Fünftel der Wellenlänge ist, ist dann besonders störend, wenn wahlfrei auf eine Stelle der Platte zugegriffen
wird, wobei der Lichtstrahl über einige hundert Spuren zu einer besonderen Spur geführt wird. Wenn in diesem
Fall das Spurfehlersignal einen Gleichspannungsanteil zu Anfang der "Lese"-Zolt des fipurref/elungsslgnals aufweist, tre-
J)O ten Spurführungsfehler infolge instabiler Betriebsweise und
als Folge von Sprungungenauigkeiten auf.
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Die Gleichspannungskomporiente im Spurfehler'signal ist aber
auch dann problematisch, wenn eine starke äußere Erschütterung auf die Spurführungsanordnung einwirkt, in welchem
Fall die Anordnung Oszillationen mit einer besonderer! Resonanzfrequenz
verursacht. Dies rührt daher, daß bei dieser Art optischen Plattensystems zwar eine geringe Toleranz von
etwa I30 um der Positionsabweichung der Informationsspur in
bezug auf die Mitte der optischen Platte während des Herstellprozesses oder während des "Schneidens" der optischen
Platte eingehalten wird, dieser kleine Fehler aber eine Erhöhung des Spurfehlers herbeiführt, wenn der Tieffrequenz-Verstärkungsfaktor
gering ist. Um dies zu verhindern, wird der Tieffrequenz-Verstärkungsfaktor des Servosystems im allgemeinen
erhöht, und es wird eine geeignete Phasenkompensation
durchgeführt. Wenn dann eine Gleichspannungskomponente im Spurfehlersignal vorhanden ist, treten also Bedingungen
zum Schwingen und Instabilwerden auf, wenn wahlfreier Zugriff verwendet wird, oder eine starke Erschütterung auf das
System einwirkt. Die Schwingungsbedingungen können durch eine Schleifenverstärkung des Servosystems einer Einheit und einer
Phasenverschiebung von 18O° bei der Resonanzfrequenz der Schwingung dargestellt werden. Dies hat zur Folge, daß das
Spurführungssystem zu schwingen beginnt, daß die Schwingung
aufrechterhalten bleibt und daß das Spurführungssignal eine
Signalforrn mit Im wesentlichen wahrnehmbarere Resonanzfrequenz
aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Spurführungs-Servoschaltung
der eingangs genannten Art anzugeben, bei der das Auftreten einer unerwünschten Gleichspannungskomponente
J)O der angegebenen Art möglichst weitgehend vermieden ist.
oorp. -
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Die Erfindung ist durch die Merkmale des Hauptanspruchs gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von
Unteransprüchen. Eine erfindungsgemäße Schaltung zeichnet
sich dadurch aus, daß sie einen Schaltungsteil aufweist, der
die Signale von den Bereichen des Detektors so miteinander verknüpft, daß die Gleichspannungskomponerite weitgehend ausgeschlossen
ist. Dies erfolgt vorzugsweise durch eine besondere Anordnung von Addierern und von Subtraktionsschaltungen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Abtast-Halte-Schaltungen
vorhanden, die eine bestimmte Signalkombination halten und erst getrlggert durch eine andere Signalkombination
weltergeben.
Durch die erfindungsgemäße Schaltung ist gewährleistet, daß
auch bei wahlfreiem Zugriff oder beim Auftreten starker Erschütterungen keine Schwingungen bei der Spurführung mehr
auftreten.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist der Fotodetektor
vier lichtempfindliche Bereiche auf, die in der Form eines Quadrates nebeneinander angeordnet sind.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Figuren näher veranschaulicht. Es-zeigen:
Flg. 1 ein optisches Abtastsystem, mit dem zusammen die
anmeldegemäße Schaltung verwendet werden kann;
Flg. 2 eine schematicche Ansicht auf einen Fotodetektor
mit vier lichtempfangenden Bereichen, wie er
bei der Anordnung gemäß Fig. 1 verwendet wird;
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Pig· 3(Al) - (A3) Beziehungen zwischen einer Vertiefung
auf einem Aufzeichnungsträger und einem abtastenden Lichtstrahl;
Pig. 3(Bl) - 033) dunkle Bereiche und Projektionsbilder, die als Muster durch reflektierte Lichtstrahlen
gebildet werden, die auf den Fotodetektor fallen, wenn Vertiefungen im Aufzeichnungsträger eine
Tiefe von einem Viertel der Wellenlänge des Lichtstrahles aufweisen;
Fig. 3(C2) - (C3) dunkle Bereiche und Projektionsbilder,
die als Muster durch einen reflektierten Strahl gebildet sind, wie er auf den Fotodetektor fällt,
wenn Vertiefungen im Aufzeichnungsträger eine Tiefe von einem Fünftel der Wellenlänge des
Lichtstrahles aufweisen;
Pig. 4a und 4B Signalformen eines Spurfehlersignales,
wenn die Tiefe der Vertiefungen in einem Aufzeichnungsträger
ein Viertel bzw. ein Fünftel der Wellenlänge des abtastenden Lichtstrahles ist;
Fig. 5A den Abtastverlauf für ein Objektiv bei wahlfreiem
Zugriff;
Fig. 5B und 5C Signalzüge des SpurführungssignaIs bei
wahlfreiem Zugriff, wenn die Tiefe der Vertiefungen einem Viertel bzw. einem Fünftel der Wellenlänge
entspricht;
Fig. 6k und 6B Signalformen eines Spurführungssignals
in einem stabilen bzw. einem schwingenden System;
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1Ό _
Pig. 7 ein Blockdiagramm einer bevorzugten Ausführungsform einer Spurführungsschaltung;
Pig. 8a und 8b Signalformen eines Spurfehlersignales
bzw. eines Zweirichtungsfehlersignales; und
Pig. 8c die Signalform eines Spurführungssignales, wie
es durch eine anmeldegemäße Schaltung erzeugt wird.
Das optische Abtastsystem gemäß Pig. I weist einen Halbleiterlaser
LD, z. B. eine Laserdiode auf, die einen Lichtstrahl aussendet, der über eine Kollimatorlinse 1 auf ein Polarisationsprisma
2 gelenkt wird. Der kollimierte und polarisierte Laserstrahl wird durch das Polarisationsprisma. 2
Über eine Viertelwellenlängenplatte übertragen, die eine Phasendifferenz von einem Viertel hervorruft, d. h., die
das polarisierte Licht um 90 gegenüber der Polarisationsachse verdreht. Der gedrehte und kollimierte Lichtstrahl
wird durch ein Objektiv 4 als Fleck kleiner Größe auf eine Information tragende Oberfläche einer optischen Platte D
fokussiert, die einen optischen Aufzeichnungsträger darstellt.
Die optische Platte D weist spiralförmige oder konzentrische Spuren oder Gräben auf, die in der Informationen tragenden
Oberfläche ausgebildet sind. Die Spuren beinhalten eine Anordnung von Vertiefungen, die durch Videoinformation, Audioinformation
oder beide dieser Informationen moduliert sind. Das Objektiv 4 ist auf einem Stellglied 5 montiert und ist
dadurch in radialer Richtung, d. h. in einer Spurrichtung a entlang der optischen Platte D führbar, und durch Verschieben
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des Objektives 4 in einer Richtung b rechtwinklig zur optischen
Platte D 1st Fokussieren möglich. Das Stellglied 5 wird durch ein SpurfUhrungssignal von einer (nicht dargestellten)
Spurführungs-Servoschaltung und durch ein Fokusservosignal von einer Fokusservoschaltung (ebenfalls nicht
dargestellt) in der Art und Weise geregelt, daß das Objektiv h auf das Spurführungssignal hin in der Spurrichtung a
und auf das Pokus.sorvosjgnal hin Ln der Fokusrichtung b bewegt
wird. Die Servokontrolle wird also so durchgeführt, daß der Lichtstrahl auf die Oberfläche der optischen Platte D
fokussiert wird und daß er dauernd der Spur in radialer Richtung genau folgt.
Von der Oberfläche der optischen Platte D reflektiertes
Licht fällt durch das Objektiv 4 durch die Viertelwellenlängenplatte j5 in den Polarisator 2 zurück und tritt von
dort durch ein Prisma 6, das unter kritischem Winkel ausgerichtet ist, so daß auf der lichtempfangenden Oberfläche PD
eines Fotodetektors 7 schließlich ein Beugungsmuster ausgebildet wird. Die lichtempfangende Fläche PD des Fotodetektors
7 ist in vier voneinander getrennte einzelne lichtempfangende Bereiche A, B, C und D unterteilt, wie dies in
Fig. 2 genauer dargestellt ist. Der Mittelpunkt 0 der Fotodetektorfläche
PD ist durch die Schnittlinie der Trennlinien zwischen den vier Bereichen gebildet. Dieser Mittelpunkt ist
mit der optischen Achse des reflektierten Lichstrahles ausgerichtet. Die vier Bereiche auf der Fläche PD des Fotodetektors
7 sind in bezug auf die radiale Spurrichtung a ausgerichtet, wie dies durch den Pfeil a in Fig. 2 angedeutet ist.
Wenn die Tiefe einer Vertiefung P auf der optischen Platte D ejnem Viertel der Wellenlänge des Lichtstrahles entspricht,
gibt der Fotodetektor ein Informationssignal SQ = S^ + Sß +
Sc + SD ab, das der Summe der Ausgangssignale von den vier
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lichtempfangenden Bereichen A-D entspricht. An der Vorderflanke
eines Informationssignales führen dunkle Bereiche>
die durch das Abtasten einer Vertiefung P durch einen Fleck S erzeugt sind, wie dies in den Fig. 5(Al) - (A3) dargestellt
ist, zu dunklen Bereichen und sogenannten Projektionsbildern auf der lichtempfangenden Fläche PD des Fotodetektors 7,
hervorgerufen durch ein Beugungsmuster vom reflektierten Lichtstrahl. Die dunklen Bereiche, die den Vertiefungen P
entsprechen, sind durch doppelschraffierte Bereiche dargestellt,
die den einfachschraffierten Bereichen überlagert erscheinen. Die einfachschraffierten Bereiche stellen die
Projektionsbilder dar, die durch Reflexion des Lichtstrahles von der Fläche der optischen Platte erzeugt sind, wie dies
in den Flg. 3 (Bl) - (BJ) dargestellt ist. Die Fig. 3(Al),
(A2) und (A3) entsprechen einer Verschiebung des Lichtfleckes S nach rechts gegenüber einer Vertiefung P, einem
Zusammenfallen mit der Vertiefung P bzw.einer Verschiebung nach links. Dio verschiedenen Beziehungen zwischen der Vertiefung
P und dem Strahlfleck S führen zu den entsprechenden
Projektionsbildern und Dunkelboreichen gemäß den Fig.
(Bl), (B2) bzw. (B3). Wenn der Strahl rechts gegenüber der Vertiefung verschoben ist, ist der Dunkelbereich von oben
links nach unten rechts diagonal gegenüber den vier Bereichen des Fotodetektors 7 verdreht. Wenn der Fleck S mit der
Vertiefung P zusammenfällt, ist der Dunkelbereich mit der horizontalen Mittelachse des Fotodetektors 7 ausgerichtet,
und wenn der Fleck nach links gegenüber der Vertiefung P verschoben ist, ist der Dunkelbereich entlang der Diagonalen
von oben rechts nach unten links des Fotodetektors 7 verdreht. Es 1st zu beachten, daß die Dunkelbereiche jeweils
symmetrisch in bezug auf den Mittelpunkt des Fotodetektors sind. Die angegebenen Beziehungen gelten für die Vorderflanke
des Aur.gancssigna]s. Eine entsprechende Situation besteht für
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die Rückflanke des Ausgangsinformationssignales SQ, wobei
die Dunkelbereiohe wieder symmetrisch in bezug auf den
Mittelpunkt der vier Bereiche des Potodetektors 7 liegen.
Wie aus den Pig. 3 (Al) - (AJ) und den Pig. ? (Bl) - (B?)
hervorgeht, ändern sich die Lagen der Dunkelbereiche auf dem Fotodetektor, die durch die Vertiefungen hervorgerufen
sind, entsprechend dem Ausmaß der Fehlausrichtung zwischen einer Vertiefung P und einem Lichtfleck. Aus der
Änderung der Lage kann also ein Spurfehlersignal gewonnen werden, indem die Differenz zwischen ausgewählten Bereichen
der Fotodetektorfläche gebildet wird. So kann ein Spurfehlersignal ST = (SA + Sc) - (Sg + SD) gebildet werden, das
der Differenz der Summe der Ausgansspannungen aus jeweils einem Paar diagonal entgegenliegender lichtempfangender
Bereiche A und C bzw. B und D entspricht. Dieses Spurfehlerslgnal wird zu Zeitpunkten abgegeben, die entweder der Vorder-
oder der Rückflanke des Summenausgangssignals S„ entsprechen.
Mit derartigen Signalen arbeitet das Spurführungssystem, das, wie oben angegeben, im allgemeinen als Differenzphasendetektierung
(DPD) bezeichnet wird. Die Summe der Ausgangssignale von den diagonal gegenüberliegenden lichtempfangenden
Bereichen A und C wird als Sp, bezeichnet, und die Summe der Ausgangssignale von den beiden anderen einander
diagonal gegenüberliegenden Bereichen B und D wird als ST2 bezeichnet. Das Differenzsignal (ST1 - S„2) ist dann
das Spurfehlersignal.
Wenn die Tiefe der Vertiefung P auf der Oberfläche der optischen Platte D einer Fünftel Wellenlänge des lesenden Lichtstrahles
entspricht, sind die Dunkelbereiche, diesen Vertiefungen
entsprechen, in bezug auf die von der Platte reflektierten Flecke wie in den Fig. ? (Cl), (C2) und (C?) ange-
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ordnet. Diese Fig. entsprechen den gegenseitigen Beziehungen zwischen dem Strahlfleck S und der Vertiefung P auf der
optischen Platte D an der Vorderflanke des Ausgangssignales SQ vom Fotodetektor 7 entsprechend den Fig. 3 (Al) - (A3),
Es ist zu beachten, daß dann, wenn die Tiefe der Vertiefungen einem Fünftel der Wellenlänge des Lichtstrahles entspricht,
die durch die doppelte Schraffur angedeuteten Dunkelbereiche nicht mehr symmetrisch entlang der Teilungslinie der lichtempfangenden
Bereiche rechtwinklig zur Abtastrichtung _a sind, Dies gilt sowohl für die Vorder- wie auch fUr die Rückflanke
des Ausgangssignales SQ.
Wenn die Dunkelbereiche nicht mehr symmetrisch zum Mittelpunkt 0 sind, ist eine Gleichspannungskomponente im Spurfehlersignal
vorhanden, das durch die Differenz zwischen der Summe der Ausgangssignale der diagonal gegenüberliegenden
Bereiche A und C und der Summe der Ausgangssignale von den anderen einander gegenüberliegenden Bereichen B und D
gebildet ist. Die Größe der Gleichspannungskomponente ändert sich darüberhinaus dann, wenn sich das Projektionsbild,
das nur durch die Strahlreflexion von der Platte gebildet ist, wie es durch die einfachschraffierte, kreisförmige
Fläche auf dem Fotodetektor dargestellt ist, sich über die Oberfläche des lichtempfangenden Bereichs PD des
Fotodetektors "J bewegt. Beim vorliegenden Beispiel ist davon
ausgegangen, daß sich das durch den Fleck S gebildete Projektionsbild von links nach rechts über den Fotodetektor
von Fig. 2 bewegt, wenn sich dan Objektiv 4 von einem Ende zum anderen entlang der radialen Spurführungsrichtung a
bewegt.
Die SignaIforrn eines Spurfehlersignales, wie es als Differenz
zwischen den Signalen S™, und S„p erhalten wird, wenn
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die Tiefe einer Vertiefung einem Viertel der Wellenlänge
des Lichtstrahles entspricht, 1st in Flg. 4A dargestellt.
Entsprechend ist die Signalform eines Spurfehlersignales dargestellt, wie es als Differenz zwischen S™, und ST2 erhalten
wird, wenn die Tiefe einer Vertiefung im Aufzeichnungsträger ein Fünftel der Wellenlänge des Lichtstrahles
1st, wozu auf FJg. ;IB verwiesen wird. Aus dem Vergleich der
Fig. 4a und 4B ist ersichtlich, daß dann, wenn die Tiefe
einer Vertiefung einem Viertel der Lichtwellenlänge entspricht, selbst dann keine Gleichspannungskomponente im
Spurfehlersignal auftritt, wenn das Projektionsbild leicht von rechts nach links durch Bewegen des Objektives 4 bewegt
wird, da die Signalform des Spurfehlersignales gemäß Fig.4A
symmetrisch zur Achse des Spannungswertes O ist. Wenn jedoch die Tiefe einer Vertiefung einem Fünftel der Wellenlänge
des Lichtstrahles entspricht, tritt eine Gleichspannungskomponente im zugehörigen Spurfehlersignal auf, wie
dies durch das Verdrehen der Einhüllenden des Signalzuges gemäß Fig. 4B dargestellt ist. Die Größe dieser Gleichspannungskomponente
ändert sich darüberhinaus bei einem Bewegen des Objektives 4. Wenn das Spurfehlersignal S„ oder genauer
(Srp-, - Srpp) als Spurführungssignal ohne Änderung verwendet
wird, treten die im folgenden erläuterten Probleme auf. Bei den unten angegebenen Beispielen ist davon ausgegangen, daß
die Tiefe einer Vertiefung P in der Oberfläche des optischen Aufzeichnungsträgers D ein Fünftel der Wellenlänge des abtastenden
Lichtstrahles ist.
Eine typische Betriebsart des beschriebenen optischen Plattensystems
besteht in einem wahlfreien Zugriff, indem auf JO eine beliebige Stelle auf der Oberfläche der optischen
Platte zugegriffen wird. Dieser wahlfreie Zugriff wird
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typischerweise dadurch ausgeführt, daß der Aufnahmekopf mit einem stufenförmigen Signal angesteuert wird, so daß
der Lichtfleck über mehrere hundert Spuren springt. Dann wird die Adresse der anzuspringenden Spur ausgelesen. Der
Sprung kann jedoch auf Grund einer durch die Gleichspannungskomponente hervorgerufenen Überlagerung nicht stabil
ausgeführt werden. In Fig. 5A 1st ein typisches Servoregelsignal
für wahlfreien Zugriff dargestellt, wie es dem Stellglied 5 zugeführt werden kann. Durch das Signal wird
1Ό das Objektiv 4 schnell von einem Ende, in diesem Fall dem
linken Ende, zum anderen Ende, d. h. dem rechten Ende, entlang der Spurführungsrichtung a geführt, so daß der Strahlfleck
über mehrere hundert Spuren springt, ohne deren Inhalt wiederzugeben. Bei dieser Betriebsart werden typischer-
.15 weise die Daten aus einer Spur ausgelesen, während der Strahlfleck von einem Ende zum anderen Ende, d. h. hier
von rechts nach links, wieder zurückgesetzt wird. In diesem Fall weist das Spurfehlersignal eine Signalform auf, wie
sie in Fig. 5C dargestellt ist. Die ideale Signalform für das Spurfehlersignal ist jedoch in Fig. 5B dargestellt. Besonders
zu beachten ist der Teil des Signalzuges, der mit A in Fig. 5C gekennzeichnet ist. Ein Vergleich mit dem entsprechenden
Signalbereich des Signalzuges von Fig. 5B zeigt, daß an diesen Stellen im Spurfehlersignal eine erhebliche
Gleichspannungskomponente vorhanden ist. Durch die an diesen, mit Pfeilen A gekennzeichneten Stellen des Spurfehlersignales
vorhandene Glelchspannungskomponerite treten Spurfehler selbst dann auf, wenn der richtige Spurführungszustand aufrechterhalten
wird, was zu instabilem Betrieb und damit ungenauem Springen führt.
Die genannte Glelchspannungskornponente führt aber nicht nur
beim Überspringen von Spuren zu Problemen, sondern auch dann,
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wenn eine starke äußere Erschütterung auf die Einrichtung
einwirkt. Eine solche Erschütterung führt dazu, daß die Spurführung zu Schwingungen mit einer Resonanzfrequenz f„
neigt. Wie bereits erwähnt, besteht eine Toleranz von etwa I30 um in der Positionsabweichung von der Mitte der optischen
Platte D während dem Herstellprozeß oder beim Abspielen. Wegen dieser Toleranz wird bei niedriger Tieffrequenzverstärkung
der Spurfehler erhöht. Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise die Tieffrequenzverstärkung der Servoschaltung
erhöht, und es wird eine Phasenkompensation durchgeführt. Die Gleichspannungskomponente im Spurfehlersignal
führt also zu Schwingungsbedingungen, wenn wahlfreier Zugriff durchgeführt wird oder wenn eine starke äußere Erschütterung
auf das System einwirkt. Schwingungsbedingungen liegen dann vor, wenn die Verstärkung für offene Steuerung
des Servosystems 1 ist und die Phase um l8o° bei der Resonanzfrequenz
f0 verschoben ist. Das System beginnt dann zu
schwingen, und das Spurführungssignal weist dann eine Schwingung mit einer Resonanzfrequenz f~ auf, wie dies in
Fig. 6b dargestellt ist. Die Idealform des Spurfehlersignals ist in Pig. 6a dargestellt. Der Unterschied zum Resonanzsignal
gemäß Pig. 6b ist deutlich erkennbar.
Durch die erfindungsgemäße Schaltung sind die Probleme durch Ausscheiden der Gleichspannungskomponente vermieden.
Ein Ausführungsbeispiel einer solchen Schaltung ist in Fig. 7 dargestellt. Die lichtempfangenden Bereiche A, B, C
und D, die die lichtempfangende Fläche PD des Fotodetektors 7 bilden, sind entsprechend der Anordnung gemäß Fig.
in bezug auf die Spurführungsrichtung a ausgerichtet. Die Ausgangssignale der zwei einander diagonal gegenüberliegenden
Bereiche A und C werden den zwei Eingängen eines ersten
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Addierers 11 zugeführt. Entsprechend werden die Ausgangssignale von den zwei verbleibenden, einander diagonal gegenüberliegenden
Bereichen B und D zwei Eingängen eines zweiten Addierers 12 zugeführt. Die Ausgangssignale vom
ersten Addierer 11 und vom zweiten Addierer 12 werden einem dritten Addierer IJ zugeführt, der dann das Wiedergabeinformationssignal
S-. = S. + Sß + Sc + Sj. ausgibt. Dieses Signal
S0 wird an einen Pulsflankengenerator 14 für Rückflanken
(oder Vorderflanken) und ebenfalls an einen Pulsflankengenerator
15 für Vorderflanken (bzw. Rückflanken) gegeben.
Der Pulsflankengenerator 14 erzeugt einen Puls auf die Vorderflanke
des Informationssignales S~ hin, während der Generator
15 einen Puls aut1 die Rückflanke desselben Signales
hin abgibt. Ein Vorderflankenpuls wird dann erhalten, wenn
der Fleck S, wie er in den Fig. 3 (Al) -J (AJ) dargestellt
ist, in eine Vertiefung eintritt. Die Rückflanke wird dann erhalten, wenn der Fleck S auf der Vertiefung P austritt.
Die Ausgangssignale vom ersten und vom zweiten Addierer 11
und 12 werden den zwei Eingängen einer Subtrahierschaltung 16 zugeführt, und zwar das Ausgangssignal vom ersten
Addierer 11 dem Plus-Eingang und das Ausgangssignal vom zweiten Addierer 12 dem Minus-Eingang. Das Ausgangssignal
von der Subtrahierschaltung 16 wird auf eine erste Abtast-Halte-Schaltung
17 und eine zweite Abtast-Halte-Schaltung
gegeben. Die Abtast-Halte-Schaltungen 17 und 18 werden durch
das Ausgangssignal vom Flankenpulsgenerator für Vorderflanken 14 bzw. für Rückflanken 15 freigegeben. Die Ausgangssignale
von den Abtast-Halte-Schaltungen 17 und 18 werden an den Plus-Eingang bzw. den Minus-Eingang einer Subtrahierschaltung
19 gegeben. Die Abtast-Halte-Schaltung 17 gibt das Spurfehlersignal S™, ab, wie es bei der Vorderflanke
des Signales S„ auftritt, und die entsprechende
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Schaltung l8 gibt das Signal ST2 an der RUckflanke ab. Die
Signale entsprechen jeweils der Differenz (S. + S«) - (Sg + S
zwischen der Summe der Ausgangssignale der Bereiche A und C und der Summe der Ausgangssignale der beiden anderen Bereiche
B und D des lichtempfangenden Bereiches PD des Fotodetektors 7· Am Ausgang der Subtrahierschaltung 19 wird dadurch
ein erstes Spurfehlersignal (S , - ST2) erhalten, das
einem Spurführungssignal entsprechend der oben angegebenen
Differenzphasendetektierung (DPD) entspricht.
Die Ausgangssignale von den lichtempfangenden Bereichen A und B werden aber auch an die Eingänge eines vierten Addierers
20 und die Ausgangssignale der beiden anderen lichtempfangenden Bereiche C und D werden an die Eingänge eines
fünften Addierers 21 gegeben. Die Ausgangssignale der Addierer 20 und 21 werden an den Plus- bzw. den Minus-Eingang
einer Subtrahierschaltung 22 gegeben. Das Ausgangssignal von der Subtrahierschaltung 22 stellt ein zweites Spurfehlersignal,
nämlich ein Zweirichtungsfehlersignal Sp
(S. + St,) - (Sp + SD) dar. Dieses Zweirichtungsfehlersignal
Sp kann dann als Spurführungssignal dienen, wenn die
Tiefe von Vertiefungen einem Viertel der Wellenlänge des Lichtstrahles entspricht. Die Ausgangssignale der ausgewählten
Paare der lichtempfangenden Bereiche des Potodetektors
sind bei richtiger Spurführung gegeneinander ausgeglichen.
Wenn jedoch der Strahlfleck nach rechts oder nach links in bezug auf die Mittellinie der Bereiche abweicht, wird das
Ausgangssignal von einem Paar der Bereiche größer als das Ausgangssignal vom anderen Paar. Durch Ausnutzen der Differenz
zwischen den Signalen wird die Spurführungsregelung
3P durchgeführt.
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Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung gibt das Zweirichtungsfehlersignal Sp die Abweichung des Beugungsmusters
des reflektierten Strahles auf dem lichtempfangenden Bereich PD des Potodetektors 7 entlang der SpurfUhrungsrichtung
a wieder. Das Ausgangssignal von der Subtrahierschaltung 22 wird an ein Tiefpassfilter (LPP) 25
gegeben, das ein Auagangssignal abgibt, das im wesentlichen
der Gleichspannungskomponente entspricht. Diese Komponente vom Tiefpassfilter 27) wird dem Minus-Eingang einer
Subtrahierschaltung 24 zugeführt. An den Plus-Eingang der
Subtrahierschaltung 24 wird dagegen das Ausgangssignal von
der Subtrahierschaltung 19 gegeben, das das DPD-Signal
bildet. Die Subtrahierschaltung 24 erzeugt ein Spurführungssignal, das dem Stellglied 5 zugeführt wird, das das
Objektiv 4 entlang der SpurfUhrungsrichtung a einstellt.
Wenn die Tiefe der Vertiefungen P der Oberfläche der Platte D zum Beispiel ein Fünftel der Wellenlänge des Lichtstrahles
ist und das Objektiv 4 radial bewegt wird, um die Vertiefungen entlang der Spurrichtung a abzutasten, wird
eine Signalform des Spurfehlersigna.les (S™, - S„2) von der
Subtrahierschaltung 19 erhalten, wie sie in Fig. 8A dargestellt ist. Die Signalform des zugehörigen Zweirichtungsfehlersigna.ls
Sp von der Subtrahierschaltung 22 ist in Fig. 8b dargestellt. Wenn die Tiefe der Vertiefungen ein
Fünftel der Wellenlänge ist, wird das Zweirichtungsfehlersignal
Sp vom Spurfehlersignal (Srp, - Sm2) *n der Subtrahierschaltung
24 abgezogen, wodurch ein SpurfUhrungssignal
ohne Gleichspannungskomponente erhalten wird, wie es in Fig. 8c dargestellt ist. Die Gleichspannungskomponente im
Spurfehlersignal (S-, - STp) wird also durch Subtrahieren
des Zweirichtungsfehlersignals Sp vom Spurfehlersignal be-
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- 21 -
seitigt. Das Spurführungssignal von der Subtrahierschaltung 24 wird dem Stellglied durch das Tiefpassfilter 25
zugeführt, das das Signal filtert, um die Tieffrequenzkomponente hervorzuheben. Wenn die Tiefe der Vertiefungen P
ein Drittel der Wellenlänge des Lichtstrahles ist, wird die Subtrahierschaltung 24 durch eine Addierschaltung ersetzt.
Im Gebrauch hat sich herausgestellt, daß dann, wenn die Tiefe der Vertiefungen ein Fünftel der Wellenlänge ist,
das Zweirichtungs-Fehlersignal vom Spurfehlersignal in
der Subtrahierschaltung 24 mit einem Verhältnis von IiJ7O,3 abgezogen werden soll. Dieses Verhältnis ändert
sich dann, wenn die Tiefe der Vertiefungen z. B. ein Achtel oder ein Sechstel der Wellenlänge ist. Die Subtrahierschaltung
24 kann einen Operationsverstärker enthalten,und das
Differenzverhäitnis kann auf übliche Art und Weise durch Einstellen von Widerständen gesteuert werden.
Das Zweirichtungsfehlersignal Sp kann auch verwendet werden,
um die Gleichspannungs-Abweichungskomponente zu korrigieren, wenn die Differenz S™ zwischen der Summe der Ausgangssignale
vom diagonalen Paar AC und die Summe derAusgangssignale vum diagonalen Paar B und D an der Vorderflanke
oder der Rückflanke des Wiedergabesignales Sq abgetastet
wird, um das Spurfehlersignal zu gewinnen.
Durch die Erfindung werden also erhebliche Vorteile erzielt, wenn die Tiefe einerVertiefung nicht mehr einem Viertel der
Wellenlänge des abtastenden Lichtstrahles entspricht. Die Gleichspannungskomponente, die erzeugt wird, wenn das Objektiv
entlang der Spur bewegt wird, oder gegenüber dieser verdreht wird, welche Komponente beim DPD-Verfahren ein Problem
ist, ist durch Verwenden des Zweirichtungssignales ausge-
schaltet. Eine vorhandene Gleichspannungskomponente wird also nicht irrtümlicherweise als Spurfehlersignal verwertet.
Bei wahlfreiem 7,u/>;riff, wenn dan Objektiv entlang der ganzen
Spurrichtung verschoben wird, und in eine Sprungstartposition rückgesetzt wird, wobei die Adressinformation aus
einer Spur wiedergegeben wird und dann der Strahlfleck über mehrere hundert Spuren springt, werden der Sprung und das
anschließende Einstellen stabil ausgeführt, da die Gleich-Spannungskomponente aus dem Spurfehlersignal entfernt ist.
Wenn eine starke äußere Erschütterung auftritt, die normalerweise zu einem Schwingen mit einer Resonanzfrequenz f~,
beim Vorhandensein eines Verstärkungsfaktors 1, führt, so ist mit der erfindungsgemäßen Schaltung gewährleistet, daß
ein solches Schwingen nicht mehr auftritt.
Claims (8)
- TER MEER-MÜLLER- STEI N ME I STE RPATENTANWÄLTE: — EUROPEAN PATENT ATTORNEYSDipl.-Chem. Dr. N. tor Moor Dipl.-Ing. H. SteinmoisterSSTsso 4 E· MÜllOr Artur-LadebecK-Strasse eiD-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1Mü/j/ho/maS84P97 13. April 1984SONY CORPORATION7-35 Kitashinagawa 6-chomeShinagawa-ku, Tokyo 141, JapanSpurführungs-Scrvoschaltung für optische AbtastgerätePriorität: 14. April 1983, Japan, Nr. 65853/1983PATENTANSPRÜCHESpurführungs-Servoschaltung für optische Abtastgerätey bei der von einer Lichtquelle ausgesandtes Licht auf die Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers fokussiert wird/ auf dem eine Informationsspur in Form von veränderlichen Vertiefungen ausgebildet ist, welche Schaltung eine Spurführungseinrichtung ansteuert, die den Lichtstrahl so führt, daß er in Abhängigkeit von einem Spurführungssignal der Informationsspur folgt, sowie mit einem Fotodetektor mit mehreren lichtempfindlichen Bereichen, auf den das von der Oberfläche reflektierte licht auftrifft,
gekennzeichnet durchSONY Corp. - SÖ4P9734U052- eine erste Spurfehler-Ermittlungseinrichtung (11 - 19), die mit den lichtempfangenden Bereichen (A, B, C, D) des Potodetektors (7) verbunden ist und aus den Ausgangssignalen (S., SR, Sn, S^) derselben in einer vorgegebenen Kombination ein erstes Spurfehlersignal (Sm1- S~p) bildet,- eine zweite Spurfehler-Ermittlungseinrichtung (20 2j5), die ebenfalls mit den vier lichtempfangenden Bereichen verbunden ist und aus den Ausgangssignalen in einer zweiten vorgegebenen Kombination ein zweites Spurfehlersignal (ST) bildet, und- eine Signalkombiniereinrichtung (24, 25), die das erste und das zweite Spurfehlersignal zum Spurführungssignal kombiniert, das im wesentlichen keine Glelchspannungskomponente aufweist. - 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß- die erste Ermi ttlungseinrichtunf; (11 - I9) das ernte Spurfehlersignal (S™, - S „) als Differenz zwischeneinem ersten Summensignal (S. + Sn) und einem zweiten Summensignal (S„ + S^) aus den Signalen vom Fotodetektor bildet und- die zweite Ermittlungseinrichtung (20 - 2j) ein zweites Spurfehlersignal (Sp) als Differenz zwischen einem dritten Summensignal (S. + S-.) und einem vierten Summensignal (Sn + Sn) aus den Signalen vom Detektor (7) bildet, wobei das dritte und das vierte Summensignal vom ersten bzw. zweiten Sumrnensignal jeweils unterschiedlich sind.
- 3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch g e k e η η ζ e i c h η c; t , daß die Vertiefungen im Aufzeichnungsträger eine T-iefelvon mindestens einemSXlNY Corp. - S84P97 X:.:. 34U052Viertel der Wellenlänge des Lichtstrahles aufweisen, und daß die Signalkombiniereinrichtung einen Signaladdierer zum Bilden des Spurführungssignales als Summe aus dem ersten und dem zweiten Spurfehlersignal aufweist.
- 4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen im Aufzeichnungsträger eine Tiefe von weniger als einem Viertel der Wellenlänge des Lichtstrahles aufweisen, und daß die Signalkombiniereinrichtung eine Subtrahierschaltung (24) aufweist, die das Spurführungssignal durch Abziehen des zweiten Spurfehlersignales (Sp) vom ersten Spurfehlersignal (S™ - ST2) bildet.
- 5· Schaltung nach Anspruch 4, dadurch g e kennzeichnet, daß der Fotodetektor (7) vier lichtempfangende Bereiche A, B, C, und D aufweist, die so angeordnet sind, daß A neben B und B neben C in Spurrichtung sowie A neben B und D neben C quer zur Spurrichtung liegt, und daß die erste Ermittlungseinrichtung (11, 12, 16) das erste Spurfehlersignal als (SA + Sc) - (Sg + Sjj) bildet, und die zweite Ermittlungseinrichtung (20, 21, 22) das zweite Spurfehlerslgnal als (SA + Sß) - (Sc + S^) bildet.
- 6. Schaltung nach Anspruch 5> dadurch g e kennzeichnet, daß die erste Ermittlungseinrichtung Addierschaltungen (11, 12, 13) und eine Subtrahierschaltung (l6) aufweist, von denen die Addierschaltungen ein erstes Zwischensignal (SA + Sc) + (Sg + S bilden und die Subtrahierschaltung ein zweites Zwischensignal (SA + S«) - (Sß + SD) bildet, daß die erste Ermitt..S.ONY Corp. - S84P97:··:;.:· 34K0524 -lungseinrichtung eine erste und eine zweite Abtast-Halte-Schaltung (17* 18) aufweist, denen das zweite Zwischensignal zugeführt wird, daß ein erster und ein zweiter Pulsflankenerzeuger (14, I5) vorhanden sind, die das erste Zwischensignal erhalten und jeweilige Pulsflanken erzeugen, die die Eingänge der Abtast-Halte-Schaltungen triggern, und daß die Ausga.ngssigna.le der Abtast-Halte-Schaltungen in einer Subtrahierschaltung (19) voneinander subtrahiert werden und dadurch das erste Spurfehlersignal (S71 - S72) bilden.
- 7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch ge kennzeichnet, daß die zweite Ermittlungseinrichtung einen ersten Addierer (20) und einen zweiten Addierer (21) aufweist, die ein erstes Summensignal(S. + Sß) bzw. ein zweites Summensignal (S„ + S^) abgeben, welche Summensignale einer Subtrahierscha.ltung (22) zugeführt werden, die das zweite Spurfehlersignal (Sp) als Differenzsignal (SA + Sß) - (Sc + SD) bildet.
- 8. Schaltung nach einem der Ansprüche 2~7> dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ermittlungseinrichtung (20 - 23) ein Tiefpassfilter (23) aufweist, dem das Differenzsignal zugeführt wird, und die das zweite Spurfehlersignal im wesentlichen als Gleichspannungssignal bildet.
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