DE3438260A1 - Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung fuer ein optisches aufzeichnungs- und wiedergabegeraet - Google Patents

Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung fuer ein optisches aufzeichnungs- und wiedergabegeraet

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DE3438260A1
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Description

343826Q
Case FP601-8422
Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung für ein optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät
Die Erfindung betrifft eine Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung, insbesondere für ein optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät.
Bei einem Gerät zum optischen Aufzeichnen oder Wiedergeben einer Information, beispielsweise bei einem Kompaktplattenspieler oder CD-Plattenspieler oder einem Bildplattenspieler, ist es üblich, eine Fokussierungsservosteuerung vorzusehen, die einen Aufzeichnungs- oder Leselichtstrahl richtig auf einem Aufzeichnungsträger fokussiert. Herkömmliche Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtungen, die in derartigen Geräten verwandt werden, sind so aufgebaut, daß ein reflektierter Lichtstrahl durch eine Zylinderlinse auf einen Lichtdetektor fällt, der aus einer Vielzahl von Lichtempfangselementen aufgebaut ist, die symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors angeordnet sind. Das Fokussierungsfehlersignal wird dadurch abgeleitet, daß zwei Summensignale voneinander abgezogen werden, von denen jedes dadurch erhalten wird, daß die Ausgangssignale von zwei Lichtempfangselementen addiert werden, die symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors angeordnet sind. Der Nachteil einer derartigen Vorrichtung besteht jedoch darin, daß unvermeidlich eine Abweichung des Fokussierungsfehlersignals erzeugt wird, wenn die Richtung des Lichtstrahles tangential oder normal zu den Aufzeichnungsspuren zur Spurführungssteuerung oder zur Bildverzerrungs- oder Zitterkorrektur verschoben wird.
Durch die Erfindung soll daher dieser Mangel herkömmlicher Vorrichtungen beseitigt werden und soll somit eine
Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung geschaffen werden, die die Abweichung des Fokussierungsfehlersignals aufgrund einer Abweichung der Lage des Lichtstrahles auf dem Lichtdetektor verringern kann. Die erfindungsgemäße Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung ist dazu so aufgebaut, daß sie das Fokussierungsfehlersignal dadurch ableitet, daß zwei Multiplikationssignale voneinander subtrahiert werden, die durch eine Multiplikation zwischen den Ausgangssignalen der Lichtempfangselemente erhalten werden, die symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors angeordnet sind.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzuqte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 in einer schematischen Diagramm ein Beispiel eines optischen Systems, das in einem optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät verwandt wird,
Fig. 2 ii einem Blockschaltbild ein Beispiel einer herkjmmlichen Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung,
Fig. 3A-3C in Diagrammen die Form des Lichtstrahles auf der Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors in Fig. 2 unter den verschiedenen Fokussierungsverhältni ssen,
Fig. 4 in einem Blockschaltbild ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung,
Fig. 5 in einer graphischen Darstellung die Änderung des Fokussierungsfehlersignals bezüglich des Fokussierungsfehlers,
Fig. 6 in einem Diagramm einen Zustand, bei dem die
Mitte des reflektierten Lichtstrahles von der Mitte der Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors abweicht,
Fig. 7 in einer graphischen Darstellung die
Änderung des Fokussierungsfehlersignals bei den in Fig. 6 dargestellten Verhältnissen,
Fig. 8 in einem Blockschaltbild ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtuna und
Fig. 9 in einem Diagramm den Zustand, bei dem die
Lage der Mitte des Lichtstrahles extrem aus der Mitte der Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors heraus verschoben ist.
Bevor die bevorzugten Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben werden, wird zunächst anhand von Fig. 1 ein typisches optisches System beschrieben, das bei einem optischen Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät verwandt wird.
In Fig. 1 sind eine Lichtquelle 1 und ein von dieser Lichtquelle 1 ausgesandter Lichtstrahl 2 dargestellt. Der Lichtstrahl 2 wird von einem Strahlenteiler 3 reflektiert und auf einen Aufzeichnungsträger 5 gerichtet. Eine Objektivlinse oder ein Objektiv 4 fokussiert den am Strahlenteiler 3 reflektierten Lichtstrahl auf der Informationsfläche 5a des Informationsträgers 5. Nach einer Reflektion an der Informationsfläche 5a geht der Lichtstrahl über im wesentlichen den gleichen Weg wie der einfallende Lichtstrahl durch das Objektiv 4 und anschließend durch den Strahlenteiler 3. Danach geht der reflektierte Lichtstrahl 6 durch eine Zylinderlinse 7, um eine Astigmatismus hervorzurufen. Nach dem Durch-
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gang durch die· Zylinderlinse 7 konvergiert der Lichtstrahl an der Stelle eines Lichtdetektors 8. Zwischen zwei Fokuslinien, d.h. einer vertikalen Fokuslinie und einer horizontalen Fokuslinie des astigmatischen Lichtstrahles, der durch die Zylinderlinse 7 hindurchgegangen ist, gibt es eine Stelle, an der der Querschnitt des Lichtstrahles kreisförmig wird. Der Lichtdetektor 8 ist so angeordnet, daß seine Lichtempfangsflache 8a an dieser Stelle liegt und einkreisförmiger Lichtstrahl- vom Lichtdetektor 8 empfangen wird.
Wie es in Fig. 2 dargestellt ist, ist der Lichtdetektor 8 vom sogenannten Quadranten-Typ und somit aus vier unabhängigen Lichtempfangselementen 8. bis 8. aufgebaut, die Seite an Seite so angeordnet sind, daß dazwischen zwei Grenzlinien verlaufen, die einander im wesentlichen im rechten Winkel kreuzen.
Die Ausgangssignale der beiden Lichtempfangselemente 8. und 83 dieses Lichtdetektors, die diagonal oder symmetrisch bezüglich der Mitte 0 der Lichtempfangsfläche 8a angeordnet sind, liegen an einem Addierer 9. Andererseits liegen die Ausgangssignale der beiden Lichtempfangssignale 82 und 8^ an einem Addierer 10. Die Ausgangssummensignale der Addierer 9 und 10 liegen dann an einem Subtrahierer 11, in dem das Differenzsign.il der Eingangssignale abgeleitet und seinerseits als Fokussierungsfehlersignal ausgegeben wird.
Nach Maßgabe dieser Differenzausgangssignale wird die Fokussierungssteuerung des in Fig. 1 dargestellten optischen Systems durchgeführt.
Eine derartige Vorrichtung arbeitet in der folgenden Weise. Wenn der Aufzeichnungsträger 5 sich in der fokussierten Lage befindet, wird der reflektierte Lichtstrahl von den Lichtempfangsflächen 8a des Lichtdetektors 8 in einer Ver-
teilung empfangen, wie sie schematisch in Fig. 3B dargestellt ist. In diesem Zustand läßt sich das Fokussierungsfehlersignal FE durch die folgende Gleichung (1) ausdrucken:
FE = (S1 + S3) - (S2 + S4) = Q (1),
wobei Si (i =1,2,S,4) ein niederfrequenter Anteil jedes der Ausgangssignale der Lichtempfangselernente S1 bis 84 ist.
Wenn andererseits der Aufzeichnungsträger 5 von der fokussierten Lage abweicht, wird die Verteilung des reflektierten Lichtstrahls polarisiert, wie es in Fig. 3A oder 3C dargestellt ist. Das Fokussierungsfehlersignal FE hat daher einen Wert größer oder kleiner als 0 (FE > 0 oder FE < 0). Das bedeutet, daß die Richtung und die Größe des Fokussierungsfehlers durch das Vorzeichen und den Pegel des Fokussierungsfehlersignals bestimmt sind.
Bei der herkömmlichen Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung wird somit das Fokussierungsfehlersignal als Differenzsignal zwischen den beiden Summensignalen erhalten, die jeweils dadurch erzeugt'werden, daß die Ausgangssignale von zwei Lichtempfangselementen addiert werden, die symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors angeordnet sind. Wenn daher der Lichtstrahl in eine Richtung tangential zur Aufzeichnungsspur oder in eine Richtung senkrecht dazu zum Zweck der Spurführungssteuerung oder für eine Kompensation des Zittereffektes verschoben wird, kann das Fokussierunqsfehlersignal ein Verschiebungspotential aufgrund einer Änderung in der Verteilung des Lichtstrahles auf der Lichtempf angsf lache des Lichtdetektors enthalten.
Es gibt auch ein Verfahren, wie es in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 56-42060 beschrieben ist, bei dem der Abweichungspegel dadurch herabgesetzt wird, daß
die Abweichurg der Laae des Lichtstrahles aufgenommen und das Fokussierungsfehlersignal über ein Detektorsignal kompensiert wird, das durch die Aufnahme dieser Abweichung erhalten wire;.
Dieses Verfahren hat gleichfalls den Nachteil, daß eine Vielzahl von Schaltungsbauelementen, beispielweise Subtrahierschaltungen und Multiplizierschaltungen, erforderlich sind. Der Schaltungsaufbau ist daher kompliziert, was wiederum zu relativ hohen Kosten führt.
Durch die Erfindung sollen diese Schwierigkeiten herkömmlicher Vorrichtungen beseitigt werden und soll eine Fokussierung5fehierdifferenzbildungsvorrichtung geschaffen werden, bei der die Abweichung des Fokussierungsfehlersignals aufgrund einer Abweichung des Lichtstrahles auf der Lichtempfangr.flache des Lichtdetektors erheblich verringert ist.
Gemäß der Erfindung werden die Ausgangssignaie von zwei Lichtempfangselementen, die symmetrisch bezüglich der Mitte der Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors angeordnet sind, miteinander multi piiziert und wird das Fokussierungsfehlersignal dadurch erhalten, daß die in dieser Weise erhaltenen zwei Multiplikationssignale voneinander abgezogen werden.
Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein erstes Auführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fokussierungs· fehlerdetektorvorrichtung beschrieben.
Der in Fig. 4 dargestellte Lichtdetektor 8 ist identisch mit dem herkömmlichen Lichtdetektor und weist daher vier Lichtempfangselemente S1 bis 84 auf. Die Ausgangssignale von zwei Lichtemofangselementen S1 und 83, die symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors 8 angeordnet sind, werden an einem Multiplikator 12 miteinander multipliziert.
" - zJ ·
In ähnlicher Weise werden die Ausgangssignale der beiden Lichtempfangselemente 8~ und 8., die gleichfalls symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors 8 angeordnet sind, an einem Multiplikator 13 multipliziert. Jedes Ausgangssignal der Multiplikatoren 12 und 13 liegt dann an einem Subtrahierer 14, der die beiden anliegenden Einganqssignale voneinander subtrahiert. Anschließend wird ein Subtraktionssiqnal vom Subtrahierer 14 als Fokussierungsfehlerdetektorsignal ausgegeben.
Der Pegel des Fokussierungsfehlerdetektorsignals läßt sich wie folgt berechnen:
FE = (S1 χ S3) - (S2 χ S4) (2),
wobei Si (i = 1,2,3,4) ein niederfrequenter Anteil der Ausgangssignale jedes Lichtempfangselementes 8. bis 8- ist.
Fig. 5 zeigt den Pegel des Fokussierungsfehlersignals bezüglich der Höhe des Fokussierungsfehlers. Wie es in Fig. 5 dargestellt ist, können die Richtung und die Größe des Fokussierungsfehlers über das Vorzeichen und den Pegel des Fokussierungsfehlersignals ermittelt werden. Weiterhin wird der fokussierte Zustand immer durch eine Servosteuerung eines Bauteils, wie beispielsweise des Objektives 4 in Fig. 1 nach Maßgabe dieses Fokussierungsfehlersignals beibehalten.
Wenn bei einer derartigen Anordnung die Lage des Lichtstrahles in eine Richtung tangential zur Aufzeichnungsspur oder in eine Richtung senkrecht dazu für eine Spurführungssteuerunq oder eine Zitterkompensation verschoben wird, wird die Mitte des Lichtstrahles auf der Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors 8 aus der Mitte der Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors heraus versetzt. Als ein Beispiel ist dieser Zustand in Fig. 6 dargestellt, in der die Mitte des Licht-
Strahles P auf der Lichtempfangsfläche 8a aus der Mitte 0 der Lichtempfangsfläche 8a des Lichtdetektors 8 heraus versetzt ist.
Wenn unter diesen Umständen das Fokussierungsfehlersignal nach dem herkömmlichen Verfahren abgeleitet wird, wie es durch die Gleichung (1) angegeben ist, wird unvermeidlich selbst im fokussierten Zustand aufgrund der Abweichung der Mitte des Lichtstrahles auf der Lichtempfangsfläche eine Signalabweichung erzeugt. Wenn angenommen wird, daß die Intensitätsverteilung des Lichtstrahles nahezu gleichmäßig ist, wird diese Abweichung durch die Fläche eines rechteckigen Teil·; wiedergegeben, der in Fig. 6 durch schräg verlaufenden Linien dargestellt ist, wobei die gestrichelten Linien,die die zwei Ränder des Rechteckes bilden, das schraffiert dargestellt ist, jeweils eine Linie symmetrisch zur Grenzlinie XX1 oder YY1 des Lichtdetektors 8 bezüglich der Mitte P des Lichtstrahles wiedergeben.
Im folgenden wird eine Maßnahme zum Erzielen eines Fokussierungsfehlersignals beschrieben , das durch eine Abweichung der Lage der Mitte des Lichtstrahles nicht beeinflußt wird. Bei dieser Maßnahme wird das Fokussierungsfehlersignal durch eine Subtraktion der Abweichung, die durch einen Fehler in der Lage der Mitte des Lichtstrahles auf der Lichtempfangsfläche verursacht wird, von dem Ergebnis des Arbeitsvorganges genäß Gleichung (1) des herkömmlichen Verfahrens erhalten.
Wenn der nach Gleichung (1) erhaltene Signalpegel als FE1 bezeichnet wird, werden die folgenden Gleichungen erhalten:
FE = FE1 - D (3)
FE1 = (S1 + S3) - (S2 + S4) ... (4)t
wobei D die Höhe des Abweichungsanteils und FE das
Fokussierungsfehlersignal bezeichnen, das von der Abweichung in der Lage des Lichtstrahles nicht beeinflußt ist.
Wenn angenommen wird, daß die Höhe des Abweichungsanteils D der Fläche des rechteckigen Teils entspricht, der schraffiert in Fig. 6 dargestellt ist, so läßt sich der Anteil D annähernd in der folgenden Weise unter Verwendung einer einfachen geometr is ch-en Berechnung darstellen:
[(S1 + S4)-(S2 + S3)It(S1 + S2)MS3 + S4)]
(S1 + S2 + s.
Durch Einsetzen der Gleichung(5)in die Gleichung (3) wird die folgende Gleichung (6) erhalten:
4[(S1 X S3) - (S2
S2 + S3 4) (6)
Es ist ersichtlich, daß der Ausdruck von Gleichung (6), d. h. das Ergebnis der Berechnung gemäß Gleichung (2) nach der erfindungsgemäßen Arbeitsweise ein Fokussierungsfehlersignal liefert, in dem die Abweichung aufgrund einer Abweichung der Mitte des Lichtstrahles verringert ist und das nicht durch eine Abweichugn der Lage des Lichtstrahles beeinflußt wird.
Fig. 7 zeigt die Änderung des Fokussierungsfehlersignals bezüglich der Abweichung der Lage des Lichtstrahles in dem Fall, in dem eine Abweichung der Lage des Lichtstrahles vorliegt, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist. Die gestrichelte Linie b zeigt das Fokussierungsfehlersignal der herkömmlichen Vorrichtung, in der eine Arbeitsabfolge nach Gleichung (1) abläuft. Wie es durch eine ausgezogene Linie a dargestellt
ist, hat das Fokussierungsfehlersignal der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine sehr kleine Abweichunq aufgrund der Abweichung der Mitte des Lichtstrahles auf der Lichtempfangsfläche verglichen mit dem Fokussierungsfehlersignal der herkömmlichen Vorrichtung.
In Fig. 8 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung dargestel1t.
Die in Fig. 8 dargestellte Vorrichtunq enthält zusätzlich zu den in Fig. 4 dargestellten Schaltungsbauelementen einen Addierer 15, an dem die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente 8. bis 8. liegen, und eine Teilerschaltung 16, die mit dem Subtrahierer 14 verbunden ist und das Ausgangssignal des Addierers 15 empfängt. Bei einer derartigen Anordnung wird das Subtraktionsausgangssignal vom Subtrahierer 14 durch das Ausgangssignal des Addierers 15 an der Teilerschaltung 16 dividiert und als Fokussierungsfehlersignal ausgegeben. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Fokussierungsfehlersignal durch die Gesamtlichtmenge, die vom Lichtdetektor empfangen wird, normiert. Die Stabilität der Arbeit der Fokussierungsservosteuerung kann somit dadurch verbessert werden, daß der Servoübertragungsfaktor gegenüber einer Schwankung der Intensität des reflektierten Lichtes als Folge einer örtlichen Abweichung des Lichtreflektionsvermögens des Aufzeichnungsträgers 5 konstant gehalten wird, die während der Herstellung hervorgerufen werden kann.
Wenn darüberhinaus die Abweichung der Lage des Lichtstrahles auf der Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors 8 extrem groß ist und nur eines der Lichtempfanqselemente reflektiertes Licht empfängt, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, ist das Fokussierungsfehlersignal FE gemäß der Erfindung gleich 0
(FE = 0).
Obwohl es nicht wahrscheinlich ist, daß eine derartige extreme Abweichung auftritt, kann die Servosteuerung dadurch sichergestellt werden, daß ein geeigneter Pegel des Fokussiemjngsfehlersignals, das nach der mathematischen Operation gemäß Gleichung (1) erzeugt wird, dem Fokussierungsfehlersignal zuaddiert wird, das durch die vorliegende Vorrichtung erhalten wird.
Aus -dem obigen ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtunq die Ausgangssignale von zwei Lichtempfangselementen, die symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors angeordnet sind, miteinander multipliziert werden und das Fokussierungsfehlersignal dadurch abgeleitet wird, daß die in dieser Weise gelieferten Multiplikationssignale voneinander abgezogen werden. Die Abweichung des Fokussierungsfehlersignals aufgrund einer Abweichugn der Mitte des Lichtes
von der Mitte des Lichtdetektors wird somit weitgehend bei Verwendung eines relativ einfachen Schaltungsaufbaues und ohne zusätzliche optische Bauteile herabgesetzt. Bei der erfindungsgemäßen Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung ist darüberhinaus eine stabilie Steuerung der fokussierten Lage verwirklicht.
-40-
- Leerseite -

Claims (1)

  1. Dr. F. Zcimstein-sen* - DiC E.'Assmann
    Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.
    PATENTANWÄLTE
    ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE
    Case FPG01-8422
    PIONEER ELECTRONIC CORPORATION
    Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung für ein optisches Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät
    PATENTANSPRÜCHE
    Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung für ein optisches System zum Aufzeichnen und Wiedergeben einer Information auf einen Aufzeichnungsträger und von einem Aufzeichnungsträger,
    gekennzeichnet durch
    einen Lichtdetektor (8) mit vier unabhängigen Lichtempfangselementen (S1 bis 8.), die auf einer Seite von zwei Grenzlinien (XX1, YY1) angeordnet sind, die einander im wesentlichen unter einem rechten Winkel kreuzen, eine optische Einrichtung (1 bis4, 6,7), die einen reflektierten Lichtstrahl von einer Oberfläche des Aufzeichnungsträgers auf eine Lichtempfangsfläche des Lichtdetektors derart lenkt, daß ein astigmatischer Fokus gebildet wird,und eine Operationsschaltungeinrichtung zum Ableiten eines Fokussierungsfehlersignals, die Multiplikationseinrichtungen (12,13) zum Erzeugen von zwei Multiplikationssignalen durch Multiplizieren der Ausgangssignale von zwei Lichtempfangselementen miteinander, die symmetrisch bezüglich der Mitte des Lichtdetektors ange-
    ordnet sin1,und eine Subtrahiereinrichtung (14) enthält, die mit den Multiplikationseinrichtungen verbunden ist und ein Differenzsignal zwischen den Multiplikationssignalen erzeugt.
    Vorrichtung nach Anspruch 1,
    gekennzeichnet durch
    eine -Summipreinrichtung (15), die mit den Lichtempfangselementen verbunden ist und ein Summensignal dadurch bildet, daß sie die Ausgangssignale der Lichtempfangselemente addiert,und eine Teilereinrichtung (16), die mit der Subtrahiereinrichtung verbunden ist, um das Differenzsignal durch das Summensignal zu teilen.
DE19843438260 1983-10-19 1984-10-18 Fokussierungsfehlerdetektorvorrichtung fuer ein optisches aufzeichnungs- und wiedergabegeraet Withdrawn DE3438260A1 (de)

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