DE4029040A1

DE4029040A1 - Optische schreib/lesevorrichtung mit verbesserter spurfuehrungsfunktion

Info

Publication number: DE4029040A1
Application number: DE4029040A
Authority: DE
Inventors: Teruo Fujita
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1991-03-28
Also published as: FR2652435B1; US5138592A; DE4029040C2; JPH03100931A; FR2652435A1

Description

Die Erfindung betrifft optische Schreib/Lesevorrichtungen und insbesondere optische Schreib/Lesevorrichtungen mit verbesserter Spurführungsfunktion, d. h. mit verbesserter Spureinstellung oder Spurverfolgung.

In optischen Schreib/Lesevorrichtungen wird ein Lichtstrahl von einer Lichtquelle, beispielsweise in Form einer Laserdiode, mit Hilfe einer Objektivlinse auf einem Punkt oder Lichtfleck auf einer Informationsspur eines Aufzeichnungsmediums, beispielsweise in Form einer optischen Scheibe oder Platte, fokussiert. Im Schreibmodus wird die Information auf der Spur beispielsweise durch die Modulation der Intensität des Strahls aufgezeichnet. Im Lesemodus wird die bereits auf der Spur aufgezeichnete Information durch Umsetzen des von diesem Punkt reflektierten Lichts in ein elektrisches Signal wiedergegeben. Zum Einschreiben und Auslesen können unterschiedliche Strahlen verwendet werden. Alternativ kann auch derselbe Strahl zwischen Lese- und Schreibmodi umgeschaltet werden. Sowohl im Lese- als auch im Schreibmodus wird die Objektivlinse entsprechend eines Spureinstellfehlersignals und eines Fokussierfehlersignals, die vom reflektierten Licht abgeleitet werden, so bewegt, daß der Punkt oder Lichtfleck auf der Informationsspur präzise fokussiert und zentriert gehalten wird.

Die meisten bekannten optischen Schreib/Lesevorrichtungen benutzen ein sogenanntes Push-Pull-Verfahren, Gegentakt- oder auch Druckzugverfahren zur Spureinstellsteuerung, bei dem Licht, das vom Aufzeichnungsmedium reflektiert ist, mit Hilfe eines geteilten Photodetektors oder Doppelphotodetektors empfangen wird und die Differenz zwischen den Signalen von den beiden Hälften des Photodetektors als Spureneinstellfehlersignal verwendet werden. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es zu Versetzungseffekten neigt, wenn das Aufzeichnungsmedium verkippt oder geneigt wird oder wenn die Objektivlinse zum Folgen einer Informationsspur bewegt wird. Bei diesen Bedingungen tritt das Null-Spureinstellfehlersignal nicht auf, wenn der Lichtfleck oder Lichtpunkt auf der Informationsspur zentriert ist, sondern, wenn dieser Punkt um eine bestimmte Distanz vom Spurzentrum versetzt ist. Eine Neigung von nicht weniger als 1° oder auch eine Spurfolgebewegung von nicht weniger als 100 µm der Objektivlinse können bereits nicht mehr akzeptabel hohe Spurfehler oder -versetzungen hervorrufen.

Ein alternatives Verfahren zur Spureinstellsteuerung ist das radiale "Wobbelverfahren" oder Schwingungsverfahren, bei dem dem Lichtpunkt eine geringfügige Schwingungsbewegung auferlegt wird, die ihn dazu veranlaßt, in eine Richtung senkrecht zu den Informationsspuren zu schwingen oder zu wackeln, wobei die Spureinstellung durch Erfassen des Ansprechens vom reflektierten Licht (bzw. der entsprechenden Signalantwort) auf diese Schwingbewegung gesteuert bzw. geregelt wird. Es ist bekannt, daß dieses Radialschwingverfahren die Spurfehlerprobleme beinahe vollständig löst. Leider kann dieses Verfahren nicht zur Spursteuerung sowohl für den Schreib- als auch den Lesemodus verwendet werden, weil es nicht möglich ist, die Leseschwingung ("das Lesewobbeln") mit der Schreibschwingung zu synchronisieren. Insbesondere ist das Radialschwingverfahren nicht für Vorrichtungen geeignet, die einen einzigen Strahl sowohl für den Lese- als auch Schreibmodus verwenden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs erwähnten Art anzugeben, die eine Spureinstellsteuerung ohne Spurfehler liefert. Dabei soll die Spureinstellsteuerung ohne Wobbel- oder Schwingbewegung des Lese/Schreibpunktes erfolgen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße optische Schreib/Lesevorrichtung umfaßt optische Einrichtungen, die einen Hauptabtastpunkt oder -fleck und ein Paar von Begleitpunkten (Satelliten- oder Hilfspunkte), von denen sich jeder auf einer Seite des Hauptabtastpunktes befindet, auf ein Aufzeichnungsmedium richten. Der Hauptabtastpunkt und die Begleitpunkte sind auf einer Linie angeordnet, die im wesentlichen parallel zu den Informationsspuren des Aufzeichnungsmediums verläuft. Eine Schwingungseinrichtung ("Wobbeleinrichtung") bewegt die Begleitpunkte in bezug auf den Hauptabtastpunkt, wobei sie eine Schwingung der Begleitpunkte in einer Richtung senkrecht zu den Informationsspuren hervorruft. Eine Spureinstellsteuereinrichtung oder Spurverfolgungssteuereinrichtung erfaßt Licht, das von den Begleitpunkten reflektiert wird, erzeugt hieraus ein Spureinstellfehlersignal und bewegt den Hauptabtastpunkt entsprechend dieses Fehlersignals in einer Richtung senkrecht zu den Informationsspuren.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Schreib/Lesevorrichtung,

Fig. 2A und 2B Abbildungen des Hauptabtastpunktes und der Begleitpunkte aus Fig. 1,

Fig. 3A und 3B die Erzeugung des Hauptabtastpunktes und der Begleitpunkte durch Diffraktionsgitter,

Fig. 4 die Drehschwingung der Begleitpunkte durch die Rotation dieses Gitters,

Fig. 5 die Positionen des Hauptabtastpunktes und der Begleitpunkte, wenn die Begleitpunkte einer Schwingung unterlagen,

Fig. 6 die Parameter, die die Stärke des Signals beeinträchtigen, das durch Erfassen des reflektierten Bildes eines Punktes oder Lichtflecks gewonnen wird,

Fig. 7 eine Modifikation der Spureinstellsteuereinrichtung aus Fig. 1,

Fig. 8 die Anbringung der Objektivlinse und des Spureinstellgliedes oder Spureinstellantriebsgliedes der Vorrichtung in einem bewegbaren Wagen,

Fig. 9 eine Modifikation der optischen Vorrichtung aus Fig. 1,

Fig. 10 ein alternatives Schema zur Schwingung der Begleitpunkte in Fig. 9,

Fig. 11 eine weitere Modifikation der Spureinstellsteuereinrichtung aus Fig. 1 und

Fig. 12 eine detailliertere Darstellung der modifizierten Spureinstellsteuereinrichtung aus Fig. 11.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen optischen Schreib/Lesevorrichtung wird nun unter Bezug auf die Fig. 1 bis 6 näher erläutert, woraufhin Modifikationen dieser Vorrichtung unter Bezug auf die Fig. 7 bis 12 beschrieben werden. Die Beschreibung befaßt sich hauptsächlich mit der Spureinstellsteuerung und einer Lichtpunktwobbel- oder Schwingeinrichtung. Die Mechanismen zur Fokussiersteuerung und zum Lesen und Schreiben von Informationen bezüglich des Aufzeichnungsmediums werden nicht explizit dargestellt und erläutert, da diese Mechanismen genauso ausgebildet sein können wie im Stand der Technik. Auch wird der Vorgang des Schreibens und Lesens der Information nicht erläutert.

Die optische Schreib/Lesevorrichtung aus Fig. 1 umfaßt ein Aufzeichnungsmedium 2, eine optische Einrichtung 4, eine Wobbeleinrichtung 6 und eine Spureinstellsteuervorrichtung 8. Das Aufzeichnungsmedium 2 ist beispielsweise eine optische Scheibe oder Platte mit Schichten aus unterschiedlichen Materialien. Eine Grenzfläche zwischen zwei der Schichten ist so vorbehandelt, daß sie konzentrische oder spiralförmige Rillen oder Vertiefungen aufweist, die Informationsspuren 10 darstellen, auf denen Information durch bekannte optische oder thermomagnetische Verfahren aufgezeichnet werden kann. In Fig. 1 ist eine Informationsspur 10, die sich in x-Richtung (horizontal) erstreckt, dargestellt.

Die optische Einrichtung 2 umfaßt eine lichtemittierende Quelle 12 beispielsweise in Form einer Laserdiode zur Aussendung eines Lichtstrahls sowie eine Kollimatorlinse 14 zur parallelen Ausrichtung des Strahls bezüglich der optischen Achse 16, wobei sich der Strahl in z-Richtung (in Fig. 1 in vertikaler Richtung) ausbreitet. Der durch den Kollimator gerichtete Strahl wird durch ein Gitter 18 geleitet, das ihn in mehrere Strahlen teilt, die bezüglich einander in x-Richtung leicht divergieren. Das Gitter 18 ist in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse 16 angebracht und kann in dieser Ebene in der durch den Pfeil R angezeigten Weise gedreht werden.

Die vom Gitter 18 erzeugten Strahlen treten durch einen Strahlteiler 20 und werden mittels einer Objektivlinse 22 auf das Aufzeichnungsmedium 2 fokussiert, wobei ein Hauptabtastpunkt oder -fleck 24 und ein Paar Satellitenpunkte, Hilfs- oder Begleitpunkte 26 und 28 erzeugt werden. Der Hauptabtastpunkt ist der Schreib/Lesepunkt zum Schreiben und Lesen von Information auf bzw. vom Aufzeichnungsmedium. Die Begleitpunkte 26 und 28 sind auf beiden Seiten des Hauptabtastpunkts 24 angeordnet, wobei die drei Punkte auf einer Linie liegen, die im wesentlichen parallel zu den Informationsspuren 10 auf der im Aufzeichnungsmedium 2 verläuft.

Das auf den Hauptabtastpunkt 24 und den Begleitpunkten 26 und 28 fokussierte Licht wird vom Aufzeichnungsmedium 2 reflektiert und wird durch die Objektivlinse 22 zurück auf den Strahlteiler 20 reflektiert, wo es intern zur Spureinstellsteuereinrichtung 8 reflektiert wird. Der Strahlteiler 20 kann ein Polarisationsstrahlteiler sein, wobei in diesem Fall eine nicht in den Zeichnungen dargestellte Lambda-Viertelplatte zwischen dem Strahlteiler 20 und der Objektivlinse 22 angeordnet ist. Polarisationsstrahlteiler und Lambda-Viertelplatten sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt.

Die Wobbeleinrichtung 6 umfaßt einen Oszillator 30 zur Erzeugung eines Schwingungssignals mit einer Frequenz f, einen Verstärker 32 zum Empfangen und Verstärken dieses Schwingungssignals und einen Drehantrieb 34, der das verstärkte Schwingungssignal empfängt und das Gitter 18 entsprechend dreht. Die Drehbewegung ist alternierend in Richtung des Pfeils R und die hierzu entgegengesetzte Richtung gerichtet. Wie weiter unten erläutert wird, verursacht diese Drehbewegung, daß das Paar der Begleitflecke 26 und 28 in y-Richtung wobbelt, d. h. eine Schwingbewegung senkrecht zu den Informationsspuren 10 auf dem Aufzeichnungsmedium 2 ausführt.

Die Spureinstellsteuereinrichtung 8 umfaßt eine Fokussierlinse 36, die das vom Strahlteiler 20 reflektierte Licht empfängt und dieses Licht auf eine Photodetektoranordnung 38 fokussiert, die Photodetektoren 40, 42 und 44 umfaßt. Die Detektoren 40, 42 und 44 erzeugen Ausgangsstromsignale, die die Intensität des auftreffenden Lichts darstellen. Die Ausgangssignale der Photodetektoren 42 und 44 werden mit Hilfe eines Paares von Strom/Spannungsumsetzern 46 und 48 in Spannungssignale umgesetzt, woraufhin die erzeugten Spannungssignale als Multiplikanden einem Paar von Multiplikatoren 50 und 52 zugeführt werden, die diese Signale mit einem Schwingungssignal vom Oszillator 30 multiplizieren und auf diese Weise ein Paar von Produktsignalen erzeugen. Die Produktsignale werden durch jeweils für jedes der Signale vorgesehene Tiefpaßfilter 54 und 56 gefiltert und daraufhin auf einen Differentialverstärker 58 gegeben, der die Differenz dieser Signale bildet und auf diese Weise ein Spureinstellfehlersignal TE erzeugt. Die Grenzfrequenz der Tiefpaßfilter 54 und 56 ist geringer als die Frequenz f des Oszillators 30.

Das Spureinstellfehlersignal TE wird durch einen Phasenkompensator 60 geführt und einen weiteren Verstärker 62 verstärkt. Das verstärkte Spureinstellfehlersignal TE treibt ein Spureinstellglied 64 an. Das Spureinstellglied 64 ist eine Vorrichtung, beispielsweise in Form eines Elektromagneten, die dazu ausgelegt ist, die Objektivlinse 22 in y-Richtung zu bewegen, wodurch der Hauptabtastpunkt 24 und das Paar von Begleitpunkten 26 und 28 in y-Richtung senkrecht zu den Informationsspuren 10 bewegt werden. Der Zweck dieser Bewegung ist, den Hauptabtastpunkt 24 exakt zentriert auf der Informationsspur 10 zu halten.

Die Objektivlinse 22 kann ebenfalls in z-Richtung der Fig. 1 zum Zwecke der Fokussteuerung oder -regelung mit Hilfe eines Fokussierstellgliedes 65 bewegt werden. Bekannte Verfahren zur Fokussiersteuerung wie beispielsweise das sogenannte Messerschneidenverfahren (knife-edge method) oder astigmatische Verfahren können angewendet werden.

Die Fig. 2A zeigt in detaillierterer Weise den Hauptabtastpunkt 24 und die Begleitpunkte 26 und 28, die durch die Objektivlinse 22 auf dem Aufzeichnungsmedium 2 fokussiert sind. Alle drei Punkte sind auf derselben Informationsspur 10, einer vor dem anderen liegend, fokussiert. Die Fig. 2B zeigt die Bilder dieser drei auf der Photodetektoranordnung 38 durch die Fokussierlinse 36 abgebildeten Punkte. Das vom Hauptabtastpunkt 24 reflektierte Licht wird auf dem Photodetektor 40 zu einem Punktbild 66 fokussiert. Das Ausgangssignal vom Photodetektor 40 ist ein Informationssignal, welches zu Signalverarbeitungsschaltungen (nicht dargestellt) geführt wird, um die Information, die auf dem Aufzeichnungsmedium 2 aufgezeichnet ist, zu lesen. Das von den Begleitpunkten 26 und 28 reflektierte Licht wird auf den Photodetektoren 42 bzw. 44 zu Punktbildern 67 und 68 fokussiert.

Die Stromsignale, die jeweils von den Photodetektoren 42 und 44 ausgegeben werden, werden mit s₁ bzw. s₋₁ bezeichnet. Das Schwingungssignal vom Oszillator 30 ist ein sinusförmiges Signal C · sin(2πft), wobei C eine die Signalamplitude angebende Konstante, f die Frequenz und t eine die Zeit repräsentierende Variable sind. Die Multiplikation von s₁ und s₋₁ mit C · sin(2πft) ergibt Produktsignale s′₁ und s′₋₁, die synchron erfaßt sein sollen. Dabei sind explizit s′₁ und s′₋₁ beide auf die Wobbel- oder Schwingbewegung des Begleitpunktpaares 26, 28 synchronisiert.

Die Tiefpaßfilterung von s′₁ und s′₋₁ erzeugt Signale s″₁ und s″₋₁. Die Differenz dieser Signale s″₁-s″₋₁ entspricht dem Spureinstellfehlersignal TE.

Im folgenden wird eine genauere Erläuterung der Wobbel- oder Schwingbewegung gegeben, die von dem Paar der Begleitpunkte 26 und 28 durchgemacht wird.

Gemäß den Fig. 3A und 3B werden der Hauptabtastpunkt 24 und die Begleitpunkte 26 und 28 durch das hinreichend bekannte Phänomen der Beugung erzeugt. Das Gitter 18 weist in y-Richtung verlaufende parallele Gitterfurchen oder -rillen (Spalte) auf. Wenn ein Lichtstrahl parallel zur optischen Achse 16 auf das Gitter 18 trifft und durch die "Gitterspalte" hindurchtritt, so bewirkt die Lichtwelleninterferenz, daß der Strahl unter einer Vielzahl von Winkeln austritt, wodurch der Strahl in eine Vielzahl von bezüglich einander in x-Richtung divergierender, abweichender Strahlen zerlegt wird. Zumindest drei dieser Strahlen werden durch die Objektivlinse 22 auf dem Aufzeichnungsmedium 2 fokussiert. Der Strahl, der mit einer Winkelablenkung von Null austritt, d. h. nicht abgelenkt wird, wird auf dem Hauptabtastpunkt 24 fokussiert. Die Winkelablenkungen oder -beugungen erster Ordnung von ±R rufen Strahlen hervor, die auf dem Paar von Begleitpunkten 26 und 28 fokussiert werden. Der Ablenkungs- oder Beugungswinkel erster Ordnung R ergibt sich aus der bekannten Formel:

R = sin⁻¹ (λ/Λ) (1)

wobei
Λ die Gitterkonstante bzw. der Furchenabstand im Gitter 18 und
λ die Wellenlänge des einfallenden Lichtes sind.

Der Abstand d zwischen dem Hauptabtastpunkt 24 und den Begleitpunkten 26 und 28 beträgt

d = FR (2)

wobei F die Brennweite der Objektivlinse 22 ist.

Wird das Gitter 18 um die optische Achse 16 um einen Winkel Φ gedreht (Fig. 4), so werden infolge der Symmetrie des optischen Systems die Begleitpunkte 26 und 28 ebenfalls um einen Winkel Φ um den Hauptabtastpunkt 24 gedreht. Fig. 5 zeigt die relative Lage der drei Punkte nach Rotation um einen Winkel Φ. Im allgemeinen wird die Spureinstellung nicht perfekt justiert sein. Dabei wird eine Distanz v₀ zwischen der Mittenlinie der Informationsspur und der Linie durch den Mittelpunkt des Hauptabtastpunktes 24 vorliegen. Infolge der Drehung liegt eine weitere Distanz (bzw. Abweichung) u von dieser letztgenannten Linie zu den Zentren der Begleitpunkte oder -flecke 26 und 28 vor. Die Distanz u weist zur Distanz d zwischen den Begleitpunkten 26 und 28 und dem Hauptpunkt 24 eine durch die folgende Gleichung angegebene Beziehung auf:

u = d · sinΦ = dΦ (angenähert) (3)

Die Größe u ist die Amplitude der Wobbel- oder Schwingbewegung des Paares von Begleitpunkten 26 und 28 bezüglich des Hauptabtastpunktes 24. Der Winkel Φ ist proportional zum Schwingungssignal C · sin(2πft), das den Drehantrieb 34 in Fig. 1 steuert. Die Schwingungsamplitude u ist infolgedessen proportional zu d · C · sin(2πft), welches eine einfache harmonische Bewegung mit der Frequenz f darstellt. Dabei ist anzumerken, daß die Drehschwingung der Begleitpunkte 26 und 28 die Position oder Intensität des Hauptabtastpunktes 24 nicht beeinflußt, der ortsfest und im Resultat drehungsfrei bleibt.

Im folgenden wird das erfindungsgemäße Spureinstellsteuerprinzip näher erläutert, wobei die Signalbezeichnungen der Fig. 2B verwendet werden.

In Fig. 6 ist angenommen, daß der Hauptabtastpunkt 24 oder allgemein jeder auf dem Aufzeichnungsmedium 2 fokussierter Punkt so auftritt, daß sein Zentrum um eine Distanz von v₀ von der Mittenlinie einer Informationsspur 10 abweicht. Das vom Aufzeichnungsmedium 2 reflektierte Licht wird durch das optische System zur Photodetektoranordnung 38 der Fig. 2B zurückgeführt und wird dann in einen elektrischen Strom S(v₀) umgesetzt, der durch die Formel

S(v₀) = a + b · cos(2πv₀/q) (4)

gegeben ist, in der q der Abstand zwischen den Mittenlinien der Informationsspuren 10 ist und die Parameter a und b Konstanten sind, die durch Faktoren wie die Ausdehnung und Intensität der Punkte bzw. Lichtflecke, des Reflexionsvermögens vom Aufzeichnungsmedium 2 und die Form der Spurrillen oder -vertiefungen im Aufzeichnungsmedium 2 bestimmt sind.

Im folgenden sei angenommen, daß der Fleck oder Punkt in Richtung des Pfeils der Fig. 6 (in die y-Richtung in Fig. 3A) den Gesetzmäßigkeiten einer einfachen harmonischen Bewegung der Amplitude w und der Frequenz f folgend bewegt werden. Dann ist S(v₀) gegeben durch:

S(v₀) = a + b · cos{2π [v₀ + w · sin(2π ft)]/q} (5)

Ist die Amplitude w der Bewegung im Vergleich zum Spurabstand q ausreichend klein, so kann Gleichung (5) in der folgenden Weise entwickelt werden:

S(v₀) = a + b · {cos(2π v₀/q) · cos[(2π w/q) · sin(2π ft)]
- sin(2π v₀/q) · sin[(2π w/q) · sin(2π ft)]}
= a + b · cos(2π v₀/q)
- b · sin(2π v₀/q) · (2π w/q) · sin(2π ft) (6)

Im folgenden werden der Hauptabtastpunkt 24 und das Paar von Begleitpunkten 26 und 28 aus Fig. 5 betrachtet. Die Zentren der Begleitpunkte 26 und 28 sind jeweils um v₀+u(t) und v₀-u(t) vom Zentrum der Informationsspur 10 versetzt. Infolgedessen ergeben sich die Ausgangsströme s₁ und s₋₁, die durch Erfassung der reflektierten Bilder der Begleitpunkte 26 und 28 erzeugt werden, in der durch die folgenden Gleichungen repräsentierten Weise:

s₁ = a + b · cos[2π (v₀ + u)/q] (7)

s₋₁ = a + b · cos[2π (v₀ - u)/q] (8)

Schwingen die Begleitpunkte 26 und 28 in y-Richtung in einfacher harmonischer Bewegung mit Amplitude w und Frequenz f, so kann u geschrieben werden als:

u = w · sin(2π ft) (9)

Wird in den Gleichungen (7) und (8) u durch die Gleichung (9) ersetzt, so ergibt, falls die Amplitude w bezüglich des Spurabstands q ausreichend klein ist, dieselbe Entwicklung, wie sie auf Gleichung (6) angewandt wurde, die folgenden Gleichungen:

s₁ = a + b · cos{(2π /q)[v₀ + w · sin(2π ft)]}
= a + b · {cos(2π v₀/q) · cos[(2π w/q) · sin(2π ft)]
- sin(2π v₀/q) · sin[(2π w/q) · sin(2π ft)]}
= a + b · cos(2π v₀/q)
- b(2π w/q) · sin(2π v₀/q) · sin(2π ft) (10)

s₋₁ = a + b · cos{(2π /q)[v₀ - w · sin(2π ft)]}
= a + b · {cos(2π v₀/q) · cos[(2π w/q) · sin(2π ft)]
+ sin(2π v₀/q) · sin[(2π w/q) · sin(2π ft)]}
= a + b · cos(2π v₀/q)
+ b(2π w/q) · sin(2π v₀/q) · sin(2π ft) (11)

Werden die Ausgangsströme s₁ und s₋₁ mit dem Schwingungssignal C · sin(2πft) multipliziert, das zur Schwingbewegung des Paares von Begleitpunkten 26 und 28 verwendet wird, so ergeben sich die Produktsignale s′₁ und s′₋₁ zu:

s′₁ = s₁ · C · sin(2π ft)
= [a + b · cos(2π v₀/q)]C · sin(2π ft)
- bC · (2π w/q)sin(2π v₀/q) · sin²(2π ft)
= [a + b · cos(2π v₀/q)]C · sin(2π ft)
- bC · (2π w/q) · sin(2π v₀/q) · (1/2)[1 - cos(4π ft)] (12)

s′₋₁ = s₋₁ · C · sin(2π ft)
= [a + b · cos(2π v₀/q)]C · sin(2π ft)
+ bC · (2π w/q) · sin(2π v₀/q) · (1/2)[1 - cos(4π ft)] (13)

Die Tiefpaßfilterung von s′₁ und s′₋₁ beseitigt Frequenzkomponenten der Frequenz f und höherer Frequenzen, wodurch Terme wie sin(2πft) und cos(4πft) entfernt werden und die folgenden Signale übrigbleiben:

s″₁ = -(bC/2)(2π w/q) · sin(2π v₀/q) (14)

s″₋₁ = (bC/2)(2π w/q) · sin(2π v₀/q) (15)

Schließlich ergibt sich bei Subtraktion des Signals s″₋₁ von s″₁ das Spureinstellfehlersignal TE zu

TE = s″₁ - s″₋₁
= -bC(2π w/q) · sin(2π v₀/q) (16)

Aus Gleichung (16) ist ohne weiteres ersichtlich, daß:

(1) TE eine ungerade Funktion der Spurabweichung v₀ mit entgegengesetztem Vorzeichen ist.
(2) TE proportional zur Schwingungs- oder Wobbelamplitude w und zur Amplitude C des Schwingungssignals ist. Das Spureinstellglied 64 aus Fig. 1 ist so ausgelegt, daß es die Objektivlinse 22 in positive y-Richtung bewegt, wenn TE positiv ist, und in negative y-Richtung, wenn TE negativ ist. Da TE bezüglich der Spureinstellabweichung v₀ ein entgegengesetztes Vorzeichen aufweist, wirkt das Spureinstellglied 64 dahingehend, v₀ auf Null zu reduzieren und auf diese Weise den Hauptabtastpunkt 24 exakt zentriert auf der Informationsspur 10 zu halten.

Dieses Spureinstellsteuerschema ist hochgradig immun gegen Versetzungen oder Fehljustierungen (Offsets), die durch Neigung des Aufzeichnungsmediums 2 oder die Spurfolgebewegung der Objektivlinse 22 eingeführt werden. Darüber hinaus wird durch dieses Schema, wie bereits im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 bemerkt, nur das Paar der Begleitpunkte 26 und 28 in Schwingbewegung versetzt, wobei dieser Aspekt insbesondere dann von Vorteil ist, wenn der Hauptabtastpunkt 24 zum Einschreiben von Information verwendet wird.

Im folgenden werden einige Modifikationen der erläuterten optischen Schreib/Lesevorrichtung aus Fig. 1 beschrieben.

Die Fig. 7 zeigt die erste dieser Modifikationen. Die Ausgangssignale des Paares von Stromspannungsumsetzern 46 und 48 werden direkt dem Differentialverstärker 58 zugeführt. Das Differenzsignal Sd, das vom Verstärker 58 ausgegeben wird, wird in einem Multiplikator 70 mit dem Schwingungssignal C · sin(2πft) vom Oszillator 30 multipliziert, worauf ein einziges Produktsignal Sm resultiert. Dieses Signal Sm wird durch ein einziges Tiefpaßfilter 72 geführt, das eine Grenzfrequenz aufweist, die geringer als die Frequenz des Oszillators 30 ist, wobei das gefilterte Signal zum Spureinstellfehlersignal TE wird.

Die Funktionsweise der optischen Schreib/Lesevorrichtung der Fig. 7 kann mathematisch in der folgenden Weise beschrieben werden. s₁ und s₋₁ seien die Ausgangsströme der Photodetektoren 42 und 44, wie sie durch Gleichungen (10) und (11) bereits beschrieben wurden. Unter Weglassung der Strom/Spannungsumsetzungskoeffizienten zum Zwecke der Vereinfachung ergibt sich das Ausgangssignal Sd des Differentialverstärkers 58 zu:

Sd = s₁ - s₋₁
= -2b(2π w/q) · sin(2π v₀/q) · sin(2π ft) (17)

Das Produktsignal Sm ist:

Sm = Sd · C · sin(2π ft)
= -2bC(2π w/q) · sin(2π v₀/q) · sin²(2π ft)
= -2bC(2π w/q) · sin(2π v₀/q) · (1/2)[1 - cos(4π ft)] (18)

Die Tiefpaßfilterung im Tiefpaßfilter 72 entfernt die cos(4πft)-Komponente, wobei übrigbleibt:

TE = -bC(2π w/q) · sin(2π v₀/q) (19)

Die Gleichung (19) ist identisch zur Gleichung (16). Die Spureinstellsteuerschaltung der Fig. 7 liefert dieselbe Spureinstellung wie die Schaltung der Fig. 1 mit dem Vorteil, daß nur ein Multiplikator und ein Tiefpaßfilter erforderlich sind.

Die außerordentlich geringen Spurversetzungen, die mit den Spureinstellsteuerschaltungen der Fig. 1 und 7 erzielt werden, ermöglichen, daß die Spureinstellung oder -nachführung auch dann exakt steuer- bzw. regelbar sind, wenn das gesamte optische System nicht in eine einzige physikalische Einheit integriert ist. Gemäß Fig. 8 können die Objektivlinse 22, das Spureinstellglied 64 und das Fokussierstellglied 65 in einem Wagen oder Schlitten 74 angebracht werden, der auf einem Basisteil oder Sockel 76 aufliegt, wobei Drehlager 78 zwischen dem Wagen 74 und dem Sockel 76 angeordnet sind und die y-Richtungsbewegung von 74 unter rechtem Winkel zu den Spuren ermöglichen. Der Rest des optischen Systems und Steuersystems der Fig. 1 oder 7 ist ortsfest angebracht, wobei in Fig. 8 nur der Strahlteiler 20 dargestellt ist. Ein Spiegel 80 ist im Wagen 74 unter einem Winkel von im wesentlichen 45° bezüglich der Strahlen vom Strahlteiler 20 angeordnet und richtet die Strahlen zurück auf die Objektivlinse 22. Ein Hauptabtastpunkt 24 und ein Paar von Begleitpunkten 26 und 28 werden auf dem Aufzeichnungsmedium 2 in derselben Weise wie zuvor erläutert hervorgerufen. Das vom Aufzeichnungsmedium 2 reflektierte Licht wird über denselben Lichtpfad zum Strahlteiler 20 zurückgeführt, und die Spursteuerung wird genau wie im Fall der Fig. 1 oder 7 ausgeführt.

Ein Vorteil der Anordnung in Fig. 8 besteht darin, daß die relativ geringe Masse des Wagens 74 gestattet, daß der Wagen schnell von Spur zu Spur bewegbar ist, wodurch die Spursuchzeit verkürzt wird.

Die Einrichtungen zum Erzeugen und "Wobbeln" der Begleitpunkte bestehen nicht notwendigerweise in einem drehbaren Gitter wie in den Fig. 1 und 7. Gemäß Fig. 9 können die Punkte oder Lichtflecke durch eine Laseranordnung 82 mit drei Emissionspunkten hervorgerufen werden, wobei der zentrale Emissionspunkt den Hauptabtastpunkt 24 hervorruft und die beiden äußeren Emissionspunkte die Begleitpunkte oder -flecke 26 und 28 hervorrufen. Um das Paar von Begleitpunkten 26 und 28 in Schwingung zu versetzen, "zu wobbeln", dreht der Drehantrieb 34 die Laseranordnung 82 in der durch den Pfeil R angezeigten Weise. Die übrigen Komponenten der Fig. 9 entsprechen denen aus Fig. 1.

Gemäß Fig. 10 können die Laseranordnung 82 und die Kollimatorlinse 14 zu einer einzigen Kollimatorlichtquelle 84 vereinigt werden, die insgesamt durch den Drehantrieb 34 gedreht wird.

Gemäß Fig. 11 kann die Spureinstellsteuervorrichtung so modifiziert werden, daß sie auf das Wobbelverfahren zur Niedrigfrequenzsteuerung und das sogenannte Push-Pull-Verfahren oder Gegentaktverfahren für Hochfrequenzsteuerung anwendbar ist. Die Bezugszeichen der Fig. 11, die identisch zu denen der Fig. 1 sind, bezeichnen identische oder äquivalente Elemente, deren detaillierte Beschreibung übergangen wird.

Das vom Hauptabtastpunkt 24 der Fig. 11 reflektierte Licht wird von einem geteilten Photodetektor 86 erfaßt und in einem Paar von Stromspannungsumsetzern 88 und 89 in ein Paar von Spannungssignale umgesetzt, die auf einen Differentialverstärker 90 gegeben werden. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 90 ist ein Push-Pull-Spureinstellfehlersignal TE(P), welches in einen Eingang eines Summierverstärkers 92 eingekoppelt wird.

Das vom Paar der Begleitpunkte 26 und 28 der Fig. 11 reflektierte Licht wird, soweit es den Differentialverstärker 58 und das Ausgangssignal des Differentialverstärkers 58 betrifft, welches als Begleitdifferenzsignal S(D) bezeichnet wird, auf dieselbe Weise wie in Fig. 1 erfaßt und verarbeitet. Das Begleit- oder Hilfsdifferenzsignal S(D) wird einem Tiefpaßfilter 94 mit einer Grenzfrequenz zugeführt, die im wesentlichen gleich oder höher als die Rotationsrate bzw. -frequenz des Aufzeichnungsmediums 2 ist und geringer als die Wobbelfrequenz, d. h. Drehschwingungsfrequenz f, ist. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 94 ist ein Hilfsspureinstellfehlersignal TE(S), das dem anderen Eingangsanschluß des Summierverstärkers 92 zugeführt wird. Die Summe der Eingangssignale des Summierverstärkers 92 ist ein kombiniertes Spureinstellfehlersignal TE, das dem Phasenkompensator 60 zugeführt wird und das Spureinstellglied 64 steuert.

Die Schaltungen zum Erzeugen des Spureinstellfehlersignals TE(S), TE(P) und TE sind in Fig. 12 übersichtlicher dargestellt. Ist der Hauptabtastpunkt auf einer Spur zentriert, so fällt sein Punktbild 66 im gleichen Ausmaß auf die beiden Hälften des geteilten Photodetektors 86, so daß die Ausgangssignale der beiden Stromspannungsumsetzer 88 und 89 gleich sind und ihre Differenz TE(P) Null ist. Bewegt sich der Hauptabtastpunkt weg vom Zentrum der Spur, so nimmt TE(P) entsprechend einen positiven oder negativen Wert an. Infolgedessen ist TE(P) wie TE(S) eine ungerade Funktion der Spurabweichung.

Die Ausgangssignale der beiden Stromspannungsumsetzer 88 und 89 werden ferner einem Summierverstärker 96 zugeführt, dessen Ausgangssignal ein Informationssignal ist, das die Information, die von der Spur ausgelesen wird, enthält.

Im Frequenzbereich vom DC-Bereich bis zur Rotationsfrequenz des Aufzeichnungsmediums 2 (beispielsweise 30 bis 60 Hz) wird das kombinierte Spureinstellfehlersignal TE von TE(S) dominiert, so daß eine Niedrigfrequenzspureinstellsteuerung in der Hauptsache durch das Punktwobbelverfahren ausgeführt wird. Die Effekte der Neigung oder Exzentrizität des Aufzeichnungsmediums 2 und der Spurfolgebewegung der Objektivlinse 22 treten hauptsächlich in diesem Frequenzbereich auf, so daß sie keine spürbare Spurversetzung hervorrufen. Im höheren Frequenzbereich, der sich in den kHz-Bereich erstreckt, wird TE von TE(P) dominiert, so daß die Hochfrequenzspureinstellsteuerung hauptsächlich durch das Push-Pull-Verfahren ausgeführt wird. Diese Kombination der Punktwobbel- und Push-Pull-Verfahren liefert ein Spursteuersystem, das, obwohl die Wobbel- oder Schwingungsfrequenz f nicht in ausreichendem Maße höher als die Grenzfrequenz (im Normalfall einige wenige kHz) der Spureinstellservoschleife eingestellt werden kann, über einen außerordentlich weiten Frequenzbereich exakt und wirksam ist.

Die Erfindung ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnungen erläuterten Strukturen beschränkt, sondern umfaßt weitere Modifikationen und Variationen, die dem Fachmann unmittelbar einleuchten werden. Beispielsweise kann die Spureinstellsteuerschaltung der Fig. 7 mit den optischen Einrichtungen der Fig. 9 oder 10 oder auch mit der Push-Pull-Schaltung der Fig. 11 und 12 kombiniert werden. Die optische Einrichtung der Fig. 9 oder 10 kann entsprechend mit den Fig. 11 und 12 kombiniert werden.

Claims

1. Optische Schreib/Lesevorrichtung zum Schreiben und Lesen von Information auf bzw. von Informationsspuren auf einem Aufzeichnungsmedium, gekennzeichnet durch
eine optische Einrichtung (12, 14, 18, 22), die einen Hauptabtastpunkt (24) und ein Paar von Begleitpunkten (26, 28), jeweils einer auf jeder Seite des Hauptabtastpunktes, auf das Aufzeichnungsmedium (2) richtet, wobei der Hauptabtastpunkt und die Begleitpunkte auf einer Linie angeordnet sind, die im wesentlichen parallel zu den Informationsspuren liegt,
eine Schwingungseinrichtung (30, 32, 34), die die Begleitpunkte (26, 28) bezüglich des Hauptabtastpunkts (24) bewegt, wobei die Begleitpunkte einer Schwingungsbewegung in einer Richtung senkrecht zu den Informationsspuren unterworfen werden, und
eine Spureinstellsteuereinrichtung (60, 62, 64), die von den Begleitpunkten reflektiertes Licht erfaßt, hieraus ein Spureinstellfehlersignal erzeugt und den Hauptabtastpunkt entsprechend dieses Spureinstellfehlersignals in einer Richtung senkrecht zu den Informationsspuren bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungseinrichtung einen Oszillator (30) zur Erzeugung eines Schwingungssignals mit einer Frequenz (f) und einen Drehantrieb (34) umfaßt, der zumindest einen Teil der optischen Einrichtung (12, 14, 18, 22) entsprechend dieses Schwingungssignal rotiert.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingungseinrichtung ferner einen Verstärker (32) umfaßt, der elektrische mit dem Oszillator (30) und dem Drehantrieb (34) verbunden ist und das Schwingungssignal verstärkt und das verstärkte Schwingungssignal dem Drehantrieb zuführt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung umfaßt:
eine Lichtemissionsquelle (12), die einen Lichtstrahl aussendet,
eine Kollimatorlinse (14), die diesen Lichtstrahl parallel ausrichtet,
ein Gitter (18) zur Beugung des parallel ausgerichteten Lichtstrahls, um auf diese Weise mehrere Strahlen zu erzeugen, und
eine Objektivlinse (22) zum Fokussieren zumindest dreier dieser mehreren Strahlen auf dem Aufzeichnungsmedium.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter in einer Ebene senkrecht zum parallel ausgerichteten Lichtstrahl drehbar angebracht ist und in dieser Ebene durch den Drehantrieb (34) gedreht wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellsteuereinrichtung ein Spureinstellglied (64) zum Bewegen der Objektivlinse (22) entsprechend dem Spureinstellfehlersignal umfaßt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellsteuervorrichtung ferner umfaßt:
einen Phasenkompensator (60), der die Phase des Spureinstellfehlersignals aufnimmt und korrigiert, und
einen Verstärker (62), der elektrisch an den Phasenkompensator und das Spureinstellglied angekoppelt ist und das phasenkorrigierte Spureinstellfehlersignal verstärkt und das verstärkte Signal dem Spureinstellglied zuführt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse (22) und das Spureinstellglied (64) auf einem bewegbaren Wagen (74) angebracht sind und daß die Lichtemissionsquelle (12), die Kollimatorlinse (14) und das Gitter (18) ortsfest angebracht sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung eine Laseranordnung (82) zur Emission von drei Lichtstrahlen, eine Kollimatorlinse (18′; 3) zur parallelen Ausrichtung der Lichtstrahlen und eine Objektivlinse (22) zur Fokussierung der Lichtstrahlen auf dem Aufzeichnungsmedium (2) umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laseranordnung (82) durch den Drehantrieb (34) gedreht wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Laseranordnung (82) und die Kollimatorlinse (3) durch den Drehantrieb (34) gedreht werden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellsteuereinrichtung ein Spureinstellglied (64) zur Bewegung der Objektivlinse entsprechend dem Spureinstellfehlersignal umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellsteuereinrichtung ferner einen Phasenkompensator (60), der die Phase des Spureinstellfehlersignals aufnimmt und korrigiert, und einen Verstärker (62) umfaßt, der elektrisch an den Phasenkompensator und das Spureinstellglied (64) angekoppelt ist, das phasenkorrigierte Spureinstellfehlersignal verstärkt und das verstärkte Signal dem Spureinstellglied zuführt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Objektivlinse (22) und das Spureinstellglied (64) auf einem bewegbaren Wagen (74) angebracht sind und daß die Laseranordnung (82) und die Kollimatorlinse (18′; 3) ortsfest angebracht sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellsteuereinrichtung aufweist:
ein Paar Photodetektoren (42, 44) zum Erfassen des am Paar der Begleitpunkte (26, 28) reflektierten Lichts,
ein Paar Multiplikatoren (50, 52), die die Signale vom Ausgang des Paares der Photodetektoren mit dem Schwingungssignal multiplizieren und auf diese Weise ein Paar von Produktsignalen erzeugen,
ein Paar Tiefpaßfilter (54, 56), die das Paar von Produktsignalen filtern, und
einen Differenzverstärker (58), der die Ausgangssignale des Paares von Tiefpaßfiltern empfängt, deren Differenz bildet und auf diese Weise das Spureinstellfehlersignal erzeugt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefpaßfilter (54, 56) eine Grenzfrequenz aufweisen, die geringer als die Frequenz (f) ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellsteuereinrichtung aufweist:
ein Paar Photodetektoren (42, 44), die das von dem Paar von Begleitpunkten (26, 28) reflektierte Licht erfassen,
einen Differenzverstärker (58), der die Ausgangssignale des Paares von Photodetektoren empfängt, deren Differenz bildet und auf diese Weise ein Differenzsignal erzeugt,
einen Multiplikator (70), der das Differenzsignal mit dem Schwingungssignal multipliziert und auf diese Weise ein Produktsignal bildet, und
ein Tiefpaßfilter (72), das das Produktsignal filtert und auf diese Weise das Spureinstellfehlersignal bildet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (72) eine Grenzfrequenz aufweist, die geringer als die Frequenz (f) ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spureinstellsteuereinrichtung aufweist:
ein Paar von Photodetektoren (42, 44), die das vom Paar der Begleitpunkte (26, 28) reflektierte Licht erfassen,
ein Paar Multiplikatoren (50, 52), die die Signale vom Ausgang des Paares von Photodetektoren mit dem Schwingungssignal multiplizieren und auf diese Weise ein Paar von Produktsignalen erzeugen,
ein Paar von Tiefpaßfiltern (54, 56), die das Paar von Produktsignalen filtern,
einen Differenzverstärker (58), der das Paar von Produktsignalen empfängt, deren Differenz bildet und auf diese Weise ein Hilfsdifferenzsignal erzeugt,
ein Tiefpaßfilter (94), das dieses Hilfsdifferenzsignal filtert und auf diese Weise ein Hilfsspureinstellfehlersignal erzeugt,
einen geteilten Photodetektor (86), der das vom Hauptabtastpunkt (24) reflektierte Licht erfaßt und ein Paar von Signalen erzeugt,
einen Differenzverstärker (90), der die Differenz des Paares von Signalen vom Ausgang des geteilten Photodetektors bildet und auf diese Weise ein Gegentaktspureinstellfehlersignal erzeugt, und
einen Summierverstärker (92), der das Hilfsspureinstellfehlersignal und das Gegentaktspureinstellfehlersignal addiert und auf diese Weise das Spureinstellfehlersignal erzeugt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Paar von Tiefpaßfiltern (54, 56) zum Filtern des Paares von Produktsignalen eine Grenzfrequenz aufweist, die geringer als die Frequenz (f) ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Tiefpaßfilter (94) zum Filtern des Hilfsdifferenzsignals eine Grenzfrequenz aufweist, die im wesentlichen gleich oder höher als eine Rotationsfrequenz des Aufzeichnungsmediums (2) und geringer als die Frequenz (f) ist.