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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines
Linsenpositionssignals, welches die Position der optischen Achse
einer Objektivlinse eines Geräts
zum Lesen und/oder Beschreiben eines optischen Aufzeichnungsträgers in
Bezug auf die optische Achse eines in diesem Gerät verwendeten optischen Abtasters
beschreibt, sowie ein entsprechend ausgestaltetes Gerät zum Lesen
und/oder Beschreiben eines optischen Aufzeichnungsträgers.
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Herkömmlicherweise
wird in Geräten
zum Lesen und/oder Beschreiben optischer Aufzeichnungsträger, wie
beispielsweise optischer Aufzeichnungsträger, bei denen Informationsspuren
sowohl in als "Groove" bezeichneten Vertiefungen
(G) als auch in als "Land" bezeichneten Erhöhungen (L)
enthalten sind (z.B. DVD-RAM), ein Spurfehlersignal erzeugt, welches
zur Spurführungsregelung
in dem jeweiligen Gerät
verwendet werden kann. Eine der verbreiteten Methoden zur Bildung
des Spurfehlersignals ist die sogenannte "Differential Push-Pull"(DPP)-Methode, wie
sie beispielsweise in der
EP
0 745 982 A2 beschrieben ist. Dabei wird der von einer
Laserdiode abgegebene Laserstrahl in drei Strahlen, nämlich einen
Hauptstrahl und zwei Nebenstrahlen, aufgeteilt, welche zueinander
benachbarte Spuren des jeweils verwendeten optischen Aufzeichnungsträgers abtasten.
Die von dem optischen Aufzeichnungsträger reflektierten Haupt- und
Nebenstrahlen werden ausgewertet, um davon abhängig Hauptstrahl- und Nebenstrahl-Spurfehlersignale
zu erhalten, aus denen durch gewichtete Kombination das gewünschte Spurfehlersignal
generiert wird.
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Eine
entsprechende Anordnung ist beispielhaft in 8 dargestellt.
Das von einer Lichtquelle bzw. einem Laser 1 emittierte
Licht wird nach Passieren einer Kollimatorlinse 2 von einem
Brechungsgitter 3 in den Hauptstrahl (d.h. einen Strahl
0. Ordnung) und die beiden Nebenstrahlen (d.h. Strahlen ± 1. Ordnung)
aufgeteilt. Der Hauptstrahl, der die abzutastende Information in
einer Spur eines entsprechenden Aufzeichnungsträgers 7 liest, enthält üblicherweise
den größten Teil
(ca. 80–90%)
der Lichtinformation. Die beiden Nebenstrahlen enthalten jeweils
die restlichen 5–10%
der Gesamtlichtintensität,
wobei der Einfachheit halber angenommen wird, daß die Lichtenergie der höheren Beugungsordnungen
des Brechungsgitters 3 Null ist. Diese drei Strahlen werden über einen
polarisierenden Strahlteiler 4 und eine Viertelwellenplatte 5 sowie
eine Objektivlinse 6 auf den optischen Aufzeichnungsträger 7 fokussiert,
um diesen zu lesen bzw. zu beschreiben. Die von dem optischen Aufzeichnungsträger 7 reflektierten
drei Strahlen werden über
den Strahlteiler 4 und eine Zylinderlinse 8 einer
Photodetektoreinheit 9 zugeführt, welche die drei von dem
optischen Aufzeichnungsträger 7 reflektierten
Strahlen detektiert. In der Abbildung sind die drei Strahlen symbolisch
zwischen Zylinderlinse 8 und Photodetektoreinheit 9 angedeutet.
Mit der Photodetektoreinheit 9 ist eine Auswertungseinheit 10 verbunden,
welche die detektierten Signale der reflektierten Haupt- und Nebenstrahlen
zur Erzeugung des Spurfehlersignals auswertet.
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Das
Brechungsgitter 3 wird so eingebaut, daß die Abbildung der beiden
Nebenstrahlen gerade die Mitte der Nebenspuren bzw. (bei Medien,
welche nur in "Groove"-Spuren beschrieben
werden können)
die Mitte neben der vom Hauptstrahl abgetasteten Spur abtasten.
Da die Nebenstrahlen und der Hauptstrahl optisch voneinander trennbar
sein sollen, sind deren Abbildungen auf dem optischen Aufzeichnungsträger 7 und
auf der Photodetektoreinheit 9 in ihrer Position voneinander
getrennt. Rotiert der optische Aufzeichnungsträger 7, so befindet
sich einer der Nebenstrahlen in Lese- bzw. Schreibrichtung vor und
der andere Nebenstrahl hinter dem Hauptstrahl. Die Auswertungseinheit 10 der
in 8 gezeigten Anordnung wertet die auf den Photodetektor 9 reflektierten
Lichtintensitäten
für jeden
der drei Strahlen getrennt aus.
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Sowohl
aus den detektierten Signalen des Hauptstrahls als auch der Nebenstrahlen
wird, jeweils für sich
betrachtet, in der Auswertungseinheit 10 ein Push-Pull-Signal
erzeugt, welches den Spurfehler des jeweiligen Strahls zur Spur
darstellt. Da die beiden Nebenstrahlen aber die Nebenspuren zu der
Schreib-/Lesespur abtasten, ist deren Push-Pull-Spurfehler invertiert zu demjenigen
des Hauptstrahls. Die jeweiligen Push-Pull-Komponenten für sich betrachtet
enthalten also den tatsächlichen
Spurfehler zu der jeweils abgetasteten Spur. Da die Spurlage der
drei Strahlen sich nur gemeinsam ändern kann, ändern sich
die drei Push-Pull-Signale
gleichermaßen.
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Die
Objektivlinse 6 eines wie in 8 skizzierten
optischen Abtasters 21 muß beweglich gelagert sein, um
auch bei einem optischen Aufzeichnungsträger 7, welcher Höhenschlag
und/oder Exzentrizität
aufweist, zu ermöglichen,
den Abtaststrahl zu fokussieren und auf einer vorgegebenen Spur
zu halten. Der aus den Elementen 2, 3, 4, 5, 8, 9 bestehende
Teil des Abtasters 21 definiert dabei eine optische Achse 22.
Die Objektivlinse 6 ist in ihrer Ruheposition Idealerweise
so angeordnet, daß ihre
optische Achse 23 mit der optischen Achse 22 der
anderen optischen Bauelemente des optischen Abtasters 21 übereinstimmt.
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Die
Bewegung der Objektivlinse 6 wird üblicherweise durch einen elektromagnetischen
Antrieb erreicht. Die Objektivlinse wird dabei durch eine Anordnung
von Gelenken oder Federn in einer vorbestimmten Ruhelage gehalten,
von der aus sie durch Anlegen eines Stroms an den elektromagnetischen
Antrieb aus ihrer Ruheposition ausgelenkt werden kann. Die Ausgangssignale
der Auswertungseinheit 10 stellen dazu Spurfehler- und
Focusfehlersignale bereit, welche die Position der Objektivlinse 6 erfassen
und mit Hilfe von Regelkreisen korrigieren.
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Soll
ein optischer Aufzeichnungsträger 7,
dessen Spuren spiralförmig
aufgebracht sind, abgetastet werden, so wird die Objektivlinse 6 bei
einem kontinuierlichen Abtastvorgang zunehmend ausgelenkt. Ihre
optische Achse 23 verschiebt sich daher zunehmend weg von
der optischen Achse 22 der anderen optischen Bauelemente.
Um dieser Verschiebung der optischen Achsen zueinander entgegenzuwirken,
ist üblicherweise ein
Stell- oder Linearmotor vorgesehen, der den Abtaster 21 mit
den darin eingebauten optischen Bauelementen 2, 3, 4, 5, 8, 9 so
nachschiebt, daß die
optischen Achsen möglichst
wenig voneinander abweichen. Dieser Motor wird üblicherweise als Grobspurmotor
bezeichnet. Nach dem Stand der Technik wird als Kriterium für die Abweichungen
der optischen Achsen die Ansteuerspannung des elektromagnetischen
Antriebs der Objektivlinse verwendet und der Grobspurmotor so angesteuert,
daß die
Ansteuerspannung zu Null wird.
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Dafür ist ein
weiterer Regelkreis vorgesehen, der dafür sorgt, daß die optischen Achsen 22, 23 von Abtaster 21 und
Objektivlinse 6 übereinstimmen.
Nach dem Stand der Technik wird dazu die Ansteuerspannung des elektromagnetischen
Antriebs der Objektivlinse 6 ausgewertet. Dabei wird angenommen,
daß die Objektivlinse 6 keine
Abweichung ihrer optischen Achse 23 von der Achse der anderen
Bauelemente 22 aufweist, wenn die Antriebsspulen stromlos
sind. Da die Objektivlinse federnd aufgehängt ist, ist diese Annahme nicht
in allen Betriebsfällen
richtig. Beispielsweise ändert
die Objektivlinse ihre Position auch ohne Ansteuerung der Antriebsspulen,
wenn externe Kräfte
auf sie einwirken, wie sie bei einem Stoß gegen das Abspielgerät auftreten
können.
Des weiteren kann sich durch Alterung der Gelenke oder Federn die
Ruhelage der Objektivlinse so verändern, daß die optischen Achsen voneinander
abweichen. Diese Einwirkungen lassen sich anhand der Ansteuerspannung
der Antriebsspulen nicht erfassen.
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Wird
nun beispielsweise während
eines Spursprungs die Objektivlinse 6 bewegt, so bewegen
sich auch die Abbildungen der Haupt- und Nebenstrahlen auf der Photodetektoreinheit 9.
Diese Verschiebung der Abbildung hat eine Offset-Spannung am Ausgang
der Auswertungseinheit 10 zur Folge, wobei die Richtung dieser
Offset-Spannung für
alle Strahlen gleich ist. Durch die Verschiebung der Objektivlinse 6 entsteht
also eine Offset-Spannung, die nicht von einem tatsächlichen
Spurfehler herrührt
und daher störend
ist. Der echte Spurfehleranteil und der unerwünschte linsenbewegungsabhängige Anteil
addieren sich in dem von den jeweiligen Detektoren der Photodetektoreinheit 9 detektierten
und von der Auswertungseinheit 10 gelieferten Push-Pull-Signal.
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Werden
nun die Push-Pull-Signale der Nebenstrahlen addiert und diese Summe
vom Push-Pull-Signal des Hauptstrahls abgezogen, so hebt sich dieser
unerwünschte
linsenbewegungsabhängige
Anteil bei passender Gewichtung zwischen Haupt- und Nebenstrahlenanteilen
auf. Da die Push-Pull-Anteile
von Haupt- und Nebenstrahlen zueinander invertiert sind, addieren
diese sich hingegen nach Anwendung der Subtraktion phasenrichtig,
so daß bei
richtiger Einstellung des Gewichtungsfaktors der tatsächliche
Spurfehler erhalten wird. In der
EP 0 708 961 B1 ist beispielhaft eine Methode
zur Ermittlung eines geeigneten Gewichtungsfaktors beschrieben.
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Aus
den zuvor beschriebenen Eigenschaften der herkömmlichen DPP-Methode ergibt
sich, daß wegen
der Lage der Nebenstrahlen die Phasenverschiebung zwischen dem Hauptstrahl
und den Nebenstrahlen nominell 180 Grad beträgt. Dies ist von Vorteil, da
sich durch die Differenzbildung die Spurfehleranteile des Hauptstrahls
und der Nebenstrahlen mit größtmöglicher
Amplitude addieren. Betrachtet man die Lage der Strahlen auf den
Spuren, so wird für
das Erreichen der maximalen Amplitude des Spurfehlersignals der
Winkel des Brechungsgitters 3 genau so eingestellt, daß (beispielsweise
bei einer DVD-RAM) die Nebenstrahlen die Spurmitten der Nebenspuren
bzw. (bei Medien, die nur in "Groove"-Spuren beschrieben
werden können)
gerade den Bereich zwischen zwei Spuren neben der vom Hauptstrahl
abgetasteten Spur treffen.
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Ziel
der zuvor beschriebenen DPP-Methode ist es, ein Spurfehlersignal
zu bilden, welches keine Offset-Abhängigkeit
von der Position der Objektivlinse 6 relativ zur optischen
Achse des jeweils verwendeten Abtasters hat. Bei der zuvor beschriebenen
Verknüpfung
der Push-Pull-Anteile
des Hauptstrahls und der Nebenstrahlen kann zwar der tatsächliche
Spurfehler erhalten werden, wegen der Aufhebung des linsenbewegungsabhängigen Anteils
ist es jedoch nicht möglich,
die Position der Objektivlinse 6 in Bezug auf die optische
Achse des Abtasters zu erfassen.
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Während eines
Spurfolgevorgangs wird die Objektivlinse 6 senkrecht zur
Spurrichtung des optischen Aufzeichnungsträgers 7 verschoben,
d.h. die optische Achse der Objektivlinse 6 wird von der
optischen Achse des Abtasters 21 weg bewegt. Dies hat eine
entsprechende Verschiebung der Abbildung des reflektierten Abtaststrahls
auf den Detektorelementen der Photodetektoreinheit 9 zur
Folge. Während
der jeweils abgetasteten Spur korrekt gefolgt wird, kann die Auswertungseinheit 10 in
diesem Fall nicht erkennen, daß die
optischen Achsen von Objektivlinse 6 und Abtaster 21 nicht übereinstimmen.
Aus diesem Grund besteht grundsätzlich die
Notwendigkeit, ein Signal zur Verfügung zu stellen, welches die
Position der Objektivlinse 6 in Bezug auf die optische
Achse 22 des Abtasters 21 beschreibt.
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Aus
der europäischen
Patentanmeldung EP-A-0512625 sind ein Verfahren und ein Gerät nach dem Oberbegriff
der unabhängigen
Ansprüche
1 und 9 bekannt.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, bei einem Positionierungsvorgang, wie
er beispielsweise für
einen Zugriff auf ein anderes Musikstück auf einer CD notwendig ist,
der Steuerungseinheit des Geräts
Hilfssignale zur Verfügung
zu stellen, die einen schnellen Zugriff auf das vom Geräteanwender
gewünschte
Musikstück
ermöglichen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zum Erzeugen eines Linsenpositionssignals, welches die Position
der Objektivlinse in Bezug auf die optische Achse eines optischen Abtasters
beschreibt, sowie ein entsprechendes Gerät zum Lesen und/oder Beschreiben
eines optischen Aufzeichnungsträgers
vorzuschlagen.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 bzw. ein Gerät mit den
Merkmalen des Anspruches 9 gelöst.
Die Unteransprüche
definieren jeweils bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung.
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Gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird die Erzeugung des Linsenpositionssignals
bei Anwendung der eingangs beschriebenen DPP-Methode vorgeschlagen.
Im Gegensatz zu dem eingangs beschriebenen Stand der Technik wird
jedoch das Push-Pull-Signal der Nebenstrahlen zu dem Push-Pull-Signal
des Hauptstrahls hinzuaddiert, um die linsenbewegungsabhängige Komponente
zu erhalten. Dabei erfolgt insbesondere eine gewichtete Addition,
wobei der Gewichtungsfaktor in Abhängigkeit von dem Abstand der
beiden Nebenstrahlen zu dem Hauptstrahl und dem Spurabstand auf
einen idealen Wert eingestellt werden kann. In einer Variante des
ersten Ausführungsbeispiels wird
eine Normierung der von den verwendeten Strahlen abgeleiteten Signale
vorgesehen, um die Einstellung des Gewichtungsfaktors zu vereinfachen.
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Das
Linsenpositionssignal kann auch direkt aus den Push-Pull-Signalen der
Nebenstrahlen abgeleitet werden, d.h. das Push-Pull-Signal des Hauptstrahls
geht in diesem Fall nicht in die Erzeugung des Linsenpositionssignals
ein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Nebenstrahlen
gemäß folgender
Formel auf dem optischen Aufzeichnungsträger abgebildet werden:
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Dabei
bezeichnet Δx
den Abstand der Nebenstrahlen zu dem (gedachten oder vorhandenen)
Hauptstrahl und p den Spurabstand. In diesem heben sich die Spurfehleranteile
der Push-Pull-Signale der beiden Nebenstrahlen gegenseitig auf,
sodaß das
daraus resultierende Summensignal nur den von der Linsenbewegung
abhängigen
Beitrag beinhaltet und somit dem gewünschten Linsenpositionssignal
entspricht, welches beispielsweise bei einem Spursprung zur Stabilisierung
des Aktuators verwendet werden kann.
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Bei
der zuvor beschriebenen Ausrichtung der Nebenstrahlen besteht zusätzlich die
Möglichkeit,
ein Richtungssignal aus der Phase zwischen dem Differenzsignal der
beiden Push-Pull-Signale
der Nebenstrahlen und dem Push-Pull-Signal des Hauptstrahls zu erzeugen.
Ebenso kann ein Spurfehlersignal erzeugt werden.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beigefügten
Zeichnungen näher
erläutert.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung eines Linsenpositionssignals,
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2 zeigt
eine Variante des in 1 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels,
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3 zeigt
eine weitere Variante des in 1 gezeigten
ersten Ausführungsbeispiels,
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4 zeigt
ein Spurbild mit Strahlanordnung des Hauptstrahls und der Nebenstrahlen
und die bei dieser Strahlanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung erhaltenen Push-Pull-Signale,
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5 zeigt
das zweite Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zur Erzeugung eines Linsenpositionssignals,
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6 zeigt
eine Strahlanordnung von einem Hauptstrahl und vier Nebenstrahlen
sowie die bei dieser Strahlanordnung mit einer Variante des zweiten
Ausführungsbeispiels
erhaltenen Push-Pull-Signale,
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7 zeigt
beispielhaft eine Photodetektoreinheit zum Detektieren der in 6 gezeigten
reflektierten Haupt- und Nebenstrahlen,
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8 zeigt
einen vereinfachten Aufbau eines optischen Abtasters zur Durchführung der
DPP-Methode nach dem Stande der Technik, wobei dieser Aufbau auch
auf die vorliegende Erfindung anwendbar ist, und
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9 bis 12 zeigen
weitere Varianten des in 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels,
wobei eine Normierung vorgesehen ist.
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Wie
eingangs beschrieben worden ist, setzt sich das gemäß der DPP-Methode
erzeugte Spurfehlersignal aus dem entsprechenden Anteil des Hauptstrahls
und den addierten Anteilen der Nebenstrahlen zusammen, wobei gemäß dem Stand
der Technik die Anteile der Nebenstrahlen addiert und die daraus
resultierende Summe vom Anteil des Hauptstrahls mit passender Gewichtung
subtrahiert wird.
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Für alle folgenden
Betrachtungen wird vereinfachend angenommen, daß die Intensitäten der
drei betrachteten Abtaststrahlen beim Auftreffen auf die Photodetektoreinheit 9 gleich
sind. In der Praxis ist jedoch die Intensität der Nebenstrahlen von ihrer
Spurlage, von der Reflexion der abgetasteten Spur sowie von den
Eigenschaften des Brechungsgitters 3 abhängig und
schwächer
als die Intensität
des Hauptstrahls, sodaß die Intensität der Nebenstrahlen
entsprechend zur Hauptstrahlintensität skaliert werden muß. Idealerweise
kann dies durch eine Normierung geschehen.
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Es
gelten unter oben beschriebener Voraussetzung folgende Zusammenhänge; siehe
dazu beispielsweise auch die weiter unten näher beschriebene 4: DPP = CPP – K·OPP (2)
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Dabei
bezeichnet DPP das gemäß der DPP-Methode
erhaltene Signal, CPP den entsprechenden Anteil des Hauptstrahls,
OPP den Anteil der Nebenstrahlen, K einen Gewichtungsfaktor, x die
Abtastposition eines Strahls relativ zur Spurmitte, Δx den Abstand
der beiden Nebenstrahlen zum Hauptstrahl und p den Spurabstand,
welcher hier, entsprechend der Definition gemäß dem DVD-RAM-Standard zwischen
den Mitten zweier benachbarter Spuren gemessen wird. Mit l wird
die Bewegung der Objektivlinse 6 aus der Ruhelage bezeichnet.
Die Amplituden a und k sind Faktoren, welche von der Geometrie der
abgetasteten Spuren, der Empfindlichkeit der Photodetektoreinheit 9 usw.
abhängen.
Da die drei Strahlen mechanisch miteinander verkoppelt sind, sind
die Variablen x bzw. l in den Formeln für das CPP-Signal und das OPP-Signal jeweils gleich.
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Um
eine Kompensation der linsenbewegungsabhängigen Komponente l zu ereichen,
muß die
folgende Gleichung erfüllt
sein: DPPl = CPPl – K·OPPl ≡ 0 (5)
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Dabei
bezeichnet der Index "l" jeweils den linsenbewegungsabhängigen Anteil
des entsprechenden Signals. Bei Berücksichtigung der obigen Formeln
(3) und (4) folgt für
den Gewichtungsfaktor zur Kompensation der linsenbewegungsabhängigen Komponente: K = 0,5 (6)
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Dieser
Gewichtungsfaktor K ist unabhängig
von der Ausrichtung der Nebenstrahlen in Bezug auf den Hauptstrahl. Üblicherweise
wird versucht, die Spurfehleramplitude maximal zu machen, indem
der Abstand Δx entsprechend
eingestellt wird. Dies wird bei Auswertung der obigen Formeln (2)
bis (4) mit K = 0.5 dann erreicht, wenn folgende Beziehung gilt:
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Da
die Cosinusfunktion periodisch ist, gilt dies für: Δx
= (2n + 1)·p
mit n = 0, 1, 2, ... (8)
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Aus
den Formeln (2) bis (4) folgt, daß bei Verwendung eines neuen
Gewichtungsfaktors G mit negativem Vorzeichen, d.h. bei Ersetzen
der Subtraktion des OPP-Signals von dem CPP-Signal durch eine Addition dieser beiden
Signale, lediglich der linsenbewegungsabhängige Anteil erhalten wird,
während
sich die einzelnen Spurfehleranteile gegenseitig aufheben. Insbesondere
muß zur
Kompensation der Spurfehleranteile folgende Beziehung gelten: DPPx =
CPPx – G·OPPx ≡ 0 (9)
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Dabei
bezeichnet der Index "x" die spurfehlerabhängige Komponente
des jeweiligen Signals. Die Beziehung von (9) ist unter Berücksichtigung
der obigen Beziehungen (3) und (4) erfüllt, wenn gilt:
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Die
spurfehlerabhängige
Komponente des DPP-Signals kann somit in Abhängigkeit von Δx und p eliminiert
werden, wenn gilt.
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Bei
einem angenommenen Abstand der Nebenstrahlen vom Hauptstrahl von Δx = p ergibt
sich hierzu: G = –0,5 (12)
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Aus
dem negativen Vorzeichen des Gewichtungsfaktors G gemäß Formel
(12) geht hervor, daß die Subtraktion
durch eine Addition ersetzt werden muß. Sind die Nebenstrahlen auf Δx = p angeordnet,
reicht also die Anwendung der Addition der CPP- und OPP-Signale
aus, um die Spurfehlerkomponenten zu Null zu machen und die linsenbewegungsabhängige Komponente
zu erhalten. Mit
G = –0.5
wird durch Einsetzen von Δx
= p in die Formeln (2) bis (4) die linsenbewegungsabhängige Komponente
wie folgt erhalten: DPPl = 2kl (13)
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Das
so gewonnene Signal enthält
nur die linsenbewegungsabhängige
Komponente; es wird mit LCE (Lens Centre Error) bezeichnet.
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In 1 ist
ein entsprechendes Ausführungsbeispiel
zur Erzeugung der linsenbewegungsabhängigen Komponente für das entsprechende
Linsenpositionssignal LCE durch Anwendung der DPP-Methode dargestellt.
Dabei wird davon ausgegangen, daß die Photodetektoreinheit 9 zur
Detektierung des reflektierten Hauptstrahls eine Photodetektoreinheit 12 mit
vier photoempfindlichen Flächen
A–D aufweist,
während
zur Detektierung der reflektierten Nebenstrahlen jeweils Photodetektorelemente 11, 13 mit
lediglich zwei photoempfindlichen Flächen E1, E2 bzw. F1, F2 vorgesehen
sind. Wie aus 1 ersichtlich ist, ist ein Verstärker mit Verstärkungsfaktor –1 vorgesehen
und, zum Umschalten vom Spurregelungsbetrieb zur Linsenpositionskontrolle,
ein Schalter, wobei je nach Schalterstellung, die Signale CPP und
0,5% OPP entweder subtrahiert oder addiert werden.
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Um
während
des Abspielvorgangs des optischen Aufzeichnungsträgers 7 die
Linsenposition messen zu können,
ist die gleichzeitige Bildung des Spurfehlersignals DPP aus der
Differenz sowie des Linsenpositionssignals LCE aus der Summe der
Teilsignale CPP und OPP notwendig. In 2 ist eine
entsprechende Variante des in 1 gezeigten
Ausführungsbeispiels
gezeigt. Da in diesem Fall beide Signale gleichzeitig verfügbar sind,
kann der Spurregelkreis geschlossen und gleichzeitig die Information über die
Linsenposition zum Nachregeln des Grobspurmotors des optischen Abtasters 21 verwendet
werden.
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Ist
der Abstand Δx
der Nebenstrahlen vom Hauptstrahl nicht Δx = p, sondern beispielsweise Δx = 3/4p, ergibt
sich für
den Gewichtungsfaktor G, welcher zur Kompensation des Spurfehleranteils
führt,
gemäß Formel (11):
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In
diesem Fall unterscheidet sich der für die Erzeugung des Spurfehlersignals
optimale Gewichtungsfaktor K von dem für die Erzeugung des Linsenpositionssignals
erforderlichen Gewichtungsfaktor G nicht nur im Vorzeichen, sondern
auch dem Betrag nach. Der Gewichtungsfaktor K zur Unterdrückung des
linsenbewegungsabhängigen
Anteils ist Idealerweise immer 0,5, während der Gewichtungsfaktor
zur Kompensation des Spurfehleranteils immer negativ, jedoch an
die Position der Nebenstrahlen anzupassen ist. Demzufolge kann die
in 2 gezeigte Anordnung wie in 3 gezeigt
abgewandelt werden, wobei der zur Erzeugung des Linsenpositionssignals
LCE verwendete Gewichtungsfaktor variabel eingestellt werden kann.
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Wird
ein variabel einstellbarer Gewichtungsfaktor vorgesehen, lassen
sich in Verbindung mit der DPP-Spurfehlermethode
auch andere Nebenspurabstände Δx als die
oben genannten verwenden. Theoretisch zu nutzen sind Spurabstände im Bereich
von p/2 < Δx < 3p/2. Die Grenzen
p/2 und (3/2)·p
sind praktisch nicht nutzbar, da der Spurfehlerbeitrag im Signalanteil
OPP hier Null wird und sich selbst bei einem unendlich groß eingestellten
Faktor G keine Kompensation des Spurfehlerbeitrags des CPP-Signals
erreichen ließe. Stattdessen
kann man hier die Summe der Signale OPP1 und OPP2 allein verwenden,
um ein Linsenpositionssignal zu erhalten. Dies wird im folgenden Abschnitt
sowie in den 4 und 5 dargestellt.
Verzichtet man auf die Bildung eines Spurfehlersignals nach der
DPP-Methode, so kann man das Linsenpositions-signal auch bei beliebigen
Nebenspurabständen Δx bilden.
Grenzfälle
ergeben sich hier bei Δx
= 0 oder Δx
= 2·n·p, da
die spurfehlerabhängigen
Anteile der Teilsignale CPP, OPP1 und OPP2 hier gleichphasig sind
und sich keine Kompensation dieser Anteile erreichen läßt. Weiterhin
ist zu beachten, daß sich
für 0 < Δx < p/2 sowie für 3p/2 < Δx < 2p das Vorzeichen
des Gewichtungsfaktors G umkehrt.
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Das
zuvor beschriebene Verfahren zur Erzeugung des Linsenpositionssignals
LCE unter Anwendung der DPP-Methode eignet sich insbesondere für alle optischen
Aufzeichnungsträger,
die sich aufgrund ihres physikalischen Aufbaus zur Anwendung der
DPP-Methode eignen, wenn gleichzeitig ein Spurfehlersignal erzeugt
werden soll. Die Position der optischen Achse einer Objektivlinse
in Bezug auf die optische Achse eines optischen Abtasters kann jedoch
auch festgestellt werden, wenn sich der optische Aufzeichnungsträger 7 nicht zur
Anwendung der DPP-Methode eignet. Entsprechende Beispiele hierfür sollen
nachfolgend erläutert
werden.
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So
kann das Linsenpositionssignal LCE beispielsweise ausgebildet werden,
wenn die Nebenstrahlen mit folgendem Abstand Δx abgebildet werden:
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Dies
hat zur Folge, daß sich
die Spurfehleranteile beider Nebenstrahlen OPP1 = (E2 – E1) und
OPP2 = (F2 – F1)
gegenseitig aufheben und ihr Betrag zum Spurfehlersignal Null wird.
Dies bedeutet, daß das
Summensignal OPP nur den von der Linsenbewegung l abhängigen Beitrag
liefert und somit direkt dem Linsenpositionssignal LCE entspricht.
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Wie
in 4 gezeigt ist, weist typischerweise ein Abtaster,
der zum Spurregeln ein 3-Strahl-Spurfehlersignal verwendet, zwei
Nebenstrahlen 15, 16 auf, die auf dem optischen
Aufzeichnungsträger
mit Δx =
p/2 neben dem Hauptstrahl 14 abgebildet werden. Dabei ist Δx in Richtung
der eingezeichneten, gedachten x-Achse gemessen, deren Ursprung
im Zentrum des Abtastspots des Hauptstrahls 14, hier in
der Mitte einer Spur, liegt. Wie auch in 1 bis 3 gezeigt
ist, werden die zur Detektion der reflektierten Nebenstrahlen 15, 16 verwendeten
Photodetektoren jeweils in zwei Teile geteilt, um gleichzeitig ein
Spurfehlersignal und ein Linsenpositionssignal zu erhalten. Die
Trennung der Photodetektorflächen
liegt so, daß die
von dem optischen Aufzeichnungsträger reflektierten Strahlen
symmetrisch zur Trennungslinie auftreffen.
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In 4 ist
ein Spurbild für
eine derartige Strahlanordnung der Nebenstrahlen mit Δx = p/2 sowie
die daraus resultierenden Spurfehlersignale dargestellt. Eine entsprechende
Anordnung zur Gewinnung der in 4 dargestellten
Signale ist in 5 gezeigt.
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Wie
aus 4 ersichtlich ist, heben sich die Spurfehleranteile
der beiden Nebenstrahlensignale OPP1 und OPP2 gegenseitig auf, sodaß das Summensignal
OPP = OPP1 + OPP2 nur den von der Linsenbewegung l abhängigen Beitrag
liefert und somit dem gewünschten
Linsenpositionssignal LCE entspricht. Bei dieser Ausrichtung der
Nebenstrahlen besteht zusätzlich
die Möglichkeit,
aus der Phase zwischen dem Differenzsignal OPP1 – OPP2 und dem CPP-Signal mit
Hilfe eines in 5 gezeigten Phasenkomparators
ein Richtungssignal DIR zu erzeugen, da die Phase dieser beiden
Signale zueinander je nach Bewegungsrichtung +90° oder –90° beträgt. Ebenso steht ein Spurfehlersignal
TE zur Verfügung,
welches aber nur die halbe Amplitude des idealen DPP-Signals besitzt.
Zudem kann, wie in 5 gezeigt ist, ein sogenanntes "Track Zero Cross"-Signal oder Spurkreuzungssignal
TZC erhalten werden sowie die Information, welchen Spurtyp (Groove
oder Land) der Abtaststrahl gerade abtastet.
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Das
Spurkreuzsignal TZC wird in 5 aus dem
Signal CPP mittels eines Komparators gewonnen. Stattdessen kann
es alternativ auch aus dem korrigierten Signal DPP gewonnen werden.
Gemäß einer
anderen, hier nicht dargestellten Alternative ist vorgesehen, statt
der Differenz OPP1 – OPP2
nur eines der Signale OPP1 oder OPP2 zu verwenden. Dies spart die
Differenzbildung, das dem Komparator zugeführte Signal weist dann nur
halbe Amplitude auf, wie aus 4 ersichtlich.
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Durch
eine entsprechende Ausgestaltung des in 8 gezeigten
Brechungsgitters 3 können
auch lediglich zwei oder auch mehr als drei Strahlen derart auf
den optischen Aufzeichnungsträger 7 gerichtet
werden, daß mindestens
einer der Strahlen eine "Groove"-Spur trifft und
ein entsprechendes Spurfehlersignal erzeugt, während ein anderer Strahl eine "Land"-Spur trifft und
ebenfalls ein entsprechendes Spurfehlersignal erzeugt, welches zu
dem Spurfehlersignal des erstgenannten Strahls um 180° phasenverschoben
ist. Werden diese beiden Signale zueinander addiert, so hebt sich
ebenfalls der darin enthaltene Spurfehleranteil auf, und es bleibt
lediglich der von der Linsenbewegung l der Objektivlinse 6 abhängige Anteil übrig.
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Des
weiteren läßt sich
die vorliegende Erfindung auch auf Abtaster mit holographischen
optischen Bauelementen übertragen,
sofern zwei (Neben-)Strahlen erzeugt werden, welche auf den optischen
Aufzeichnungsträger 7 in
einem Abstand von Δx
= (2n – 1)·p/2 zu
einem (gedachten oder vorhandenen) Hauptstrahl treffen und deren
Abbildungen auf einer entsprechend ausgestalteten Photodetektoreinheit 9 bzw.
einer Auswertungseinheit 10 zwei Push-Pull-Signale erzeugen,
die eine Phasenverschiebung von 180° bezüglich ihres Spurfehleranteils
aufweisen, sofern sich die zur Linsenbewegung proportionalen Anteile
phasenrichtig addieren.
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Dies
ist beispielsweise in einem 5-Strahl-Abtaster realisiert, wobei
die Nebenstrahlen ±1.
Ordnung jeweils auf die Kanten zwischen einer "Groove"- und einer "Land"-Spur
treffen, während
die Nebenstrahlen ±2. Ordnung
die Spurmitten der Nachbarspuren des Hauptstrahls treffen. Ein entsprechendes
Spurbild ist in 6 dargestellt, wobei der Hauptstrahl
wieder mit dem Bezugszeichen 14, die Nebenstrahlen 1. Ordnung
mit den Bezugszeichen 15, 16 und die Nebenstrahlen
2. Ordnung mit den Bezugszeichen 17, 18 versehen
sind. Der Abstand der Nebenstrahlen 1. Ordnung 15, 16 zu
dem Hauptstrahl 14 beträgt
somit Δx1
= p/2, während
der Abstand der Nebenstrahlen 2. Ordnung 17, 18 zu
dem Hauptstrahl 14 Δx2
= p beträgt.
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In 7 ist
ein Ausführungsbeispiel
für die
einzelnen Photodetektoren 11–13 und 19, 20 der
Photodetektoreinheit dargestellt, welche jeweils zur Erfassung eines
von dem entsprechenden optischen Aufzeichnungsträger reflektierten Strahls 14–18 dienen.
Der Hauptstrahl 14 wird dabei von einem Photodetektorelement 12 mit
vier lichtempfindlichen Flächen
A–D erfaßt, während die
Nebenstrahlen jeweils von Photodetektorelementen 11, 13, 19 bzw. 20 mit
zwei lichtempfindlichen Flächen
E1, E2, F1, F2, G1, G2 bzw. H1, H2 erfaßt werden. Aus den Ausgangssignalen
der lichtempfindlichen Flächen
der einzelnen Photodetektorelemente werden wiederum durch eine Auswertungseinheit
folgende Push-Pull-Signale ermittelt, die im unteren Teil der 6 beispielhaft
dargestellt sind: CPP
= (A + D) – (B
+ C) (16) OPP1 = E2 – E1 (17) OPP2 = F2 – F1 (18) OPP3 = G2 – G1 (19) OPP4 = H2 – H1 (20)
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Ein
DPP-Signal wird beispielsweise aus der Differenz zwischen dem Signal
des Hauptstrahls, d.h. dem CPP-Signal, und dem Summensignal der
Nebenstrahlen 2. Ordnung wie folgt gebildet: DPP = CPP – K·(OPP3
+ OPP4) (21)
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Die
Summe der Push-Pull-Signale der beiden Nebenstrahlen 1.
Ordnung liefert wieder eine zur Linsenbewegung l der Objektivlinse
proportionale Spannung ohne Spurfehlerbeitrag, da sich die Spurfehleranteile,
wie oben beschrieben, gegenseitig aufheben, sodaß das gewünschte Linsenpositionssignal
unmittelbar aus diesem Summensignal abgeleitet werden kann: LCE = OPP1 + OPP2 (22)
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Zusätzlich kann
aus der Phasenbeziehung des Push-Pull-Signals eines der Nebenstrahlen 15–18 zu dem
Push-Pull-Signal
des Hauptstrahls 14 ein Richtungssignal abgeleitet werden,
welches die Richtung anzeigt, mit der der Abtaststrahl bei geöffnetem
Spurregelkreis die Spuren kreuzt.
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Wie
bereits eingangs erwähnt
wurde, wurde für
alle obigen Betrachtungen vereinfachend angenommen, daß die Intensitäten der
drei betrachteten Abtaststrahlen beim Auftreffen auf die Photodetektoreinheit 9 gleich
sind. Die angegebenen Kompensationsfaktoren G bzw. K gelten deshalb
nur, wenn diese Vereinfachung angewendet wird.
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In
der Praxis ist jedoch die Intensität der Nebenstrahlen von ihrer
Spurlage, von der Reflexion der abgetasteten Spur sowie von den
Eigenschaften des optischen Brechungsgitters 3 abhängig und
schwächer
als die Intensität
des Hauptstrahls, sodaß die
Intensität
der Nebenstrahlen entsprechend zur Hauptstrahlintensität skaliert
werden muß.
Idealerweise geschieht dies durch eine Normierung. Dazu werden die
von den reflektierten Strahlen abgeleiteten Signale normiert. Die
Signale CPP und OPP oder alternativ die Einzelsignale OPP1 und OPP2
werden normiert, indem diese Signale durch die Summensignale, die
proportional der jeweils von den Detektorflächen aufgenommenen Lichtmenge
sind, geteilt werden. Eine solche Normierung wird beispielsweise
in der Auswertungseinheit 10 realisiert.
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Ausgehend
von dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel
zeigen die 9 und 10 zwei
Varianten einer Normierung. In 9 ist ein
Ausführungsbeispiel
einer Normierung jeweils für
den Hauptstrahl (CPP) und gemeinsam für die Nebenstrahlen (OPP) gezeigt.
Die normierten Signale sind dabei als CPPN, OPPN, LCEN und DPPN
durch angehängtes "N" bezeichnet. 10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel,
in welchem die Push-Pull-Anteile der drei Strahlen getrennt normiert
werden, bevor daraus die Signale LCE und DPP durch gewichtete Addition
bzw. Subtraktion gebildet werden.
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Wie
oben beschrieben, ist es erforderlich, den Gewichtungsfaktor G an
die Nebenspurabstände
anzupassen. Wird beispielsweise die in 9 gezeigte
Variante zugrunde gelegt, so ist die Signalamplitude des Signals
LCE von der Einstellung des Kompensationsfaktors G abhängig. Dies
wird durch eine weitere Variante der in den 9 und 10 gezeigten
Varianten vermieden, die im folgenden beschrieben ist.
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Die
in den 11 bzw. 12 gezeigte
Variante betrifft die Gewichtung zwischen Hauptstrahl und Nebenstrahlen.
Vorteilhafterweise wird beispielsweise der Gewichtungsfaktor G für das Nebenstrahlsignal
durch zwei Gewichtungsfaktoren G' und
1-G' ersetzt, die
auf die Haupt- und
Nebenstrahlsignale wirken, wobei sich G' nach folgendem Zusammenhang aus G berechnen
läßt:
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Durch
die Aufspaltung des Gewichtungsfaktors G in zwei von G' abhängige Gewichtungsfaktoren
wird erreicht, daß die
Amplitude des linsenbewegungsabhängigen
Signals LCE unabhängig
vom jeweils einzustellenden Gewichtungsfaktor ist. Analog kann die
Formel (23) auch auf den Gewichtungsfaktor K zur Bildung des DPP-Signals
angewendet werden. Die Faktoren G und K werden beispielsweise analog
zu 9 bzw. 10 gewählt. Die
derartig gewichteten Signale sind mit LCEN' und DPPN' bezeichnet.