NO144501B - Apparat for avlesning av en plateformet opptegningsbaerer - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et apparat -fo<p> avlesning av en - plateformet qpptegningsbærer på hvilken det er lagret • signaler i tangentiale"spor, omfattende en optisk 'avlesningsenhet med en strålingskilde, et optisk system og en avlesningsdetektor, hvilken strålingskilde leverer en stråle som. proj iseres på ppptegningshæreren som en avlesningsflekk og som via det optiske system overfører in* formasjon i. avlesningspunktet på opptegningsbæreren til avleshdngs-detektoren, en styreinnretnihg for å styre den radiale posisjon av avlesningspunktet på det ønskede spor, hvilken styreinnre.tning om- . fatter en drivinnretning for det optiske system og eri første måleinnretning for å måle avlesningspunktet radiale posisjon og levere et tilsvarende første styresigrral til drivinnretningen, hvilken første måleinnretning anvender et første mønster av stråleflekker som projiseres på opptegningsbæreren, hvilket mønster avbildes på

en første måledetektor for levering av det første styresignal som under avlesningspunktets radiale bevegelse over et antall sporavstander omfatter en periodisk vekselstrømkomponent hvis periode er lik sporavstandeh, og styreinnretningen er stabil i en halvperiode av vekselstrømkomponenten og ustabil i den andre halvperiode.

Et slikt apparat er kjent fra norsk patentsøknad

nr. 1238/73. Det radiale styresystem som er anvendt der tjener til å sikre at når informasjonen som er opptegnet på opptegningsbæreren avleses, vil avsøkningspunktet alltid nøyaktig følge informasjonssporet på opptegningsbæreren. Opptegningsbæreren kan være forsynt med et antall konsentriske spor, men vanligvis er informasjonssporet spiralformet. Modulasjonsmåten for det opptegnede signal og den måte på hvilken signalet opptegnes på opptegningsbæreren er ikke vesentlig for foreliggende oppfinnelse, slik at dette ikke skal behandles nærmere h-er. Som et eksempel på opptegningsmåten skal vises til norsk patent nr. 139.905.

Når opptegningsbæreren er forsynt med et spiralformet informasjonsspor må avsøkningspunktet forskyves radialt med tilnærmet jevn hastighet. Denne jevne bevegelse oppnås vanligvis ved å bevege avlesningsenheten i radial retning. I tillegg hertil må det være mulig å foreta små men hurtige radiale bevegelser av avsøknings-punktet fordi, som følge av eksentrisitet av opptegningsbærerens snn-trum, kan radiale avvikelser fra den ønskede posisjon av opptegningssporet forekomme.

Denne radiale forskyvning av avsøkningspunktet skjer ved hjelp av styreinnretningen, som består av drivinnretningen for det optiske system og den første måleinnretning. Det optiske system består vanligvis av et reflekterende element som under innvirkning av drivinnretningen kan svinges og dermed reflektere en innfallende stråling innenfor en varierende vinkel. Et slikt optisk system i-følge norsk patentsøknad nr. 1238/73 kan påvirke retningen av strålen før strålen treffer opptegningsbæreren eller etter at strålen har truffet opptegningsbæreren og allerede er modulert med informasjonen i sporet. Selve opptegningsbæreren kan være så vel strålingsgjennom-trengelig som strålingsreflekterende.

Den første måleinnretning for måling av den radiale

posisjon av avsøkningspunktet kan ha forskjellig utførelse. F.eks.

kan det anvendes et første mønster av strålingsflekker som projiseres på opptegningsbæreren fra strålingskilden, hvilket mønster består av to stråleflekker som i radial retning befinner seg på hver sin side av avsøkningspunktet, idet hver av strålingsflekkene er avbildet på atskilte deler av den første måledetektor. Den innbyrdes styrke av signalene fra avbildningene av de to stråleflekker på

de atskilte deler av måledetektoren vil endre seg i samsvar med posisjonen av avsøkningspunktet i forhold til informasjonssporet.

Ved subtraksjon av signalene fra de atskilte deler av den første måledetektor, utledes et første styresignal som representerer posisjonen av avsøkningspunktet i forhold til informasjonssporet. En. annen mulighet for å avbilde et antall spor ved hjelp av .en.forholds-, ■ vis stor stråleflekk på en gitterformet måledetektor er beskrevet i norsk patentsøknad nr. 741/72.

Ved alle disse målemetoder frembringes et styresignal som etter en radial forskyvning av avsøkningspunktet over et .antall. sporavstander, omfatter en periodisk vekslende, komponent hvis periode

er lik sporavstanden. I den henseende må. sporavstanden være den mid- > lere avstand målt i radial retning mellom'-midtlinjene av to .til■ hverandre grensende spor. Den nevnte vekselkomponent anvendes, som styresignal for drivinnretningen for det optiske'system.

Det har vist seg at i til fel l-e av-en -radial forskyvning a<y> avsøkningspunktet.over et antall sporavstander- befinner«styreinnretningen seg i stabil tilstand for halve perioden, av den periodiske, vekselkomponent, og i ustabil tilstand under den andre halvperiode av

vekselkomponenten. Dette skyldes at vekselkomponenten som,anvendes som styresignal for drivinnretningen for det optiske system,- har en positiv helning under en halvperiodé og en negativ helning under den andre halvperiode, slik at i tilfelle av en endring av den radiale<*> posisjon -av avsøkningspunktet har variasjonen av styresignalet som tilføres drivinnretningen motsatt fortegn.

Normalt vil denne verdi forårsake få problemer for styreinnretningen fordi hvis styreinnretningen først befinner seg i et stabilt område vil det alltid forbli i det stabile området under nonmale forhold. Hvis imidlertid styreinnretningen kommer ut av det stabile området som følge av en forstyrrelse, f.eks. som følge av et støt eller en revne i opptegningsbæreren, kan denne størrelse forårsake en forholdsvis stor, hovedsakelig udempet svingning, slik at avsøkningspunktet kan bevirke én svingning over et antall sporavstander i radial retning, og riktig avlesning av informasjonen er da umulig inntil en bestemt, enkelte ganger forholdsvis lang tid har forløpt etter opptreden av forstyrrelsen.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe et apparat hvor dette problem er eliminert, og det oppnås ifølge oppfinnelsen ved at for å sikre stabiliteten av styreinnretningen anvendes én andre måleinnretning som anvender et andre mønster av strålingsf lekker som projiseres på opptegningsbæreren og avbildes på en andre måledetektor som leverer et andre styresignal som ved radial bevegelse av. avleaningsflekken over et antall sporavstander inneholder en periodisk vekselstrømkomponent hvis periode er lik sporavstanden og som ved avvikende radial posisjon av det andre strål-ingsmønster i forhold til det første strålingsmønster, har en faseforskyvning på hovedsakelig en kvart periode i forhold til det første styresignals vekselstrømkomponent, og at styreinnretningen har en variabel overføringsfunksjon som sfcyres av en styreenhet som mottar et tredje styresignal som utledes fra det andre styresignal, og ved en bevegelse av avlesningspunktet over et antall sporavstander, styrer styre-enheten overføringsfunksjonen slik.at styreinnretningen stabiliseres.

Ved hjelp av den andre styreinnretning oppnås et andre styresignal som gir en indikasjon på om styresignalet er i det stabile området eller ikke. Da vekselkomponenten i det andre styresignal i forhold til vekselkomponenten i det første styresignal har en faseforskyvning på minst en kvart periode, vil halvperioden med den ene polaritet av vekselkomponenten tilsvare en halvperiode av vekselkomponenten av det første styresignal med en helning med første fortegn, og den andre halvperioden av motsatt polaritet av vekselkomponenten for det andre styresignal vil være i samsvar med den andre halvperiode av vekselkomponenten i det første styresignal med en helning av motsatt fortegn.

Det andre styresignal kan anvendes for å levere et styresignal som påvirker overføringsfunksjonen av styreinnretningen når innretningen kommer i ustabilt område på sådan måte at styreinnretningen når den kommer inn i et ustabilt område på sådan måte at styreinnretningen passerer et stabilt og et ustabilt område, vil kinetisk énergi som utveksles under passeringen av det ustabile område være mindre enn energiutvekslingen under passeringen av det sta-

bile området. For å oppnå dette står flere muligheter til rådighet. For' det første kan forsterkningen i styreinnretningen minskes når styreinnretningen passerer det ustabile området. For det annet er det mulig å minske dempningsgraderi for styresystemet som gir opphav til en negativ dempning i det ustabile området. Sluttelig kan fortegnet av dempningsfaktoren snus i det ustabile området, slik at det oppnås en positiv dempning i dette området.

Vidåre kan det andre styresignal anvendes for å ut-lede et styresignal som gir en indikasjon av retningen i hvilken av-søkningspunktet beveges i radial retning. Et slikt styresignal kan oppnås ved differensiering av det andre styresignal. På denne måte oppnås et styresignal som er i fase eller i motsatt fase i forhold til det første signal' avhengig av retningen av avsøkningspunktets bevegelse. Ved styring av overføringsfunksjonen ved hjelp-av det nevnte signal oppnås' en pålitelig stabilisering fordi overførings-funks jonen varieres avhengig av retningen av bevegelsen' enten under en positiv eller negativ periode av det første signal.!

Det er også mulig å multiplis-ére det differensierte andre styresignal med det første, styresignal, slik at det oppnås et ■ signal hvis polaritet er én direkte indikasjon på retningen av" avsøk-ningspunktets bevegelse. Denne' informasjon kan så anvendes for-å påvirke overføringsfunksjonen enten under deri positive eller den'negative periode av det første styresignal..

Ved kombinasjon av de to muligheter må det tas noen,

forholdsregler som skal forklares nærmere i tegningsbeskrivelsen.

Den andre måleinnretning kan ha forskjellig utførelse i samsvar med den ønskede nøyaktighet. I en foretrukket utførelses-form består det andre mønster av to strålingsflekker'som er radialt forskjøvet i forhold til hverandre med et stykke som er lik halve sporavstanden og som hver avbildes på en særskilt del av den andre måledetektor, og det andre styresignal oppnås ved subtraksjon av signalene som leveres fra de atskilte deler av den andre måledetektor.

Denne utførelse har den fordel at det andre styresignal som oppnås på denne måte bare inneholder en vekselkomponent mens likestrømkomponenten som normalt er tilstede i signalet eli-mineres ved subtraksjonen. Likestrømkefmponenten er både.tidsav-hengig som følge av støy i strålingsenergien som leveres av strålingskilden og av posisjonen som følge av differansen i strålings-absorpsjonen og/eller refleksjonen som en funksjon av posisjonen på opptegningsbæreren, og som en funksjon av posisjonen i hvilken strålen i avlesningsenheten overføres, særlig med hensyn til linse-systemet som anvendes.

En andre foretrukket utførelsesform av det andre måle-signal oppnås ved måling av signaler som mottas i selve avlesningsdetektoren, særlig lavfrekvensvariasjoner i dette signal. Denne ut-førelse har den fordel at ingen ekstra måledetektor er nødvendig, men øå den annen side har det den ulempe at det leverte styresignal har en likestrømskomponent som kan forårsake mindre nøyaktighet.

Oppfinnelsen skal nedenfor beskrives nærmere under henvisning til tegningene. Fig. 1 viser skjematisk et apparat ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 og 3 viser kurveformen for styresignaleme for apparatet på fig. 1. Fig. 4 og 5 viser skjematisk to måter til å oppnå de ønskede styresignaler. Fig. 6 viser kurveformen på de karakteristiske signaler ved måten på fig. 5. Fig. 7 og 8 viser blokkskjemaer for påvirkning av overføringskarakteristikken for servoénheten som tilføres styresignaler. Fig. 9 viser et blokkskjema for en alternativ anord-ning for å oppnå den ønskede stabiliséring. Fig. 10 viser kurveformer i forbindelse med anordningen på fig. 9. Fig. 10 og 11 viser koplingsskjemaer for to utførelser av differensieringskretsen for å oppnå den ønskede effekt. Fig. 1 viser en plateformet opptegningsbærer 1, som på undersiden er forsynt med et antall konsentriske eller kvasi-konsentriske opptegningsspor. I sporene er opptegnet informasjon på kjent måte, f.eks. som angitt i norsk patent nr. 139.905|

hvor informasjonssporene inneholder områder hvis lengde representerer den lagrede informasjon. Disse områder har forskjellig virkning på en stråle som projiseres på informasjonssporet, slik at strålen moduleres i samsvar med den opptegnede informasjon. F.eks. kan passéringen eller refleksjonen fra områdene variere slik at avlesningsstrålen amplitude-moduleres. Ved en reflekterende opptegningsbærer er det likeledes mulig å anbringe områdene i forskjellige nivåer slik at forskjellen i dybde er en fjerdedel av bølgelengden

for strålingen som anvendes for avlesningen. Avlesningsstrålen blir i dette tilfelle fasemodulert. Da modulasjonsmåten og opptegningsmåten for signalene på opptegningsbæreren bare er av sakun-dær betydning for foreliggende oppfinnelse skal dette ikke behandles nærmere her.

Opptegningsbæreren 1 roteres av en motor M, ved hjelp av en aksel 2 som strekker seg gjennom en sentral åpning i opptegningsbæreren. Informasjonen som er lagret i opptegningsbæreren avleses ved hjelp av en avlesningsstråle som etter samvirke med opptegningsbæreren detekteres ved hjelp av en optisk avlesningsinnretning som er anordnet i et hus 3. Den optiske avlesningsinnretning som hovedsakelig svarer til norsk patentsøknad nr.. 1238/73 omfatter en lyskilde 6, som leverer en avlesningsstråle a. Via et delvis gjennomtrengelig speil 7 blir strålen a projisert-på et speil 8 .slik at strålen1 reflekteres i retning av opptegningsbæreren 7. Den ref-lekterte stråling a fokuseres til en avlesningsflekk S på undérsiden av opptegningsbæreren 1 ved hjelp av en linse 11. - Strålen som', reflekteres av opptegningsbæreren. treffer igjen speilet 8 og reflekteres til det delvis gjennomtrengelige speil 7, og derfra til en avlesningsdetektor 12, på hvilken avlesningspunktet S' på opptegningsbæreren avbildes slik at inf ormas jonen. som inneholdes i strålen detekteres'. Den detekterte informasjon står så til rådighet for ytterligere anvendelser på utgangsklemmen 14.

For å sikre kontinuerlig avlesning av informasjonen-som er lagret på opptegningsbæreren, må avlesningsflekken S, som avbildes på avlesningsdetektoren 12 kontinuerlig følge inf ormas jo'ns-sporet på opptegningsbæreren. Hvis informasjonssporet er spiralformet betyr dette at avlesningsflekken S først av alt må beveges i radial retning med en hastighet som tilsvarer stigningen av det spi-ralformede informasjonsspor. Videre må avlesningsflekken S kunne følge eventuelle radiale bevegelser av informasjonssporet f.eks. som følge av eksentrisitet av den sentrale åpning i. opptegningsbæreren.

Denne nødvendige styring av den radiale posisjon av avlednings flekken S. oppnås ..ved samvirke mellom to styreinnretninger, nemlig en grovstyreinnretning som bare foretar en langsom radial forskyvning av avlesningsflekken og en finstyring som bare foretar relativt liten og hurtig radial forskyvning av avlesningsflekken.

I foreliggende utførelseseksempel skjer grovstyringen ved tølp av en

. motor Mp som via en servoforsterker 16 mottar et styresignal og som

ved hjelp av en utveksling f.eks. en snekke 4 og en tannstang 5 kan bevege huset 3 i radial retning. Finstyringen skjer ved hjelp av speilet 8, som kan svinges om en akse 9.

Svingningen av speilet 8 skjer ved hjelp av et driv-element 10, som kan ha forskjellig utførebesform av hvilke noen er angitt i norsk patentsøknad nr. 1238/73. Drivelementet mottar styresignalet fra servoenheten 15.

Informasjonen som gjelder radial posisjon av avsøk-ningsflekkens S i forhold til det ønskede spor oppnås ved hjelp av en stråle b som leveres av en strålingskilde 6, og som også treffer undersiden av opptegningsbæreren 1 gjennom det delvis gjennomtrengelige speil 7, speilet 8 og linsen 11. Etter refleksjon av strålen b via speilet 8 og det delvis gjennomtrengelige speil 7, når strålen b en styredetektor 13 hvis utgangssignal tilføres servoenheten 15. Som styresignal for grovstyring som tilføres servoforsterkeren 16, kan anvendes et signal som er et mål for den midlere svingning av speilet -8 i forhold til en sentral posisjon. Et slikt signal kan oppnås på forskjellig måte, f.eks. ved hjelp av kapasitive eller in-duktive omformere slik som bare skjematisk vist på fig. 1, ta styre-sigraLet fra drivelementet 10.

Avhengig av sammensetningen av strålingen b kan styredetektoren 13 ha forskjellig utførelsesform, f.eks. som angitt i norsk patentsøknad nr. 7^1/72. Styredetektoren består der av en gitterformét strålingskilde og strålingsabsorberende striper på hvilke det avbildes ved hjelp av strålen b et antall spor på opptegningsbæreren. Posisjonen av den gitterformede avbildning av spor-mønsteret i forhold til den gitterformede detektor tilveiebringes ved hjelp av egnede omformerelementer et styresignal som representerer posisjonen av avsøkningsflekken S i forhold til det ønskede spor.

En annen utførelse er beskrevet i norsk patent-

søknad nr. 1898/73. Ved denne utførelse projiseres to avlesnings-flekker på hver sin side av avlesningsflekken avbildet på styredetektoren som består av to atskilte deldetekektorer, en for hver av strålingsflekkene. Styrken av de to avbildede strålingsflekker varierer i samsvar med den radiale posisjon av avsøkningsflekken, og subtraksjon av utgangssignalene fra de to deldefcektorer gir et egnet styresignal.

Rent generelt kan styresignalet utledes ved hjelp av en styredetektor 13 hvis signal som funksjon av den radiale posisjon av avsøkningsflekken hovedsakelig er vist på fig. 2. Bortsett fra en mulig likestrømskomponent inneholder styresignalet en vekselstrøm-komponent hvis periode er lik sporavstanden, dvs. avstanden mellom senterlinjene for to til hverandre grensende spor. Fig. 2 viser en ren sinusform. Det er imidlertid klart at avhengig av detektor-systemet som anvendes kan det avvikes fra sinusformen. For enkelt-het skyld skal nedenfor betraktes et sinusformet styresignal.

Fig. 2 viser styresignalet som oppnås ved en forskyvning av avlesningsflekken over tre sporavstander. Styresystemet antas å være stabil i de punkter hvor "styresignalet er 0 og helningen er positiv, dvs. punktenes.?;^, s . og s^ som følgelig svarer til senteret for vedkommende spor. Hvis f.eks. avlesningsflekken.beveger seg fra sporet s.^ mot en større verdi for radien r, frembringes et positivt styresignal avhengig av hvilke styresignal som anvendes for å flytte avlesningsflekken tilbake til posisjonen s^ For en forskyvning av avsøkningsf lekken mot en mindre verdi av'r, er det Jclart '," at det motsatte skjer.. ■• i

Hvis imidlertid avsøkningsf lekkert trer • inn i område Q, som svarer til negativ helning av styresignalet, blir styresystemet plutselig ustabilt. Ved passering av området Q tilføres systemet energi hvilket medfører at hvis av30knirtgsfiekkén tilbakelegger ' en hel sporavstand som følge av en forstyrrelse, vil det. automatisk tilbakeleggå: flere sporavstander.

Som følge av en større forstyrrelse kan"* avs øknings-flekken S beveges over et antall sporavstander, hvilket"antall i første rekke er bestemt av svingningen av speilet i forstyrrelses-øyeblikket. Da grovstyringen også påvirkes, for svingning av speilet 8 svarende til forskyvingen, vil det opptre en hovedsakelig udempet svingning av avlesningsflekken over et antall sporavstander, som følge av innbyrdes virkning av finstyringen og grovstyringen, slik at til slutt avlesningen av informasjonen som er lagret på opptegningsbæreren blir umulig i en viss tid.

For.å motvirke dette, leverer strålingskilden 6 i apparatet på fig. 1 en tredje stråle c, som via det delvis gjennomtrengelige speil 7, apeilet 8 og linsen 11 treffer opptegningsbæreren. Den del av strålingen c som reflekteres av opptegningsbæreren treffer en ekstra detektor 17 via speilet 8 og det delvis gjennomtrengelige speil 7. Denne ekstra detektor 17 leverer et ekstra styresignal hvis form hovedsakelig svarer til formen av styresignalet som leveres av styredetektoren 13. Som følge av en avvikelse av den radiale posisjon av mønsteret av strålingsflekker som projiseres på opptegningsbæreren av strålingskilden c i forhold til mønsteret av strålingsflekker som projiseres på opptegningsbæreren av strålen b, får det ekstra styresignalet en faseforskyvning på en kvart periode i forhold til styresignalet "som leveres av styredetektoren 13.

For tydelighets skyld, er de to styresignaler vist

på fig. 3. Styresignalet 1^ som leveres av styredetektoren 13 svarer til styresignalet som er vist på fig. 2. Styresignalet 1^ som leveres av den ekstra detektor 17 har samme form som styresignalet 1^ er en funksjon av r, men er faseforskjøvet en kvart periode. Av styresignalet 1^ kan utledes et styresignal I2' på enkel måte og har en første positiv verdi når styresignalet 1^ er positivt og en andre negativ verdi når styresignalet I ? er negativt. Av fig. 3 fremgår klart at den positive verdi av styresignalet I^' svafer til det stabile området P for styresignalet 1^ og den negative verdi svarer til det ustabile område Q. Det antas at en positiv verdi av det første styresignal 1^ bevirker en forskyvning av avlesningsflekken mot mindre verdier av r og en negativ forskyvning mot større verdier. Styresignalet ' gir en indikasjon av om styresystemet befinner seg i stabilt område P eller i ustabilt område Q. Denne informasjon anvendes for innvirkning på styresystemet under i det minste endel av den tid styresystemet befinner seg i det ustabile området.

Styresignalet som er utledet fra ekstrastyresignalet fra detektoren 17 ved hjelp av en omformer 18, som i dette tilfelle er en firkantbølge-generator, tilføres servoenheten 15

som danner en del av styresystemet og som avhengig av verdien av styresignalet 1^ kan ha to mulige overføringsfunksjoner. Den før-ste overføringsfunksjon som virker i det stabile styreområdet P tjener til å oppnå en maksimal styring innenfor det stabile området. Den andre overføringsfunksjonen som virker i det ustabile området Q har en slik avvikende overføringsfunksjon at når avsøkningsflekken passerer et antall stabile og ustabile områder P resp. Q, vil energiutvekslingen ved hjelp av servoenheten 15 under passeringen av ustabile områder Q være mindre enn energiutvekslingen under passeringen av de stabile områder P. Dette sikrer at etter opptreden av en ytre forstyrrelse frembringes det i ethvert tilfelle eti dempet svingning, slik at avsøkningsflekken i ethvert tilfelle bringes

tilbake til stabil tilstand. 'Hvor hurtig dette skjer, er naturligvis avhengig av graden og måten på hvilken overføringsfunksjonen for servoenheten 15 varieres. Hvis ønskelig, kan naturligvis også signalet 1^ anvendes direkte som styresignal og kontinuerlig variere overføringsfunksjonen i det minste under de ustabile perioder.

Først skal mulighetene for å oppnå de ønskede styresignaler I1 og I2 behandles. En første mulighet er vist på fig. 5, hvor s^, s2 og s^ viser en del av tre til hverandre grensende opptegningsspor som har en innbyrdes avstand X. Avsøkningsflekken S

er det området på opptegningsbæreren som avbildes på avlesningsdetektoren 12. Mønsteret av strålingsflekker som tilhører det radiale styresystem består hovedsakelig av to stråleflekker R^ og R2 som befinner seg på hver sin side av avsøkningsflekken S i radial avstand 1/4 X. Mønsteret av ekstra strålingsflekker tilveiebringes ved hjelp av stråling c, som omfatter to stråleflekker T., og l^. Stråleflekken T er radialt forskutt i forhold til strålingsflekken R^ 1/4 X ofc stråleflekken T2 er forskutt den samme avstand i -forhold til strålingsflekken R^. Hver av strålingsflekkene, avbildes på en ' særskilt detektor.

Vanligvis leveres signalet- I^e^..fra en'slik detektor.-' som følge av strålingsflekken'som avbildes på denne, og dette signal kan uttrykkes:

hvor I er den energi som leveres av strålen i strålingsflekken, m er forsterkningen av vekselstrømkomponenten ved en radial forskyvning av stråleflekken, r er den radiale posisjon av stråleflekken, og X er sporavstanden.

Det antas at avbildningen av stråleflekken R2 resulterer i signalet:. avbildningen av strålingsfelkken R^. vil gi et signal:

fed å subtrahere signalet IR fra signalet IR oppnås følgende

<«>x *2

styresignal:

som fullstendig er 1, samsvar med bølgeformet 1^ på fig. 3.

På samme måte vil avbildningen av stråleflekken T gi signalet:

og avbildningen av stråleflekken T2 vil gi signalet: Subtrahering av signalet I„ fra signalet I„ gir det ekstra styre-■ > , <x>2 Ll ' • ■ signal:

sop fullstendig er i samsvar med bølgeformen lp på fig. 3.

Hvis ønskelig, kan antallet stråleflekker for å oppnå det ønskede styresignal økes. Fig. 4 viser f.eks. to ekstra stråleflekker R, og R^, hvor stråleflekken R^ befinner seg i en avstand X fra strålingsflekken R^ og stråleflekken R^ befinner seg i en avstand X £ra strålingsflekken R0. Signalene IR og IR som stammer fra strålingsflekken R^ resp. R^ er derfor fullstendig i fase med signalene IR og IR som stammer fra avbildningen av strålingsflekkene R, ^ og R„^ Hvis

(Id + ID ) ~ (It, + !q ) er et styresignal, vil det resulterende

2 4 1 3

signal være fullstendig i fase med styresignalet 1^, men ha den dob-belte amplitude.

Anvendelsen av ekstra stråleflekker har noen vesent-lige fordeler. For det første blir som nevnt amplituden av styresignalet fordoblet. For det andre blir virkningen av avvikelsen fra sporavstanden minsket, fordi de ekstra strålingsflekker resulterer i en viss middelverdivirkning. Vidére vil innvirkningen av informasjonen i opptegningssporene på styresignalet minskes. Normalt . fjernes høyfrekvensinformasjonen ved hjelp av filteret.• Da de ekstra strålingsflekker også resulterer i en viss middelverdivirkning i forhold til denne parameter, vil innvirkningen av informasjons-JÉomponenten automatisk minskes. Det er naturligvis også mulig å anvende flere enn to ekstra stråleflekker, slik at virkningen blir enda mere markert. Videre kan str§leflekken R^ befinne seg i en sporavstand X fra strålingsflekken dvs. mellom sporene og s^, og stråleflekken R^ i en sporavstand X fra strålingskilden R^, dvs. mellom sporene s^ og Sg. Det ønskede styresignal blir da:

En andre mulighet for å oppnå de ønskede styresignaler er vist på fig. 5 og 6. Fig. 5 viser et spor s, på hvilket er projisert en avsøkningsflekk S. På hver sin side av avsøknings-f lekken er projisert to strålingsf lekker R^ og B.^ som er forskutt-radialt i en avstand 1/4 X i forhold til avsøkningsflekken S. Ved hjelp av strålingsflekkene R, og R2 kan styresignalet 1^ utledes på samme måte som beskrevet under'henvisning til fig. 4, hvilket signal igjen er i samsvar med uttrykket (4) og vist på fig. 6a.

I dette tilfelle er imidlertid ekstrastyresignalet ikke oppnådd ved hjelp av ekstra stråleflekker, men er utledet fra signalet som oppnås ved avbildningen av avsøkningsflekken S på av-. lesningsdetektoren. Generelt vil informasjonen i opptegningssporet ha en høyere frekvens enn den maksimale styrefrekvens. Som følge herav kan lavfrekvenssignalkomponenten utledes frasignaiet som leveres av avlesningsdetektoren ved hjelp av filteret. Denne sig-nalkomponent inneholdes med unntakelse av faseforskyvning, i det generelle uttrykk (1) og kan skrives:

Dette signal IT som er vist på fig. 6b inneholder en vekselstrømkom-ponent som er egnet for utledning av det ønskede styresignal. Ved hjelp av en separator kan likestrømskomponenten I tas ut, hvoretter det ønskede styresignal I,p, (o), som vist på fig. 6c, kan utledes fra den resterende vekselstrømkomponent, hvis perioder igjen nøyaktig svarer til stabil og ustabil tilstand for styresystemet,

Et problem som hefter ved denne utførelse er tilstede-værelsen av likestrømkomponenten i styresignalet 1^. Denne like-strømskomponent I er ikke fullstendig konstant, men avhengig både av tid og posisjon. Tidsavhengigheten skyldes hovedsakelig variasjoner i strålestyrfcen som leveres av strålingskilden. Posisjons-avhengigheten skyldes forskjell i absorbsjon og/eller refleksjon med hensyn til posisjonen av opptegningsbæreren, og posisjonen hvor strålen passerer det optiske system, særlig linsene.

Por å kunne se konsekvensene av disse to variasjoner av likestrømkomponenten I i styresignalet IT kan variasjoner av like-strømnivået som utledes fra styresignalet IT iakttas. Dette gir imidlertid grunn til ytterligere variasjoner. Hvis det antas at i stedet for det riktige likestrømnivået IQ utledes et likestrømnivå (1) som er lavere enn I , utledes et styresignal IT' (1) fra rest-vekselstrømkomponenten, hvilket styresignal er vist på fig. 6b. Dette viser at bare en del av det ustabile området i virkeligheten er iden-tifisert som ustabilt område av styresignalet 1^' (1). Dette kan aksepteres fordi at i ethvert tilfelle kan stabiliserihgsfunksjoner utføres i løpet av en del" av de ustabile områder, slik' at en- mulig svingning dempes i alle tilfeller. Hvis det derimot antas at i• stedet for likestrømnivået I et høyere likestrømnivå D.C. (2) utledes, vil et styresignal 1^,, (2) bli utledet fra restvekselstrømkom-ponenten som vist på fig. 6e. Dette styresignal IT, (2) inneholder også deler av de stabile områder P som ustabile områder, slik at under en del av de stabile områder vil overfunksjonen for de ustabile områder gjøre seg gjeldende. Denne overføringsfunksjon kan da bevirke en ustabil opptreden i vedkommende del av det stabile området, hvilket naturligvis er meget uønsket. Ved hjelp av egnet valg av overførings-funksjonen kan det imidlertid oppnås at selv ved denne uriktige•iden-tifisering av stabile og ustabile områder, opprettholdes et stabilt

system i alle tilfelle i det stabile området. Dette skal forklares nærmere under beskrivelsen av utførelser av servoenheten som vist på fig. 7 og 8.

En måte å eliminere den nevnte uønskede likestrømskompo-nenten av styresignalet 1^,, er å danne summen av signalene som frembringes avstrålingsflekkene R og R2, dvs. summen av signalend som er representert ved uttrykkene (2) og (3). Denne signalsum er lik 21 og inneholder derfor bare likestrømskomponenten. Dette medfører at signalsummen kan anvendes for å kompensere likestrømkomponenten I i styresignalet IT , fordi disse to komponenter alltid utsettes for hovedsakelig de samme variasjoner.

Utførelsen som er vist på fig. 7, omfatter en servoenhet 15 som mottar signalet fra styredetektoren 13, og leverer et styresignal for drivinnretningen 10 for speilet. Styresignalet som leveres av styredetektoren 13 tilføres både en summeringskrets 21 og en differensieringskrets 19. Via en forsterker 20 inverteres utgangssignalet fra differensieringskretsen 19, og tilføres summeringskretsen 21. Utgangssignalet fra summeringskretsen blir sluttelig forster-ket i forsterkeren 22, og tjener som utgangssignal fra servoenheten. Differensieringskretsen 19 sammen med forsterkeren 20 gir den ønskede dempningsgrad i overføringsfunksjonen for servoenheten 15.

Overføringsfunksjonen for servoenheten påvirkes av et styresignal som via en firkantbølgeformer 18 utledes fra styresignalet lg som leveres av detektoren 17, og som følgelig'svarer til styresignalet I^' som vist på fig. 3. Dette styresignal tilføres enten den .ene eller,, begge forsterkere 20 og 22. Hvis styrésignalet tilføres forsterkeren 22, Kan forsterkriingsfaktoren minskes for overførings-funks jonen for servoforsterkeren i de ustabile områder av styresystemet. Hvis styresignalet.tilføres forsterkeren 20, kan-den absolut-te verdi av dempningsgraden i de ustabile områder av styresystemet minskes. I et us'tabilt område kan dempningsgraden som følge av motsatt helning av styresignalet som leveres av styredetektoren 13» som funksjon av radien R, bevirke en negativ dempning hvis innvirkning minskes ved minskingen av forsterkningsfaktoren i forsterkeren 20.

Ved de måter for å oppnå styresignalet som beskrevet under henvisning til fig. 5 og 6, er innvirkning på overføringsfunk-sjonen for servoenheten å foretrekke. En minsking av forsterkningsfaktoren for forsterkerne kan da velges slik at den resulterende minskede overføringsfunksjon forblir stabil selv om omkoplingen skjer icet stabilt område ,P av servosystemet,

Fig. 8 viser en annen utførelse hvor servoenheten 15 hovedsakelig er den samme som vist på fig. 7. Utgangssignalet fra forsterkeren 20 er imidlertid her tilført en vender 23, som i en første stilling diråkte leverer utgangssignalet til summeringskretsen 21, og i den andre stilling leverer utgangssignalet til summeringskretsen 21 via en inverterende forsterker 24. Venderen 23 betjenes av en styreinnretning 25, som mottar styresignalet I2' fra firkant-bølgeformeren 18. Når styresystemet trer inn i ustabilt område, bringes venderen 23 i den andre stilling, slik at den frembrakte dempningsgrad blir ekstra invertert. Som følge herav, vil dempningsgraden også bevirke en positiv dempning i det ustabile området.

Denne måte for innvirkning på overføringsfunksjonen for servoenheten 15 er ikke særlig egnet for anvendelse når•styresignalet utledes som beskrevet under henvisning til fig. 5 og 6." Dette skyldes at styresignalet endres i løpet av det stabile området, og bevirker at fortegnet for dempningsgraden byttes om, slik at styringen i det sta-

bile området vil bli alvorlig forstyrret.

Fig. 9 viser en tredje utførelse hvor servoforsterkeren

15 er identisk med servoforsterkeren på.fig. 7. I dette tilfelle blir imidlertid styresignalet som leveres av detektoren 17 ikke til-

fø£t en firkantbølgeformer, men en differensieringskrets 26. I tilfelle av et første styresignal 1^ (se fig. 10a) som tilfredsstiller uttrykket (H) og et andre styresignal 1^ (se fig. 10b) som tilfredsstiller uttrykket (7), leverer differensieringskretsen 26 et signal ( j, I2 som tilfredsstiller følgende uttrykk: dt

Herav følger at det differensierte signal 2 er i fase eller i mot-dt dr satt fase av det første styresignal 1^, avhengig av fortegnet av dvs. retningen av den radiale bevegelse. Dette anvendes for stabilisering av styresystemet.

Det antas f.eks. at det differensierte signal <dI>2

dt

har et forløp dlg i: som vist på fig. 10c, hvilket signal er riøyak-- '_1 (1) dt ... dr tig i motsatt fase av det første styresignal med en positiv verdi , dvs. en bevegelse av avsøkningspunktet mot én" større verdi av r.

Fra dette signal dI2 ^ kan utledes et firkantbølgesignal 1^ (1) som vist på fig. lod vid hjelp av en terskelverdidetektor 27 som detekterer når det differensierte signal overskrider en positiv terskelverdi D. Forsterkningsfaktoren for forsterkeren 22 styres med dette firkantbølgesignal 1^ (1) på sådan måte at forsterkningsfaktoren minskes hvis styresignalet er positivt.

Dette betyr at forsterkningen minskes under den første del av den negative halvperiode for det første styresignal 1^. -Hvis det igjen antas at en positiv verdi av styresignalet 1^ vil bevirke en bevegelse av avsøkningspunktet mot en mindre verdi av r, og en negativ verdi av bevegelsen mot større verdi, vil denne minskning av forsterkningen under den negative halvperiode resultere i en stabilisering av styresystemet. Ved passering av et like antall positive og negative halvperioder av styresignalet 1^, er energien som skif-tes ut under den positive halvperiode og som motvirker bevegelsen mot større verdi av r som fremdeles opptrer i dette øyeblikk, større enn energien som utbyttes under den negative bevegelse. Som følge herav vil bevegelsen bli dempet.

Hvis bevegelsen av avsøkningspunktet er nøyaktig mot-

satt, dvs. <0, frembringes signalet dI2 ^\ som vist P& fig. 10c

dt som et differensiert andre styresignal fra hvilket det ved hjelp av terskeldetektoren 27 utledes firkantbølgesignalet 1^ (2) som vist på fig. 10d. Forsterkningen i overføringsfunksjonen er da minsket under en del av de positive halvperioder for det første styresignal 1^, slik at den ønskede stabiliseringsvirjcning qppnås igjen.

Hvis terskelverdien D på fig. 10c for terskelverdidetek-toren 27 velges lik 0, vil forsterkningsfaktoren bli minsket enteti under hele den positive eller hele den negative halvperiode for det første, styresignal 1^ uavhengig av hastigheten av den radiale bevegelse. Dette er mindre ønskelig fordi i dette tilfelle vil forsterkningsfaktoren også bli endret kontinuerlig hvis'avsøkning beveger seg i det stabile området rundt den ønskede stabile innstilling (s^, Sg, Sj etc).

Dette hindres ved å velge en terskelverdi D som er forskjellig fra 0. Amplituden av det differensierte andre styresignal dJ' 2 er proposjonalt med størrelsen av hastigheten av- bevegg-lsen for avsøkningspunktet. Ved en større amplitude av det differensierte andre styresignal f.eks. 2 /7l på fig. loe oppnås et firkantbølge-signal slik som 1^ (3) på fig. 10e ved hjelp av terskelverdien D som ikke er 0, og hvis positive pulsbredde øker tilnærmet proposjonalt med amplituden. Dette betyr at - stabiliseringsvirkningen er proposjo-nal med størrelsen av hastigheten.

Hvis hastigheten avtar som følge av stabiliseringsvirkningen, vil pulsbredden av firkantbølgesignalet 1^ også avta, hvilket betyr at omkoplingspunktene for forsterkningsfaktoren går ytterligere tilbake fra den ønskede innstilling (s^, s^, s^ etc), slik at det ønskede området med fast overføringsfunksjon automatisk oppnås rundt denne innstilling. I det ekstreme tilfellet at hastig-

heten er så liten at amplituden av signalet 2 er mindre enn ter-

dt

skelverdien D, frembringes ikke lenger noe firkantbølgesignal ly Denne situasjon er imidlertid bare hypotetisk fordi før en slik situasjon kan opptre, må styresystemet allerede være låst i stabil Still-stand.

I en modifikasjon av den ovenfor beskrevne utførelses-form blir det differensierte andre styresignal dI2 fra uttrykket

dt.

(9) igjen multiplisert med det første styresignal, hvilket gir:

Polariteten av dette signal er direkte en indikasjon på retningen

av den radiale bevegelse. Ved å minske forsterkningen avhengig av denne polaritet, enten under den positive eller under den negative halvperiode av det første styresignal 1^, oppnås igjen den ønskede stabiliseringsvirkning. I dette tilfelle er derfor en terskelverdidetektor nødvendig som tilføres det første styresignal 1^ og som i samsvar med polariteten av signalet i uttrykket (10) enten under den positive eller den negative halvperiode av styresignalet leverer en styrepuls til forsterkeren 22 i servoenheten. Ved å gi terskelverdi-detektoren en terskelverdi som ikke er 0, utelukkes et område rundt de ønskede innstillinger (s^ s2, s^ etc.), slik at en fast over-førings funksjon opptrer i dette området under alle forhold.

Ved en andre modifikasjon, er differensieringskretsen 26 utformet på en spesiell måte, f.eks. som vist på fig. 11. Denne omfatter en operasjonsforsterker V, hvis inverteringsinngang ér forbundet med jord via en kondensator C og en motstand R til utgangen. Det andre styresignal 1^ som leveres av detektoren 17, tilføres den ikke inverterende inngang i operasjonsforsterkeren V.

Hvis det antas at signalet 1^ tilfredsstiller uttrykket (7), vil utgangssignalet 1^ fra operasjonsforfeterkeren V være:

For hurtig radial bevegelse av avsøkningspunktet, er det andre ledd dominerende, slik at i det tilfelle vil systemet arbeide hovedsakelig i samsvar med stabiliseringsmåten som er beskrevet under henvisning til fig. 9 og 10, fordi signalet 1^ da hovedsakelig tilsvarer signalet dI2 i uttrykket (9). Hvis hastigheten ~ for den radiale be-dF" at

vegelse avtar, vil innvirkningen av første ledd i uttrykket (11) øke inntil det sluttelig blir overveiende. I dette siste grensetilfelle tilsvarer signalet 1^ fullstendig styresignalet i2, slik at systemet kan arbeide i samsvar med stabiliseringsmåten som er angitt i forbindelse méd fig. 7 og 8 i kombinasjon med fig. 3. Avhengig av hastigheten vil således stabiliseringsmåten gradvis gå over i den andre.

En ekstra fordel ved denne stabiliseringsmåte er at for hurtige bevegelser kan terskelverdien for systemet væreO uten å forårsake problemer, slik at maksimal stabilisering er mulig. Ved lav hastighet anvendes derfor den andre stabiliseringsmåte.

Det samme kan også oppnås ved hjelp av en.dårlig differensieringskrets, f.eks. som vist på fig. 12. Differensierings-nettverket består her av en parallellkopling av en motstand R1 og en kondensator i serie med en motstand R^. Overføringsfunksjonen for dette nettverk er:

hvor p er den imaginære vinkelfrekvens. Hvis

R + R

1 < p< 1 1 2 kan uttrykket (12) gjøres tilnærmet:

CR^ CR^ Rg

1 hvilket betyr ren différensiering. For p < CR^ kan imidlertid overføringsfunksjonen reduseres til:

som er en normal spenningsdeling. Ved forholdsvis høye frekvenser, dvs. stor hastighet, er signalet I2 differensiert, slik at stabiliseringsmåten ifølge fig. 9 oppnås, mens ved lavere frekvenser, dvs.

ved liten radial hastighet, vil stabiliseringsmåten på fig. 7 og 8 oppnås med en kontinuerlig overgang mellom disse to måter.

Det er klart at utførelsen av servoenheten ikke er begrenset til utførelsen som er vist på fig. 7,8 og 9. F.eks. er det også mulig å oppnå en dempningsvirkning ved hjelp av egnede omformere i drivelementet 10 eller speilet 8. Det er mange ut-førelsesmuligheter og måten på hvilken forsterkerne 20 og/eller 22 kan påvirkes av styresignalet, fordi denne type forsterker er kjent i mange utførelser og valget av egnet forsterker i samsvar med de gjeldende betingelser og påvirkningen av forsterkningsfaktoren.på riktig måte vil ikke representere noe problem for fagmannen.

Claims (12)

1. Apparat for avlesning av en plateformet opptegningsbærer på hvilken det er lagret signaler i tangentiale spor, omfattende en optisk avlesningsenhet med en strålingskilde, et optisk system og en avlesningsdetektor, hvilken strålingskilde leverer en stråle som projiseres på opptegningsbæreren som en avlesningsflekk og som via det optiske system overfører informasjonen i avlesningspunktet på opptegningsbæreren til avlesningsdetektoren, en styreinnretning for å styre den radiale posisjon av avlesningspunktet på det ønskede spor, hvilken styreinnretning omfatter en drivinnretning for det optiske system og en første måleinnretning for å måle avlesningspunktets radiale posisjon og levere et tilsvarende første styresignal til drivinnretningen, hvilken første måleinnretning anvender et første mønster av strålingsflekker som projiseres på opptegningsbæreren, hvilket mønster avbildes på en første måledetektor for levering av det første styresignal som under avlesningspunktets radiale bevegelse over et antall sporavstander omfatter en periodisk vekselstrøm-komponent hvis periode er lik sporavstanden, og styreinnretningen er stabil i en halvperiode av vekselstrømkomponenten og ustabil i den andre halvperiode, karakterisert ved at for å sikre stabiliteten av styreinnretningen anvendes en andre måleinnretning som anvender et andre mønster (c) av strålingsflekker som projiseres på opptegningsbæreren (1) og avbildes på

en andre måledetektor (17) som leverer et andre styresignal (l^) som ved radial bevegelse av avlesningsflekken (S) over et antall sporavstander inneholder en periodisk vekselstrømkomponent hvis periode er lik sporavstanden og som ved avvikende radial posisjon av det andre strålingsmønster (c) i forhold til det første strålingsmønster (b), har en faseforskyvning på hovedsakelig en kvart periode i forhold til det første styresignals (1^) veksel-strømkomponent, og at styreinnretningen har en variabel over-føringsf unks jon som styres av en styreenhet (10,15) som mottar et tredje styresignal (IJ,) som utledes fra det andre styresignal (I2), og ved en bevegelse av avlesningspunktet over et antall sporavstander, . styrer styreenheten overføringsfunksjonen slik at styreinnretningen stabiliseres.

2..Apparat ifølge.krav 1, karakterisert ved at det tredje styresignalet ( I^) er en firkantbølge^ som ,. < hovedsakelig er i fase med det andre styresignal (l^)•

3. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det tredje styresignal (I3) utledes ved hjelp av en differensieringskrets (26) som tilføres det andre styresignal (<I>2).

4. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at det tredje styresignal (I,) er en firkantbølge som utledes fra det differensierte andre styresignal /2» ved hjelp dt av en terskelverdidetektor (27) som detekterer' den periode i hvilken det differensierte andre styresignal overskrider en„ bestemt absolutt terskelverdi og som i løpet av den nevnte periode leverer en firkantpuls hvis polaritet til enhver tid er avhengig av polariteten av det differensierte andre styre- i dl-, signal / 2.. dt~'

5. Apparat ifølge krav 1, karakterisert ved at det tredje styresignal er en firkantbølge som leveres av en terskelverdidetektor som detekterer de perioder i hvilke det første styresignal har en bestemt polaritet og samtidig overskridér en bestemt terskelverdi og i løpet av disse perioder leveres en firkantpuls, idet valget mellom de to mulige polariteter av det første, styresignal som detekteres er avhengig av polariteten av et produktsignal som er produktet av det første styresignal og det differensierte andre styresignal.

6. Apparat ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at overføringsfunksjonens forsterkningsfaktor varieres i samsvar med det tredje styresignalet.

7. Apparat ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at overføringsfunksjonens dempningsfaktor varieres i samsvar med det tredje styresignal.

8. Apparat ifølge krav 2, karakterisert ved at overføringsfunksjonen kan omfatte to innbyrdes inverse dempningsfaktorer som er avhengige av det tredje styresignalet.

9. Apparat ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at det andre mønster av strålingsflekker består av to strålingsflekker som er innbyrdes forskjøvet i radial, retning et stykke lik det halve av sporavstanden (a) og som hver avbildes på en særskilt del av den andre måledetektor (17), idet det andre styresignal (I2) utledes ved subtraksjon av signalene som leveres av de enkelte deler av den andre måledetektor .

10. Apparat ifølge et av kravene 1-8, karakterisert ved at det andre styresignal utledes ved måling av lavfrekvenskomponenten i signalet som leveres av avlesningsdetektoren (14).

11. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at differensieringskretsen (26) omfatter en operasjonsforsterker (V) hvis ikke-inverterende inngang tilføres det andre styresignal (I2) , og hvis inverterende inngang er forbundet med et punkt med konstatnt potensial via en kondensator (C) og via en motstand (R) med operasjonsforsterkerens utgang.

12. Apparat ifølge krav 3, karakterisert ved at det som differensieringskrets (26) anvéndes et nettverk (C^,R1,R2) som ved forholdsvis lave frekvenser virker hovedsakelig proporsjonalt og ved forholdsvis høye frekvenser virker hovedsakelig differensierende.