EP0208703A1 - Reading device for the optical scanning of information recorded on a movable disc-shaped medium - Google Patents

Reading device for the optical scanning of information recorded on a movable disc-shaped medium

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Publication number
EP0208703A1
EP0208703A1 EP19860900143 EP86900143A EP0208703A1 EP 0208703 A1 EP0208703 A1 EP 0208703A1 EP 19860900143 EP19860900143 EP 19860900143 EP 86900143 A EP86900143 A EP 86900143A EP 0208703 A1 EP0208703 A1 EP 0208703A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
scanning head
generator
reading device
sign
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19860900143
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arthur Kurz
Hans-Robert Kühn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Deutsche Thomson Brandt GmbH
Original Assignee
Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Deutsche Thomson Brandt GmbH filed Critical Deutsche Thomson Brandt GmbH
Publication of EP0208703A1 publication Critical patent/EP0208703A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/08—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers
    • G11B7/09—Disposition or mounting of heads or light sources relatively to record carriers with provision for moving the light beam or focus plane for the purpose of maintaining alignment of the light beam relative to the record carrier during transducing operation, e.g. to compensate for surface irregularities of the latter or for track following
    • G11B7/094—Methods and circuits for servo offset compensation

Definitions

  • Reading device for optically scanning information recorded on a movable plate-shaped carrier.
  • the invention relates to a reading device of the type specified in the preamble of the main claim.
  • Such reading devices also called optical scanners for short, are used to read audio and / or video information that is stored on an audio or video disc. Basically, they are also suitable for reading out other optically readable data for data processing. The principle of storing and reading optically readable data is generally explained in Philips tech. REVIEW Volume 40, 1982, No. 6, pages 151-155.
  • Disk-shaped, rotating recording media so-called image storage or video disks, are usually used as data carriers. used. However, other storage media can also be used if they have a light-reflecting surface for storing optically readable data.
  • This reading device essentially consists of a scanning head with a light source, usually a semiconductor which generates laser light, and an optical system which generates one or more light spots on the carrier surface.
  • the scanning head also has Means, for example beam splitters, for separating the reflecting light from the emitted light and detection elements for converting the reflected light into electrical quantities.
  • the scanning head Since the track density is extremely high, the scanning head must follow the track with great precision, namely a tolerance of ⁇ 0.1 ⁇ m, of the recorded track. This accuracy cannot be achieved by mechanical precision, since the deviations caused by the eccentricity of the recording medium and the playback device alone are a multiple of the tolerance range specified above (up to 300 ⁇ m).
  • Control devices are therefore necessary which track the scanning head in a controlled manner from the recorded track.
  • the detection elements deliver a track control signal from which a manipulated variable for deflecting or tracking the probe in the desired direction is derived.
  • a low-pass filter is expediently provided between the detection elements and the circuit converting the control signal into a manipulated variable, with which the control signals are freed from high-frequency vibrations and interference pulses, which would otherwise result in an undesired deflection of the scanning head.
  • Photodiodes arranged symmetrically to the central position of the reflected light beam, that is to say the track image, are suitable as detection elements, and their output signals are generated with a differential amplifier for generation of a differential signal corresponding to the track control signal can be processed.
  • a track control signal and thus a difference signal is obtained when the track image is shifted to the line of symmetry of the photodiodes, so that a difference signal is formed with which the radial drive of the scanning head can be controlled for tracking (see also DE-OS 31 11 714 and 31 21 013 ).
  • Precondition for exact control is that the information elements, namely the pits, which represent the track, are shown in the middle of the track on the reception diodes arranged symmetrically to the track image as light spots of the same intensity.
  • the present invention has for its object to provide a circuit for the reading device of the type specified in the preamble, which the asymmetries in the optoelectric circuit explained above corrective adjustment is carried out automatically.
  • a low-frequency vibration of low amplitude is superimposed on the probe and a sum signal is formed by means of the photo elements arranged symmetrically to the track image.
  • This sum signal has the value zero for symmetrical conditions in the electro-optical circuit, for asymmetrical conditions, i.e. e.g. if only one photodiode is contaminated, a value other than zero.
  • a correction signal can thus be derived from the sum signal, which can be fed to the electromechanical transducer acting on the scanning head with correct sign to compensate for asymmetries explained above.
  • Claim 2 characterizes the measures which serve the correct phase, that is to say the correct sign.
  • the amplitude of the vibration superimposed on the probe movement must remain below a deflection value which is harmless for a reliable reading of the information.
  • This value is, for example, of the order of magnitude of ⁇ 0.05 ⁇ m, with generator vibrations of 600 Hz are suitable.
  • FIG. 1 block diagram of a known regulating circuit for regulating the scanning head drive
  • FIG. 2 shows an enlarged representation of a track with pits located in the track and the detection elements in the area of a pit
  • FIG. 3 block diagram of the control circuit designed according to the invention for controlling the scanning head drive
  • FIG. 4 a enlarged track representation according to FIG. 2 with detection elements with radial deflection, however symmetrical conditions in the electro-optical circuit as well as a voltage-time diagram to show the voltages arising at the photo elements,
  • FIG. 4b trace representation with detection elements in the case of asymmetries in the electro-optical circuit without radial deflection, with a voltage-time diagram for representing the voltages and which occur at the photo elements
  • FIG. 4c enlarged track representation with detection elements in the case of asymmetries in the electro-optical circle and radial pre-deflection with a voltage-time diagram to show the voltages generated at the photo elements.
  • FIG. 1 shows an arrangement known per se
  • FIG. 3 shows the known arrangement with a control circuit according to the invention.
  • the same parts are identified with identical numbers in both figures.
  • Shown schematically with a circle is the scanning head 11, which has in its interior the light source and the optics for generating the light beam and thus the light spot on the carrier surface.
  • the scanning head also houses a beam splitter for separating the reflected light from the emitted light, and an assembly consisting of semiconductor segments, namely the photodiodes A, B, C, D arranged symmetrically for error-free track imaging in the detection element 27, which convert the reflected light into electrical signals convert.
  • the scanning head is held by a carrier 13 which can be pivoted about the axis of rotation 14 by means of the radial fine drive 26.
  • the scanning head 11 can be pivoted against the action of elastically resilient return members, namely the springs 18 and 18 '.
  • the symmetrical and biased springs 18 and 18 ' are clamped between the brackets 19 and the housing of the scanning head 11.
  • Pressure-sensitive and responsive piozoelectric transducers 20 and 21 are provided between the ends of the brackets 19 and the springs 18 and 18 ', respectively.
  • Plate-shaped information carriers of the type in question here are generally designed in the form of circular disks, the information being attached to the carrier in tracks, that is to say centered or spiraling to the center of the plate.
  • the scanning head In order to ensure that the information is read out correctly, the scanning head must follow this track with high accuracy.
  • a control circuit is necessary which has detection elements 27 in the form of photodiodes, which generate a tracking control signal when the reflected light beam serving for reading strikes.
  • This track control signal is formed from the signals generated by the photodiodes A, B, C, D, which are arranged on both sides of the track image, which are fed to the inputs of the differential amplifier 28.
  • the difference signal formed at its output is fed via a low-pass filter 30 to the radial fine drive 26 as a radial error signal.
  • the radial fine drive 26 With the low-pass filter 30, the higher-frequency components contained in the signal are suppressed and, in particular, short interference pulses are kept away from the radial drive, so that these do not cause any radial correction of the scanning head 11.
  • the radial fine drive 26 Controlled by the radial error signal, the radial fine drive 26 generates a manipulated variable with which the lever arm 13 carrying the scanning head 11 is pivoted about the pivot point 14 such that the scanning head 11 tracks the track in the desired direction.
  • the photodiodes A, B, C, D are arranged and switched such that the differential voltage formed at the output of the differential amplifier 28
  • FIG. 2 clearly shows how the track information is actually formed by means of the detection elements A, B, C, D 27.
  • the scanning head 11 is made to vibrate by means of the transducer 20, which is controlled by a generator with an oscillation frequency of 600 Hz.
  • the result is that the photodiodes also generate output signals at this frequency.
  • the arrangement and switching of the photodiodes A to D has the result that a non-zero sum signal appears at the output of the operational amplifier 29 only in the case of asymmetries in the optoelectric circuit.
  • This sum signal also has the same frequency as the generator frequency. It is passed through a bandpass filter 31, the center frequency of which corresponds to the frequency of the generator 35, e.g. corresponds to a frequency of 600 Hz.
  • the bandpass filter suppresses higher or lower frequency interference. After passing the bandpass filter 31, the sum signal is rectified with the rectifier 32, which consequently delivers a signal corresponding to the absolute amount of the correction signal. This signal is fed to the first input of operational amplifier 34.
  • the sum signal before rectification is compared with the generator signal in a phase detector 33.
  • the phase position between the sum signal and the generator signal characterizes the direction of the correction to be carried out, so that at the output of the phase detector there is a signal corresponding to the sign of the correction signal, which signal is fed to the second input of the operational amplifier 34.
  • At the exit of this operation amplifier 34 consequently appears a correct sign correcting signal, at least when asymmetries occur in the electro-optical system, which is fed to the converter 20 for correction. If, on the other hand, the sum signal after the bandpass filter 31 is zero, the operational amplifier 34 does not generate a correction signal, so that a radial position correction of the scanning head 11 does not take place.
  • a control circuit is composed of a scanning head 11, spring 18 ', converter 21, bandpass filter 37, automatic amplitude control 36, generator 35, converter 20 and spring 18 provided.
  • the vibrations, the frequency of which corresponds to the wobble frequency of the generator 35 of, for example, 600 Hz, of the transducer 20 are transmitted via the elastic spring 18 to the scanning head 11, the deflections of which, in turn, reach the transducer 21 serving as a receiver via the second spring 18 ' .
  • FIG. 4a illustrates the conditions analogous to the illustration according to FIG. 2 with radial deflection but symmetrical conditions in the electro-optical circuit.
  • the sum of the voltages from U A + C and U B + D is independent of the radial deflection 0, which is a criterion for ensuring that no asymmetry occurs in the electro-optical circuit.
  • the scanning head is not radially deflected with respect to the track, but because of the contamination of a detection element, here element B, an asymmetry has occurred in the electro-optical circuit.

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  • Optical Recording Or Reproduction (AREA)

Abstract

Circuit de réglage d'un dispositif de lecture utilisé pour l'exploration optique d'informations enregistrées sur des supports en forme de disque. Le circuit corrige automatiquement des asymétries pouvant apparaître dans le cercle optoélectrique à la suite de l'encrassement ou du vieillissement des cellules photoélectriques, voir du rayonnement asymétrique des sources de lumière.Adjustment circuit of a reading device used for the optical exploration of information recorded on disc-shaped media. The circuit automatically corrects asymmetries which may appear in the optoelectric circle as a result of fouling or aging of the photoelectric cells, or even asymmetrical radiation from light sources.

Description

Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf einem beweglichen plattenförmigen Träger aufgezeichneten Informationen.Reading device for optically scanning information recorded on a movable plate-shaped carrier.
Die Erfindung betrifft eine Lesevorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Art.The invention relates to a reading device of the type specified in the preamble of the main claim.
Solche Lesevorrichtungen, auch kurz optische Abtaster genannt, dienen dem Auslesen von Audio- und/oder Video-Informationen, die auf einer Audio- bzw. Videoplatte gespeichert sind. Sie sind grundsätzlich auch zum Auslesen anderer optisch lesbarer Daten für die Datenverarbeitung geeignet. Das Prinzip der Speicherung und des Auslesens optisch lesbarer Daten ist allgemein erläutert in Philips tech. REVIEW Volume 40, 1982, No. 6, Seiten 151-155.Such reading devices, also called optical scanners for short, are used to read audio and / or video information that is stored on an audio or video disc. Basically, they are also suitable for reading out other optically readable data for data processing. The principle of storing and reading optically readable data is generally explained in Philips tech. REVIEW Volume 40, 1982, No. 6, pages 151-155.
Als Datenträger werden üblicherweise plattenförroige, rotierende Aufzeichnungsträger, sogenannte Bildspeicher- oder Videoplatten. verwendet. Anwendbar sind jedoch auch andere Speichermedien, soweit diese eine Licht reflektierende Fläche zur Speicherung optisch lesbarer Daten aufweisen.Disk-shaped, rotating recording media, so-called image storage or video disks, are usually used as data carriers. used. However, other storage media can also be used if they have a light-reflecting surface for storing optically readable data.
Diese Lesevorrichtung besteht im wesentlichen aus einem Abtastkopf mit einer Lichtquelle, in der Regel einem Laserlicht erzeugenden Halbleiter, sowie einer Optik, welche ein oder mehrere Lichtflecke auf der Trägerfläche erzeugt. Der Abtastkopf weist ferner Mittel, z.B. Strahlenteiler, zur Trennung des reflektierenden Lichtes vom ausgesendeten Licht sowie Detektionselemente zur Umwandlung des reflektierten Lichtes in elektrische Größen auf.This reading device essentially consists of a scanning head with a light source, usually a semiconductor which generates laser light, and an optical system which generates one or more light spots on the carrier surface. The scanning head also has Means, for example beam splitters, for separating the reflecting light from the emitted light and detection elements for converting the reflected light into electrical quantities.
Da die Spurendichte außerordentlich hoch ist, muß der Abtastkopf der Spur mit großer Präzision, nämlich einer Toleranz von ± 0,1 μm, der aufgezeichneten Spur folgen. Diese Genauigkeit ist durch mechanische Präzision nicht erreichbar, da allein die durch Exzentrizität des Aufzeichnungsträgers und des Wiedergabegerätes bedingten Abweichungen ein Mehrfaches des oben angegebenen Toleranzbereiches (bis 300 μm) betragen.Since the track density is extremely high, the scanning head must follow the track with great precision, namely a tolerance of ± 0.1 μm, of the recorded track. This accuracy cannot be achieved by mechanical precision, since the deviations caused by the eccentricity of the recording medium and the playback device alone are a multiple of the tolerance range specified above (up to 300 μm).
Es sind darum Regeleinrichtungen notwendig, welche den Abtastkopf gesteuert von der aufgezeichneten Spur nachführen.Control devices are therefore necessary which track the scanning head in a controlled manner from the recorded track.
Bei diesen Regeleinrichtungen liefern die Detektionselemente außer den Informationen ein Spursteuersignal, aus welchem eine Stellgröße zur Auslenkung bzw. Nachführung des Tastkopfes in der gewünschten Richtung hergeleitet wird. Zweckmäßigerweise ist zwischen den Detektionselementen und der das Steuersignal in eine Stellgröße umwandelnden Schaltung ein Tiefpaßfilter vorgesehen, mit welchem die Steuersignale von hochfrequenten Schwingungen und Störimpulsen befreit werden, welche andernfalls eine unerwünschte Auslenkung des Abtastkopfes zur Folge hätten.In the case of these control devices, in addition to the information, the detection elements deliver a track control signal from which a manipulated variable for deflecting or tracking the probe in the desired direction is derived. A low-pass filter is expediently provided between the detection elements and the circuit converting the control signal into a manipulated variable, with which the control signals are freed from high-frequency vibrations and interference pulses, which would otherwise result in an undesired deflection of the scanning head.
Als Detektionselemente eignen sich symmetrisch zur Mittellage des reflektierten Lichtstrahles, also der Spurabbildung, angeordnete Fotodioden, deren Ausgangssignale mit einem Differenzverstärker zur Erzeugung eines dem Spursteuersignales entsprechenden Differenzsignales verarbeitbar sind. Ein Spursteuersignal und damit ein Differenzsignal ergibt sich bei einer Verschiebung der Spurabbildung zur Symmetrielinie der Fotodioden, so daß ein Differenzsignal gebildet wird, mit welchem der Radialantrieb des Abtastkopfes zur Spurhaltung ansteuerbar ist (vergl. hierzu auch DE-OS 31 11 714 und 31 21 013).Photodiodes arranged symmetrically to the central position of the reflected light beam, that is to say the track image, are suitable as detection elements, and their output signals are generated with a differential amplifier for generation of a differential signal corresponding to the track control signal can be processed. A track control signal and thus a difference signal is obtained when the track image is shifted to the line of symmetry of the photodiodes, so that a difference signal is formed with which the radial drive of the scanning head can be controlled for tracking (see also DE-OS 31 11 714 and 31 21 013 ).
Voraussetzung für eine exakte Steuerung ist, daß sich die Informationselemente, nämlich die Pits, welche die Spur darstellen, bei Spurmittellage auf den symmetrisch zur Spurabbildung angeordneten Empfangsdioden als Lichtspots gleicher Intensität abbilden.Precondition for exact control is that the information elements, namely the pits, which represent the track, are shown in the middle of the track on the reception diodes arranged symmetrically to the track image as light spots of the same intensity.
Diese Voraussetzung ist bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis, also z.B. bei verschmutzten oder gealterten Fotodioden bzw. unsymmetrischer Abstrahlung der Lichtquelle, nicht mehr erfüllt. Das hat zur Folge, daß ein von Null verschiedenes Spursteuersignal erzeugt wird, obwohl der Abtastkopf der Informationsspur entspricht. Das hieraus resultierende radiale Fehlersignal steuert über den Radialantrieb den Abtastkopf so nach, daß, verursacht durch das fehlerhafte Differenzsignal, eine optimale Spurhaltung bzw. ein optimales Auslesen der Information nicht mehr gewährleistet ist. Dieser Fehler konnte bisher nur durch einen vom Service durchzuführenden Neuabgleich korrigiert werden.This is a prerequisite for asymmetries in the optoelectric circuit, e.g. with dirty or aged photodiodes or asymmetrical radiation of the light source, no longer met. As a result, a track control signal other than zero is generated even though the scanning head corresponds to the information track. The resulting radial error signal controls the scanning head via the radial drive in such a way that, due to the incorrect differential signal, optimum tracking or optimal reading of the information is no longer guaranteed. Until now, this error could only be corrected by a new adjustment to be carried out by the service.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für die Lesevorrichtung der im Oberbegriff angegebenen Art eine Schaltung zu schaffen, welche den oben erläuterten, Asymmetrien im optoelektrischen Kreis korrigierenden Abgleich automatisch durchführt.The present invention has for its object to provide a circuit for the reading device of the type specified in the preamble, which the asymmetries in the optoelectric circuit explained above corrective adjustment is carried out automatically.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den im Kennzeichnen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen, mit welchen ein den tatsächlichen Verhältnissen nicht entsprechendes radiales Fehlersignal detektiert und derart kompensiert wird, daß der Abtastkopf auf eine Spurlage zurückgestellt wird, welche den Verhältnissen entspräche, wenn keine Asymmetrien im elektrooptischen Kreis aufgetreten wären.This object is achieved with the measures specified in the characterizing part of claim 1, with which a radial error signal which does not correspond to the actual conditions is detected and compensated in such a way that the scanning head is returned to a track position which would correspond to the conditions if there were no asymmetries in the electro-optical circuit would have occurred.
Nach dem Grundgedanken der Erfindung wird dem Tastkopf eine niederfrequente Schwingung geringer Amplitude überlagert und mittels der symmetrisch zur Spurabbildung angeordneten Fotoelemente ein Summensignal gebildet. Dieses Summensignal hat bei symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen Kreis den Wert Null, bei unsymmetrischen Bedingungen, also z.B. bei Verschmutzung nur einer Fotodiode, einβi von Null verschiedenen Wert. Damit kann aus dem Summensignal ein Korrektursignal hergeleitet werden, welches vorzeichenrichtig zum Ausgleich oben erläuterter Asymmetrien dem auf den Abtastkopf wirkenden elektromechanischen Wandler zuführbar ist.According to the basic idea of the invention, a low-frequency vibration of low amplitude is superimposed on the probe and a sum signal is formed by means of the photo elements arranged symmetrically to the track image. This sum signal has the value zero for symmetrical conditions in the electro-optical circuit, for asymmetrical conditions, i.e. e.g. if only one photodiode is contaminated, a value other than zero. A correction signal can thus be derived from the sum signal, which can be fed to the electromechanical transducer acting on the scanning head with correct sign to compensate for asymmetries explained above.
Mit Anspruch 2 sind die Maßnahmen gekennzeichnet, welche der phasenrichtigen, also der vorzeichenrichtigen, Korrektur dienen.Claim 2 characterizes the measures which serve the correct phase, that is to say the correct sign.
Die Amplitude der der Tastkopfbewegung überlagerten Schwingung muß unter einem Auslenkungswert bleiben, der für ein sicheres Auslesen der Information unbedenklich ist. Dieser Wert liegt beispielsweise in der Größenordnung von ± 0,05 um, wobei Generatorschwingungen von 600 Hz geeignet sind.The amplitude of the vibration superimposed on the probe movement must remain below a deflection value which is harmless for a reliable reading of the information. This value is, for example, of the order of magnitude of ± 0.05 μm, with generator vibrations of 600 Hz are suitable.
Zur Einhaltung dieses Grenzwertes ist eine automatische Amplitudenregelung vorgesehen, die Gegenstand des Anspruches 3 ist.To maintain this limit, an automatic amplitude control is provided, which is the subject of claim 3.
Im übrigen sind der Stand der Technik und der Gegenstand der Erfindung schematisch nachstehend anhand zeichnerischer Darstellungen im einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigenOtherwise, the prior art and the subject matter of the invention are schematically explained in detail below on the basis of drawings. Show in the drawing
Figur 1 Blockschaltbild einer bekannten Regelschaltung zur Regelung des Abtastkopfantriebes,FIG. 1 block diagram of a known regulating circuit for regulating the scanning head drive,
Figur 2 vergrößerte Darstellung einer Spur mit in der Spur gelegenen Pits sowie den Detektionselementen im Bereich eines Pits,FIG. 2 shows an enlarged representation of a track with pits located in the track and the detection elements in the area of a pit,
Figur 3 Blockschaltbild der erfindungsgemäß gestalteten Regelschaltung zur Regelung des Abtastkopfantriebes,FIG. 3 block diagram of the control circuit designed according to the invention for controlling the scanning head drive,
Figur 4a vergrößerte Spurdarstellung gemäß Figur 2 mit Detektionselementen bei radialer Auslenkung, jedoch symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen Kreis sowie einem Spannungszeitdiagramm zur Darstellung der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen,FIG. 4 a enlarged track representation according to FIG. 2 with detection elements with radial deflection, however symmetrical conditions in the electro-optical circuit as well as a voltage-time diagram to show the voltages arising at the photo elements,
Figur 4b Spurdarstellung mit Detektionselementen bei Unsymmetrien im elektrooptischen Kreis ohne radiale Auslenkung mit Spannungszeitdiagramm zur Darstellung der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen undFIG. 4b trace representation with detection elements in the case of asymmetries in the electro-optical circuit without radial deflection, with a voltage-time diagram for representing the voltages and which occur at the photo elements
Figur 4c vergrößerte Spurdarstellung mit Detektionselementen bei Unsymmetrien im elektrooptischen Kreis und radialer Vorauslenkung mit Spannungszeitdiagramm zur Darstellung der an den Fotoelementen entstehenden Spannungen.FIG. 4c, enlarged track representation with detection elements in the case of asymmetries in the electro-optical circle and radial pre-deflection with a voltage-time diagram to show the voltages generated at the photo elements.
Der mechanische Aufbau dieses Abtastkopfes entspricht im übrigen der Darstellung in der Patentanmeldung P 33 24 861.3-53.The mechanical structure of this scanning head otherwise corresponds to the representation in patent application P 33 24 861.3-53.
Figur 1 zeigt eine an sich bekannte Anordnung, während mit F igur 3 die bekannte Anordnung mit erf indungsgemäßer Regelschaltung gezeigt ist. Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit identischen Ziffern bezeichnet. Schematisch dargestellt mit einem Kreis ist der Abtastkopf 11, der in seinem Inneren die Lichtquelle und die Optik zur Erzeugung des Lichtbündels und damit des Lichtfleckes auf der Trägerfläche aufweist. Im Abtastkopf untergebracht ist ferner ein Strahlenteiler zur Trennung des reflektierten Lichtes vom ausgesendeten Lichtes sowie eine Baugruppe, bestehend aus Halbleitersegmenten, nämlich den symmetrisch zur fehlerfreien Spurabbildung angeordneten Fotodioden A,B,C,D in dem Detektionselement 27, welche das reflektierte Licht in elektrische Signale umwandeln. Der Abtastkopf wird von einem Träger 13 gehalten, welcher um die Drehachse 14 mittels des radialen Feinantriebes 26 verschwenkbar ist. Mit diesem läßt sich der Abtastkopf 11 gegen die Wirkung elastisch federnder Rückstellglieder, nämlich der Federn 18 und 18' verschwenken. Die symmetrisch ausgebildeten und vorgespannten Federn 18 und 18' sind zwischen den Halterungen 19 und dem Gehäuse des Abtastkopfes 11 eingespannt. Zwischen den Enden der Halterungen 19 und den Federn 18 bzw. 18' sind druck- bzw. zugempfindliche piozoelektrische Wandler 20 und 21 vorgesehen.FIG. 1 shows an arrangement known per se, while FIG. 3 shows the known arrangement with a control circuit according to the invention. The same parts are identified with identical numbers in both figures. Shown schematically with a circle is the scanning head 11, which has in its interior the light source and the optics for generating the light beam and thus the light spot on the carrier surface. The scanning head also houses a beam splitter for separating the reflected light from the emitted light, and an assembly consisting of semiconductor segments, namely the photodiodes A, B, C, D arranged symmetrically for error-free track imaging in the detection element 27, which convert the reflected light into electrical signals convert. The scanning head is held by a carrier 13 which can be pivoted about the axis of rotation 14 by means of the radial fine drive 26. With this, the scanning head 11 can be pivoted against the action of elastically resilient return members, namely the springs 18 and 18 '. The symmetrical and biased springs 18 and 18 'are clamped between the brackets 19 and the housing of the scanning head 11. Pressure-sensitive and responsive piozoelectric transducers 20 and 21 are provided between the ends of the brackets 19 and the springs 18 and 18 ', respectively.
Durch Anlegen einer Spannung an den Wandler 20 läßt sich eine willkürliche Dickenänderung des Wandlers und damit eine willkürliche Auslenkung des Kopfes 11 erreichen. Diese Eigenschaft wird dazu ausgenutzt, den Abtastkopf 11 und damit sein optisches System gesteuert auszulenken.By applying a voltage to the transducer 20, an arbitrary change in the thickness of the transducer and thus an arbitrary deflection of the head 11 can be achieved. This property is used to deflect the scanning head 11 and thus its optical system in a controlled manner.
Plattenförmige Informationsträger der hier in Betracht kommenden Art sind in der Regel kreisscheibenförmig ausgebildet, wobei die Informationen in Spuren, d.h. zentrisch bzw. spiralförmig zum Plattenmittelpunkt, auf dem Träger angebracht sind. Der Abtastkopf muß, um ein einwandfreies Auslesen der Information zu gewährleisten, dieser Spur mit hoher Genauigkeit folgen. Um dies zu gewährleisten, ist eine Regelschaltung notwendig, welche in Form von Fotodioden ausgebildete Detektionselemente 27 besitzt, die beim Auftreffen des dem Auslesen dienenden reflektierten Lichtstrahles ein Spursteuersignal erzeugen. Dieses Spursteuersignal wird aus den von den Fotodioden A,B,C,D, die beidseitig der Spurabbildung angeordnet sind, erzeugten Signalen gebildet, welche den Eingängen des Differenzverstärkers 28 zugeführt werden. Das an seinem Ausgang gebildete Differenzsignal wird über einen Tiefpaßfilter 30 als radiales Fehlersignal dem radialen Feinantrieb 26 zugeleitet. Mit dem Tiefpaßfilter 30 werden die im Signal enthaltenen höherfrequenten Anteile unterdrückt und insbesondere kurze Störimpulse von dem Radialantrieb ferngehalten, so daß diese keine Radialkorrektur des Abtastkopfes 11 bewirken. Gesteuert vom radialen Fehlersignal erzeugt der radiale Feinantrieb 26 eine Stellgröße, mit welcher der den Abtastkopf 11 tragende Hebelarm 13 um den Drehpunkt 14 so verschwenkt wird, daß der Abtastkopf 11 in der gewünschten Richtung der Spur nachgeführt wird.Plate-shaped information carriers of the type in question here are generally designed in the form of circular disks, the information being attached to the carrier in tracks, that is to say centered or spiraling to the center of the plate. In order to ensure that the information is read out correctly, the scanning head must follow this track with high accuracy. In order to ensure this, a control circuit is necessary which has detection elements 27 in the form of photodiodes, which generate a tracking control signal when the reflected light beam serving for reading strikes. This track control signal is formed from the signals generated by the photodiodes A, B, C, D, which are arranged on both sides of the track image, which are fed to the inputs of the differential amplifier 28. The difference signal formed at its output is fed via a low-pass filter 30 to the radial fine drive 26 as a radial error signal. With the low-pass filter 30, the higher-frequency components contained in the signal are suppressed and, in particular, short interference pulses are kept away from the radial drive, so that these do not cause any radial correction of the scanning head 11. Controlled by the radial error signal, the radial fine drive 26 generates a manipulated variable with which the lever arm 13 carrying the scanning head 11 is pivoted about the pivot point 14 such that the scanning head 11 tracks the track in the desired direction.
In an sich bekannter Weise sind die Fotodioden A,B,C,D derart angeordnet und geschaltet, daß die am Ausgang des Differenzverstärkers 28 gebildete DifferenzspannungIn a manner known per se, the photodiodes A, B, C, D are arranged and switched such that the differential voltage formed at the output of the differential amplifier 28
Null ist, wenn die Dioden A bis D Licht gleicher Lichtintensität empfangen, also symmetrisch zur Spurabbildung gelegen sind. Bei Verschiebung der Spurabbildung wird folglich ein Differenzsignal erzeugt, das über den Regelkreis "Tiefpaß 30, radialer Feinantrieb 26, Detektionselemente 27" eine Nachführung des Abtastkopfes zur Spurhaltung bewirkt. Diese Art der Regelung und Nachführung des Abtastkopfes ist bekannt und mit den Figuren 1 und 2 veranschaulicht.It is zero if the diodes A to D receive light of the same light intensity, that is to say they are located symmetrically to the track image. When the track image is shifted, a difference signal is consequently generated, which effects a tracking of the scanning head for tracking via the control loop "low pass 30, radial fine drive 26, detection elements 27". This type of control and tracking of the scanning head is known and illustrated with FIGS. 1 and 2.
Das Differenz- und damit Fehlersignal UTE ergibt sich aus folgender Beziehung :The difference and thus error signal U TE results from the following relationship:
UDiff . ≈ UTE = (UA + UC) - (UB + UD)U diff. ≈ U TE = (U A + U C ) - (U B + U D )
Wie die Spurinformation tatsächlich mittels der Detektionselemente A, B, C, D 27 gebildet wird, macht ausführlicher Figur 2 deutlich.FIG. 2 clearly shows how the track information is actually formed by means of the detection elements A, B, C, D 27.
Bei einer Verschiebung der Spurabbildung in X- oder Y-Richtung zu den Detektionselementen 27 entsteht ein Fehlersignal UTE ǂ 0, mit welchem der Abtastkopf mittels des Radialantriebes 26 zum Zwecke der Spurhaltung nachgesteuert wird. Das geschieht deshalb, weil in diesem Fall die Detektionselemente A und C bzw. B und D mehr Licht empfangen, so daß die Summe aus den Spannungen UA + UC die Summe der Spannungen UB + UD übersteigt. Voraussetzung hierfür ist natürlich, daß sich die Informationselemente 8, welche die Informationsspur bilden, als Lichtintensitätsspots auf den Detektionselementen abbilden.When the track image is shifted in the X or Y direction to the detection elements 27, an error signal U TE ǂ 0 arises, with which the scanning head is readjusted by means of the radial drive 26 for the purpose of tracking. This happens because in this case the detection elements A and C or B and D receive more light, so that the sum of the voltages U A + U C exceeds the sum of the voltages U B + U D. The prerequisite for this is, of course, that the information elements 8, which form the information track, are depicted as light intensity spots on the detection elements.
Bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis, also z.B. bei verschmutzten oder gealterten Segmenten A, B, C, D des De tektionselementes 27 bzw. unsymmetrische Abstrahlung der Laser-Lichtquelle entsteht am Ausgang des Differenzverstärkers 28 ein Signal, welches nicht der tatsächlichen Spurenlage bezüglich des Detektionselementes entspricht. Die Folge ist, daß das radiale Fehlersignal über den Radialantrieb 26 den Abtastkopf 11 so nachsteuert, daß,durch das fehlerhafte Differenzsignal verursacht, eine optimale Spurhaltung bzw. ein optimales Auslesen der Information nicht mehr gewährleistet ist.In the case of asymmetries in the optoelectrical circuit, for example in the case of dirty or aged segments A, B, C, D of De tection element 27 or asymmetrical radiation of the laser light source, a signal is produced at the output of the differential amplifier 28 which does not correspond to the actual track position with respect to the detection element. The result is that the radial error signal via the radial drive 26 adjusts the scanning head 11 in such a way that optimum tracking or optimal reading of the information is no longer guaranteed due to the incorrect differential signal.
Solchen Fehlauslenkungen wirkt der aus den Detektionselementen 27, dem Operationsverstärker 29, dem Bandpaß 31, dem Gleichrichter 32, dem Verstärker 34 und dem Wandler 20 gebildete zweite Regelkreis in folgender Weise entgegen. Mittels des Operationsverstärkers 29, an dessen beiden Eingängen die Summenspannung der Fotodiode A + C einerseits und B + D andererseits liegt, wird ein Suramensignal gebildet, aus welchem ein Korrektursignal Such false deflections are counteracted by the second control loop formed from the detection elements 27, the operational amplifier 29, the bandpass 31, the rectifier 32, the amplifier 34 and the converter 20 in the following manner. By means of the operational amplifier 29, at the two inputs of which the sum voltage of the photodiode A + C on the one hand and B + D on the other hand, a surame signal is formed, from which a correction signal
hergeleitet wird, das der Ansteuerung des vorzugsweise piozoelektrischen Wandlers 20 zur radialen Lagekorrektur des Abtastkopfes 11 dient.is derived, which is used to control the preferably piozoelectric converter 20 for the radial position correction of the scanning head 11.
Zu diesem Zweck wird der Abtastkopf 11 mittels des Wandlers 20, der von einem Generator mit einer Schwingungsfrequenz von 600 Hz angesteuert wird, in Schwingungen versetzt. Die Folge ist, daß auch die Fotodioden Ausgangssignale mit dieser Frequenz erzeugen. Die Anordnung und Schaltung der Fotodioden A bis D hat zur Folge, daß nur bei Unsymmetrien im optoelektrischen Kreis ein von Null verschiedenes Summensignal am Ausgang des Operationsverstärkers 29 erscheint. Auch dieses Summensignal hat die gleiche Frequenz wie die Generatorfrequenz. Es wird über ein Bandpaßfilter 31 geführt, dessen Mittenfrequenz der Frequenz des Generators 35, also z.B. einer Frequenz von 600 Hz, entspricht. Mit dem Bandpaßfilter werden höheroder niederfrequente Störschwingungen unterdrückt. Nach Passieren des Bandpaßfilters 31 wird das Summensignal mit dem Gleichrichter 32 gleichgerichtet, der folglich ein dem absoluten Betrag des Korrektursignales entsprechendes Signal liefert. Dieses Signal wird dem ersten Eingang des Operationsverstärkers 34 zugeführt.For this purpose, the scanning head 11 is made to vibrate by means of the transducer 20, which is controlled by a generator with an oscillation frequency of 600 Hz. The result is that the photodiodes also generate output signals at this frequency. The arrangement and switching of the photodiodes A to D has the result that a non-zero sum signal appears at the output of the operational amplifier 29 only in the case of asymmetries in the optoelectric circuit. This sum signal also has the same frequency as the generator frequency. It is passed through a bandpass filter 31, the center frequency of which corresponds to the frequency of the generator 35, e.g. corresponds to a frequency of 600 Hz. The bandpass filter suppresses higher or lower frequency interference. After passing the bandpass filter 31, the sum signal is rectified with the rectifier 32, which consequently delivers a signal corresponding to the absolute amount of the correction signal. This signal is fed to the first input of operational amplifier 34.
Um das Vorzeichen des Korrektursignales zu ermitteln, wird das Summensignal vor Gleichrichtung mit dem Generatorsignal in einem Phasendetektor 33 verglichen. Die Phasenlage zwischen Summensignal und Generatorsignal kennzeichnet die Richtung der durchzuführenden Korrektur, damit liegt am Ausgang des Phasendetektors ein dem Vorzeichen des Korrektursignales entsprechendes Signal, das dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers 34 zugeführt wird. Am Ausgang dieses Operations verstärkers 34 erscheint folglich ein vorzeichenrichtiges Korrektursignal, jedenfalls dann, wenn Asymmetrien im elektrooptischen System auftreten, welches zur Korrektur dem Wandler 20 zugeführt wird. Ist dagegen das Summensignal nach dem Bandpaßfilter 31 Null, erzeugt der Operationsverstärker 34 kein Korrektursignal, so daß eine radiale Lagekorrektur des Abtastkopfes 11 nicht stattfindet.In order to determine the sign of the correction signal, the sum signal before rectification is compared with the generator signal in a phase detector 33. The phase position between the sum signal and the generator signal characterizes the direction of the correction to be carried out, so that at the output of the phase detector there is a signal corresponding to the sign of the correction signal, which signal is fed to the second input of the operational amplifier 34. At the exit of this operation amplifier 34 consequently appears a correct sign correcting signal, at least when asymmetries occur in the electro-optical system, which is fed to the converter 20 for correction. If, on the other hand, the sum signal after the bandpass filter 31 is zero, the operational amplifier 34 does not generate a correction signal, so that a radial position correction of the scanning head 11 does not take place.
Damit die mechanische Amplitude des mit der Wobbel-Frequenz von z.B. 600 Hz schwingenden Abtastkopfes 11 unter einem vorbestimmten Maximalwert bleibt, ist ein Regelkreis bestehend aus Abtastkopf 11, Feder 18', Wandler 21, Bandpaß 37, automatischer Amplitudenregelung 36, Generator 35, Wandler 20 und Feder 18 vorgesehen. Die Schwingungen, deren Frequenz der Wobbel-Frequenz des Generators 35 von z.B. 600 Hz entsprechen, des Wandlers 20 werden über die elastische Feder 18 auf den Abtastkopf 11 übertragen, dessen Auslenkungen wiederum über die zweite Feder 18' auf den als Empfänger dienenden Wandler 21 gelangen. Seine Ausgangsspannung wird über das Bandpaßfilter 37, welches nur Schwingungen mit einer Frequenz von 600 Hz passieren läßt, der Schaltung 36 zugeführt, welche ein Signal zur Amplitudenregelung des Generators 35 liefert. Die Regelung ist hierbei derart, daß eine max. vorgesehene Amplitude, welcher einer mechanischen Maximalamplitude des Abtastkopfes entspricht, nicht überschritten wird. Diese Maximalamplitude muß unter einem Wert bleiben, der ein sicheres Auslesen der Informationen gewährleistet. Bei einem bei CD-Platten üblichen Spurenabstand von etwa 1,6 um darf die mechanische Amplitude des Abtastkopfes einen Wert von ± 0,05 μm nicht überschreiten. In Figur 4a sind die Verhältnisse analog zur Darstellung gemäß Figur 2 bei einer radialen Auslenkung jedoch symmetrischen Bedingungen im elektrooptischen Kreis veranschaulicht . Die Summe der Spannungen aus UA+C und UB+D ist unabhängig von der radialen Auslenkung 0 , was ein Kriterium dafür ist , daß im elektrooptischen Kreis keine Unsymmetrie auftritt .So that the mechanical amplitude of the scanning head 11 vibrating with the wobble frequency of, for example, 600 Hz remains below a predetermined maximum value, a control circuit is composed of a scanning head 11, spring 18 ', converter 21, bandpass filter 37, automatic amplitude control 36, generator 35, converter 20 and spring 18 provided. The vibrations, the frequency of which corresponds to the wobble frequency of the generator 35 of, for example, 600 Hz, of the transducer 20 are transmitted via the elastic spring 18 to the scanning head 11, the deflections of which, in turn, reach the transducer 21 serving as a receiver via the second spring 18 ' . Its output voltage is fed to the circuit 36 via the bandpass filter 37, which only allows vibrations with a frequency of 600 Hz to pass, which delivers a signal for the amplitude control of the generator 35. The regulation is such that a max. provided amplitude, which corresponds to a maximum mechanical amplitude of the scanning head, is not exceeded. This maximum amplitude must remain below a value which ensures reliable reading of the information. With a track spacing of around 1.6 µm, which is common for CD disks, the mechanical amplitude of the scanning head must not exceed a value of ± 0.05 μm. FIG. 4a illustrates the conditions analogous to the illustration according to FIG. 2 with radial deflection but symmetrical conditions in the electro-optical circuit. The sum of the voltages from U A + C and U B + D is independent of the radial deflection 0, which is a criterion for ensuring that no asymmetry occurs in the electro-optical circuit.
Anders ist der Fall bei den mit den Figuren 4b und 4c veranschaulichten Verhältnissen.The situation is different with the conditions illustrated with FIGS. 4b and 4c.
Bei der Darstellung gemäß Figur 4b ist der Abtastkopf bezüglich der Spur nicht radial ausgelenkt , wegen Verschmutzung eines Detektionselementes , hier des Elementes B, ist j edoch eine Unsymmetrie im elektrooptischen Kreis aufgetreten .In the illustration according to FIG. 4b, the scanning head is not radially deflected with respect to the track, but because of the contamination of a detection element, here element B, an asymmetry has occurred in the electro-optical circuit.
Die Folge ist , wie das Diagramm veranschaulicht , daß dieThe consequence, as the diagram illustrates, is that
Summe aus den Spannungen JA+C und UB+D von 0 verschieden ist , was ein Kriterium für Unsymmetrie im elektrooptischen Kreis ist .Sum of the voltages J A + C and U B + D is different from 0, which is a criterion for asymmetry in the electro-optical circuit.
Auch bei radialer Auslenkung , jedoch Unsymmetrie im elektrooptischen Kre is , ergibt sich ein von 0 verschiedenesEven with radial deflection, but asymmetry in the electro-optical circuit, there is a difference from 0
Summensignal , wie das Diagramm gemäß Figur 4c deutlich zeigt.Sum signal, as the diagram according to FIG. 4c clearly shows.
3b5 3b5

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Lesevorrichtung zum optischen Abtasten von auf der Licht reflektierenden Fläche eines bewegten plattenfδrmigen Trägers aufgezeichneten Informationen, bestehend aus einem an einem Arm verschwenkbar gelagerten Abtastkopf mit einer Lichtquelle, einer Optik zur Erzeugung wenigstens eines Lichtfleckes auf der Trägerfläche, aus einem Mittel zur Trennung des reflektierten Lichtes vom ausgesendeten Licht, aus Detektionselementen in Form von symmetrisch zur Mittellage des reflektierten Lichtstrahles angeordneten Fotodioden zur Umwandlung des reflektierten Lichtes in elektrische Größen, welche den Informationen und einem Spursteuersignal entsprechen, ferner bestehend aus einer Steuerung zur Nachführung des verschwenkbar oder verschiebbar gelagerten Kopfes in Abhängigkeit des Spursteuersignales gegen die Wirkung eines elastisch federnden Rückstellgliedes sowie mindestens einem elektrromechanischen Wandler, vorzugsweise einem piezoelektrischen Wandler, welcher im Kraftfluß zwischen Abtastkopf, dem elastisch federnden Rückstellglied und einer gegenüber dem Abtastkopf feststehenden Halterung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (20) mittels eines Generators (35) in niederfrequente Schwingungen geringer Amplitude versetzbar ist, daß die Fotoelemente (27A-D) derart angeordnet geschaltet sind, daß sie bei Asymmetrien im optoelektrischen Kreis ein der Korrekturgröße entsprechendes Summensignal liefern, das nach Passieren eines Bandpaßfilters (31), dessen1. Reading device for optically scanning information recorded on the light-reflecting surface of a moving plate-shaped carrier, consisting of a scanning head pivotally mounted on an arm with a light source, optics for generating at least one light spot on the carrier surface, from a means for separating the reflected Light from the emitted light, from detection elements in the form of photodiodes arranged symmetrically to the central position of the reflected light beam for converting the reflected light into electrical variables which correspond to the information and a tracking control signal, further comprising a controller for tracking the pivotably or displaceably mounted head depending the track control signal against the action of an elastically resilient reset element and at least one electromechanical transducer, preferably a piezoelectric transducer, which in the power flow between A Probe head, the resilient resetting member and a holder fixed relative to the scanning head, characterized in that the transducer (20) can be set into low-frequency vibrations of low amplitude by means of a generator (35) so that the photo elements (27A-D) are arranged in such a manner are that they have asymmetries deliver a sum signal corresponding to the correction variable in the optoelectric circuit, which after passing a bandpass filter (31), the
Mittenfrequenz der Generatorfrequenz entspricht, mittels eines Gleichrichters (32) in ein Korrektursignal umgewandelt wird, welches vorzeichenrichtig dem Wandler (20) zur radialen Lagekorrektur des Abtastkopfes (11) zugeführt wird.The center frequency corresponds to the generator frequency, is converted by means of a rectifier (32) into a correction signal, which is supplied to the transducer (20) with the correct sign for the radial position correction of the scanning head (11).
2. Lesevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Generatorschwingung mit dem Summensignal mittels eines Phasendetektors (33) zur Erzeugung eines dem Vorzeichen des Korrektursignales entsprechenden Vorzeichensignales verglichen wird und daß das dem Betrag des Korrektursicnales entsprechendes Ausgangssignal des Gleichrichters (32) mittels eines Operationsverstärkers (34) mit dem Vorzeichensignal zur Erzeugung des dem Wandler (20) zuzuführenden, vorzeichenrichtigen Korrektursignales verknüpft wird.2. Reading device according to claim 1, characterized in that the generator oscillation is compared with the sum signal by means of a phase detector (33) for generating a sign signal corresponding to the sign of the correction signal and that the output signal of the rectifier (32) corresponding to the amount of the correction signal by means of an operational amplifier (34) is linked to the sign signal for generating the correcting sign signal to be fed to the converter (20).
Lesevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Abtastkopf (11) und der feststehenden Halterung ein zweiter elektromechanischer Wandler (21) angeordnet ist, dessen Ausgangssignal über ein Bandpaßfilter (37), dessen Mittenfrequenz der Generatorfrequenz entspricht, einer Schaltung zur automatischen Amplitudenregelung (36) zugeführt wird, deren Ausgang mit dem Steuereingang des Generators (35) zur Begrenzung der maximalen Generatoramplitude verbunden ist. Reading device according to claim 1 or 2, characterized in that a second electromechanical transducer (21) is arranged between the scanning head (11) and the fixed holder, the output signal of which via a bandpass filter (37), the center frequency of which corresponds to the generator frequency, a circuit for automatic amplitude control (36) is supplied, the output of which is connected to the control input of the generator (35) in order to limit the maximum generator amplitude.
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Inventor name: KURZ, ARTHUR