Главная » Мануалы

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 22

2.4. ДАТЧИКИ РАДИАЛЬНОГО СЛЕЖЕНИЯ

Датчики радиального слежения ЛЗ за информационной дорожкой (датчики PC), применяющиеся в известных ЛЗ, можно разделить на датчики, основанные на сравнении мощности двух отраженных пучков, которые падают на информационную дорожку, и датчики, основанные на регистрации несимметрии распределения интенсивности в отраженном пучке, вызванной смещением считывающего пятна относительно середины информационной дорожки.

Датчики первого типа (рис. 2.9) применяют исключительно в сочетании с датчиком ФС (с цилиндрической линзой). Схема получила название трехточечной. Рассмотрим ее, выделяя оптическую и электронную части датчика.

Оптическая часть датчика PC включает дифракционную решетку /, установленную в пучке, падающем на объектив, и формирующую три пучка - 0-го и ±1-х дифракционных порядков. Нулевой порядок используется для считывания информации и фокусировки, а пучки ±1-х порядков - для формирования датчика PC. На рис. 2.9 показана ориентация пучков ±1-х порядков относительно информационной дорожки 2. Когда ошибка PC отсутствует, центр пучка нулевого порядка лежит в центре информационной дорожки и два пучка первых порядков располагаются симметрично относительно дврожки. В этом случае мощности пучков ±1-х порядков, падающих на фотоприемники 3, 4, после отражения от диска и пространственной фильтрации на объективе одинаковы. Появление ошибки PC приводит к несимметрии расположения пучков ±1-х порядков относительно дорожки. Степень

Рис. 2 9. Датчик PC по трехточечной схеме:

- дифракционная решетка, 2 - информационная дорожка диска, 3,

t- фотоприемникв

перекрытия пучков ±1-х порядков с дорожкой становится различной, что приводит к изменению мощностей пучков, падающих на фотоприемнике РС. Разность токов в этих фотоприемниках формирует сигнал ошибки РС.

Особенности оптической части трехточечной системы заключаются в необходимости получения полностью разделенных трех световых пятен в плоскости фотоприемника, причем каждое из пятен должно быть точно ориентировано на свою площадку фотодиода. Из этого вытекают требования малого размера пятен и точного согласования топологии фотоприемника с характеристиками дифракционной решетки, объектива и коллиматора. При этих требованиях датчик РС реально может быть совмещен только с датчиком ФС (с цилиндрической линзой). Настройка датчика сводится к правильному расположению трех пятен относительно информационной дорожки путем соответствующей ориентации всего ЛЗ относительно пластинки.

Электронная часть датчика РС наиболее проста, так как для формирования сигнала ошибки РС используется только низкочастотная часть спектра токов фотоприемника РС. Однако для формирования сигнала ошибки РС используется высокочастотная составляющая сигнала, амплитуда которой, как и постоянная составляющая тока, зависит от степени перекрытия пучков ±1-х порядков с информационной дорожкой. Сигнал ошибки РС формируется по разности амплитуд высокочастотных составляющих токов фотоприемников РС.

Формирование сигнала ошибки РС по высокочастотной составляющей токов позволяет уменьшить вероятность щелчков прн воспроизведении. Как показали испытания ПКД разных моделей, щелчки появляются прежде всего из-за наличия на поверхности компакт-диска непрозрачных зон размером более 0,3 мм (грязь, царапины). Такие зоны вызывают при линейной скорости воспроизведения 1,3 м/с вредные импульсы в полосе частот до 4 кГц, которые попадают в частотный диапазон ошибок РС и вызывают перескок считывающего пятна на соседний виток информационной дорожки - появляется щелчок. Фильтрация низкочастотной части спектра токов фотоприемников РС позволяет отфильтровать данные нежелательные импульсы, а сигнал ошибки РС выделить-из высокочастотной части спектра токов. Отметим, что использование помехоустойчивого кодирования позволяет сделать для слушателя незаметными на информационной дорожке выпадения длиной до 12 мм.

Вторая группа датчиков РС характеризуется более простой оптической частью, поскольку она требует лишь раздельной регистрации мощности излучения отраженного пучка справа и слева от проекции середины информационной дорожки на плоскость, фотоприемников. Для этого достаточно ввести дополнительный разрез на фотоприемнике, направленный вдоль проекции информационной дорожки. Заметим, что в схеме ЛЗ с датчиками ФС 76

с бипризмой Френеля такую роль разделителя мощности играет вершина бипризмы. Одним из способов выделения сигнала ошибки в датчиках этой группы является метод, получивший название гетеродинный . Он применен в ЛЗ в сочетании с датчиком ФС (с призмой критического угла). Для реализации этого способа четырехплощадный фотоприемник помещают в широком пучке (дальней зоне дифракции) и суммируют выходные сигналы площадок

/ср = (/л + /в)-(/£ + /г). (2.7)

На рис. 2.10 показана дифракционная картина в дальней зоне при различном положении пита относительно главного луча и изменения тока /рс и суммарного сигнала со всех площадок фотоприемника /с от смещения информационной дорожки.

Сигнал РС в зависимости от положения пита справа и слева от главного луча отстает или опережает суммарный сигнал по фазе на 90°. Эти изменения фазы и амплитуды амплитудной модуляции тока /рс обнаруживаются с помощью гетеродинного детектирования и преобразуются в сигнал, пропорциональный радиальной ошибке. Пример схемы формирования сигнала ошибки РС показан на рис. 2.11. Сумматоры С1 и С2 формируют сигналы Si={Ia+Ib), 52=(/в+Л), сумматор СЗ формирует суммарный сигнал iRF = Si + S2. Компараторы К1 и К2 формируют импульсы выборки 5з и 54, соответствующие переходу через нуль сигнала РС при нарастании и спаде соответственно. Операционный усилитель С4 формирует разностный сигнал, равный Sj-Далее по импульсам 5з и S4 в вентильных схемах В1 и В2 и схемах блокировки 51 и 52 происходит интегрирование и запоминание разностного сигнала за время между выборками и формируются сигналы S5 и 5б. Вычитающий усилитель формирует окончательный сигнал ошибки РС 57 = 55-5б.

В датчиках этой группы используется еще один способ выделения сигнала РС, основанный на регистрации несимметрии рас-

Рис 2.10. Изменение смещения дорожки диска относительно луча и график зависимости тока /рс дискриминатора РС при гетеродинном методе и суммарного тока /с всех площадок фотоприемника

Рис. 2.11. Функциональная схема формирования сигналов ошибок ФС и РС при гетеродинном методе

пределения интенсивности отраженного излучения в дальней зоне, получивший название puch-pul . Для получения сигнала РС по этому методу производится вычитание токов площадок фотоприемника, расположенных симметрично проекции дорожки. Электрическая обработка может производиться как на низкой, так и на высокой частотах аналогично датчику РС по трехточечной схеме. Оптическая часть датчиков РС в одноточечных схемах очень проста и сводится к введению дополнительного разреза на регистрирующей фотоприемника. Поэтому для этих схем фотоприемник всегда имеет четыре площадки. Информационный сигнал во всех без исключения схемах выделяется из суммарного сигнала четырехплощадочного фотоприемника.

Оценивать тот или иной датчик РС нельзя без учета того, как в конкретной конструкции ЛЗ и всего оптомеханического блока решается проблема влияния на работу датчика РС принятого способа отработки радиальных биений информационной дорожки.

При отработке радиальных биений перемещением фокусирующего объектива вдоль радиуса диска неизбежно смещение светового пятна по фотоприемнику относительно разреза (рис. 2.4). Такое смещение неприемлемо для датчиков РС, работающих по методу puch-pul, так как приводит к недопустимо большим искажениям сигнала датчика. Пока не найдено эффективного способа разделения в сигнале датчика РС составляющих от смещения пятна и от несимметрпи распределения интенсивности, вызванного ошибкой РС. Поэтому в ЛЗ, в которых РС проводится методом puch-pul, а отработка радиальной ошибки объективом, необходимо принимать специальные меры, чтобы исключить влияние смещения отраженного пятна по фотоприемнику на работу РС.

Иначе решается проблема смещения пятна в трехточечной схеме и в гетеродинном методе РС с диагональным включением 78

площадок фотоприемника. Здесь смещение пятна практически не оказывает влияния на сигнал датчика РС. В трехточечной схеме отраженные пучки ±:1-х порядков направляются на неразрезанные площадки, которые по размерам больше пятна с учетом его смещения по площадке. В гетеродинном методе РС смещение пятна по фотоприемнику также не вызывает искажения сигнала датчика РС. Анализ показывает, что при диагональном включении площадок искажение постоянной составляющей сигнала датчика РС пропорционально площади затемненной области 1 (рис. 2.12), где точка О соответствует положению главного луча отраженного пучка относительно разрезов фотоприемника. Для сравнения: заштрихованная область пропорциональна искажению сигнала датчика РС методом puch-pul. Так как в гетеродинном методе разрезы фотоприемника ориентируются строго по проекции дорожки, а отработка объективом производится точно по радиусу пластинки, то практически площадь затемненной области остается равной нулю, что обеспечивает надежную работу датчика при

I I I 1

И I I Й I II II

Риг. 2.12. Диаграмма сигналов при работе по схеме гетеродинного метода

отработке радиальных ошибок фокусирующим объективом. Это свойство нечувствительности датчика к смещению пятна по фотоприемнику при диагональном включении площадок используется в датчике ФС с цилиндрической линзой. По принципу работы гетеродинный метод РС требует одного пятна отраженного излучения на фотоприемнике, поэтому он хорошо сочетается с датчиком ФС (с призмой критического угла).

Почти во всех известных конструкциях ЛЗ проблема исключения взаимного влияния работы датчиков позиционирования решается в их оптической части. Влияние работы датчика ФС на работу датчика РС определяется конечным размером зазора между площадками фотоприемника, точнее, соотношением размера пятна и ширины зазора. При работе датчика ФС в зазор попадает переменная мощность отраженного излучения, и чем меньше соотношение размеров пятна и зазоров, тем большая переменная мощность не регистрируется фотоприемником. Это может привести к искажению сигнала датчика РС. По чисто технологическим ограничениям минимальный зазор между площадками фотоприемника выбирают 15 ... 20 мкм, что определяет минимально допустимый размер пятна на фотоприемнике 300... 400 мкм. В ЛЗ проблема решается в оптической части датчиков либо ориентацией разреза фотоприемника, относительно которого происходит формирование сигнала датчика ФС, перпендикулярно проекции дорожки в плоскости фотоприемника, либо формированием возможно большего размера пятна на фотоприемнике. Последнее характерно для ЛЗ с датчиками ФС с призмой критического угла и ножом Фуко. В трехточечной схеме, где по принципу работы пятна не могут быть большими, полное разделение сигналов датчиков осуществляется применением двух дополнительных пучков и двух дополнительных фотоприемников.

Принципиальные и конструктивные решения, принятые в зарубежных моделях ЛЗ, обусловлены оптимизацией конструкции по минимальным габаритным размерам и минимальному числу оптических элементов.

2.5. ОСНОВНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ЛАЗЕРНЫХ ЗВУКОСНИМАТЕЛЕЙ

Звукосниматели фирмы Sony. В 1982 г. фирма Sony начала производство звукоснимателей модели KSS-100. Оптическая система ЛЗ построена по трехлучевой схеме, показанной на рис. 2.13,а. Излучение полупроводникового лазера / преобразуется коллиматором 4 в параллельный световой пучок и фокусируется объективом 6 на информационной поверхности компакт-диска 7. Отраженное от диска излучение вторично проходит объектив н коллиматор и направляется светоделителем 3 через вогнутую 8 и цилиндрическую 9 линзы на фотоприемник 10. Для обеспечения полного разделения прямого и отраженного пучков света используется четвертьволновая пластинка 5. Для обеспечения слежения 80

8 3 10

и П

ТГГ a)

8 3 10

Рис. 2.13. Функциональная схема ЛЗ Фирмы Sony

- KSS-lOO, б -KSS-llO, в -KSS-123A: / - лазер, 2 - дифракционная решетка, 3 - светоделительный кубик, 4 - коллиматор, 5 - четвертьволновая пластинка, 6 - объектив, 7 - аиск, 3 -вогнутая линза, J - цилиндрическая линза, /О - фотоприемники, 11 -ib линза,

2 - направление дорожки диска

за информационной дорожкой используется оптическая решет-л-а 2.

В 1984 г. оптическая система ЛЗ была усовершенствована с целью миниатюризации непосредственно проигрывателя. Размеры последнего сделаны равными размерам компакт-диска. Оптическая система новой модели KSS-110 изображена на рис. 2.13,6. Уменьшить размеры оптомеханического блока удалось оригинальной компоновкой оптической системы, при которой оптическая ось системы расположена под острым углом к направлению информационной дорожки 12. Уменьшение высоты ЛЗ было достигнуто благодаря применению дополнительного оптического элемента - 45°-ной призмы . Одновременно для упрощения оптической системы в ЛЗ модели KSS-123A была использована идея отказа от четвертьволновой пластинки (рис. 2.13,в) с целью уменьшения когерентных шумов полупроводникового лазера.

Новый звукосниматель использован во всех типах проигрывателей компакт-дисков.

Звукосниматель фирмы Philips. Оптическая система первых звукоснимателей фирмы, входящая в оптомеханический блок, быта построена по однопучковой схеме (рис. 2.14,а). Излучение лазера / проходит светоделительный кубик 2, преобразуется кол-шматором 3 в параллельный световой пучок и фокусируется объективом 4 на информационной поверхности диска 7. Отраженный TV40K, вторично проходя объектив и коллиматор, направляется ~ вето делительным кубиком на четырехплощадочный фотоприем-ьик 6. Для формирования сигналов слежения за дорожкой и фо- ycиpoвкoй используется пластмассовый элемент 5 (бипризма), становленный на светоделительном кубике 2.

/, i V / 7 Рис. 2.14 Функциональная схема Л

фирмы Philips:

а -СМД-1, 6 -СМД-2: / - лазер, 2 - свет

делительный кубик, 3 - коллиматор, * объектив, 5-бипризма Френеля, 6 - фото приемник, 7 - диск

В 1984 г. был начат выпус оптомеханического блока СДМ-(рис. 2.14,6) с новой модель звукоснимателя, предназначенно го для установки во всех типа 1 111111 ПКД - автомобильных, носимы

ц| ) Jj И стационарных. Уменьшение вы

соты на 30% и обеспечение ра ботоспособности ЛЗ в широком температурном диапазоне (-30... ...75° С) было достигнуто усовершенствованием элементов оптической системы и изменением ее компоновки. Светоделительный кубик заменен более технологичной плоскопараллельной пластин кой 2, что позволило упростить коллиматор, сделав его однолин зовым, а трехлинзовый фокусирующий объектив заменен ориги нальным однолинзовым объективом 4, в котором на сферическу стеклянную линзу установлена пластмассовая асферическая на кладка.

Звукосниматели фирмы Matsushita. Первый звукоснимател фирмы, как и у фирмы Sony, имел трехпучковую оптическую систему. В 1985 г. в процессе разработки переносных проигрывателе SL-XP5 и SL-XP7 фирма разработала новый вариант оптическо системы звукоснимателя модели FF-1, который спроектирован п оригинальной однопучковой оптической системе Fine Fokus, при веденной на рис. 2.15. Звукосниматель модели FF-1 иредставляе ЛЗ нового типа, поскольку в нем используется новое сочетани оптических датчиков фокусировки и радиального слежения: дат чик фокусировки - по методу астигматического пучка, а датчи радиального слежения - по методу детектирования временно разницы положения фронтов сигналов с диагональных площадок Звукосниматели такого типа не могли появиться в первых образ цах ЛЗ, поскольку здесь ухудшена эффективность оптически датчиков фокусировки и радиального слежения из-за большог

ХАЛ

Рис. 2 15. Функциональная схема JI3FF-1 фирмы Matsushita:

/ - лазер, г - светоделительная пластинка, 3 - отражательная призма, 4 - объектив, 5 отрицательная линза, 6 - фотоприемник

взаимовлияния такой пары датчиков. Объединение этих несов- естимых методов стало возможным благодаря разработке спе-.ттальной электронной схемы фазовой коррекции и новой топологи фотоприемника. Указанная схема коррекции значительно . лучшила стабильность датчика радиального слежения. Применение фотоприемника с оригинальной топологией повысило устойчивость систем слежения к дефектам поверхности компакт-диска. Улучшение параметров систем слежения было достигнуто также эехкратным уменьшением массы объектива (с 1,09 до 0,3 г). Зтагодаря разработке принципиально новой технологии изготов-.ения фокусирующего высокоапертурного объектива удалось за-.енить объектив и коллиматор на одну стеклянную литую линзу : двумя асферическими поверхностями. Упрощение оптической .истемы было достигнуто не только за счет применения нового четания датчиков слежения, но и за счет исключения из схе-:ы четырехволновой пластинки.

В новых моделях фирмы значительное упрощение оптической системы достигнуто благодаря разработке новой технологии про-;зводства оптических элементов, компенсации ухудшения эффективности оптических датчиков за счет электронных схем и уменьшенного шума полупроводниковых лазеров. Повышение устойчи-зости систем слежения к дефектам на поверхности компакт-диска тиеспечено оптимизацией топологии фотоприемника. Разработан-ый звукосниматель FF-1 характеризуется простотой и стабиль-10стью работы в широком температурном и вибрационном диа-азоне. Это позволяет использовать его во всех типах ПКД - как портативных (SL-XP5) и стационарных (SL-P110), так и в эофессиональных (SL-PROO). Однако использование FF-1 тре-ует по сравнению с рассмотренными трехпучковыми звукосни-ателями применения в ПКД более сложных электронных схем.

Звукосниматели фирмы Mitsubishi. В 1983 г. фирма выпусти-а свой первый лазерный звукосниматель модели MLP-1. Его ос-овным недостатком было использование поворотного зеркала 1я слежения за дорожкой. Это техническое решение, заимствованное из оптических систем лазерных видеопроигрывателей, .ебует увеличенного поля фокусирующего микрообъектива, ко-jpbifi в этом случае приходится делать многолинзовым (4-5 ;омпонент). В 1984 г. был выпущен ЛЗ модели MLP-2 с двух-гаординатным актюатором, обеспечивающим слежение за инфор-ационной дорожкой путем радиального перемещения фокусиру-С'Щего объектива. Это позволило перейти к трехлинзовому объ-ктиву. На рис. 2.16,а показана оптическая система MLP-2, покроенная по трехточечной схеме. В конце 1984 г. фирма начала гзработку следующей модели MLP-3 с меньшими размерами и зимостью. Модель с 1985 г. заменила MLP-2 в выпускаемых .\игрывателях. Оптическая система MLP-3 показана на рис. ~ 3 6,6. Снижение стоимости оптической системы было достигнуто агодаря освоению серийного производства пластмассовых асфе-

У Гу 7

52С

8 5 70 г =1 ICL

8 3 10 21

III II

Рис. 2.16. Функциональная схема ЛЗ фирмы Mitsubishi:

а -MLP-2, б -MLP-3, в -MLP-4, г -MLP-7; / - лазер, 2 - дифракционная решетка, 3 - светоделительный кубнк (пластинка), 4 - коллиматор, 5 - отражательная призма, о - асферический объектив, 7 - диск, 8, S - цилиндрическая и вогнутая линзы, /у -фото-приемннк

рических объективов 6, разработке и изготовлению пластмассовой, так называемой сенсорной, линзы 8, объединившей цилиндрическую и вогнутую сферическую линзы, и исключению отражательной призмы 5. Звукосниматель MLP-3 можно рассматривать как пример ЛЗ, предназначенного только для стационарных ПКД, ввиду сравнительно большой его высоты и высокой чувствительности пластмассовой оптики к изменениям влажности и температуры.

В 1986 г. начался выпуск звукоснимателей MLP нового типа, особенностью которых стал одновременный выпуск нескольких ЛЗ, предназначенных для различных типов ПКД и отличающихся по стоимости в пределах 20%: MLP-4 - для тонких ПКД, MLP-5-для автомобильных ПКД, MLP-6-для переносных ПКД и MLP-7, MLP-8 - для стационарных и переносных ПКД; MLP-7 отличается от MLP-8 наличием встроенных направляющих. Модели построены на одной принципиальной оптической системе и отличаются особенностями компоновки и элементной базой. Оптические системы звукоснимателей MLP-4 и MLP-7 показаны на рис. 2.16,в и г. Отличительной особенностью приведенных звукоснимателей является объединение коллиматора и объектива одном корпусе, что позволяет уменьшить габариты ЛЗ. Отметим-применение в оптической системе MLP-7 светоделительной плас, тинки 3 вместо кубика.

Можно отметить, что фирма Mitsubishi пошла по пути разработки линейных звукоснимателей для различных типов проигрывателей.

Звукосниматели фирмы Hitachi. Оптическая система ЛЗ первого поколения фирмы построена на трехпучковой схеме. ЛЗ второго поколения отличаются значительным уменьшением габарит ных размеров и упрощением оптической системы (рис. 2.17), чт 84

1 ... 5 6 7 8 9 10 11 ... 22