DE3414052A1

DE3414052A1 - Spurfuehrungs-servoschaltung fuer optische abtastgeraete

Info

Publication number: DE3414052A1
Application number: DE19843414052
Authority: DE
Inventors: Kazuhiko Fujie; Chiaki Nonaka; Tadao Tokio/Tokyo Yoshida
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1983-04-14
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1984-10-18
Anticipated expiration: 2004-04-14
Also published as: US4924455A; GB2141266A; FR2544535B1; DE3414052C2; JPS59191144A; CA1230420A; KR840009166A; FR2544535A1; KR910007914B1; GB2141266B

Description

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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.

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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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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 S_Q = S^ + S_ß + S_c + S_D 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 S_Q, 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 S_T = (S_A + S_c) - (Sg + S_D) 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 S_p, bezeichnet, und die Summe der Ausgangssignale von den beiden anderen einander diagonal gegenüberliegenden Bereichen B und D wird als S_T2 bezeichnet. Das Differenzsignal (S_T1 - 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 S_Q 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 S_Q.

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 S_T2 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. + S_ß + S_c + 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 S_T2 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 , - S_T2) 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 S_p (S. + St,) - (Sp + S_D) dar. Dieses Zweirichtungsfehlersignal S_p 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

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Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung gibt das Zweirichtungsfehlersignal S_p 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 S_p 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 (S_rp, - 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-, - S_Tp) wird also durch Subtrahieren des Zweirichtungsfehlersignals S_p vom Spurfehlersignal be-

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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 S_p 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

TER MEER-MÜLLER- STEI N ME I STE R

PATENTANWÄLTE: — EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

Dipl.-Chem. Dr. N. tor Moor Dipl.-Ing. H. Steinmoister

SSTsso ₄ ^E· ^MÜllOr Artur-LadebecK-Strasse ei

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

Mü/j/ho/ma

S84P97 13. April 1984

SONY CORPORATION

7-35 Kitashinagawa 6-chome

Shinagawa-ku, Tokyo 141, Japan

Spurführungs-Scrvoschaltung für optische Abtastgeräte

Priorität: 14. April 1983, Japan, Nr. 65853/1983

PATENTANSPRÜCHE

Spurführungs-Servoschaltung für optische Abtastgeräte_y 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 durch

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- 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., S_R, S_n, 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 (S_T) 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 zwischen

einem ersten Summensignal (S. + S_n) und einem zweiten Summensignal (S„ + S^) aus den Signalen vom Fotodetektor bildet und

- die zweite Ermittlungseinrichtung (20 - 2j) ein zweites Spurfehlersignal (S_p) als Differenz zwischen einem dritten Summensignal (S. + S-.) und einem vierten Summensignal (S_n + S_n) 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 einem

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Viertel 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 (S_p) vom ersten Spurfehlersignal (S™ - S_T2) 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 (S_A + S_c) - (Sg + Sjj) bildet, und die zweite Ermittlungseinrichtung (20, 21, 22) das zweite Spurfehlerslgnal als (S_A + S_ß) - (S_c + 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 (S_A + S_c) + (Sg + S bilden und die Subtrahierschaltung ein zweites Zwischensignal (S_A + S«) - (S_ß + S_D) bildet, daß die erste Ermitt

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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. + S_ß) bzw. ein zweites Summensignal (S„ + S^) abgeben, welche Summensignale einer Subtrahierscha.ltung (22) zugeführt werden, die das zweite Spurfehlersignal (S_p) als Differenzsignal (S_A + S_ß) - (S_c + S_D) 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.