DE2661050C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Lesekopf gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein Lesekopf dieser Art ist bekannt (DE-OS 25 04 577). Das hierbei verwendete Objektiv besteht aus mehreren sphärischen Linsen und ist daher relativ voluminös und schwer. Zur Spur­ nachführung dient ein zusätzlicher verstellbarer Spiegel.

Bei einem ähnlich aufgebauten anderen bekannten Lesekopf ist es bekannt, zur Spurnachführung das wiederum aus mehreren sphäri­ schen Linsen zusammengesetzte Objektiv durch einen eigenen elektromagnetischen Antrieb vorzunehmen (DE-OS 23 10 059). Hierbei ist der Objektivträger an einer senkrecht zur Objektiv­ achse seitlich abstehenden Stange befestigt, an deren Ende eine zylindrische Steuerspule befestigt ist, die mit einer am Lese­ kopf befestigten Magneteinrichtung so zusammenwirkt, daß der Objektivträger über Stange in einer senkrecht zur Objektivachse und zur Spur verlaufenden Richtung durch das Spurfehlersignal verstellbar ist.

All diesen bekannten Leseköpfen ist der Nachteil gemeinsam, daß sie im Aufbau relativ kompliziert, schwergewichtig und volumi­ nös sind und daher keine schnelle exakte Nachführung des Licht­ punktes ermöglichen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Lesekopf zu schaffen, der im Aufbau relativ einfach und klein ist und bei dem die be­ wegbaren Teile sehr leicht ausgebildet sind und daher sehr schnell verstellt werden können.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Lesekopf gemäß Oberbe­ griff des Hauptanspruches durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Un­ teransprüchen.

Nicht-sphärische Linsen mit ihren vorteilhaften Eigenschaften bezüglich Öffnungsfehler oder sphärische Aberration sind an sich bekannt (MÜTZE, ABC der Optik, Verl. W. Dausien, 1972, S. 17-23, 63 u. 64). Durch die Verwendung einer solchen einzigen nicht-sphärischen Linse als Objektiv bei einem Lesekopf der eingangs erwähnten Art kann das Objektiv sehr leicht ausgebil­ det werden, das ganze Objektiv besitzt beispielsweise nur ein Gewicht von weniger als 10 g. Dadurch wird die ganze Objektiv­ konstruktion sehr einfach und kann auch sehr billig und wirt­ schaftlich hergestellt werden. In Kombination mit der erfindungsgemäß benutzten einfachen nach­ giebigen Unterstützung für den Objektivträger und die unmittel­ bare Integration der Fokussier-Steuereinrichtung sowie der Spurnachführvorrichtung in die Halterung des Objektivträgers wird insgesamt ein Lesekopf geschaffen, dessen bewegliche Teile sehr leichtgewichtig sind und daher sehr schnell verstellt wer­ den können. Speziell durch die Verwendung einer sehr leichten Linse können auch die Verstellvorrichtungen für den Objektiv­ träger sehr klein und leicht ausgebildet werden. Für die nicht- sphärische Linse genügt es, wenn sie nur für die Strahlen längs der Objektivachse frei von Aberration ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnun­ gen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in vereinfachter Darstellung einen grundsätzlichen Aufbau eines Abtastkopfes zum optischen Lesen nach der Erfin­ dung.

Ein scheibenförmiger Aufzeichnungsträger 11 wird mit ei­ ner konstanten Geschwindigkeit um eine Achse 12-12′ gedreht. Ein Laserstrahl aus einer Laserquelle 13 wird mittels einer Linse 14, eines Reflexionsspiegels 15 und eines Projektionsob­ jektivs 16 auf eine Oberfläche des Aufzeichnungsträgers 11 pro­ jiziert. Der Laserstrahl, der durch im Aufzeichnungsträger 11 aufgezeichnete Information moduliert wird, wird von einem Pho­ todetektor 17 abgetastet. Dieser liefert ein Ausgangssignal an eine Verabeitungseinheit 18, die ein Informationssignal V und ein Nachlaufsignal C erzeugt. Der Reflexionsspiegel 15 ist nicht schwenkbar gelagert, sondern steht fest, und das Projek­ tionsobjektiv 16 ist in einer Projektionsobjektiveinheit 16′ so abgestützt, daß es rechtwinklig zu seiner optischen Achse und zur Spurrichtung verstellbar ist.

Wenn der auf den Aufzeichnungsträger 11 projizierte Lichtpunkt gegenüber der Spur in einer zur Spurrichtung rechtwinkligen Richtung verschoben ist, ruft die Intensität des durch den Auf­ zeichnungsträger 11 durchtretenden Lichtstrahls Ungleichgewicht links und rechts vom Zentrum der Spur hervor. Dieses Ungleich­ gewicht kann vom Photodetektor 17 in bekannter Weise abgetastet bzw. festgestellt werden. Die Verarbeitungseinheit 18 erzeugt ein Nachlaufsignal C, das für die Abweichung des Lichtpunktes vom Spurzentrum Richtung und Betrag angibt. Das Nachlaufsignal C wird einer Verstellschaltung 19 zugeführt, die ein Verstell­ signal M′ für die Verstellvorrichtung des Projektionsobjektivs 16 erzeugt. Auf diese Weise kann das Projektionsobjektiv 16 entsprechend Fig. 1 in der waagerechten Richtung A so verstellt werden, daß der Lichtpunkt mit der abzutastenden Spur in Dec­ kung kommt. Die Projektionsobjektiveinheit 16′, der Photodetek­ tor 17, die Verarbeitungseinheit 18 und die Verstellschaltung 19 bilden einen Regelkreis mit Rückführung. In diesem Regel­ kreis mit Rückführung ist eine Abweichung des Lichtpunktes von der optischen Achse eine Entfernung oder Strecke, über die das Projektionsobjektiv 16 verstellt wird, und ist somit, wenn die Vergrößerung des Projektionsobjektives 16 M ist, eine Abweichung der Informationsspur multipliziert mit M. Beispiel: Wenn die Vergrößerung des Projektionsobjektivs 16 ½₀ ist und die Ab­ weichung der Spur 0,1 mm beträgt, dann ist die Abweichung des Lichtpunktes gegenüber der optischen Achse nur 0,005 mm. Dies bedeutet, daß es genügt, wenn das Projektionsobjektiv 16 nur in einem Bereich von 0,005 mm frei von Aberration ist. Enthält der durch das Projektionsobjektiv 16 gehende Laserstrahl parallele Strahlen, dann ist M = O und somit ist die Abweichung des Lichtpunktes gegenüber der optischen Achse vollständig auf Null reduziert. In diesem Fall genügt es, wenn das Projektionsobjek­ tiv 16 nur an der optischen Achse frei von Aberration ist.

Wie oben erläutert, wird die Größe der Abweichung des Licht­ punktes gegenüber der optischen Achse um den der Vergrößerung M des Projektionsobjektivs 16 entsprechenden Faktor verringert. Das Projektionsobjektiv 16, das die obengenannten Forderungen erfüllt, kann, selbst wenn die numerische Apertur 0,4 ist, mit höchstens drei sphärischen Linsen verwirklicht werden. Bei Ver­ wendung eines nichtsphärischen Linsensystems ist es möglich, das Projektionsobjektiv mit nur einer einzigen nichtsphärischen Linse aufzubauen. Es ist daher ziemlich einfach, das Projek­ tionsobjektiv 16 mit einem Gewicht von weniger als 10 g zu ver­ wirklichen. Zudem ist die Konstruktion des Projektionsobjek­ tivs 16 einfach, und das Projektionsobjektiv 16 kann mit ein­ fachen Mitteln wirtschaftlich hergestellt werden.

Bei der in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsform der Pro­ jektionsobjektiveinheit 16′ ist das Projektionsobjektiv 16 an einem unteren Ende eines Rohrkörpers 21 befestigt, dessen obe­ res Ende mit einem Flansch versehen ist, an dem eine spiralig gewickelte Spule 22 befestigt ist. Die Spule 22 ist zwischen Polstücken eines Paares Dauermagneten 23 und 24 angeordnet. Der Spule 22 ist das Verstellsignal M′ aus der Verstellschaltung 19 (Fig. 1) über Zuleitungsdrähte 25 zuführbar. Das obere Ende des Rohrkörpers 21 ist mit einem unteren Ende eines elastischen Trägers 26 verbunden, von dem ein oberes Ende an einer Basis 27 befestigt ist.

Wenn das Verstellsignal M′ über die Zuleitungsdrähte 25 der Spule 22 zugeführt wird, wird die Spule 22 einer entsprechend Fig. 2 seitlich gerichteten Kraft ausgesetzt. Daher wird der Rohrkörper 21, und somit das Projektionsobjektiv 16, in der zur optischen Achse rechtwinkligen Richtung verstellt. Auf diese Weise läßt sich durch Verändern des durch die Spule 22 fließen­ den Stromes der Lichtpunkt mit der Spur des Aufzeichnungsträ­ gers 11 in Deckung bringen. Bei dieser Ausführungsform sind zwei als Dauermagnete ausgebildete Magnete 23 und 24 verwendet, im Prinzip würde es jedoch ausreichen, den einen oder den ande­ ren von ihnen zu benutzen.

Bei der in Fig. 4 in perspektivischer Ansicht gezeigten zweiten Ausführungsform des Abtastkopfes zum optischen Lesen nach der Erfindung ist nur der einzelne Magnet 23 verwendet. Der übrige Aufbau des Abtastkopfes dieser Ausführungsform ist völlig der­ selbe wie bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 2.

Wenn die Drehgeschwindigkeit des scheibenförmigen Aufzeich­ nungsträgers, beispielsweise einer Videoscheibe, schwankt, weicht der Lichtpunkt in der Richtung der Informationsspur ab. Daraus ergibt sich beim reproduzierten Signal ein Zeitbasisfeh­ ler, der bei der bekannten Vorrichtung mit Hilfe eines ziemlich kompilzierten elektronischen Gerätes elektrisch ausgeglichen wird.

Erfindungsgemäß läßt sich die Abweichung des Lichtpunktes in der Spurrichtung durch Verstellen des Projektionsobjektives in der Richtung der Spur ausgleichen.

Bei der in Fig. 4 in perspektivischer Ansicht gezeigten dritten Ausführungsform des Abtastkopfes zum optischen Lesen nach der Erfindung läßt sich das Projektionsobjektiv sowohl in der Rich­ tung der Spur als auch in der zur Spur rechtwinkligen Richtung verstellen. Bei dieser Ausführungsform muß die Verarbeitungs­ einheit 18 sowohl ein Zeitbasisfehlersignal als auch das Nach­ laufsignal C erzeugen. Ein Projektionsobjektiv 16 ist an einem unteren Ende eines Rohrkörpers 21 befestigt, dessen oberes Ende an einer Tragplatte 28 befestigt ist. An einer Oberfläche der Tragplatte 28 ist ein Paar Spulen 22 und 32 angeordnet. Die Spule 22 ist durch das Nachlaufsignal C erregbar, das über Zu­ leitungsdrähte 25 zugeführt wird, und die Spule 32 ist durch das Zeitbasisfehlersignal erregbar, das über Zuleitungsdrähte 35 zugeführt wird. Über der Spule 22 ist ein erster, beim ge­ zeigten Beispiel als Dauermagnet ausgebildeter Magnet 23, über der Spule 32 ein zweiter, beim gezeigten Beispiel als Dauer­ magnet ausgebildeter Magnet 33 angeordnet. Der erste Magnet 23 ist in einer Richtung A angeordnet, die zu einer Spur T recht­ winklig verläuft. Der zweite Magnet 33 ist in einer zur Rich­ tung der Spur T parallelen Richtung angeordnet. Die Tragplatte 28 ist mit einer Basis 27 durch einen elastischen Träger ver­ bunden, der bei dieser Ausführungsform aus vier elastischen Drähten 29 zusammengesetzt ist. Durch diese Maßnahme läßt sich das Projektionsobjektiv 16 im wesentlichen parallel zu den Richtungen A und B verstellen.

Wenn das Nachlaufsignal C der ersten Spule 22 zugeführt wird, ist die Spule 22 einer Kraft in der Richtung A ausgesetzt und das Projektionsobjektiv 16 wird somit in der Richtung A recht­ winklig zur Spur T verstellt. Wenn das Zeitbasisfehlersignal der zweiten Spur 32 zugeführt wird, ist die Spule 32 einer Kraft in der Richtung B ausgesetzt, so daß das Projektionsob­ jektiv 16 in der Richtung B der Spur T bewegt wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Lichtpunkt mit einer bestimmten Stel­ le an der abzutastenden Spur T durch Verändern der durch die Spulen 22 und 32 fließenden Ströme in Deckung zu bringen.

Bei der in Fig. 5 in perspektivischer Ansicht gezeigten abge­ wandelten Ausführungsform des Abtastkopfes nach der Erfindung besteht ein elastischer Träger aus einer L-förmigen Blattfeder 39 mit einem ersten und einem zweiten geraden Abschnitt 39 a und 39 b. Der erste Abschnitt 39 a wird gebogen, wenn das Projek­ tionsobjektiv 16 in die Richtung A bewegt wird, während der zweite Abschnitt 39 b gebogen wird, wenn das Projektionsobjektiv 16 in der Richtung B verstellt wird.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 4 und 5 können zwei weite­ re Magnete vorgesehen sein, die je, ähnlich wie bei der Ausfüh­ rungsform gemäß Fig. 2, den Magneten 23 und 33 gegenüber ange­ ordnet sind.

Wie oben beschrieben, muß der Lichtpunkt während des Abstastens auf die Spur fokussiert sein. Zu diesem Zweck ist es notwendig, das Projektionsobjektiv 16 in einer zu seiner optischen Achse parallelen Richtung zu verstellen.

Bei einer in Fig. 6 bis 8 dargestellten anderen Ausführungsform des Abtastkopfes nach der Erfindung ist ein Projektionsobjektiv 16 dreidimensional verstellbar, d. h. in einer Richtung A rechtwinklig zur Spurrichtung, in einer Spurrichtung B und in einer Richtung C′ rechtwinklig zu den Richtungen A und B und somit in Richtung der optischen Achse. Die Vorrichtung, mit der das Projektionsobjektiv in den Richtungen A und B beweglich ab­ gestützt ist, ist die gleiche wie in Fig. 4 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform sind die elastischen Drähte 29 mit einer kreisringförmigen Scheibe 40 verbunden, die mittels Blattfedern 41 an einer Basis 27 so befestigt ist, daß sie in der Richtung C′ der optischen Achse des Projektionsobjektives 16 verstellbar ist. Gemäß Fig. 8 ist an der Oberseite der kreisringförmigen Scheibe 40 ein zylindrischer Körper 42 befestigt. Um die Außen­ fläche des zylindrischen Körpers 42 ist eine Spule 43 gewic­ kelt, die in einem an der Basis 27 befestigten, kreisringför­ migen Dauermagneten 44 angeordnet ist. Somit ist die Spule 43, wenn sie erregt wird, einer Kraft in der Richtung C′ ausge­ setzt, so daß das Projektionsobjektiv 16 in diese Richtung C′ bewegt wird. Bei dieser Ausführungsform muß die Verarbeitungs­ einheit 18 (Fig. 1) sowohl ein Signal für die selbsttätige Fo­ kussierung oder Autofokussiersignal erzeugen, welches einen Be­ trag und eine Richtung darstellt, mit dem und in der der Licht­ punkt am Aufzeichnungsträger defokussiert ist, als auch das Nachlaufsignal C und das Zeitbasisfehlersignal abgeben.

Bei der in Fig. 10 in perspektivischer Ansicht gezeigten abge­ wandelten Ausführungsform des Abtastkopfes gemäß Fig. 6 ist der Rohrkörper 21 von einer Spiralblattfeder 45 abgestützt, welche mit einem Basisabschnitt 27′ verbunden ist.

Fig. 10 zeigt in der rechten Zeichnungshälfte einen Quer­ schnitt, in der linken Hälfte eine Ansicht von vorn einer zwei­ ten abgewandelten Ausführungsform, bei der der Rohrkörper 21 mit einer an der Basis 27 befestigten Schraubenfeder 46 aufge­ hängt ist.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 11 ist der Rohrkörper 21 durch ein Paar elastischer Träger in den Richtungen A, B und C′ beweglich abgestützt. Die Tragvorrichtung setzt sich aus ela­ stischen Stäben 46′ und 47 zusammen, die gemäß Fig. 11 eine spezielle Biegeverformung aufweisen, d. h. sie sind dreidimen­ sional gebogen, so daß sie Bewegung des Projektionsobjektivs 16 in den drei Richtungen A, B und C′ zulassen.

Die oben beschriebenen Ausführungsformen verwenden Dauermagnete und die Erregung der Spulen erfolgt durch das Nachlaufsignal, das Zeitbasisfehlersignal und das Autofokussiersignal. Es kann jedoch ein Elektromagnet verwendet sein, und die Steuersignale können einer Wicklung am Elektromagneten zugeführt werden. Au­ ßerdem kann der Aufzeichnungsträger reflektierend sein. Die In­ formationsspuren können statt spiralig konzentrisch aufgezeich­ net sein. Der Aufzeichnungsträger kann ein zylindrischer Körper sein, in dem die Aufzeichnungsspur spiralig ausgebildet ist.

Claims (6)

1. Lesekopf für das Lesen einer auf einem Aufzeichnungsträger als Spur oder als Spuren aufgezeichneten Information, mit einem Objektiv zum Projizieren eines Lichtpunktes auf die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers, einem Detektor zum Feststellen der Relativstellung zwischen Lichtpunkt und Spur und zum Erzeugen eines Fokussier-Fehlersignals und eines Spur-Fehlersignals, ei­ nem Objektivträger, der über eine nachgiebige Unterstützung in einer ersten Richtung parallel zur Objektivachse bewegbar am Lesekopf befestigt ist und der durch das Fokussier-Fehlersignal in dieser ersten Richtung mittels einer Fokussier-Steuerein­ richtung steuerbar ist, die eine am Lesekopf befestigte Magnet­ einrichtung zur Erzeugung eines in Richtung senkrecht zur Ob­ jektivachse verlaufenden Magnetflusses und eine am Objektivträ­ ger befestigte, von diesem Magnetfluß durchsetzte und in der ersten Richtung bewegte Fokussierspule aufweist, und mit einer Spurnachführvorrichtung, mittels welcher der Lichtpunkt durch das Spur-Fehlersignal senkrecht zur Objektivachse und senkrecht zur Spur in einer zweiten Richtung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv (16) eine einzige nichtsphärische Linse ist, die nachgiebige Unterstützung (45; 46) den Objektivträger (21, 28, 40, 42) sowohl in der ersten als auch in der zweiten Rich­ tung (C, A) beweglich und federnd unter Ausübung von Rückstell­ kräften unterstützt, und die Spurnachführungsvorrichtung eine ebenfalls am Lesekopf befestigte Magneteinrichtung (23) sowie eine am Objektivträger befestigte Spurspule (22) aufweist, die vom Magnetfluß einer Magneteinrichtung (23) durchsetzt und in der zweiten Richtung (A) durch das Spur-Fehlersignal bewegbar ist.

2. Lesekopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurspule eine Flachspule (22) ist und der Magnetfluß der zugeordneten Magneteinrichtung (23) nur einen Teil dieser Flachspule durchsetzt, wobei diese Flachspule (22) so am Objek­ tivträger befestigt ist, daß ihre Ebene rechtwinklig zur Objek­ tivachse verläuft.

3. Lesekopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule um die Objektivachse herum gewickelt ist.

4. Lesekopf nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Flachspule spiralig gewickelt ist und aufeinanderfol­ gende Wirkungsabschnitte unterschiedlichen Abstand von der Ob­ jektivachse besitzen.

5. Lesekopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgiebige Unterstützung durch ein einziges nachgiebi­ ges Element gebildet ist.

6. Lesekopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nachgiebige Element eine Spiralfeder ist, deren Achse parallel zur Objektivachse verläuft.