DK157956B - Laeseanordning til optisk aftastning af paa et bevaeget pladeformet baereorgan optegnede informationer - Google Patents

Description

1 DK 157956 B

Den foreliggende opfindelse angår en læseanordning til optisk aftastning af på den lysreflekterende flade af en bevæget pladeformet bærer optegnede informationer, bestående af et på en arm svingeligt lejret aftastningshoved med en lyskilde, en optik til 5 frembringelse af mindst én lysplet på bærefladen, et middel til adskillelse af det reflekterede lys fra det udsendte lys, detekteringselementer til omformning af det reflekterede lys til elektriske størrelser, og endvidere bestående af en grovstyring til indstilling (efterføring) af armen i større skridt og en finstyring 10 til indstilling af det svingeligt lejrede hoved mod virkningen af et elastisk fjedrende tilbagestillingselement i mindre skridt, samt mindst en elektromekanisk transducer, fortrinavis en piezoelektrisk transducer, som er anbragt i kraftfluxen mellem aftastningshovedet, det elastisk fjedrende tilbagestillingselemen't og en i forhold til 15 aftastningshovedet faststående holder.

Sådanne læseanordninger, der også kort betegnes optiske afta-stere, tjener til udlæsning af audio- og/eller videoinformationer, som er lagret på en audio- eller videoplade. De er principielt også egnede til udlæsning af andre optisk læsbare data til databehand-20 ling. Princippet for lagringen og udlæsningen af optisk læsbare data er forklaret alment i Philips tech. REVIEW vol. 40, side 151155, 1982, nr. 6.

Som databærer bliver sædvanligvis anvendt pladeformede roterende optegningsbærere, såkaldte billedlager- eller videoplader.

25 Også andre lagermedier er imidlertid anvendelige, såfremt disse har en lysreflekterende flade til lagring af optisk læsbare data.

Læseanordningen består i det væsentlige af et aftastningshoved med en lyskilde, i reglen en halvleder, der frembringer laserlys, samt en optik, der frembringer en eller flere lyspletter på bære-30 fladen. Aftastningshovedet har endvidere midler, f.eks. stråledelere, til adskillelse af det reflekterede lys fra det udsendte lys samt detekteringselementer til omformning af det reflekterede lys til elektriske størrelser.

Da sportætheden er overordentlig høj, skal aftastningshovedet 35 for sporet følge det optegnede spor med stor præcision, nemlig en tolerance på * 0,1 /im. Denne nøjagtighed er ikke opnåelig ved mekanisk præcision, da alene de af excentriciteten af optegningsbæreren og af gengiveapparatet betingede afvigelser beløber sig til flere gange det ovenfor angivne toleranceområde (indtil 300 /im).

DK 157956 B

2

Der kræves derfor reguleringsanordninger, som indstiller af-tastningshovedet styret af det optegnede spor.

Det er kendt at tilvejebringe en grovstyring til indstilling (eller efterføring) af armen i større skridt samt en finstyring til 5 indstilling af det svingel igt på armen lejrede hoved i mindre skridt. Herved bliver de effektive masser, som skal bevæges ved finstyringen, holdt små, hvorved en hurtig efterregulering bliver muliggjort.

Når udsvinget af det indstillede aftastningshoved overstiger en 10 forudgiven tærskelværdi, sker der en omskiftning fra fin- til grovstyring.

Ved et kendt princip, hvor aftastningshovedet holdes i en fastlagt midterstilling og svinges ud imod den tilbagestillende virkning af en elasticitet, er et mål for tærskelværdien den maksi-15 male værdi af den elektriske strøm, som gennemløber spolen for den radiale findrivenhed.

Ved en anordning af denne art kan i reguleringskredsen optrædende smalle impulser allerede overskride tærskelværdien til indkobling af grovdrivenheden, selv om aftastningshovedet på grund af 20 den ringe impulsbredde og betinget af den mekaniske træghed af aftastningshovedet endnu ikke har nået den mekaniske tærskelværdi for omskiftningen fra findrivenheden til grovdrivenheden. For at undgå dette skal sådanne impulser undertrykkes, f.eks. holdes borte fra tærskel værdi anordningen ved hjælp af et lavpasfilter. På den 25 anden side må impulser, som svarer til en faktisk radial fejl afvigelse af lyspletten i forhold til sporet, ikke påvirkes af sådanne lavpasfiltre. Følgelig skal der ved sådanne tærskel værdi anordninger træffes et kompromis mellem undertrykkelse af støjstørrelser og overføringen af ønskede korrektionssignaler.

30 Dette kompromis behøver ikke at blive indgået, hvis den fak tiske afvigelse af aftastningshovedet fra den ønskede stilling eller fra en referencestilling bestemmes. Ved analogpladespillere (f.eks. type SL3 eller SL5 fra firmaet Technics) bliver pick-up'ens afvigelse umiddelbart konstateret ved hjælp af en lysskrankeanordning, 35 ved hvilken der på den bevægelige tonearm er anbragt en blænde, som befinder sig i lysvejen mellem en lyskilde og et 2-segment-fotoele-ment. Lysblænden og fotoeleiiienterne er anbragt således, at segmenterne belyses forskelligt ved pick-up'ens afvigelse fra referencestillingen. Ud fra de to elektriske signaler fra fotoelementerne kan

3 DK 157956B

der bestemmes et reguleringssignal til den radiale stillingskorrek-tion af pickup'en. I reguleringskredsen optrædende impulser, der ikke medfører en bevægelse af pickup'en, bliver ikke bestemt på anden måde end ved den ovenfor angivne anordning og kan følgelig 5 ikke føre til en fejlagtig korrektion.

En sådan lysskrankeanordning er på grund af den krævede præcision relativt kostbar og på grund af faren for forskellig tilsmudsning eller ældning af fotoelementsegmenterne også udsat for forstyrrelser. Desuden kan denne lysskrankeanordning selv ikke 10 benyttes til på styret måde at fremkalde ønskede udsving af aftastni ngshovedet.

Formålet med den foreliggende opfindelse er til et aftastningshoved af den angivne art at tilvejebringe en tærskelværdianordning, som på den ene side er ufølsom overfor støjimpulser og 15 på den anden side mod tilsmudsning eller ældning.

Løsningen ifølge den foreliggende opfindelse udgår fra en fra DE offentliggørelsesskrift nr. 29 18 919 kendt læseanordning, hvis for den foreliggende opfindelse nødvendige særlige træk er angivet detaljeret i krav l's indledning.

20 Ved denne kendte læseanordning frembringer udsvinget af aftastningshovedet i en piezoelektrisk transducer, der er anbragt i kraftfluxen mellem aftastningshovedet og et ensidigt monteret elastisk fjedrende tilbagestillingselement, nemlig en ved den ene ende indspændt bladfjeder, et til aftastningshovedets udsving 25 svarende signal, som ved denne anordning tjener til den dynamiske tilbagekobling for servosporstyringen.

Ifølge den foreliggende opfindelse er det for læseanordningen ejendommelige, at den elektromekaniske transducer tjener som tærskel værdi anordning, der bevirker en omskiftning fra fin- til grov-30 styring, når udsvinget af det indstillede aftastningshoved overstiger en forudgiven tærskelværdi, og at der af dens elektriske udgangsstørrelse, fortrinsvis udgangsspændingen, afledes den styrestørrelse, som bevirker omstyringen fra fin- til grovstyring.

En sådan tærskel værdi anordning er i vid udstrækning ufølsom 35 overfor støjimpulser. Såfremt piezoelektriske komponenter anvendes som elektromekaniske transducere, bortfalder fejl på grund af tilsmudsning eller ældning næsten fuldstændigt.

Ved en foretrukken udførelsesform, hvor aftastningshovedet ved hjælp af på begge sider anbragte fjederelementer holdes i fastlagt

DK 157956 B

4 stilling mellem to holdere, er der mellem hvert af de to fjederelementer og den pågældende holder anbragt en separat transducer. Udgangsspændingerne fra de to transducere bliver herved tilført en differenskobling, som udleder styrestørrelsen af de to udgangsspæn-5 dinger.

Til realisering af opfindelsen egner sig fortrinsvis piezoelektriske transducere, der er udformet i form af simple longitudinal-transducere. Ved udsving af findrivenheden opstår der i de på begge sider anbragte transducere henholdsvis tryk- og træk-10 krafter, der medfører modsatrettede piezospændinger, som sammenkobles i den ovennævnte differenskobling til bestemmelse af styrestørrelsen.

Ved denne anordning skal kun den ene af de to transducere i en videreudformning af opfindelsen benyttes til bestemmelse af den 15 radiale afvigelse af aftastningshovedet, medens den anden transducer tjener som svingningsgenerator. Udgangsspændingen fra den førstnævnte transducer skal i dette tilfælde sammenlignes med en til af-tastningshovedets midterstilling svarende referencespænding. Til den anden som svingningsgenerator eller sender tjenende transducer kan 20 der føres forudbestemte elektriske kontrol signaler, som svinger aftastningshovedet radialt ud. Ved samvirkning af svingningsgenerator eller sender og modtagetransducer kan eventuelt opstående asymmetrier af det optiske system kompenseres.

Denne anordning egner sig til på aftastningshovedet at over-25 lejre en lavfrekvent svingning med en frekvens på 600 Hz og en amplitude på *0,05 øm, således som dette er forklaret i den indledningsvis nævnte Philips publikation.

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor 30 fig. 1 i perspektiv viser en første udførelsesform for et aftastningshoved ifølge opfindelsen, fig. la i perspektiv en piezoelektrisk transducer, hvor svingningsgenerator og modtager er kombineret til en enhed, 35 fig. 2 i perspektiv aftastningshovedet i fig. 1 i et i forhold dertil 90° drejet billede, fig. 3 i perspektiv -en anden udførelsesform for et aftastningshoved ifølge opfindelsen og fig. 4 et blokdiagram over reguleringskredsløbet for

5 DK 157956 B

aftastningshovedet ifølge opfindelsen.

Det perspektiviske billede i fig. 1 viser en aftastningsanordning, som ved hjælp af en bærer 10 er anbragt på en på tegningen ikke vist arm eller slæde, der med henblik på grovsty-5 ringen er indstillelig i større skridt ved aftastningen af informationsbæreren. Af tegningen fremgår detaljeret de for findrivenheden og stillingsreguleringen af aftastningshovedet med opfindelsen foreslåede elementer.

Det til udlæsningen af informationen tjenende aftastningshoved 10 11 gemmer i sit indre lyskilden og optikken til frembringelse af det på tegningen opadudtrædende lysbundt og dermed lyspletten på bærerfladen. I aftastningshovedet er endvidere anbragt en stråledeler til adskillelse af det reflekterede lys fra det udsendte lys samt en enhed bestående af hal vi edersegmenter, der omformer det reflekterede 15 lys til elektriske signaler. Det optiske system 11a i aftastningshovedet 11 er over bladfjedre 12 forbundet aksialt indstilleligt med hovedbæreren 13. Ved hjælp af en ikke vist fortrinsvis elektromagnetisk anordning kan det optiske system 11a til fokusering af lyspletten på bærefladen indstilles i aksial retning. Hovedbæreren 20 13, som huset 11b for aftastningshovedet 11 er fast forbundet med, er svingelig omkring omdrejningsaksen 14 ved hjælp af den nedenfor beskrevne findrivenhed. Denne findrivenhed består i det væsentlige af en magnetisk kreds med en på bæreren 10 anbragt permanent magnet 15, på dennes ender anbragte polsko 16 og en i den bageste husdel 25 11b anbragt spole 17. Alt efter strømtilførslen til spolen 17 kan aftastningshovedet svinges mod virkningen af elastisk fjedrende tilbagestillingselementer, nemlig fjedre 18. De symmetrisk udformede og forspændte fjedre 18 er indspændt mellem holdere 19 og aftastningshovedhuset 11b. Mellem enderne af holderne 19 og fjedrene 30 18 er der anbragt tryk- og trækfølsomme piezoelektriske transducere 20 og 21. Til frembringelse af ensartede fladetryk og lokalisering støtter fjedrene 18 over tryk- og befæstigelsespi ader 23 på de piezoelektriske transducere. Ved symmetrisk positionering af aftastningshovedet bliver der ved trykpåvirkning ved hjælp af de 35 piezoelektriske transducere 20 og 21 frembragt ens udgangsspændinger Uj og U£. Ved udsving af aftastningshovedet fra en midterstilling ændrer trykbelastningerne af transducerne 20 og 21 sig, hvilket medfører forskellige udgangsspændinger Uj og U2. Udgangsspændingerne er også et mål for det radiale udsving af hovedet.

DK 157956 B

6

Ved påtrykning af en spænding, f.eks. spændingen Up på transduceren 20 kan der opnås en vilkårlig tykkelsesændring af transduceren og dermed et vilkårligt udsving af hovedet 11. Denne egenskab bliver udnyttet i en videre udformning af opfindelsen til 5 styret at svinge aftastningshovedet og dermed det optiske system ud.

Transducerne 20 og 21, som ifølge fig. 1 er opdelt i to enkeltelementer, kan også kombineres med hinanden til et kompakt element, således som det er antydet i fig. la. Ved denne anordning er to transducere 20' og 21' kombineret til et kompakt element, der 10 er anbragt mellem holderen 19 og tryk- og befæstigelsespladen 23. På transduceren 20' kan der påtrykkes en spænding U$ enten som korrektionsstørrelse eller som afbøjningsspænding, medens den på transduceren 21' opstående spænding kan anvendes som styrestørrelse.

15 En variant af aftastningshovedet i fig. 1 er vist i fig. 3. Ens dele er betegnet med samme henvisningstal som i fig. 1. I stedet for transduceren 20 i udførelsesformen i fig. 1 er en piezoelektrisk bøjningsresonator 25 fast anbragt med den ene ende umiddelbart på huset 11b for afastningshovedet ved udførelsesformen i fig. 3. Den 20 anden ende af bøjningsresonatoren 25 er fri og kan ved påtrykning af en vekselspænding U<* sættes i bøjningssvingninger i retning af dobbeltpilen S. Da aftastningshovedet 11 er lejret elastisk mellem fjedrene 18, bliver det ligeledes sat i svingninger som reaktion på svingningerne S. Aftastningshovedet 11 er ved hjælp af hovedbæreren 25 13 anbragt svingelig omkring aksen 14 mod virkningen af fjedrene 18, idet der på hovedbæreren 13 og dermed på aftastningshovedet 11 indvirker en generelt med 26 betegnet findrivenhed til radial udsving.

Ved udførelsesformen ifølge fig. 1 og 3 er denne findrivenhed udført ved hjælp af den elektromagnetiske kreds 15,16 og 17.

30 Tærskel værdi anordningen til omskiftning fra finstyring til grovstyring er ikke vist på tegningen. Som detekteringselement anvendes en i og for sig kendt anordning af et 4-segment-fotoelement 27, der udlæser såvel datainformationerne som fejlsignalerne.

De for reguleringen af aftastningshovedet vigtige enheder og 35 funktioner er vist i blokdiagrammet i fig. 4.

Ved hjælp af en operationsforstærker 28 bliver der dannet et differenssignal af de af fotoelementet 27 frembragte udgangssignaler, hvilket differenssignal over et lavpasfilter 30 føres til den radiale findrivenhed 26 som radialt fejlsignal. Med lavpasfiltret 30

7 DK 157956 B

bliver korte støjimpulser undertrykt som nævnt i beskrivelsens indledning, så at disse ikke bevirker nogen radial korrektion af aftastningshovedet. Den anden operationsforstærker 29 danner af de af fotoelementet 27 frembragte signaler et sumsignal, af hvilket der 5 på den nedenfor forklarede måde udledes et korrektionssignal, som tjener til aktivering af transduceren 20 til radial stillingskorrektion af aftastningshovedet 11. Sådanne sumsignaler optræder ved asymmetrier i den optoelektriske kreds, altså f.eks. ved tilsmudsede eller ældede fotoelementsegmenter eller usymmetrisk udstråling fra 10 laserlyskilden. Det på udgangen af operationsforstærkeren 29 i dette tilfælde opstående sumsignal bliver ført over et båndpåsfilter 31, hvis midterfrekvens svarer til frekvensen af generatoren 35, her altså en frekvens på 600 Hz. Efter passage af båndpasfiltret 31 bliver den absolutte størrelse af korrektionssignalet bestemt ved 15 hjælp af en ensretter 32. Ved sammenligning af sumsignalet med generatorsignalet i en fasedetektor 33 bliver dets fasebeliggenhed og dermed fortegnet af korrektionssignalet bestemt. På udgangen af operationsforstærkeren 34, hvis indgange dels er forbundet med udgangen på ensretteren 32 og dels med udgangen på fasedetektoren 20 33, optræder der et fortegnsrigtigt korrektionssignal, når der optræder asymmetrier i det elektrooptiske system. Med disse korrektionssignaler bliver den ifølge opfindelsen tilvejebragte her som svingningsgenerator arbejdende piezoelektriske transducer 20 aktiveret. Den bliver sat i svingninger ved hjælp af generatoren 35 med 25 afbøjningsfrekvensen, her en frekvens på 600 Hz. Disse svingninger bliver overført over den elastiske fjeder 18 til aftastningshovedet 11, hvis bevægelse igen over den anden fjeder 18 overføres til den som modtager tjenende transducer 21. Dens udgangsspænding bliver efter filtrering ved hjælp af båndpasfiltret 35, hvis midterfrekvens 30 igen ligger ved 600 Hz, ført til et kredsløb 36, som tjener til automatisk amplituderegulering af generatoren 35.

35

Claims (6)

8 DK 157956 B Patentkrav.

1. Læseanordning til optisk aftastning af på den lysreflekterende flade af en bevæget pladeformet bærer optegnede informationer 5 bestående af et på en arm svingel igt lejret aftastningshoved (11) med en lyskilde, en optik (11a) til frembringelse af mindst én lysplet på bærefladen, et middel til adskillelse af det reflekterede lys fra det udsendte lys, detekteringselementer til omformning af det reflekterede lys til elektriske størrelser, og endvidere bestå-10 ende af en grovstyring til indstilling af armen i større skridt og en finstyring til indstilling af det svingel igt lejrede hoved mod virkningen af et elastisk fjedrende til bagesti 11 ingselement (18) i mindre skridt, samt mindst én elektromekanisk transducer, fortrinsvis en piezoelektrisk transducer, som er anbragt i kraftfluxen 15 mellem aftastningshovedet, det elastisk fjedrende til bagesti11 ingselement og en i forhold til aftastningshovedet faststående holder, kendetegnet ved, at den elektromekaniske transducer (21) tjener som tærskelværdi anordning, der bevirker en omskiftning fra fin- til grovstyring, når udsvinget af det indstillede 20 aftastningshoved (11) overstiger en forudgiven tærskelværdi, og at der af dens elektriske udgangsstørrelse, fortrinsvis udgangsspændingen (U2), afledes den styrestørrelse, som bevirker omstyringen fra fin- til grovstyring.

2. Læseanordning ifølge krav 1, og hvis aftastningshoved ved 25 hjælp af på begge sider anbragte fjederelementer holdes i en fastlagt midterstilling mellem to holdere, kendetegnet ved, at der mellem hvert af de to fjederelementer (18) og den pågældende holder (19) er anbragt en transducer (20,21), og at udgangsspændingerne (U1,U2) fra transducerne (20,21) kobles sammen til frembrin- 30 gel se af styrestørrelsen i en differenskobling.

3. Læseanordning ifølge krav log2, kendetegnet ved, at en med et lavfrekvent kontrol signal drevet transducer (20) tjener som svingningsgenerator og den anden transducer (21) som modtager, hvis udgangsspænding (U2) sammenlignes med en til midtersti11 ingen 35 svarende referencespænding og tjener til amplitudeefterregulering af det lavfrekvente kontrol signal.

4. Læseanordning ifølge krav 3, kendetegnet ved, at kontrol signal et har en frekvens på ca. 600 Hz og bevirker et udsving af aftastningshovedet (11) i området omkring lyspletten på * 0,05

9 DK 157956 B øm.

5. Læseanordning ifølge krav 3 eller 4, kendetegnet ved, at hver af de to piezotransducere består af to enkeltelementer (20',2Γ) med ens opbygning, og at et af enkeltelementerne i begge 5 tilfælde er koblet som svingningsgenerator (20'), medens det andet er koblet som modtager (2Γ) (Fig. la).

6. Læseanordning ifølge krav 3, kendetegnet ved, at der mellem det ene af de to fjederelementer (18) og holderen (19) er anbragt en piezotransducer (21) som modtager i form af en longi- 10 tudinal-resonator, og at der på aftastningshovedets hus (11b) som svingningsgenerator ensidigt er anbragt en piezotransducer (25) i form af en bøjningsresonator, med hvilken aftastningshovedet (11) kan sættes i radialsvingninger (Fig. 3). 15 20 25 30 35