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Fokussierungsvorrichtung für einen optischen
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Abnehmer Die Erfindung betrifft eine Fokussierungsvorrichtung für
einen optischen Abnehmer, mit dem eine Information auf einem Informationsspeicherträger,
beispielsweise einer optischen Platte,eines optischen Informationsaufzeichnungs-
und/oder -wiedergabespeichersystems gespeichert, gelöscht oder wiedergewonnen wird.
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Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer Fokussierungsvorrichtung
zum Steuern eines optischen Abnehmers, der eine Quelle eines Lichtstrahles, eine
Einrichtung zum Aufnehmen des vom Informationsspeicherträger reflektierten oder
durch den Informationsspeicherträger hindurchgegangenen Lichtes und ein optisches
System, einschließlich eines beweglichen Linsensystems, mit anderen optischen Einrichtungen,
beispielsweise einem Spiegel, umfaßt. Die erfindungsgemäße Fokussiervorrichtung
bezieht sich hauptsächlich auf die Steuereinrichtung für das bewegliche Linsensystem.
Es wird eine Vielzahl von Steuereinrichtungen beschrieben, die ein Linsenbetriebssteuersignal
liefern, mit dem das bewegliche Linsensystem die richtige Fokussierungsstellung
relativ zum Informationsspeicherträger erreicht und diese Position beibehält.
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Eine Fokussierungsvorrichtung für einen optischen Abnehmer dient dazu,
das Objektiv an der optimalen Fokussierungsstellung relativ zu der die Information
tragenden Fläche der Videoplatte zu halten. Die durch den optischen Abnehmer wiedergewonnenen
Lichtsignale liegen an einer Vielzahl von Servosteuersystemen, beispielsweise an
einem Spurführungsservo:--steuersystem,
um den fokussierten Lichtstrahl
in der richtigen Lage, beispielsweise in der Mitte der Informationsspur,auf der
Platte zu halten. Das wiedergewonnene Lichtsignal dient auch als das die Information
tragende Lichtsignal für Ton-und Bildsignale.
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Eine bekannte Fokussierungsvorrichtung zieht bei einer ersten Arbeitsweise
das Objektiv von der Platte weg und bewegt bei einer zweiten Arbeitsweise das Objektiv
mechanisch in einem eingebauten Programm zur optimalen Fokussierungsstellung bezüglich
der Platte. Wenn das Objektiv sich der Platte nähert und das von der Platte reflektierte
Licht auf den Photodetektor sammelt, erzeugt der Photodetektor ein elektrisches
Signal, das aus einem Anteil eines die gesamte Information tragenden Signals, die
auf die Platte aufgezeichnet ist, und einem Anteil eines Fokussierungsfehlersignals
besteht. Die bekannte Fokussierungsvorrichtung mit dem eingebauten Programm, das
durch das wahrgenommene elektrische Signal ausgelöst wird, bewegt das Objektiv zur
Fokussierungsstellung und bewirkt einen Durchlauf mittels eines Sägezahnsignales
durch die optimale Fokussierungsstelle. Wenn die optimale Fokussierungstellung lokalisiert
ist, zeigt das die Gesamtinformation tragende Signal einen Spitzenpegel und ist
das Fokussierungsfehlersignal gleich Null, so daß die Fokussierungsvorrichtung die
Fokussierungsservosteuerschleife schließt und den mechanisch ausgelösten Fokussierungsvorgang
beendet.
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Danach steuert die Objektivfokussierungsvorrichtung das Objektiv in
der Fokussierungsstellung in der geschlossenen Fokussierungsservoschleife und liegt
das aufgenommene elektrische Signal am Spurführungsservosteuersystem, so daß der
Lichtfleck auf die Mitte der Informationsspur auf der Platte fallen kann, um die
auf die Platte aufgezeichnete Information wiederzugewinnen.
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Die bekannte Fokussierungsvorrichtung hat im tatsächlichen
Betrieb
dann gewisse Nachteile, wenn die Platte einen gewissen Verschleiß oder eine gewisse
Exzentrizität zeigt.
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Wenn die Vorrichtung das Objektiv zur optimalen Fokussierungsstellung
bewegt und das die gesamte Information tragende Signal überprüft, um den Spitzenwert
herauszufinden, können unerwartete Pegelctörungen in dem die gesamte Information
tragenden Si-gnal auftreten, wenn der fokussierte Lichtstrahl die Vertiefungen -oder
Rillen auf der Platte in Abhängigkeit von Exzentrizitäten bei der Herstellung der
Platte kreuzt.
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Diese Pegeländerungen im aufgenommenen Signal machen es schwierig,
das eingebaute Programm in stabiler Weise auszulösen.
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Ein weiterer Nachteil beruht auf der Polaritätsumkehr des Fokussierungsfehlersignals.
Das Fokussierungsfehlersignal wird vom aufgenommenen Signal über einen Photodetektor
mit einer Vielzahl von beispielsweise vier PIN-Diodenelementen und einer angeschlossenen
Differentialverstärkerschaltung abgeleitet. Bei der Annäherung an die optimale Fokussierungsstellung
tritt vor der wahren Fokussierungsstelle eine negative Senke mit Polaritätsumkehr
im Fokussierungsfehlersignal durch den Nullpunkt hindurch auf. Dieselbe Umkehrung
des Fokussierungsfehlersignals kann auch dann beobachtet werden, wenn das Signal
mit einer anderen optischen Abnehmereinrichtung, beispielsweise mit einem doppelt
arbeitenden optischen Kopfsystem, erzeugt wird, bei dem ein Grenzwinkelprisma mit
zwei PIN-Dioden verwandt wird.
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In diesen Fällen kommt es leider vor, daß das Fokussierungsfehlersignal
zwei Nulldurchgänge hat, wo das Fokussierungsfehlersignal seinen kleinsten Pegel
hat. Der eine ist der sogenannte Quasi-Fokussierungspunkt und der andere ist der
wahre Fokussierungspunkt. Das Fokussierungsfehlersignal sagt somit nichts darüber
aus, ob der Quasi-Fokussierungspunkt oder
der wahre Fokussierungspunkt
gefunden ist. Dieser Quasi-Fokussierungspunkt führt zu einem Fehler in der Arbeit
der Fokussierungsvorrichtung, so daß manchmal das Objektiv in eine von der Fokussierungsstelle
weit wegliegende Stellung bewegt wird.
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Der gleiche Nachteil der Instabilität der aufgenommenen elektrischen
Signale tritt auch dann auf, wenn das Fokussierungsfehlersignal differenziert wird.
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Die bekannten Praktiken haben somit den Nachteil einer Instabilität
in der Fo kussierung durch die Fokussierungsvorrichtung.
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Durch die Erfindung soll eine Fokussierungsvorrichtung der im Oberbegriff
des Patentanspruchs 1 angegebenen Art geschaffen werden, die frei von den oben erwähnten
Mängeln ist.
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Dazu ist die erfindungsgemäße Fokussierungsvorrichtung für einen optischen
Abnehmer, mit dem eine Information auf einem Informationsspeicherträger eines optischen
Speichersystems gespeichert, gelöscht oder wiedergewonnen wird, wobei der optische
Abnehmer eine Quelle eines Lichtstrahles, eine Einrichtung zum Aufnehmen des Lichtes
vom Informationsspeicherträger und optische Systeme mit einem beweglichen Objektiv
umfaßt, gekennzeichnet durch eine Detektorverstärkungseinrichtung zum Ableiten eines
Fokussierungsfehlersignals, eine Schaltereinrichtung zum Wählen der Arbeitsweise
des Fokussierungsservosteuersystems, wobei das Fokussierungsservosteuersystem auf
den Betrieb mit offener und/oder geschlossener Servoschleife gebracht werden kann,
eine Einrichtung zum Ableiten eines optischen Systemsignals vom phasenkompensierten
Fokussierungsfehlersignal, eine Steuereinrichtung zum Ableiten von Steuersignalen
vom Fokussierungsfehlersignal, so daß die Schaltereinrichtung das Fokussierungsservosteuersystem
wahlweise schalten kann und eine ein Signal für einen eingebaut programmierten
Objektivfokussierungs-Suchlauf
erzeugende Einrichtung ausgelöst werden kann, und eine Einrichtung, die das Fokussierungs-Suchlaufsignal
erzeugt, so daß das optische System seine Lage nach einem eingebauten Programm vor
der Fokussierungsservosteuerung mit geschlossener Schleife bewegt. Ein besonders
bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Fokussieru-ngsvorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungsfehlersignalsteuereinrichtung mit
einer Einrichtung versehen ist, die Mehrfachobjektivbewegungssteuers-ignale erzeugt,
wodurch das bewegliche Objektiv den Zugriff durch das Sägezahnsignal beendet, das
bewegliche Objektiv seine Lage von einem ersten vorbestimmten Bereich auf einen
zweiten vorbestimmten Bereich verschiebt, wodurch die Schaltereinrichtung die Arbeitsweise
wählt, bei der sich eine Fokussierungsservosteuerung mit geschlossener Schleife
ergibt und die Einrichtung zum Erzeugen des Fokussierungs-Suchlaufsignals die Erzeugung
des Ausgangssignals beendet.
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Ein weiteres, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Fokussierungsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die das Fokussierungs-Suchlaufsignal
erzeugende Einrichtung mit wenigstens einer Einrichtung zur Entladungssteuerung
für einen Miller-Integrator, eine Einrichtung zur Ladungssteuerung für den Miller-
Integrator, eine Einrichtung zum Halten des Ausgangsignalpegels des Miller-Integrators,den
Miller-Integrator zum Ableiten eines Fokussierungs-Suchlaufsignals auf einen Befehl
der Entladesteuereinrichtung, der Ladesteuereinrichtung und der Signalhalteeinrichtung
hin, eine Einrichtung zum Erzeugen eines Spannungsstufensignals,eine Schaltereinrichtung
zum Anlegen des Spannungsstufensignals an einen Addierer auf einen Befehl des Objektivbewegungssteuersignals
hin, den Addierer, der das Spannungsstufensignal dem Ausgangssignal vom Miller-Integrator
überlagert, eine Schaltereinrichtung, die auf einen Befehl des Objektivbew#gungssteuersignals
hin das Anlegen des Fokussierungs-Suchlaufsignals
an die Einrichtung
zum Ableiten eines Objektivantriebssignals beendet, eine Signalverzögerungseinrichtung
zum Verzögern des Startsignals, einen Signalinverter für das Objektivbewegungssteuersignal
und eine Signalverzögerungseinrichtung für das invertierte Objektivbewegungssteuersignal
umfaßt.
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Diese Vorrichtung kann weiterhin dadurch gekennzeichnet sein, daß
die Einrichtung, die eine Vielzahl von Objektivbewegungssteuersignalen erzeugt,
wenigstens einen Fensterkomparator, der den Eingangspegel des Fokussierungsfehlersignals
mit einem vorbestimmten Pegel bereich vergleicht, und einen Komparator umfaßt, der
den Eingangspegel des Fokussierungsfehlersignals mit einem vorbestimmten negativen
Pegel vergleicht.
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Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes
Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen: Fig.1 die Wellenform
des Fokussierungsfehlersignals zur Darstellung der Arbeitsweise der in Fig.3 gezeigten
Fokussierungsvorrichtung, Fig.2a und 2b die tatsächlichen Wellenformen des Fokussierungsfehlersignals
und des differenzierten Signals bei der bekannten Vorrichtung, Fig.3 das Blockschaltbild
des Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Fokussierungsvorrichtung, Fig.4 die
Wellenform des Objektivantriebssignals zur Darstellung der Arbeitsweise der in Fig.3
dargestellten Fokussierungsvorrichtung,
und Fig.5 eine Vielzahl
von Wellenformen zur Erläuterung der Arbeitsweise der das Fokussierungs-Suchlaufsignal
erzeugenden Einrichtung in der in Fig.3 dargestellten Vorrichtung.
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In Fig.1 ist eine Wellenform dargestellt, die das Fokussierungsfehlersignal
wiedergibt.
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Die Hauptfunktion der Fokussierungsvorrichtung besteht darin, das
bewegliche Objektiv zur optimalen Fokussierungsstellung bezüglich des Informationsspeicherträgers,
z.B. der optischen Platte, zu bewegen und die Fokussierungssteuerung in einer geschlossenen
Fokussierungsservosteuerschleife zu erhalten, während der optische Speicher arbeitet.
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Bei der Fokussierung des Objektivs als erstem Arbeitsschritt wird
das bewegliche Objektiv zu einer anfänglichen, am weitesten von der Platte entfernten
Stelle abgezogen. Dann wird das Objektiv mechanisch zur Fokussierungsstelle nach
einem eingebauten Programm bewegt, so daß der Photodetektor damit beginnt, das von
der mit einer Halbleiterlaserdiode bestrahlten Platte reflektierte Licht aufzunehmen
und die aufgenommenen Signale der Detektorverstärkerschaltung zuzuführen. In dieser
Objektivannäherungsphase zeigt das Fokussierungsfehlersignal, das aus den aufgenommenen
Signalen abgeleitet wird, eine negative Senke aufgrund der elliptischen Form des
aufgenommenen Strahlfleckes auf dem Vierfach-PIN-Diodenphotodetektor. Dieselbe negative
Senke kann auch dann beobachtet werden, wenn ein anderes optisches Kopfsystem verwandt
wird.
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(Punkt B zum Punkt A in Fig.1).
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In Fig.2 sind Wellenformen dargestellt, die das tatsächliche Fokussierungsfehlersignal
bei der bekannten Vorrichtung mit
Spitzenpegeläaderungen (Fig.2a)
und das differenzierte Signal (Fig.2b) wiedergeben, wenn die sich drehende Platte
eine Exzentrizität hat.
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Wie es in den Fig.1 und 2 dargestellt ist, ist es ersichtlich, daß
die bekannte Objektivfokussierungsvorrichtung, die ein derartiges Fokussierungsfehlersignal
verwendet, den Nachteil einer Instabilität ihrer Fokussierungssteuerung hat.
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Fig.3 zeigt das schematische Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Fokussierungsvorrichtung für einen optischen Abnehmer.
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Wie es in Fig.3 dargestellt ist, dient eine Halbleiterlaserdiode,
die zum Erzeugen eines Lichtstrahles verwandt wird, dazu, einen Lichtfleck auf eine
nicht dargestellte Platte zu werfen, wobei das von der Platte reflektierte Licht
auf den Photodetektor 10 mit zwei PIN-Photodioden gesammelt wird.
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Die aufgenommenen elektrischen Signale liegen am Detektorverstärker
11, und es wird ein Fokussierungsfehlersignal abgeleitet. Dieses Fokussierungsfehlersignal
liegt an einem Schalter SW3, durch den das Fokussierungsservosteuersystem die Arbeitsweise
der Fokussierungsservosteuerung mit geschlossener Schleife wählt, wenn der Schalter
SW3 geschlossen ist. Das Ausgangssignal des Schalters liegt an der Objektivtreiberschaltung
13 über einen Phasenkompensator 12, um das System in einer stabilen Fokussierungsservosteuerschleife
zu steuern. Das Ausgangssignal von der Objektivtreiberschaltung liegt sowohl am
Objektivtreibersignalmonitor 14 als auch an der Spule zum Antreiben des beweglichen
Objektivs oder Linsensystems, das in Fig.3 nicht dargestellt ist. Dieses Fokussierungsfehlersignal
liegt auch an einer Fokussierungsfehlersignal-Steuereinrichtung 16.
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Die Fokussierungsfehlersignal -Steuereinrichtung 16 umfaßt
einen
ersten Fensterkomparator COMP1, einen zweiten Komparator COMP2, eine erste Flip-Flop-Schaltung
FF1, eine zweite Flip-Flop-Schaltung FF2 und eine dritte Flip-Flop-Schaltung FF3.
Das Fokussierungsfehlersignal liegt sowohl am ersten Fensterkomparator COMP1 als
auch am zweiten Komparator COMP2.
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Der erste Komparator COMP1 vergleicht den Eingangspegel des Fokussierungsfehlersignals
mit einem vorbestimmten Signalbereich (Fenster), wobei das Ausgangssignal sowohl
an der ersten Flip-Flop-Schaltung FF1 als auch an der zweiten Flip-Flop-Schaltung
FF2 liegt, wenn der Fokussierungsfehlersignalpegel im Fensterbereich liegt. Der
zweite Komparator COMP2 vergleicht den Eingangspegel des Fokussierungsfehlersignals
mit dem vorbestimmten negativen Pegel zum Erfassen der negativen Senke, wobei das
Ausgangssignal an der zweiten Flip-Flop-Schaltung FF2 liegt, wenn der Fokussierungsfehlersignalpegel
unter dem genannten negativen Pegel liegt. Das Ausgangssignal von der ersten Flip-Flop-Schaltung
FF1 liegt an der zweiten Flip-Flop-Schaltung FF2 und erzeugt eines von einer Vielzahl
von Objektivbewegungssteuersignalen, so daß die das Fokussierungssuchlaufsignal
erzeugende Schaltung 26 das Ausgangssignal des Miller-Integrators halten kann und
ein Spannungsstufensignal erzeugt, um die Objektivlage von einem vorbestimmten Bereich
nahe an einem Quasi-Fokussierungspunkt (Punkt B in Fig.1) zu einem Bereich zu verschieben,
der nahe am wirklichen Fokussierungspunkt (Punkt A in Fig.1) liegt.
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Ein weiteres Objektivbewegungssteuersignal wird von der Flip-Flop-Schaltung
FF3 unter Verwendung eines Ausgangssignals von der zweiten Flip-Flop-Schaltung FF2
abgeleitet. Dieses Ausgangssignal von der Flip-Flop-Schaltung FF3 liegt sowohl am
Schalter SW3 als auch über einen Inverter 23 und eine Verzögerungsschaltung 22 am
Schalter SW1 in der das Fokussierungs-Suchlaufsignal erzeugenden Schaltung 26.
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Die das Fokussierungs-Suchlaufsignal erzeugende Schaltung 26 stellt
eine Einrichtung zum Erzeugen eines eingebaut programmierten
Fokussierungs-Suchlaufsignals
vor der Objektivfokussierungssteuerung mit geschlossener Fokussierungsservoschleife
dar. Die das Fokussierungs-Suchlaufsignal erzeugende Schaltung 26 umfaßt eine Einrichtung
17 zur Entladesteuerung einer Einrichtung 18 zur Ladesteuerung, eine Einrichtung
19 zum Halten des Miller-Integratorausgangssignals für einen Miller-Integrator und
einen damit verbundenen Miller-Integrator 20 zum Erzeugen eines Sägezahnausgangssignals.
Weiterhin sind in der das Fokussierungs-Suchlaufsignal erzeugenden Schaltung 26
ein Spannungsstufensignalgenerator 24 mit dem Wählschalter SW2 und einer Addiereinrichtung
25 zum überlagern des Stufensignals mit dem Miller-integrierten Ausgangssignal,
der Ausgangsschalter SW1, der Inverter 23 für das Objektivbewegungs-Steuersignal
und Verzögerungsschaltungen 21, 22 vorgesehen.
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Fig.4 zeigt die Wellenform eines Objektivtreibersignals von der Objektivtreiberschaltung
13. Fig.5 zeigt eine Vielzahl von Wellenformen zur Erläuterung des Arbeitsprinzips
der in Fig.3 dargestellten Fokussierungsvorrichtung. Die mit einem Kreis umschlossenen
Zahlen zeigen die dem jeweiligen Block in Fig.3 entsprechende Funktion.
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Bei einer ersten Arbeitsweise wird das Objektiv an der von der Platte
am weitesten entfernten Stelle angeordnet. Wenn die Fokussierungsvorrichtung in
Betrieb gesetzt wird, wird der Schalter SW1 geschlossen gehalten und wird ein Startsignal
an die Entladesteuerung 17 ( @ in Fig.3 und 4) gelegt und wird das Objektiv in die
von der Platte am weitesten wegliegende Stellung abgezogen. Anschließend beginnt
der Miller-Integrator 20 mit Verzögerung damit, ein Sägezahnausgangssignal auf den
Befehl der Ladesteuerung 18 über die Verzögerungsschaltung 21 ( 0 in Fig.3 und Fig.4)
zu erzeugen.
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Das verzögerte Startsignal setzt auch die erste Flip-Flop-Schaltung
FF1 zurück. Während sich das bewegliche Objektiv
der Platte nähert,
wird damit begonnen, den von der Platte reflektierten Lichtstrahl auf dem Photodetektor
10 aufzufangen und über den Detektorverstärker 11 das Fokussierungsfehlersignal
zu erzeugen, das in Fig.5 dargestellt ist. Bei dieser ersten Arbeitsweise ändert
das Fokussierungsfehlersignal seinen Pegel von (i) bis (ii) in der in Fig.5 dargestellten
Weise. Wenn das Sägezahnsignal an dem beweglichen Objektiv liegt, kann das Fokussierungsfehlersignal
die negative Senke zeigen (von (ii) bis (v) über (iii) und (iv)),wie es in Fig.5
dargestellt ist. Wenn die Platte eine Verwerfung aufweist, beginnt sich das Fokussierungsfehlersignal
in einer noch komplizierteren Weise zu ändern, so daß manchmal bei den bekannten
Vorrichtungen eine Fehlfunktion auftreten kann und sich das Objektiv von (iv) zu
(i) über (iii) und (ii) in Fig.5 bewegen kann.
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Wenn gemäß der Erfindung sich das Fokussierungsfehlersignal in seinem
Pegel von (iii) zu (iv) ändert, erzeugt der Komparator COMP2 ein Ausgangssignal,
das in Fig.5 dargestellt ist und die Flip-Flop-Schaltung FF2 triggert. Das Ausgangssignal
dieser Flip-Flop-Schaltung FF2 liegt als Objektivbewegungssteuersignal sowohl an
der Einrichtung 19 zum Halten eines vorbestimmten Signalpegels als auch am Schalter
SW2, so daß der Miller-Integrator 20 den Anstieg seines Signals beendet und den
Pegel auf einen Befehl der Einrichtung 19 zum Halten des Signalpegels hin hält und
der Schalter SW2 geschlossen wird. Das gehaltene Ausgangssignal vom Miller-Integrator
20 liegt an der Addiereinrichtung 25 zusammen mit dem Ausgangssignal des Spannungsstufensignalgenerators
24, und von der Fokussierungs-Suchl aufs ignalgeneratorschaltung wird ein überlagertes
Signal erzeugt ( 0 und @ in Fig.3 und Fig.4). Anschließend verschiebt das Objektiv
seine Lage von der Lage (iv) zur Lage (v) des Fokussierungsfehlersignalpegels, wie
es in Fig.5 dargestellt ist. Mittels dieser Objektivbewegung, die über das eingebaute
Programm der Schaltung
26 gesteuert wird, wird das Objektiv sicher
in dem Bereich angeordnet, der der wahren Fokussierungsstellung nahekommt.
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Nach dieser Objektivverschiebung liegt ein Ausgangssignal von der
Fokussierungsfehlersignalsteuerung 16 sowohl am Schalter SW3 als auch am Schalter
SW1, so daß der Schalter SW3 geschlossen wird ( @ in Fig.3) und der Schalter SW1
geöffnet wird ( 8 in Fig.3 und Fig.4). Danach wird das bewegliche Linsensystem mit
geschlossener Fokussierungsservosteuerschleife gesteuert.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, das sich auf eine Fokussierungsvorrichtung für einen optischen Abnehmer
mittels des oben beschriebenen Schaltungsaufbaus bezog. Die erfindungsgemäße Ausbildung
kann beispielsweise auch bei einer anderen Fokussierungsanordnung, beispielsweise
bei einem beweglichen Spiegelsteuersystem, angewandt werden, bei dem die Lage des
Spiegels statt der Lage des Objektivs eingestellt wird.