DE4102857A1 - Verfahren zum fokussieren eines lichtstrahls - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fokussieren eines Lichtstrahls mittels eines Fokusregelkreises auf einen Aufzeich­ nungsträger, wobei zur Kompensation von 0ffsetspannungen eine Offsetkompensationsspannung in den Fokusregelkreis eingespeist wird.

CD-Spieler, Videoplattenspieler, DRAW-Disc-Spieler oder magneto­ optische Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräte sind beispielswei­ se mit einer optischen Abtastvorrichtung ausgestattet.

Aufbau und Funktion einer optischen Abtastvorrichtung, eines sogenannten optical pick-ups, sind in Electronic Components & Applications, Vol. 6, No. 4, 1984 auf Seite 209-215 beschrie­ ben.

Der von einer Laserdiode ausgesendete Lichtstrahl wird mittels Linsen auf die Platte fokussiert und von dort auf einen Photode­ tektor reflektiert. Aus dem Ausgangssignal des Photodetektors werden die auf der Platte gespeicherten Daten und der Istwert für den Fokus- und für den Spurregelkreis gewonnen. In der ge­ nannten Literaturstelle wird die Abweichung des Istwerts vom Sollwert für den Fokusregelkreis als focusing error bezeichnet, während für die Abweichung des Istwerts vom Sollwert des Spurre­ gelkreises der Ausdruck radial tracking error gewählt ist.

Als Stellglied für den Fokusregelkreis dient eine Spule, über deren Magnetfeld eine Objektivlinse entlang der optischen Achse bewegbar ist. Der Fokusregelkreis bewirkt nun durch Verschieben der Objektivlinse, daß der von der Laserdiode ausgesendete Lichtstrahl stets auf die Platte fokussiert wird. Mittels des Spurregelkreises, der oft auch als Radialantrieb bezeichnet wird, ist die optische Abtastvorrichtung bezüglich der Platte in radialer Richtung verschiebbar. Dadurch kann der Lichtstrahl entlang den spiralförmigen Datenspuren der Platte geführt wer­ den.

Bei einigen Geräten ist der Radialantrieb aus einem sogenannten Grob- und einem sogenannten Feinantrieb aufgebaut. Der Groban­ trieb ist beispielsweise als Spindel ausgeführt, mittels der die gesamte optische Abtastvorrichtung aus der Laserdiode, den Linsen, dem Prismenstrahlteiler und dem Photodetektor radial verschiebbar ist. Mit dem Feinantrieb ist der Lichtstrahl zu­ sätzlich in radialer Richtung verschiebbar. Mittels des Feinan­ triebs kann daher der Lichtstrahl ein kleines Stück - etwa 1 mm - entlang eines Radius der Platte gefahren werden.

Um eine einwandfreie Wiedergabe der Daten, seien es nun z. B. Bild und Ton bei einem Videoplattenspieler oder bloß der Ton bei einem CD-Spieler oder die Daten einer magneto-optischen Platte, zu erzielen, ist neben einer genauen Fokussierung des Lichtstrahls auf die Platte auch eine präzise Führung entlang den Datenspuren der Platte erforderlich.

In der Fig. 1 ist der Photodetektor PD der optischen Abtastvor­ richtung eines CD-Spielers gezeigt, bei der drei Laserstrahlen L1, L2 und L3 nach dem sogenannten Dreistrahlverfahren auf die Platte fokussiert werden. Die Laserstrahlen L2 und L3 sind die Beugungsstrahlen +1. und -1. Ordnung. Eine derartige Abtastvor­ richtung wird in der eingangs genannten Literaturstelle als Three-Beam-Pick-Up bezeichnet, weil sie mit drei Lichtstrahlen arbeitet.

Beim Photodetektor sind vier quadratförmige Photodioden A, B, C und D so zusammengefügt, daß sie wiederum ein Quadrat bilden. Der mittlere Laserstrahl L1, der auf die vier Photodioden A, B, C und D fokussiert wird, erzeugt das Datensignal HF = AS + BS + CS + DS und das Fokusfehlersignal FE = (AS + CS) - (BS + DS). Mit AS, BS, CS und DS sind jeweils die Photospannungen der Dio­ den A, B, C und D bezeichnet.

Weil in der optischen Abtastvorrichtung im Strahlengang eine astigmatisch wirkende Kollimatorlinse vorgesehen ist, ist der mittlere Laserstrahl L1 bei genauer Fokussierung auf dem großen Quadrat, das aus den Photodioden A, B, C, und D gebildet wird, kreisförmig, während er bei Defokussierung Ellipsenform annimmt.

Fig. 1a zeigt den Fall der Fokussierung. Weil der vom Laser­ strahl L1 auf dem großen Quadrat gebildete Lichtfleck Kreisform hat, ergibt sich das Fokusfehlersignal zu FE = (AS + CS) - (BS + DS) = 0. Am Wert null des Fokusfehlersignals FE erkennt der Fokusregelkreis, daß genau fokussiert ist.

In Fig. 1b ist nun der eine Fall der Defokussierung, daß die Platte zu weit von der Objektivlinse entfernt ist, dargestellt. Das Fokusfehlersignal FE ist negativ. FE = (AS + CS) - (BS + DS) < 0. Am negativen Wert des Fokusfehlersignals FE erkennt der Fokusregelkreis, daß der Abstand zwischen der Platte und der Objektivlinse zu groß ist. Deshalb wird die Objektivlinse vom Stellglied des Fokusregelkreises so nahe an die Platte her­ anbewegt, bis das Fokusfehlersignal FE zu null wird.

Den anderen Fall der Defokussierung, daß die Objektivlinse zu nahe an der Platte liegt, ist in Fig. 1c gezeigt. Das Fokusfeh­ lersignal FE ist positiv. FE = (AS + CS) - (BS + DS) < 0. Am po­ sitiven Wert des Fokusfehlersignals FE erkennt der Fokusregel­ kreis, daß die Objektivlinse zu nahe an der Platte liegt. Die Objektivlinse wird daher vom Stellglied so weit von der Platte wegbewegt, bis das Fokusfehlersignal FE zu null wird.

Der Regelverstärker des Fokusregelkreises und der Photodetektor sind aber mit einer Offsetspannung behaftet, deren Größe einer­ seits von der Temperatur abhängt und andererseits einer langfri­ stigen Drift unterliegt. Die Drift der Offsetspannung und auch anderer Parameter eines Verstärkers oder eines Photodetektors im Laufe der Zeit werden durch Alterung dieser Bauteile verur­ sacht.

Damit die Datenwiedergabe nicht durch die Offsetspannung des Re­ gelverstärkers des Fokusregelkreises oder des Photodetektors ge­ stört wird, ist eine Kompensation der Offsetspannung nötig. Durch Einstellen eines im Regelkreises vorgesehenen Abgleichpo­ tentiometers von Hand läßt sich jedoch eine Kompensation nur näherungsweise durchführen, weil Änderungen der Offsetspannung infolge Temperaturschwankungen und infolge Alterung des Regel­ verstärkers unberücksichtigt bleiben.

Neben der Einstellung der Offsetkompensationsspannung von Hand sind auch automatische Kompensationsverfahren bekannt.

In der EP-A 02 90 882 ist ein Verfahren zur automatischen Kom­ pensation der Offsetspannung des Regelverstärkers in einem Fo­ kusregelkreis beschrieben.

Um die Offsetspannung des Regelverstärkers im Fokusregelkreis automatisch zu kompensieren, wird eine Offsetkompensationsspan­ nung am Eingang des Regelverstärkers so lange verändert, bis die Phasenlage des Fokusfehlersignals mit der des Datensignals übereinstimmt.

Obwohl die Kompensation der Offsetspannung bei dem bekannten automatischen Kompensationsverfahren zufriedenstellend gelöst ist, ist eine weitere Verbesserung der Kompensation durchaus erstrebenswert, weil dadurch die Betriebssicherheit verbessert wird. Bei einem CD-Spieler zeigt sich dies z.B in einer geringe­ ren Empfindlichkeit gegenüber Stößen von außen und gegenüber Schmutz und Fehlern auf der Platte wie z. B. Fingerabdrücke und Kratzer.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Kompensation von Off­ setspannungen in einem Fokusregelkreis zu verbessern.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß die Offsetkom­ pensationsspannung so lange verändert wird, bis die Bitfehlerra­ te im Datensignal unter einen vorgebbaren Schwellwert sinkt.

Anhand der in Fig. 2 gezeigten Anordnung wird das erfindungsge­ mäße Verfahren erläutert.

In einem Differenzverstärker DV wird das Fokusfehlersignal FE = (AS + CS) - (BS + DS) aus den Ausgangsströmen AS, BS, CS und DS der vier Photodioden A, B, C und D eines Vierquadrantenphotode­ tektors PD gebildet. Der Ausgang des Differenzverstärkers DV ist mit dem ersten Eingang einer Summationsstelle SU verbunden, deren Ausgang mit dem Eingang eines Regelverstärkers RV verbun­ den ist. Der Ausgang des Regelverstärkers RV ist mit dem Stell­ glied, einer Spule SG, des Fokusregelkreises verbunden, mittels deren Magnetfeld eine Objektivlinse O entlang ihrer optischen Achse bewegt werden kann, um den Lichtstrahl L auf die Platte CD fokussieren zu können. Der Ausgang einer optischen Abtastvor­ richtung AV, in der die Objektivlinse O und die Spule SG ange­ ordnet sind, ist mit dem Eingang einer Kontrollschaltung K ver­ bunden. Das am Ausgang der optischen Abtastvorrichtung AV ab­ greifbare Datensignal HF wird außerdem zur Datenverarbeitung an weitere nicht eingezeichnete Einheiten, z. B. an einen Deco­ dierer weitergeleitet. Der Ausgang der Kontrollschaltung K ist mit dem zweiten Eingang der Summationsstelle SU verbunden.

In der Kontrollschaltung K wird die Bitfehlerrate des Datensi­ gnals HF bestimmt. Die Kontrollschaltung K ändert nun die an ihrem Ausgang abgegebene Offsetkompensationsspannung so lange, bis die Bitfehlerrate ein Minimum annimmt, denn dann ist opti­ mal fokussiert.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich beispielsweise in vor­ teilhafter Weise mit dem aus der EP-A 02 90 882 bekannten Ver­ fahren kombinieren. Zuerst ändert die Kontrollschaltung K in ei­ nem ersten Abgleich die Offsetkompensationsspannung so lange, bis die Phasenlage des Fokusfehlersignals FE mit der des Daten­ signals HF übereinstimmt. In einem zweiten Abgleich wird gemäß dem im Anspruch 1 angegebenen Verfahren die Offsetkompensati­ onsspannung von der Kontrollschaltung K nochmals verändert, bis die Bitfehlerrate des Datensignals HF minimal wird.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß zur Kompensation der Offsetspannung dieselbe Datenspur auf der Plat­ te mehrmals abgetastet wird, um die Bitfehlerrate zu minimie­ ren. Der Vorteil des mehrmaligen Abtastens liegt darin, daß diejenigen Fehler, die durch ungenaue Kompensation verursacht sind, auf ein Minimum verringert werden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten dadurch, daß die Bitfehlerrate über mehrere Datenspuren gemes­ sen und minimiert wird. Diese Datenspuren können auch mehrmals abgetastet werden. Auf diese Weise wird ein Mittelwert für die Offsetkompensationsspannung gefunden.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel wird zuerst die Stelle auf der Platte gesucht, wo die Bitfehlerrate am geringsten ist. An dieser Stelle mit der geringsten Bitfehlerrate wird die Off­ setkompensationsspannung von der Kontrollschaltung K so lange verändert, bis die Bitfehlerrate ein Minimum annimmt.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel wird zuerst die erste Stelle auf der Platte gesucht, wo die Bitfehlerrate unter einem vorgebbaren Schwellwert liegt. An dieser Stelle, wo die Bitfeh­ lerrate unter dem vorgebbaren Schwellwert liegt, wird die Off­ setkompensationsspannung von der Kontrollschaltung K so lange verändert, bis die Bitfehlerrate ein Minimum annimmt.

Einem fünften Ausführungsbeispiel gemäß wird die Bitfehlerrate gleich am Plattenanfang - bei einer Compact-Disc in der Einlauf­ spur - minimiert. Der Vorteil ist darin zu sehen, daß die Zeit für die Kompensation verringert wird, weil bei einem CLV-System - der Abkürzung für Constant Velocity System - die Drehzahl der Platte beim Abtasten der innersten Datenspur am größten ist.

Bei einem CD-Spieler bietet es sich an, jeweils bei den Indizes 0, die auf einer Compact Disc anzeigen, daß an diesen Stellen keine Daten aufgezeichnet sind, die Kompensation der Offsetspan­ nung durchzuführen. Das ist z. B. in den Pausen zwischen zwei Mu­ sikstücken der Fall. Dies hat den Vorteil, daß auch kurzfristi­ ge Schwankungen der Offsetspannung kompensiert werden.

Es ist auch möglich, zuerst in einem Grobabgleich einen ersten Wert für die Offsetkompensationsspannung zu suchen. Anschlie­ ßend wird in einem Feinabgleich der erste Wert der Offsetkom­ pensationsspannung um einen positiven Schritt + d erhöht und die zugehörige Bitfehlerrate B1 ermittelt. Der erste Wert der Offsetkompensationsspannung wird jetzt um einen dem Betrag nach gleich großen negativen Schritt - d erniedrigt und die zugehöri­ ge Bitfehlerrate B2 bestimmt. Solange die beiden Bitfehlerraten B1 und B2 nicht gleich groß sind, wird der erste Wert der Off­ setkompensationsspannung schrittweise so lange verändert und das Verfahren so lange wiederholt, bis die Bitfehlerraten B1 und B2 denselben Wert annehmen. Dann ist der optimale Wert für die Offsetkompensationsspannung gefunden.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Wiedergabegeräte geeig­ net, die einen Lichtstrahl mittels eines Fokusregelkreises auf einen Aufzeichnungsträger fokussieren, um dessen Daten abzuta­ sten. Zu derartigen Geräten zählen z. B. CD-Spieler, Videoplat­ tenspieler, DRAW-Disc-Spieler und magneto-optische Geräte.

Claims (10)

1. Verfahren zur Kompensation der Offsetspannung in einem Fo­ kusregelkreis, der einen Lichtstrahl auf einen Aufzeich­ nungsträger fokussiert, um die auf dem Aufzeichnungsträger aufgezeichneten Daten abzutasten, wobei ein Datensignal er­ zeugt wird und wobei zur Kompensation der Offsetspannung eine Offsetkompensationsspannung in den Fokusregelkreis eingespeist wird, dadurch gekennzeich­ net, daß die Offsetkompensationsspannung so lange verän­ dert wird, bis die Bitfehlerrate im Datensignal unter ei­ nen vorgebbaren Schwellwert sinkt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein erster Wert der Offsetkompensati­ onsspannung in einem Grobabgleich ermittelt wird, daß der erste Wert der Offsetkompensationsspannung um einen positi­ ven Schritt +d erhöht und die zugehörige Bitfehlerrate B1 ermittelt wird, daß der erste Wert der Offsetkompensati­ onsspannung um einen negativen Schritt -d gleichen Betra­ ges wie der positive Schritt erniedrigt und die zugehörige Bitfehlerrate B2 ermittelt wird, daß der erste Wert der Offsetkompensationsspannung schrittweise so lange verän­ dert und das Verfahren mit den Schritten +d und -d so lange wiederholt wird, bis die Bitfehlerraten B1 und B2 gleich groß sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Offsetkompensationsspannung so lange verändert wird, bis die Bitfehlerrate im Datensignal minimal wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einem plattenförmigen Auf­ zeichnungsträger dieselbe Datenspur mehrmals abgetastet wird, um die optimale Offsetkompensationsspannung zu fin­ den.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Stellen auf dem Aufzeichnungsträger gesucht werden, wo die Bitfehlerra­ te einen vorgebbaren Schwellwert unterschreitet, und daß während des Abtastens dieser Stellen die optimale Offset­ kompensationsspannung gesucht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die optimale Offsetkom­ pensationsspannung beim Abtasten des Anfangs des Aufzeich­ nungsträgers gesucht wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem CD-Spieler die Offsetkompensationsspannung bei den Indizes 0 auf der Com­ pact Disc gesucht wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einem CD-Spieler die Off­ setkompensationsspannung gesucht wird, während die Einlauf­ spur der Compact-Disc abgetastet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 oder 8, da­ durch gekennzeichnet, daß während der Kompensation der Offsetspannung die Drehzahl des Aufzeich­ nungsträgers erhöht wird.

10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 oder 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die vier Ausgänge eines Vierquadran­ tenphotodetektors (PD) mit den Eingängen eines Differenz­ verstärkers (DV) verbunden sind, dessen Ausgang mit dem er­ sten Eingang einer Summationsstelle (SU) verbunden ist, daß der Ausgang der Summationsstelle (SU) mit dem Eingang eines Regelverstärkers (RV) verbunden ist, dessen Ausgang mit dem Stellglied (SG) des Fokusregelkreises verbunden ist, und daß das von einer optischen Abtastvorrichtung (AV) gelieferte Datensignal (HF) einer Kontrollschaltung (K) zugeführt wird, deren Ausgang mit dem zweiten Eingang der Summationsstelle (SU) verbunden ist.