DE4306248A1 - Kompensierende Aktuatorsteuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur kompensierenden Aktuatorsteuerung bzw. zur Korrektur von Winkelfehlstellungen der optischen Achse des Aktuators bzw. der Objektivlinse zur optischen Achse der Abtasteinrichtung infolge Verdrehung oder Verkippung bzw. Verwindung des Aktuators beispielsweise aufgrund thermischer Verformung der Führungselemente des Aktuators, Alterung oder dem Einwirken von Beschleunigungskräften. Aktuatoren werden in optischen Abtasteinrichtungen beispielsweise für CD- oder MOD-Spieler verwendet.

Eine optische Abtasteinrichtung fokussiert mittels einer Objektivlinse bzw. eines Aktuators einen Lichtstrahl auf einen rotierenden Informationsträger und wird mit einem Spurregelkreis entlang der Datenspuren des Informationsträgers geführt. Der Spurregelkreis besteht aus einem Grobantrieb zum Nachstellen der optischen Abtasteinrichtung und einem Feinantrieb zum Fuhren der Objektivlinse, dem sogenannten Track- oder Spuraktuator. Um eine vollständige Wiedergabe der auf dem Aufzeichnungsträger gespeicherten Informationen zu gewährleisten und die Regelbereiche in radialer und in Fokusrichtung vollständig ausnutzen zu können, wird die Objektivlinse in eine Mittenlage justiert, bei der auch die optische Achse der Objektivlinse mit der optischen Achse der optischen Abtasteinrichtung übereinstimmt.

Temperatureinflüsse, Alterung der Führungselemente oder Trägheitskräfte, wie sie beispielsweise in einem Fahrzeug auftreten, führen dazu, daß die optische Achse der Objektivlinse des Aktuators zur optischen Achse der optischen Abtasteinrichtung eine Abweichung aufweist. Insbesondere die in einem Kraftfahrzeug auftretenden hohen Temperaturen können bei aus Kunststoff bestehenden Führungselementen der Objektivlinse zu einer beständigen Schiefstellung und die jahreszeitlich bedingten Temperaturunterschiede zu unterschiedlichen Fehlstellungen führen, die ein Ansteigen der Fehlerrate infolge Fehlabtastung oder sogar einen völligen Ausfall der Spur- bzw. Trackregelung der Abtasteinrichtung zur Folge haben. Abweichungen der optischen Achse der Objektivlinse von der optischen Achse der Abtasteinrichtung bzw. Abweichungen der mechanischen Mittenlage der Objektivlinse von der optischen Mittenlage führen zu einer Einschränkung des Regelbereiches des Aktuators. Der Regelbereich des Aktuators ist dann unsymmetrisch. Um derartige Erscheinungen, die beispielsweise auch bei einer seitliche Lage eines transportablen CD-Spielers auftreten, auszugleichen, ist es bereits bekannt das Regelsignal für den Grobantrieb aus einem Signal zu erzeugen, das der Abweichung der optischen Achse der Objektivlinse von der optischen Achse der Abtasteinrichtung proportional ist, vgl. DE-OS 41 03 854 A1. Dadurch gelingt es den Regelbereich der Aktuatorsteuerung auch bei einer mechanischen Auslenkung der Objektivlinse symmetrisch zu gestalten. Eine Schiefstellung der Objektivlinse, beispielsweise durch Verwindung ihrer Führungselemente, kann dadurch jedoch nicht kompensiert werden, so daß dem radialen bzw. Spurfehlersignal bei jeder Nachführung des Aktuators in Fokusrichtung eine von der Schief- bzw. Schrägstellung des Aktuators ausgehende Störkomponente überlagert ist, die den Spurregelkreis nachteilig beeinflußt. Es ist weiterhin bekannt, zur Radial- bzw. zur Spurführung dem Spurführungssignal ein Kontrollsignal mit einer Frequenz von vorzugsweise 600 Hz zu überlagern, vgl. Philips technical review 40/82, S. 154. Das Kontrollsignal lenkt den abtastenden Lichtfleck mit einer Amplitude von 0,05 µm aus und erscheint im Spurfehlersignal als Überlagerungssignal, das zur Steuerung des Aktuators in radialer bzw. Trackrichtung verwendet werden kann. Eine Schräg- bzw. Schiefstellung des Aktuators kann jedoch weder detektiert noch ausgeregelt werden.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zu schaffen, die das Detektieren und Kompensieren einer Winkelabweichung der optischen Achse der Objektivlinse von der optischen Achse der Abtasteinrichtung ermöglichen.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Erfindungsgemäß werden die Objektivlinse bzw. der Fokusaktuator in Fokusrichtung ausgelenkt, Veränderungen im Radial- bzw. Trackfehlersignal gemessen und den Veränderungen entsprechend die Steuerspannungen der Spulen zur Auslenkung der Objektivlinse in Fokusrichtung derart unsymmetrisch beeinflußt, daß eine parallele Ausrichtung der optischen Achse der Objektivlinse zur optischen Achse der Abtasteinrichtung erfolgt.

Bei Übereinstimmung der optischen Achsen von Objektivlinse und Abtasteinrichtung ist im Spurfehlersignal eine Auslenkung der Objektivlinse in Fokusrichtung nicht festzustellen. D.h., daß eine Auslenkung der Objektivlinse in Fokusrichtung im Radialregelkreis nicht feststellbar ist. Bei einer Verkippung der optischen Achsen tritt hingegen zusätzlich ein radiales Fehlersignal auf, das gegebenenfalls durch Überlagerung zu einem bereits vorhandenen Radialfehlersignal den Regelbereich in radialer Richtung nachteilig einschränkt und sich einem gegebenenfalls verwendeten Kontrollsignal zusätzlich überlagert.

Während eine Abweichung des Aktuators von der Mittenlage in Richtung der optischen Achse den Abtastvorgang nur unmerklich beeinflußt, da sie vom Fokusregelkreis ausgeregelt wird und mit einem Offset kompensiert werden kann, ist ein Verkippen der Objektivlinse beispielsweise durch Verwindung der Linsenhalterung besonders nachteilig, da dann ein Nachsteuern des Aktuators in Fokusrichtung zwangsläufig ein Radialfehlersignal verursacht. Im Rhythmus der Fokusnachsteuerung treten bei Nichtübereinstimmung der optischen Achsen von Objektivlinse und Abtasteinrichtung radiale Fehlersignale auf, die den Abtastvorgang negativ beeinflussen, da die Regelung in radialer Richtung besonders kritisch ist und von Auslenkungen des Aktuators in Fokusrichtung ausgehende radiale Störsignale nicht ausgeregelt werden können.

Erfindungsgemäß wird dem Fokusaktuator zusätzlich zum Servonachführungssignal ein Steuersignal von vorzugsweise 500 Hz derart zugeführt, daß der Aktuator Bewegungen mit einer Amplitude von vorzugsweise 0,1 µm ausführt. Dadurch tritt bei einer Verwindung des Aktuators im Spurservokreis ein Fehlersignal von ebenfalls 500 Hz auf, dessen Phasenlage von der Richtung der Verwindung bestimmt wird, so daß ihr durch Beeinflussung der Steuerspannungen der Spulen zur Auslenkung der Objektivlinse in Fokusrichtung entgegengewirkt bzw. die Verwindung kompensiert werden kann.

Hierzu ist zusätzlich zu einer bekannten Abtasteinrichtung mit einer Fokus- und einer Radialservosteueranordnung ein Steuersignalgenerator zur Überlagerung des Fokusservosignals mit einer Auslenkspannung von beispielsweise 500 Hz vorgesehen und mit einem das Track- bzw. Spurfehlersignal bereitstellenden Anschluß ist ein Phasendetektor verbunden, dessen Ausgang an einer Steuereinheit angeschlossen ist, mit der die Steuerspannungen der Spulen zur Auslenkung der Objektivlinse zur Ausrichtung an der optischen Achse der Abtasteinheit beeinflußt werden.

Dadurch können Winkelfehlstellungen der optischen Achse des Aktuators bzw. der Objektivlinse zur optischen Achse der Abtasteinrichtung infolge Verdrehung oder Verkippung bzw. Verwindung des Aktuators beispielsweise aufgrund thermischer Verformung der Führungselemente des Aktuators, Alterung oder dem Einwirken von Beschleunigungskräften vorteilhaft ausgeregelt bzw. kompensiert werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 Prinzipschaltbild einer Anordnung zur kompensierenden Aktuatorsteuerung,

Fig. 2a Skizze eines Aktuators ohne Verwindung,

Fig. 2b Skizze eines Aktuators mit Verwindung,

Fig. 3 Prinzipskizze zur Schief- bzw. Schrägstellungskorrektur eines Aktuators,

Fig. 4 Blockschaltbild einer Anordnung zur kompensierenden Aktuatorsteuerung und

Fig. 5 Signalverlaufsdiagramm.

Gemäß dem in Fig. 1 dargestellten Prinzipschaltbild einer Anordnung zur kompensierenden Aktuatorsteuerung wird ein optischer Informationsträger mit einem durch eine Objektivlinse 1 auf der Informationsspur fokussierten Lichtstrahl abgetastet. Die Abtasteinrichtung enthält ferner an einer die Spurnachsteuerung realisierenden Radialservoeinheit RS angeschlossene Radialaktuatorspulen 3 und Fokusaktuatorspulen 2, die über Addierglieder an einer Fokusservoeinheit FS angeschlossen sind. Den Fokusaktuatorspulen 2 wird über Addierglieder sowohl ein von der Fokusservoeinheit FS bereitgestelltes Fokusservosignal als auch eine von einem Steuersignalgenerator STG bereitgestellte Signalspannung UST mit einer Frequenz von vorzugsweise 500 Hz zugeführt, wobei die Steuerspannung an jeweils einer der Fokusaktuatorspulen 2 zusätzlich über ein Addierglied und einen Umschalter S durch eine von einer Steuereinheit STE bereitgestellten Korrekturspannung beeinflußt wird. Mit einem ferner in der Abtasteinrichtung enthalten Fokusdetektor FD und Spurführungsdetektoren E, F werden ein zur Fokussierung erforderliches Fokusfehlersignal FE beziehungsweise ein Spurfehlersignal TE zur Spurführung und Bildung einer Korrekturspanung zum Kompensieren einer Schief- bzw. Schrägstellung des Aktuators erzeugt. Die Spurführungsdetektoren E, F sind hierzu über einen Differenzverstärker sowohl mit der Radialservoeinheit RS als auch mit einem Filter FI verbunden, über das der Steuereinheit STE die zur Bildung der Korrekturspannung erforderlichen Signalbestandteile des Spurfehlersignals TE zugeführt werden. Die Steuereinheit STE ist darüber hinaus zum Ermitteln der Phasenlage der bei Schiefstellung der Objektivlinse 1 im Spurfehlersignal TE enthaltenen Signalbestandteile mit dem Steuersignalgenerator STG verbunden.

In den Fig. 2a und 2b ist ein bekannter Aktuator skizziert, wobei in Fig. 2a der Aktuator mit der Objektivlinse 1 sowie den Radialaktuatorspulen 3 und Fokusaktuatorspulen 2 in Normalstellung und in Fig. 2b eine Verwindung der Aktuatorhalterung 5 aufweisend dargestellt ist. Die Verwindung kann beispielsweise durch thermische Verformung, Alterung oder das Einwirken von Beschleunigungskräften verursacht worden sein. Es ist erkennbar, daß bei einer Verwindung der Aktuatorhalterung die optische Achse der Objektivlinse von der optischen Achse der Abtasteinrichtung in einem Winkel abweicht. Diese Schräg- bzw. Schiefstellung der Objektivlinse 1 und des Aktuators verursachen bei einer Auslenkung des Aktuators in Fokusrichtung, beispielsweise zur Nachsteuerung der Objektivlinse 1 zur Fokussierung des Abtaststrahls auf der Informationsspur bei einem Plattenschlag des Informationsträgers, im Spurfehlersignal eine zusätzliche Störkomponente, da der vom Informationsträger reflektierte Lichtstrahl dann an einem anderen Ort auf die Spurführungsdetektoren E, F auftrifft. Es wäre zusätzlich ein Radialfehler auszuregeln und die Abtastung des Informationsträgers würde nicht senkrecht, sondern unter einem Winkel erfolgen, was zu einer erhöhten Fehlerrate abgetasteter Informationen führt.

Deshalb werden dem Fokussteuersignal eine Steuerspannung überlagert, so daß der Fokusaktuator zwangsweise mit einer Amplitude von z. B. 0,1 µm und einer Frequenz von 500 Hz ausgelenkt wird, die Auswirkungen im Spurfehlersignal TE detektiert und der Phasenlage der detektierten Signalkomponenten entsprechend den Fokusaktuatorspulen 2 asymmetrisch eine Korrekturspannung zugeführt, wodurch die optische Achse der Objektivlinse 1 in eine mit der Richtung der optischen Achse der Abtasteinrichtung übereinstimmende Lage gezwungen wird. Dadurch treten zu vernachlässigende Abweichungen zwischen den optischen Achsen auf, die vom Umsteuern der Kompensationsspannung ausgehen. Dieses Verfahren erhöht in vorteilhafter Weise die Langzeitzuverlässigkeit optischer Abtasteinrichtungen und kann sowohl in nach dem Dreistrahlprinzip als auch nach dem Einstrahlprinzip arbeitenden Abtasteinrichtungen verwendet werden. Die Wobbelfrequenz bzw. Auslenkfrequenz für den Fokusaktuator beträgt vorzugsweise 500 Hz, um eine deutliche Unterscheidung zu einer gegebenenfalls zur Spurführung verwendeten Frequenz von 600 Hz mit einfachen Mitteln zu ermöglichen.

Fig. 3 zeigt eine Prinzipskizze zur Schief- bzw. Schrägstellungskorrektur eines Aktuators aus der ersichtlich ist, daß ein Schwenken der optischen Achse der Objektivlinse 1 um einen Drehpunkt A dadurch erreicht wird, daß an die Permanentmagneten gegenübergestellten Fokusaktuatorspulen 2, die aus einer Teilspule C und einer Teilspule D bestehen, separat eine Spannung UC bzw. UD angelegt wird. Die Drehrichtung wird dann vom Wickelsinn und der Polarität der angelegten Spannung bestimmt.

Zur Durchführung des Verfahrens wird eine Schaltungsanordnung verwendet, deren Blockschaltbild in Fig. 4 angegeben ist und in Fig. 5 ist ein Signalverlaufsdiagramm dargestellt, das die Signalverläufe an den in der Fig. 4 gekennzeichneten Stellen angibt. Fig. 4 entsprechend sind zum Steuern des Aktuators an einer Radialservoeinheit RS Radialaktuatorspulen 3 und an einer Fokusservoeinheit FS über einen Subtrahierer und einen Addierer aus einer Spule C und einer Spule D bestehende Fokusaktuatorspulen 2 angeschlossen. Dem aus dem Fokusfehlersignal FE mit der Fokusservoeinheit FS gebildeten Fokussteuersignal wird mit einem ersten Addierer eine von einem Steuersignalgenerator STG bereitgestellte Signalspannung UST hinzugefügt, die den Fokusaktuator in Fokusrichtung um einen geringen Betrag auslenkt. Eine derartige Auslenkung ist bei einer Schief- bzw. Schrägstellung der optischen Achse der Objektivlinse 1 mit den Spurführungsdetektoren E, F nachweisbar, d. h. die Signalspannung UST mit einer Frequenz von 500 Hz wird in diesem Fall mit den Spurführungsdetektoren E, F detektiert. Die Spurführungsdetektoren E, F sind an einem Differenzverstärker angeschlossen, mit dem das Spurfehlersignal TE gebildet und der Radialservoeinheit RS sowie einem Filter FI zugeführt wird. Mit dem Filter FI wird die vom Informationsträger reflektierte und im Spurfehlersignal TE enthaltene Komponente der 500 Hz Signalspannung UST selektiert, so daß am Ausgang des Filters bzw. am mit b gekennzeichneten Anschluß eine Spannung auftritt, die Fig. 5 entsprechend gegenüber der Signalspannung UST am Punkt a eine Phasenverschiebung von 180° bzw. keine Phasenverschiebung aufweist. Der Phasensprung erfolgt bei Änderung der Richtung der Abweichung der optischen Achse der Objektivlinse 1 bzw. beim Übergang von einer rechtsseitigen Schrägstellung zu einer linksseitigen und umgekehrt. Bei Übereinstimmung der optischen Achsen der Objektivlinse 1 und der Abtasteinrichtung tritt diese Spannung nicht auf. Zum Messen der Phasenlage sind am Steuersignalgenerator ein erster Nulldetektor ND1 und am Filter FI ein zweiter Nulldetektor ND2 angeschlossen, mit denen entsprechende Rechtecksignale an den Punkten c und d bereitgestellt werden. An den Nulldetektoren ND1, ND2 ist ein Exklusiv-Odergatter EXOR angeschlossen, mit dem dann ein Umsteuersignal M für den Umschalter S bereitgestellt wird, durch den die Richtung der asymmetrischen Beeinflussung der Steuerspannung der Fokusaktuatorspulen 2 bestimmt wird. Zum Erzeugen des Signals, mit dem die Steuerspannung der Fokusaktuatorspulen 2 beeinflußt werden, sind am Ausgang des Filters FI ein Inverter I und eine Diode D1 angeschlossen und der Ausgang des Inverters I über eine weitere Diode D2 mit dem anderem Anschluß der Diode D1 verbunden. Dieser Verbindungsanschluß der antiparallel gerichteten Dioden D1, D2 ist zu Anschlüssen P des Umschalters S geführt, so daß die Steuerspannung der Fokusaktuatorspulen 2 der Phasenlage des detektierten Signals entsprechend asymmetrisch mit einer am Punkt f bereitgestellten Korrekturspannung beeinflußt wird. Die asymmetrische Beeinflussung der Steuerspannung wird dadurch realisiert, daß die Korrekturspannung, die für den Punkt f in Fig. 5 dargestellt ist, der Spule C über einen Subtrahierer und der Spule D über einen Addierer oder umgekehrt durch den Umschalter S zugeführt wird.

Claims (7)

1. Verfahren zur kompensierenden Aktuatorsteuerung einer optischen Abtasteinrichtung mit einer Fokus- und Radialsteueranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Korrigieren einer Schrägstellung der optischen Achse der Objektivlinse (1) eines Aktuators zur optischen Achse der Abtasteinrichtung dem Fokusservosteuersignal der Fokusservoeinheit (FS) eine Signalspannung (UST) eines Steuersignalgenerators (STG) überlagert, im Spurfehlersignal (TE) detektiert und die Steuerspannung der Fokusaktuatorspulen (2) der Phasenlage des detektierten Signals entsprechend asymmetrisch mit einer der Schrägstellung entgegenwirkenden Korrekturspannung beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalspannung (UST) eine den Aktuator in Fokusrichtung um 0,1 µm mit einer Frequenz von 500 Hz auslenkende Wechselspannung ist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Selektieren einer bei Schrägstellung der Objektivlinse (1) von der Signalspannung (UST) ausgehenden Komponente im Spurfehlersignal (TE) ein Filter (FI) verwendet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Bereitstellen der Korrekturspannung ein mit einem Filter (FI) aus dem Spurfehlersignal (TE) detektiertes Signal durch Gleichrichtung oder durch Invertierung und Gleichrichtung verwendet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Richtung zum asymmetrischen Beeinflussen der Steuerspannung der Fokusaktuatorspulen (2) von einer 180° Phasenverschiebung oder keiner Phasenverschiebung des detektierten Signals zur Signalspannung (UST) bestimmt wird.

6. Anordnung zur kompensierenden Aktuatorsteuerung einer optischen Abtasteinrichtung mit einer Fokus- und Radialsteueranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß zum Korrigieren einer Schrägstellung der optischen Achse der Objektivlinse (1) eines Aktuators zur optischen Achse der Abtasteinrichtung am Ausgang der das Fokusservosteuersignal bereitstellenden Fokusservoeinheit (FS) ein erster Addierer angeschlossen ist, der zum Überlagern des Fokusservosteuersignals der Fokusservoeinheit (FS) mit einer Signalspannung (UST) mit einem Steuersignalgenerators (STG) verbunden ist, an dem eine Steuereinheit (STE) angeschlossen ist, die mit einem an einem das Spurfehlersignal (TE) führenden Anschluß angeschlossenen Filter (FI) verbunden ist und über Addierer zum asymmetrischen Beeinflussen des Fokusservosteuersignals mit einer der Schrägstellung entgegenwirkenden Korrekturspannung an den Fokusaktuatorspulen (2) angeschlossen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (STE) einen ersten Nulldetektor (ND1) und einen zweiten Nulldetektor (ND2) und ein Exklusiv-Odergatter (EXOR) zum Bestimmen der Richtung der asymmetrischen Beeinflussung der Steuerspannung der Fokusaktuatorspulen (2) aus der Phasenverschiebung des mit dem Filter (FI) aus dem Spurfehlersignal (TE) detektierten Signals zur Signalspannung (UST) enthält und zum Erzeugen der Korrekturspannung am Ausgang des Filters (FI) ein Inverter (I) und eine Diode (D1) angeschlossen sind und der Ausgang des Inverters (I) über eine weitere Diode (D2) mit dem anderem Anschluß der Diode (D1) verbunden ist und dieser Verbindungsanschluß der antiparallel gerichteten Dioden (D1, D2) zu Anschlüssen (P) eines Umschalters (S) geführt ist, mit dem die Korrekturspannung die Steuerspannung der Fokusaktuatorspulen (2) der Phasenlage des detektierten Signals entsprechend dadurch asymmetrisch beeinflußt wird, daß eine Spule (C) der Fokusaktuatorspulen (2) über einen Subtrahierer und die andere Spule (D) der Fokusaktuatorspulen (2) über einen Addierer oder umgekehrt durch den Umschalter (S) mit dem Anschluß (P) des Umschalters (S) verbunden ist.