DE4032871A1 - Schaltungsanordnung zur abtastung optischer aufzeichnungstraeger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Abtastung optischer Aufzeichnungsträger nach dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen Schaltungsanordnung erfolgt der Zugriff auf Daten, die in Informationsspuren auf der Informationsebene des optischen Aufzeichnungsträgers gespeichert sind, durch eine Abtastvorrichtung aus einer Laserlichtquelle, einer Optik und einer Gruppe von Fotodetektoren. Ein von der Lichtquelle ausgesandter abtastender Lichtstrahl wird von der Informationsebene reflektiert und durch die Optik auf die Fotodetektoren gelenkt. Durch Auswertung der Signale der einzelnen Fotodetektoren werden Informationssignale gewonnen und nachfolgenden Signalverarbeitungsschaltungen und -einrichtungen zugeführt. Bei den Informationssignalen kann es sich um Audio-, Video- oder Datensignale handeln.

Um eine einwandfreie Wiedergabe der Informationssignale zu erreichen, ist sowohl eine genaue Fokussierung des auf die Informationsebene des Aufzeichnungsträgers gelenkten Lichtstrahls als auch eine präzise Führung des Licht­ strahls entlang der Informationsspuren erforderlich. Neben einem Grobantrieb, der bei einem plattenförmigen Aufzeichnungsträger z. B. als Spindel ausgeführt sein kann, erfolgt eine Präzisionsnachführung der Abtastvor­ richtung, indem vorzugsweise als elektromagnetische Feinantriebe ausgebildete Aktuatoren deren Optik mechanisch verlagern. Zur Fokussierung wird die Optik entlang ihrer optischen Achse bewegt, zur Spurnachführung senkrecht zur optischen Achse verschoben oder um einen kleinen Winkel gekippt.

Die Nachführung der Abtastvorrichtung wird durch Fokus­ fehlersignale und Spurfehlersignale veranlaßt, die durch weitere Auswertung der Signale der einzelnen Fotodetekto­ ren gewonnen werden. Die Abtastvorrichtung, die Aktuato­ ren sowie zusätzlich vorgesehene Regelverstärker bilden Regelkreise für die Nachführung der Abtastvorrichtung und zwar einen ersten Regelkreis für die Fokuskorrektur und einen zweiten Regelkreis für die Spurkorrektur.

Bei optimaler Arbeitsweise der Regelkreise wird die Auslenkung der Abtastvorrichtung stets so vorgenommen, daß ihre Abweichung von der Ideallage gerade kompensiert wird. Diese Arbeitsweise der Regelkreise wird wesentlich von den Verstärkungen in den gesamten Regelkreisen, den Regelverstärkungen, bestimmt. Um Toleranzen von Regel­ kreisgliedern auszugleichen, sind Verstärkungssteller vorgesehen, mit denen die Regelverstärkung im Zuge von Abgleich und Justagemaßnahmen bei der Geräteherstellung eingestellt wird.

Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß trotz sorgfältiger Einstellung der Verstärkungssteller eine einwandfreie Wiedergabe der Informationssignale nicht mehr möglich ist, wenn die Schaltungsanordnung unter anderen Umweltbe­ dingungen, insbesondere anderen Temperaturen betrieben werden soll, als sie beim Abgleich der Regelverstärkung herrschten. Dieser Zustand kann bereits eintreten, wenn ein Gerät mit einer solchen Schaltungsanordnung, z. B. ein CD-Spieler, während der kälteren Jahreszeit in ungeheizten Räumen benutzt werden soll, oder im anderen Fall in besonders warmer Umgebung steht und noch dazu der Abwärme anderer Verbraucher ausgesetzt ist. Besonders extreme Bedingungen treten auch beim Betrieb in Kraftfahrzeugen auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die tempera­ turabhängige Störanfälligkelt einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale gelöst.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Regel­ verstärkungen in den Regelkreisen für die Nachführung der Abtastvorrichtung durch temperaturabhängige Regelkreis­ glieder verändert werden. Als temperaturabhängige Regelkreisglieder wurden insbesondere die mechanischen Lager identifiziert, in denen die Optik der Abtastvorrichtung beweglich gelagert ist. Der durch die Aktuatoren beim Bewegen der Optik zu überwindende Widerstand nimmt mit abnehmender Temperatur zu und umgekehrt. Dies führt dazu, daß bei niedrigen Temperaturen keine ausreichende Nachführung der Abtastvorrichtung erreicht werden kann, während bei hohen Temperaturen Regelschwingungen auftre­ ten. Beide Erscheinungen haben zur Folge, daß eine Nach­ führung der Abtastvorrichtung in die Ideallage nicht möglich ist.

Eine Beseitigung der Temperaturabhängigkeit der Lager auf mechanische Weise wäre aufwendig. Da die Lager im regelungstechnischen Sinn Regelkreisglieder darstellen, besteht jedoch die Möglichkeit, ihre Auswirkung auf die Regelverstärkung elektronisch zu kompensieren. Dazu werden in die Regelkreise Stellglieder eingefügt, die gegensinnig zur Änderung des mechanischen Widerstandes der Lager betätigt werden. Die Betätigung der Stellglie­ der erfolgt durch Verstärkungsregler, denen Signale von Temperatursensoren zugeführt werden, die die Umgebungs­ temperatur der Lager erfassen. Eine Kompensation der Temperaturabhängigkeit der Lager läßt sich erreichen, wenn deren Temperatur-Widerstands-Charakteristik im gegenläufigen Sinne von den Verstärkungsreglern nachge­ bildet wird.

Die elektronische Lösung hat zudem den Vorteil, daß auch andere temperaturabhängige Einflüsse auf die Regelver­ stärkung ungeachtet ihrer genauen Ursache ebenfalls kompensiert werden können. Weiterhin besteht die Möglich­ keit, Temperatur-Widerstands-Charakteristiken zu beherr­ schen, die sich in einem nichtlinearen oder sogar unste­ tigen Verlauf darstellen. Gerade bei Lagerscharnieren aus Kunststoffteilen treten Temperatur-Widerstands-Charakte­ ristiken mit unstetigen Verlauf auf, der in einer temperaturabhängigen Veränderung der Molekülketten begründet liegt. Ferner ist bei einem Abgleich der Regel­ verstärkung nicht mehr die Einhaltung einer bestimmten Betriebstemperatur erforderlich. Auch ein im kalten Zustand abgeglichenes Gerät arbeitet innerhalb des gesamten Temperaturbereichs, für den die Kompensation ausgelegt ist, einwandfrei.

Gemäß einer Weiterbildung sind die Stellglieder des ersten und zweiten Regelkreises mit einem gemeinsamen Verstärkungsregler verbunden.

Sofern die Optik der Abtastvorrichtung sowohl bei einer Verlagerung zwecks Fokussierung und als auch bei einer Bewegung zur Spurnachführung in ein und derselben Lagerung bewegt wird oder wenn die Abtastvorrichtung bei beiden Bewegungsarten wenigstens in ähnlichen Lagern geführt wird, was in der Regel der Fall sein wird, kann auch von gleichen Temperatur-Widerstandscharakteristiken ausgegangen werden. Durch die Beschränkung auf einen gemeinsamen Verstärkungsregler für beide Regelkreise wird nicht nur der schaltungstechnische Aufwand verringert, sondern in einfacher Weise auch Synchronität bei der Beeinflussung der Regelverstärkungen in beiden Regelkrei­ sen erzielt. Dieser Gesichtspunkt ist besonders bei sehr komplizierten Temperatur-Widerstands-Charakteristiken, deren Nachbildung aufwendig ist, wesentlich. Bei unter­ schiedlichen Regelverstärkungen in den Regelkreisen aber qualitativ gleichen Temperatur-Widerstands-Charakteristi­ ken kann das Stellglied in demjenigen Regelkreis mit der geringeren Kennliniensteilheit auch über einen Spannungs­ teiler vom Verstärkungsregler angesteuert werden.

Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im nebengeordneten Anspruch 5 angegeben.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß mit Änderung der Leistung des Lichtstrahls die Regelverstärkung in beiden Regelkreisen gemeinsam verändert wird. Hier muß also keine schaltungstechnische Verknüpfung zwischen den Regelkreisen hergestellt werden, vielmehr erfolgt zwangsläufig eine optische Verknüpfung durch den Lichtstrahl, aus dessen Abweichung seines Fokuspunktes von der Informationsebene bzw. seiner Richtung von der Informa­ tionsspur durch Auswertung der Signale der einzelnen Fotodetektoren Fokusfehlersignale und Spurfehlersignale gewonnen werden. Dabei beeinflußt die Leistung des Lichtstrahls die Größe dieser Fehlersignale.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung und der Zeichnung, die Ausführungsbeispiele für beide nebengeordnete Lösungen darstellen.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten Schaltungsanordnung zur Abtastung optischer Aufzeichnungsträger,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Schaltungsanordnung zur Abtastung optischer Aufzeichnungsträger.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungsanord­ nungen umfassen an gemeinsamen Merkmalen eine Abtastvor­ richtung 10, bestehend aus einer Laserlichtquelle 36, einer Optik 38 und einer Gruppe von Fotodetektoren 40, eine Auswerte- und Vorverstärkerschaltung 42, einen Regelverstärker 16 eines ersten Regelkreises 12 mit einem ersten Aktuator 20 für die Fokuskorrektur und einen Regelverstärker 18 eines zweiten Regelkreises 14 mit einem zweiten Aktuator 22 für die Spurkorrektur.

Die soweit beschriebenen Schaltungsanordnungen ermögli­ chen unter der Einschränkung konstanter Temperaturver­ hältnisse einen störungsfreien Zugriff auf gespeicherte Informationen eines optischen Aufzeichnungsträgers. Ein von der Laserlichtquelle 36 ausgestrahlter Lichtstrahl wird auf die Informationsebene des Aufzeichnungsträgers fokussiert und auf eine Informationsspur gerichtet. Der von der Informationsspur reflektierte Lichtstrahl gelangt zu einer Gruppe Fotodetektoren 40. Die Fokussierung und präzise Ausrichtung des Lichtstrahls auf den Aufzeich­ nungsträger sowie die Abbildung auf den Fotodetektoren 40 erfolgt mittels der Optik 38. Aus Vereinfachungsgründen ist in der Zeichnung nur der virtuelle Strahlengang von der Laserlichtquelle 36 über die Optik 38 zu den Fotode­ tektoren 40 dargestellt. Die Optik 38 läßt sich mittels der Aktuatoren 20 und 22 mechanisch auslenken und zwar in eine Richtung entlang ihrer optischen Achse zur Fokussie­ rung und eine dazu senkrechte Richtung zur Spurnachfüh­ rung.

Befindet sich die Optik 38 in ihrer Ideallage, so lassen sich mittels der Auswerte- und Vorverstärkerschaltung 42 Informationssignale gewinnen und von nachfolgenden, hier jedoch nicht dargestellten Signalverarbeitungsschaltungen weiterverarbeiten. Bei Abweichungen von der Ideallage werden von der Auswerte- und Vorverstärkerschaltung 42 Fehlersignale erzeugt. Eine Abweichung des Fokuspunktes von der Informationsebene um den Betrag FSF führt zu einem Fehlersignal FF, dessen Größe von dem Maß der Abweichung, der Leistung der Laserlichtquelle PL und der Dämpfung D des Abtaststrahls abhängt. Trifft der Abtast­ strahl die Informationsspur nicht genau, entsteht ein Fehlersignal FT, dessen Größe durch die Ablage FST von der Spur, die Abtastleistung PD und die Dämpfung D des Abtaststrahls bedingt ist.

Die Fehlersignale FF und FT gelangen zu den Regelverstär­ kern 16 bzw. 18. Diese erzeugen Steuersignale YF und YT für die Aktuatoren 20 bzw. 22, die eine mechanische Aus­ lenkung der Optik 38 um den Betrag SF und ST bewirken. Im Idealfall ist diese Auslenkung genau so groß, daß die sie verursachende Abweichung von der Ideallage gerade kompen­ siert wird. Dazu muß die Gesamtverstärkung im jeweiligen Regelkreis 12 bzw. 14, die Regelverstärkung, als einer der wichtigsten Parameter der Stabilität der Regelung, über den gesamten Betriebsbereich der Regelung möglichst wenig variieren.

Um diese Eigenschaft trotz der temperaturabhängigen mechanischen Widerstände der Lager der Optik 38 zu erreichen, umfaßt die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 Stellglieder 28 und 30 in dem ersten 12 und zweiten Regelkreis 14. Diese Stellglieder 28, 30, die auch in die Auswerte- und Vorverstärkerschaltung 42 integriert sein können, sind mit dem Ausgang eines gemeinsamen Verstär­ kungsreglers 26 verbunden, dem wiederum Signale eines Temperatursensors 24 zugeführt sind. Der Temperatursensor 24 befindet sich vorzugsweise in der Nähe der Lager der Optik 38 oder ist thermisch mit diesen gekoppelt.

Der Verstärkungsregler 26 besitzt eine Regelkennlinie, die gegensinnig zur Temperatur-Widerstands-Charakteristik der Lager der Optik 38 verläuft. Geht man davon aus, daß die verwendeten Lager sowohl bei Verlagerung zur Fokus­ sierung und als auch bei Verschiebung zur Spurnachführung gleiche Eigenschaften aufweisen, so ist die Annahme gleicher Temperatur-Widerstands-Charakteristiken in den beiden Regelkreisen 12, 14 zutreffend. Die Verwendung des gemeinsamen Verstärkungsreglers 26 ermöglicht daher, den Zusätzlichen Schaltungsaufwand sowie den Aufwand zur Nachbildung der Temperatur-Widerstands-Charakteristiken gering zu halten.

Bei jedem Temperaturwert innerhalb eines Temperaturbe­ reichs, für den die Kompensation bemessen wurde, übermit­ telt der Temperatursensor 24 einen Signalwert an den Verstärkungsregler 26. Dieser ordnet entsprechend seiner Regelkennlinie dem ermittelten Temperaturwert einen Steuerwert zu, mit dem die Stellglieder 28, 30 in den Regelkreisen 12, 14 eingestellt werden. Die Stellglieder 28, 30 kompensieren so die durch die Veränderung der mechanischen Widerstände der Lager veränderte Regelver­ stärkung und sorgen damit für Regelstabilität.

Ein zusätzlich im Blockschaltbild eingezeichneter Span­ nungsteiler 32 ermöglicht eine Anpassung der Steuerung der Stellglieder 28, 30 bei unterschiedlicher Steilheit des Temperaturganges in den beiden Regelkreisen 12, 14.

In Fig. 2 ist ein weitere Lösung dargestellt, die trotz der temperaturabhängigen mechanischen Widerstände der Lager der Optik 38 eine über den gesamten Betriebsbereich der Regelung konstante Regelverstärkung erzielt. Die dargestellte Schaltungsanordnung umfaßt ein Stellglied 34, das die Leistung PL der Laserlichtquelle 36 steuert. Möglich wäre auch eine Steuerung der Dämpfung D des Abtaststrahles oder eine Kombination beider Maßnahmen.

Das Stellglied 34 ist analog zu der Schaltungsanordnung in Fig. 1 mit dem Ausgang eines Verstärkungsreglers 26 verbunden, dem wiederum Signale eines 24 Temperatursen­ sors 24 zugeführt sind. Bei dieser Ausgestaltung ergibt sich zwangsläufig eine gemeinsame, qualitativ gleichartige Steuerung der Regelverstärkungen in beiden Regelkreisen 12, 14.

Neben einer analogen Nachbildung der Temperatur-Wider­ stands-Charakteristik der Lager der Optik 38 mit Analog­ schaltungen ist es auch möglich, den Verstärkungsregler 26 als Speichernetzwerk auszubilden, bei dem jeder gestuften Eingangsgröße eine gespeicherte Ausgangsgröße zugeordnet ist. Dadurch lassen sich auch komplizierte Kennlinienverläufe einfach realisieren.

Claims (7)

1. Schaltungsanordnung zur Abtastung optischer Aufzeichnungsträger, welche eine Abtastvorrichtung (10) einen ersten Regelkreis (12) zur Fokussierung eines auf die Informationsebene des Aufzeichnungsträgers gelenkten Lichtstrahls der Abtastvorrichtung (10) und einen zweiten Regelkreis (14) zur Spurführung des Lichtstrahls auf einer Informationsspur umfaßt, wobei der erste Regel­ kreis (12) einen ersten Regelverstärker (16), dem Fokus­ fehlersignale (FF) und der zweite Regelkreis (14) einen zweiten Regelverstärker (18), dem Spurfehlersignale (FT) zugeführt werden, aufweisen und die Regelverstärker (16, 18) Aktuatoren (20, 22) ansteuern, die die Abtastvorrich­ tung (10) mechanisch nachführen, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten (12) und zweiten Regelkreis (14) mit Temperatursensoren (24) über Verstärkungsregler (26) verbundene Stellglieder (28, 30) angeordnet sind, die die Verstärkungen temperaturabhängig ändern.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verstärkungsregler (26) Kennlinien aufweisen, die über einen vorgegebenen Temperaturbereich die Temperaturgänge der Regelverstärkungen der Regel­ kreise (12, 14) kompensieren.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellglieder (28, 30) des ersten (12) und zweiten Regelkreises (14) mit einem gemeinsamen Verstärkungsregler (26) verbunden sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zwischen dem gemeinsamen Verstärkungsreg­ ler (26) und einem der Stellglieder (28, 30) ein Spannungsteiler (32) angeordnet ist.

5. Schaltungsanordnung zur Abtastung optischer Aufzeichnungsträger, welche eine Abtastvorrichtung (10), einen ersten Regelkreis (12) zur Fokussierung eines auf die Informationsebene des Aufzeichnungsträgers gelenkten Lichtstrahls der Abtastvorrichtung (10) und einen zweiten Regelkreis (14) zur Spurführung des Lichtstrahls auf einer Informationsspur umfaßt, wobei der erste Regel­ kreis (12) einen ersten Regelverstärker (16), dem Fokus­ fehlersignale (FF) und der zweite Regelkreis (12) einen zweiten Regelverstärker (16), dem Spurfehlersignale (FT) zugeführt werden, aufweisen und die Regelverstärker (16) Aktuatoren (20, 22) ansteuern, die die Abtastvorrich­ tung (10) mechanisch nachführen, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit einem Temperatursensor (24) über einen Verstärkungsregler (26) verbundenes Stellglied (34) vorgesehen ist, mit dem die Leistung (PL) des auf den Aufzeichnungsträger gelenkten Lichtstrahls und/oder die Dämpfung (D) des Abtaststrahls veränderbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Verstärkungsregler (26) eine Kennlinie aufweist, die über einen vorgegebenen Temperaturbereich die Temperaturgänge der Regelverstärkungen der Regel­ kreise (12, 14) kompensiert.

7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkungsregler (26) als Speichernetzwerk ausgebildet ist, bei dem jeder gestuften Eingangsgröße eine gespeicherte Ausgangsgröße zugeordnet ist.