Главная » Мануалы

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 22

регистрацию амплитудно-модулированного отраженного излучения с помощью фотодетектора;

измерение радиального смещения сфокусированного лазерного луча относительно дорожки, образованной питами;

обеспечение перемещения сфокусированного пятна перпендикулярно информационной поверхности и вдоль радиуса диска для удержания его на питовой дорожке;

перевод цифровой формы информации в аналоговую для дальнейшего усиления.

Структурная схема ПКД приведена на рис. 2.2. В связи с тем, что проигрыватель для разных систем компакт-дисков (CD, CD-ROM, CD-I) отличается в основном электронной частью и периферийными устройствами, его функциональные блоки выполняют свои функции независимо от принятой системы.

Диск устанавливается на устройстве вращения информационной поверхностью, как правило, вниз и фиксируется для обеспечения дальнейшего вращения. Вращение диска с заданной частотой обеспечивается приводом вращения Дв. Считывание информации производится с помощью оитомеханического блока (ОМБ), в котором лазерный луч направляется на дорожку и отражается

Блок управлений

I Электронная часть

Правый капал

гЩ-ЧбМГи,

19 X

Левый, напал

Рис. 2.2. Структурная схема лазерного проигрывателя:

Лп - двигатель радиальной подачи ОМБ, Дд - двигатель вращения диска, - двигатель

актюатора:

- лазер, 2 - управление, 3 - дисплей, 4 - актюатор, 5 - процессор сигналов управления ОМБ и диска, 6 - мини-ЭВМ (декодер EFM, выделение сигналов ошибок ОМБ), 7 - ФАПЧ, S -процессор ЗС, 9 -ОЗУ, /О -САР-Ф, - САР-РС, /г - САР-ЛС, - привод одачи ОМБ, 14 - привод вращения, 15 - УВЧ, 16 - детектор ВЧ, П - ЦАП, IS - схема Подавления пиков, /9 -схема предыскажений, 20 -ФНЧ, 21 - fis.n&wi, 22 - блок питания

обратно, производя считывание питов, анализируя интенсивность отражения от мест, где находятся питы, и мест, где их нет. Отраженный луч помимо считывания производит слежение за дорожкой за счет разности интенсивности луча на дорожке и при отклонении от нее. Устройство 0МБ выполнено таким образом, что на его выходе формируется не только сигнал, несущий информацию ,с ЗС, но и сигналы ошибки отклонения от дорожки и расфокусировки луча на диске. Сигналы поступают на контроллер управления, где вырабатываются сигналы исправления ошибок. Сигналы ошибки подаются на схему автоматического позиционирования и с помощью исполнительного механизма (актюатора) и двигателя подачи 0МБ обеспечивают удержание сфокусированного лазерного пятна на дорожке записи. Выбор схемы позиционирования определяется типом датчиков фокусировки радиального слежения. Излучающий лазер, как правило, содержит схему стабилизации мощности излучения, что обусловлено возможной нестабильностью лазера. В целом 0МБ включает в себя лазерный звукосниматель ЛЗ (оптика, лазер, фотодиоды), привод вращения пластинки Дв и привод подачи ЛЗ Дп, актюатор с двигателем Да и фотодиоды 0i и Фг, обеспечивающие работу всего проигрывателя. Предусмотрена регулировка положения фокусирующего объектива относительно диска.

Электронная часть ПКД отличается сложностью. Канал обработки звукового сигнала включает схемы считывания, формирования сигнала EFM, тактовой синхронизации, демодуляции EFM сигнала, обнаружения и коррекции ошибки, оперативно-запоминающего устройства ОЗУ, управления ОЗУ, декодирования служебной информации, цифро-аналогового преобразования, фильтрации и усиления аналоговых сигналов.

Электронная часть управления включает в себя контроллер управления, на который поступают сигналы контроля фокусировки лазерного луча, слежения за дорожкой и скорости вращения двигателя. Выработанные схемой сигналы исправления ошибки фокусировки, ухода с дорожки и частоты вращения подаются на соответствующие схемы исполнения, вырабатывающие необходимые сигналы корректировки для исполнительных механизмов. Исполнение сигналов исправления ошибок обеспечивают несколько систем автоматики: система автоматической фокусировки САР-Ф, система регулирования линейной скорости диска САР-ЛС, система автоматического слежения за дорожкой САР-РС. Кроме того, ПКД включает в себя микропроцессор управления системами регулировки, режимами работы и устройствами индикации.

В первых моделях ПКД степень интеграции электронных схем была низкой. Проигрыватель СОР-101 фирмы Sony содержал тр БИС, 45 ИС и около тысячи электронных элементов. В последующих моделях 1984-1985 гг. функции декодера выполняли уж две БИС, а сейчас - одна СБИС цифрового декодера от вход ВЧ сигнала до входа цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 66

Имеются СБИС декодера последующих моделей, включающие также цифровой фильтр и цифровой интерфейс [14].

Кроме СБИС цифрового декодера, ПКД содержит БИС систем автоматики, ЦАП, ОЗУ, микропроцессор. С уменьшением числа ИС резко сократилось число электронных компонентов ПКД. Если в 1984-1985 гг. число компонентов было уменьшено вдвое (примерно до 500... 750), то в существующих ПКД компонентов было уменьшено до 100... 300. Так, комплекс из трех БИС фирмы Mitsubishi, 1987 г. (М51563Р, М51564, 50421Р) требует всего 90 внешних компонентов. Предполагается, что проигрыватели последующего поколения будут иметь 30 ... 40 элементов.

Рассмотрим основные составные части ПКД.

2.2. ЛАЗЕРНЫЙ ЗВУКОСНИМАТЕЛЬ

Работу лазерного звукоснимателя удобнее рассмотреть раздельно по выполняемым им функциям.

Схематично принцип оптического считывания, т. е. получения .модуляции мощности отраженного излучения в соответствии с записанной информацией, поясняет рис. 2.3. Сфокусированный лазерный луч дифрагирует на фазовых элементах записи - микроуглублениях (питах). Длина питов и промежутки между ними находятся в пределах 0,9 ... 3,3 мкм. Глубина питов соответствует разности хода лучей, отраженных от дна и вершины пита и равна Я/4, где

Направление дВитепия

Фотаетвнтар

Рис. 2.3. Дифракция пучка на информационной дорожке

Рис. 2.4. Принцип действия лазерного звукоснимателя: / - фокусирующая лииза, г - четвертьволновая пластинка, а - светоделительиый кубик, 4 - коллиматор, 5 - лазер, ь - фотоприемник (информация о режиме работы и считывание дС)

% - длина волны лазерного излучения. Ширина питов постоянна и равна 0,5 мкм. Питы располагаются на спирали, имеющей шаг 1,6 мкм. Глубина модуляции мощности дифрагировавшего на информационной дорожке излучения пропорциональна (в первом приближении) площади заштрихованных участков. Эти участки соответствуют зоне перекрытия 0-го порядка с ±1-ми порядками дифракции. Степень перекрытия определяется пространственной частотой записи. При движении пита относительно светового пятна в заштрихованной зоне происходит изменение интенсивности отраженного луча в силу интерференции накладывающихся пучков. Для получения сигнала необходимо удовлетворить следующим условиям:

а) при любой пространственной частоте записи ±1-е порядки дифракции должны перекрывать 0-й порядок;

б) при максимальной пространственной частоте ±1-е порядки дифракции должны касаться друг друга;

в) необходимо обеспечить пространственную фильтрацию отраженного излучения, пропуская на фотоприемник отраженное излучение, ограниченное 0-м порядком дифракции.

Так как числовая апертура конусов дифрагировавшего излучения в точности равна числовой апертуре падающего на пластинку пучка, т. е. числовой апертуре фокусирующего объектива, требуемая пространственная фильтрация будет выполняться н зрачке самого фокусирующего объектива.

Из условия касания ±1-х порядков дифракции числовая апер тура объектива должна выбираться из соотношения

= KJL. = 0,78/1,8 = 0,43, (2.1

где Хмаи - длина волны излучения; Lmhh - минимальный про странственный период записи.

Таким образом, оптимальные условия формирования считы вающего пятна излучения и пространственного детектировани отраженного света однозначно определяются числовой апертуро объектива, которая, в свою очередь, точно задается ограничения ми стандарта на характеристики записи компакт-диска.

Фокусировка излучения осуществляется в основном следую щим образом. Излучение полупроводникового лазера 5 проходи через коллиматор 4 (рис. 2.4) и направляется в объектив / с бе конечным тубусом 2 и числовой апертурой 0,45... 0,47. Характ ристики объектива, коллиматора и лазера строго согласуютс между собой.

Разделение падающего и отраженного пучков определяете необходимостью отведения отраженного от пластинки излучен к регистрирующему фотоприемнику. При этом требуется обе печить максимальную степень использования мощности лазерн го излучателя.

Наиболее распространенная схема разделения пучков, изобр женная на рис. 2.4, включает два элемента - светоделительн 68

поляризационный кубик 3 и кварцевую четвертьволновую пластину 2. Принцип работы такой схемы заключается в поляризации и разделении излучения лазера относительно плоскости падения пучка на светоделительную поверхность кубика через Р- параллельно плоскости падения и S - ортогонально Р.

Разделение происходит на поверхности светоделительного кубика 3.

Мощность излучения, прошедшего кубик, будет пропорциональна коэффициенту пропускания кубика Т-р и степени поляризации излучения на прямом ходе Л^п (отношение мощностей Р-и S-компонент). Четвертьволновая пластина преобразует линейно поляризованное после кубика излучение в излучение с круговой поляризацией. При обратном ходе после отражения от пластинки свет вновь преобразуется в линейно поляризованный, но уже с S-поляризацией и степенью поляризации Л^о излучения на обратном ходе (отношение мощностей S- и Р-компонент). Мощность отраженного светоделительной поверхностью кубика излучения будет пропорциональна коэффициенту Rs отражения кубика для 5-поляризации.

Следовательно, отношение отраженной Ро мощности к падающей на кубик 3 мощности Рп определится приближенным выражением (без учета потерь на других элементах оптической схемы):

PjP, = NN,TpRs. (2.2)

Приведенное выражение определяет требования к элементам оптической схемы с точки зрения максимального использования мощности лазерного излучения: выгоднее использовать лазер с поляризованным излучением (с большим Nn), коэффициенты Тр и Rs светоделительного кубика должны быть близки к 1, и необходима четвертьволновая пластинка.

Может быть применена другая схема разделения пучков, которая характеризуется отсутствием четвертьволновой пластинки. В этой схеме коэффициенты отражения и пропускания кубика должны быть безразличны к поляризации излучения, так как отсутствует элемент, преобразующий поляризацию, - четвертьволновая пластика. Для этого случая

Ро/Рп = (!- :). (2.3)

где к - коэффициент пропускания кубика 3.

Максимально возможное значение отношения 0,25 при к = 0,5.

Схема характеризуется существенно худшим использование.м излучения и при прочих равных условиях требует применения более мощного лазера, но исключается относительно дорогой элемент - четвертьволновая пластина. В схеме применяют более совершенные комплектующие элементы, так как изготовление кубиков с к = 0,5 является более сложной задачей, чем изготовление кубиков с к, близкой к 1.

в перспективе оптика в ЛЗ будет заменена волоконно-оптическими элементами, обладающими лучшими характеристиками и менее подверженными мешающим воздействиям.

2.3. ДАТЧИКИ ОШИБКИ ФОКУСИРОВКИ

Датчики ошибки фокусировки (датчик ФС) предназначены для выработки электрического сигнала, пропорционального смещению информационной плоскости луча относительно плоскости фокусировки (т. е. плоскости наименьшего поперечного сечения светового пучка). Датчики ФС состоят из двух частей: оптической части, входящей в ЛЗ, и электронной схемы (дискриминатора), выделяющей электрический сигнал, пропорциональный ошибке фокусировки. Абсолютные датчики ФС, непосредственно измеряющие ошибку фокусировки, пока технически трудно реализуемы. В большинстве ЛЗ формируют сигнал расфокусировки, анализируя расходимость отраженного пучка после объектива. Оптическая часть таких датчиков ФС преобразует изменения расходимости отраженного излучения в соответствующее изменение формы пятна в плоскости регистрирующего многоплощадного фотоприемника. Топология фотоприемника определяется типом датчика ФС. Сигнал расфокусировки пропорционален смещению информационной плоскости относительно некоторой плоскости настройки, положение которой определяется взаимным положением оптических элементов, формирующих датчик ФС. При юстировке ЛЗ с косвенными датчиками ФМ необходимо добиться совмещения плоскости настройки с плоскостью наименьшего поперечного сечения светового пучка. Несовпадение указанных плоскостей определяет ошибку фокусировки, которая не может быть исправлена системой автоматической фокусировки. Дискриминаторы всех датчиков ФС отличаются только схемой подключения площадок фотоприемника к суммирующим и вычитающим операционным усилителям. Для получения сигнала ошибки фокусировки используют низкочастотную часть спектра сигнала с площадок фотоприемника (примерно до 2 кГц).

В большинстве ЛЗ применяют четыре типа датчиков ФС: с цилидрической линзой, с призмой критического угла, с ножом Фуко и с бипризмой Френеля.

Принцип работы датчика с цилиндрической линзой поясняет рис. 2.5. Сферическая 1 и цилиндрическая 2 линзы формируют астигматичный пучок. Четырехэлементный фотоприемник (ФП) устанавливается в плоскости, где при отсутствии ошибки фокусировки сечение пучка имеет круглую форму. Разрезы секторов фотоприемника располагаются под углом 45° к образующей цилиндрической линзы. Сигнал ошибки фокусировки формируется по разности токов площадок:

Аф = (/1 + /з)-(/2 + /4). (2.4>

Рис 2.5. Датчик ФС с цилиндрической линзой:

i - сферическая .чинза, 2 - цилиндрическая линза, 3 - проекции изменения хода луча

Когда световое пятно в плоскости ФП имеет круглую форму (ошибка фокусировки отсутствует), сигнал на выходе дифференциального усилителя Аф = 0. Ошибка фокусировки вызывает изменение расходимости пучка, падающего на сферическую линзу. При этом оба изменения астигматичного пучка смешиваются в одном направлении, которое определяется знаком ошибки фокусировки. Световое пятно становится эллиптическим, что вызывает появление напряжения соответствующей полярности на выходе ДУ. Чувствительность датчика увеличивается при у.меньшении осевого астигматизма пучка после цилиндрической линзы. При этом уменьшается диаметр пятна на фотоприемнике. В связи с увеличением чувствительности датчика ФС необходимо уменьшение ширины разреза между площадками. Основной отличительной особенностью датчика ФС с цилиндрической линзой следует считать диагональное суммирование токов площадок фотоприемника, что делает датчик практически нечувствительным к возможным смещениям пятна излучения по плоскости фотоприемника.

Принцип работы датчика с призмой критического угла осно-зан на резкой зависимости коэффициента отражения от угла падения светового луча на отражающую грань призмы, когда эти сглы близки к углу полного внутреннего отражения. Если отражающую грань призмы расположить к осевому лучу отраженно-

0 пучка под углом, равным критическому, а разрез двухплоща-дочного фотоприемкика ориентировать параллельно отражающей

рани так, чтобы главный луч попадал точно в разрез фотоприем-дика (рис. 2.6), то в зависимости от знака расходимости падаю-

цего на призмы пучка будет уменьшаться засветка одной или

..ругой площадки фотоприемника. Засветка будет зависеть от

гла расходимости и соответствовать закону изменения коэффи-

1,иента отражения.

Сигнал ошибки фокусировки формируется по разности токов

лощадок

Аф = /1-/2 = (/а + /г)-(/б + /в)- (2.5)

В некоторых звукоснимателях для увеличения чувствительно-ги датчика пучок отраженного от носителя излучения претерпе-

Рис. 2.6. Датчик ФС с призмой критического угла

вает в призме критического угла трехкратное отражение. Для этой цели на грани призмы нанесены отражающие многослойные-диэлектрические покрытия.

Принцип работы датчика с ножом Фуко поясняется рис. 2.7. В-отраженном пучке после светоделителя размещается положительная линза 1 и нож Фуко 2 - непрозрачная тонкая пластинка перекрывающая ровно половину пучка. Двухплощадочный фотоприемник 3 располагается после ножа Фуко так, чтобы в момен точной фокусировки, когда на линзу падает параллельный пучок освещенность обеих площадок была одинаковой. Угол и знак рас ходимости пучка, падающего на линзу, меняется соответственн величине и знаку ошибки фокусировки. При этом положение гра ницы тени ножа на фотоприемнике остается неизменным, радиу пятна изменяется и равенство освещенностей площадок пару шается. Сигнал ошибки фокусировки формируется по разност токов площадок

Аф = /i - /. = (/а + /г) - (/а + /б)- (2.6

Чувствительность этого датчика ФС тем выше, чем меньш расстояние между ФП и перетяжкой Д (минимальная площад сфокусированного пучка в фокальной плоскости). Максимальна чувствительность достигается, когда ФП располагается в плоско сти перетяжки. При этом невозможно тот же ФП использовать датчике радиального слежения из-за потери чувствительност

Рис. 2.7. Датчик ФС с ножом Фуко:

i - фокусирующая линза, г - фотоприемники А и Б, 3 - фотоприемники В я Г

Поэтому расстояние между ФП и перетяжкой должно быть больше радиуса дифракционной расходимости пучка после положительной линзы.

Работу датчика с бипризмой Френеля поясним рис. 2.8. В сходящемся пучке после светоделительной призмы 2 размещается бипризма Френеля 4, разделяющая пучок на два, форма которых такая же, как после ножа Фуко.

Рис. 2.8. Датчик ФС с бипризмой Френеля:

/ - фокусирующая линза, 2 - светоделительный кубик, 3 - лазер, 4 - бипризма Френеля, э - коллиматор, 6 - фотоприемники В и Г, 7 - фотоприемники Л и Б

Два двухплощадочных фотоприемника 6, 7 устанавливаются на таком расстоянии от бипризмы, чтобы в момент точной фокусировки центры обоих пучков находились бы в плоскости фотоприемников. Положение разреза фотоприемника соответствует при этом одинаковой освещенности площадок. Сигнал расфокусировки на каждом фотоприемнике формируется так же, как в датчике ФС с ножом Фуко для случая, когда фотоприемник расположен в плоскости перетяжки. В отличие от датчика ФС с ножом эти же фотоприемники можно использовать для датчика радиального слежения. Чувствительность датчика ФС с бипризмой возрастает более чем в 2 раза по сравнению с датчиком с ножом Фуко за счет использования двух пучков и размещения фотоприемников в перетяжках. Этот метод фокусировки предъявляет жесткие требования к ширине зазора между площадками фотоприемников ввиду малых размеров пятен на фотоприемник.

Датчики ФС определяют ряд требований к конструкции ЛЗ. Выше указывалось, что все реально применяющиеся датчики являются косвенными датчиками, в которых правильная настройка достигается соответствующим расположением оптических элементов. Для таких датчиков всегда можно выделить главный параметр юстировки, определяющий несовпадение плоскости настройки с плоскостью фокусировки, а также ряд косвенных параметров, определяющих нормальное функционирование датчика. Так, для датчика ФС с цилиндрической линзой главный параметр - расстояние между плоскостью фотоприемника и цилиндрической линзой, косвенный - поперечные смещения разрезов фотоприемника; для датчика с призмой критического угла главный параметр - расстояние от лазера до коллиматора, косвенный - угол падения центрального пучка на отражающую грань призмы критического угла и смещение разреза фотоприемника относительно центра светового пятна; для датчика с ножом Фуко главный параметр - смещение разреза фотоприемника относительно линии, делящей мощность светового пятна пополам, косвенные - смещение ножа Фуко относительно диаметра отраженного пучка и смещение излучающей поверхности лазера от фокальной плоскости коллиматора; для датчика с бипризмой Френеля главный параметр - расстояние плоскости фотоприемников от бипризмы, косвенные - смещение вершины бипризмы от диаметра отраженного пучка и поперечное смещение разрезов фотоириемников. Настройка существующих датчиков ФС является весьма сложной и трудоемкой операцией, поскольку при юстировке одного параметра необходимо контролировать другие. Каждый датчик имеет в этом отношении свои особенности, поэтому при выборе датчика ФС и разработке конструкции ЛЗ особое внимание уделяется способу настройки датчика ФС и предусматриваются соответствующие конструктивные элементы для юстировки ЛЗ.

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 ... 22