|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 6 7 8 9 10 11 12 ... 22   Рис. 2.17. Функциональная схема ЛЗ фирмы Hitachi: о - первого поколения, 6 - второго поколения: / - лазер, 2-коллиматор (Л), дифракционная решетка (В); 3 - четвертьволновая пластинка (Л), коллиматор (В), 5 - отражательная линза, 6 - асферический объектив, 7 - вогнутая линза, S, - фотоприемники,. 9, 10 - цилиндрическая и вогнутая линзы было достигнуто заменой светоделительного кубика на пластинку <? и использованием аберраций астигматизма, возникающих при прохождении светового пучка через светоделительную плас тинку для получения сигнала ошибки фокусировки. Последнее позволило исключить из оптической системы цилиндрическую линзу. Общие черты и особенности оптических систем зарубежных ЛЗ последнего поколения можно проследить по табл. 2.1. Получили развитие как трехпучковые, так и однопучковые оптические системы. Однопучковая система фирмы Philips построена с использованием датчика слежения за дорожкой по методу puch-pul и датчика фокусировки по методу ножа Фуко, которые были созданы еще в первом поколении ЛЗ этой фирмы. В разработанной однопучковой системе нового типа фирмы Technics впервые удалось объединить астигматический метод фокусировки и метод временного различия для слежения за дорожкой путем совершенствования электронной схемы обработки сигналов и разработки фотоприемника с новой топологией. Новая однопучковая оптическая система этой фирмы позволила создать самый миниатюрный звукосниматель с наименьшим числом элементов. Достоинства од-нопучковых схем - простота и высокая устойчивость к дефектам на поверхности компакт-диска. Однако их применение имеет некоторые особенности по сравнению с трехпучковыми. Так, опти-1еская система фирмы Philips требует применения однокоорди-йатного актюатора, вследствие чего возрастает подвижная масса
при отработке радиальных биений компакт-диска и значительно увеличивается потребляемая мощность. Это необходимо учитывать при проектировании переносных ПКД с автономным питанием. Оптическая система фирмы Technics требует, в свою очередь, высокочастотной обработки сигналов фотоприемника для формирования сигнала слежения за дорожкой, что является достаточно сложной задачей. Трехпучковые оптические системы сложнее однопучковых и имеют худший коэффициент использования мощности лазерного излучения. Однако они обладают рядом; существенных достоинств в эксплуатации, таких как простота обработки сигналов, низкая чувствительность системы слежения к наклонам диска, малое взаимовлияние датчиков слежения за дорожкой и фокусировкой, возможность использования дополнительных боковых световых пучков для обнаружения дефектов диска. Ряд технических решений, позволяющих уменьшить число он- тических элементов, принят практически всеми ведущими зарубежными фирмами: перевод лазера в многочастотный режим излучения путем введения определенного количества отраженного света в лазерный резонатор, при этом из оптической системы исключается четвертьволновая пластинка; звукоснимателей
использование плоскопараллельной пластинки для разделения прямого и отраженного световых пучков; переход от сферической многолинзовой оптики к одноэлементным асферическим объективам и однолинзовым коллиматорам; выполнение одним элементом функций, выполнявшихся ранее отдельными элементами. Например, объединение объектива и коллиматора в одном асферическом элементе, использование плоскопараллельной пластинки не только для разделения световых пучков, но и для внесения астигматизма в отраженный световой пучок, что позволяет исключить из трехпучковой системы цилиндрическую линзу. Уменьшение числа оптических элементов позволило уменьшить стоимость ЛЗ и улучшить динамические параметры систем слежения и радиальной подачи. При разработке ЛЗ для различных типов ПКД фирмы шли по пути,создания как универсальных моделей ЛЗ (Sony, Philips, Tochiba, Hitachi), так и линейки специализированных звукоснимателей для различных типов ПКД. Сочетания принципиальных особенностей в известных моделях зарубежных ЛЗ приведены в табл. 2.1. Отечественные ЛЗ используют оптические системы как по трехпучковой схеме (модели Вега ), так и по однопучковой (модели Эстония ). 2.6. АКТЮАТОР Отработка вертикальных и радиальных биений компакт-диска звукоснимателем осуществляется с помощью устройства в виде съемного блока, получившего название актюатор. Кроме того, фокусировку во всех моделях ЛЗ выполняют с помощью актюатора, а отработку радиальных ошибок можно выполнять как ак-тюатором, так и устройством радиальной подачи. Актюаторы могут быть одно- и двухкоординатные. Актюатор является исполнительным устройством системы автоматического позиционирования, и это определяет основные требования к нему. Амплитуда отрабатываемых биений косвенно задается стандартом на систему' компакт-диск. Существуют определенные требования, которым должны удовлетворять все поколения актюаторов: чувствительность по вертикальной координате (фокусировка) не хуже 10 мм/А; чувствительность по горизонтальной координате (радиальное слежение) не хуже 4 мм/А; колебательность актюатора по обеим координатам на основном резонансе в пределах 6 ... 20 дБ; дополнительные резонансы вблизи частоты среза системы регулирования должны отсутствовать. При переходе к последующим поколениям проигрывателей зарубежные фирмы большое внимание уделяли улучшению следующих характеристик актюаторов: повышению чувствительности, которая позволяет обеспечить устойчивую работу актюатора при внешних воздействиях за счет наиболее эффективного использования редкоземельных магнитов, и уменьшения жесткости подвески; повышению технологичности и созданию конструкции, менее чувствительной к внешним вибрациям; повышению точности ориентации объектива относительно по-, садочной поверхности; расширению диапазона рабочих температур и обеспечению работы актюатора при любой ориентации в пространстве; уменьшению возникновения влияния между электроприводами горизонтального и вертикального направлений; уменьшению габаритных размеров актюатора, в первую очередь его высоты. Условно любой актюатор (рис. 2.18) можно представить состоящим из двух частей: подвески объектива и электропривода. При всем многообразии конструкций подвесок объектива их можно разделить на три типа: 1) подвеска на упругих направляющих с четко выраженным направлением движения (рис. 2.18,а,б) (пр этом по каждой координате движения объектива имеются сво направляющие, соединенные последовательно на промежуточно элементе); 2) подвеска на упругих направляющих, имеющи одинаковую жесткость по каждой координате (рис. 2.188); 3) под    Рис. 2.18. Варианты функциональной схемы подвески объектива в актюато-рах ЛЗ: / - объектив, 2, 3 - варианты направляющих веска на эластичном упругом элементе (рис. 2.18,г), который не определяет направление смещения объектива (роль направляющих выполняют элементы с трением скольжения). Актюаторы в звукоснимателях первого поколения фирм Hitachi, Matsushita, Tochiba имели подвеску объектов типа 1), фирма Foster использовала в своем актюаторе подвеску типа 2), а фирма Sony - подвеску типа 3). Электроприводы актюаторов могут быть как магнитоэлектрического, так и электромагнитного типов. Выбор того или иного типа определяется компоновочным решением актюатора. Основные требования к направляющим: минимальное явление двух перемещений друг относительно друга, обеспечение номинального положения объектива относительно оптической схемы ЛЗ с заданной точностью, демпфирование ре-зонансов актюаторов и обеспечение заданной упругости. Магнитные цепи всех известных актюаторов построены на постоянных магнитах из редкоземельных сплавов. Катушки линейных двигателей имеют сопротивление 7... 15 Ом. Линейные двигатели актюаторов имеют самые разнообразные конструкции, но общее в них - использование закона Ампера: движение проводника с током в магнитном поле . Магнитный поток не должен меняться в процессе движения объектива и не должен оказывать влияние на положение последнего. Поэтому необходимо обеспечивать высокую линейность регулировочной характеристики дви- Таблица 2 2. Характеристика актюаторов ЛЗ Параметр Фирма-разработчик, модель
Эквивалентная масса, г Диапазон отработки фокусировки, мм Диапазон отработки радиального слежения, мм Чувствительность привода радиального слежения Сопротивление, Ом; катушки радиального слежения фокусировки Чувствительность привода фокусировки АВ О -го -во
Рис. 2 19. Амплитудно-частотная и фазочастот-ная характеристики ЛЗ О 30 180 гателей. Дополнительными требованиями к двигателям являются отсутствие взаимовлияния между ними и высокая чувствительность. 70 20 50ЮО 1н юкГц Актюаторы - сложные преци- зионные устройства. Основные характеристики актюаторов ЛЗ даны в табл. 2.2. На рис. 2.19 приведены типичные частотная и фазовая характеристики актюаторов, которые с высокой точностью (до частоты 2 кГц и выше) тождественны характеристикам колебательного звена второго порядка. Особое внимание при разработке актюатора обращается на недопустимость возможных высокочастотных резонансов в области 300 Гц... 2 кГц, так как наличие таких резонансов делает работу всей системы позиционирования крайне неустойчивой. Колебательность выше 5 Гц может вызвать нежелательные возбуждения автоматической системы позиционирования при входе в регулирование. Габаритные размеры актюатора ограничиваются минимальным диаметром спиральной дорожки - 46 мм. Радиус приводного двигателя, включая размер актюатора от оси объектива до края актюатора, обычно не превышает 23 мм. 2.7. ОПТОМЕХАНИЧБСКИЙ БЛОК Оптомеханический блок (ОМБ) в лазерном проигрывателе должен обеспечивать фиксацию диска на планшайбе, его вращение с заданной линейной скоростью и минимальными торцевыми биениями, а также перемещение ЛЗ вдоль радиуса с необходимой точностью. В первых проигрывателях некоторые модели имели в ОМБ каретку, на которой устанавливался ЛЗ, с возможностью регулировки его положения по углу и высоте относительно диска, однако в других моделях каретка была интегрирована с корпусом ЛЗ. В последнем случае ЛЗ не регулируется, а его положение относительно диска определяется точностью изготовления корпусной детали ОМБ. В современных моделях проигрывателей применяют в основном ОМБ, где каретка интегрирована с корпусом ЛЗ. Функционально ОМБ состоит из привода подачи ЛЗ и привода вращения диска. Привод подачи ЛЗ обеспечивает его перемещение в режиме воспроизведения и ускоренное движение в режиме поиска. В ПКД для режима поиска время перехода от первой записи к последней допускается до 2 ... 4 с и при этом скорость перемещения ЛЗ составляет 10... 20 мм/с. Для включения многофункциональных проигрывателей требуется время поиска менее 1 с, и скорость перемещения ЛЗ составляет 40 мм/с. В режиме воспроизведения скорость изменяется от 14,4 мм/с на внутреннем радиусе зоны записи диска до 5,3 мм/с на внешнем. Таким образом, скорости поиска и воспроизведения отличаются в (2 ... 7) X Х10. Конструктивно различаются тангенциальный (линейный) привод с раздвижением ЛЗ по радиусу диска и поворотный привод с движением ЛЗ по отрезку окружности. Большинство ведущих фирм применяют линейный привод ЛЗ, в котором можно применять одно и трехпучковую схему ЛЗ. Привод обеспечивает только радиальное перемещение ЛЗ по направляющим, а радиальное слежение (РС) за дорожкой выполняется актюатором. В этой конструктивной схеме актюатор РС отслеживает биения дорожки до 200 мкм радиальным движением объектива, имеющего малую массу, что требует малой мощности управления. Мощность, потребляемая двигателем РП, пренебрежимо мала. В первых моделях в качестве направляющих ЛЗ применялись как призматические направляющие с пластмассовыми роликами, так и цилиндрические направляющие. В моделях следующих поколений наибольшее распространение получили цилиндрические направляющие. Конструктивно различают привод, использующий двигатель вращения с редуктором, и привод с прямым линейным двигателем. В редукторном приводе могут быть использованы следующие звенья: червячная, зубчатая и пассиковая передачи и различные их комбинации. Для преобразования вращательного движения в поступательное применяют зубчатую рейку, гибкую проволочную или нитяную связь. Редуктор должен обеспечить компромисс между точной подачей в процессе поиска. Важной задачей является уменьшение механического и электрического гистерезиса для повышения плавности подачи, точности слежения за дорожкой и устойчивости к вибрациям. Для этого используют двойные шестерни, специальные формы зубьев, подпитку двигателя переменным напряжением, импульсное управление двига- телем. В редукторном приводе можно применить серийный м ниатюрный коллекторный двигатель постоянного тока. В прямом линейном приводе с линейным двигателем моме двигателя непосредственно передается ЛЗ без дополнительн движущихся частей. Линейный двигатель с миниатюрным Л обеспечивает скорость поиска менее 1 с. В первых моделях ПК .линейный двигатель не применялся из-за значительного увелич ния массы и габаритных размеров ЛЗ, однако в дальнейше уменьшение размеров двигателя решило положительно данну задачу. Применение линейного двигателя в переносном П требует балансировки массы подвижной части привода, что сн жает его преимущества ио сравнению с редукторным самого мозящимся приводом. По экономичности линейный двигатед имеет преимущество только в режиме ускоренного перемещени за счет минимального числа подвижных деталей. Поворотный привод (см. рис. 2.17), предложенный фирмо Philips, применяют во всех ее моделях, включая переносны Привод подходит только для однопучковой схемы ЛЗ. В тако конструкции ЛЗ размещен на конце рычага, вращаемого нов ротным линейным двигателем по отрезку окружности. В качеств направляющих вращения применены шарикоподшипники. Двиг тель выполняет одновременно функции привода подачи и актю тора РС, что упрощает конструкцию до одной движущейся част и обеспечивает высокую надежность привода. Привод обеспеч вает малое время перемещения ЛЗ от начала до конца диск Однопучковая схема ЛЗ менее чувствительна к углам наклон диска и направляющим по сравнению с трехпучковой. В сигнал РС отсутствуют паразитные компоненты ВЧ сигнала. Аналоги но прямому линейному приводу поворотный привод требует д полнительной балансировки рычага. Радиальное слежение всег ЛЗ, включая массу баланса (суммарная масса около 30 г), тр бует увеличенной мощности управления по сравнению с актюат ром РС, в котором масса подвижного объектива составляет 1 , 3 г. Для портативных переносных и автомобильных ПКД основн МИ требованиями являются малые масса и габаритные размер а также высокая устойчивость к вибрациям, низкое энергоп требление. Скорость поиска не является определяющей, поэто предпочтителен редукторный привод подачи ЛЗ. Требования двигателю вращения редукторного привода определяются нос выбора кинематической схемы привода и редуктора, а так структурной схемы САР-РП. Привод вращения диска состоит из двух элементов: узла кре ления диска и двигателя. Узел крепления диска обеспечива центровку диска и надежную его фиксацию. В большинстве мод лей проигрывателей планшайба узла крепления диска устанавл вается непосредственно на вал двигателя, хотя есть модели, г передача вращения от двигателя к диску осуществляется чер 92 фрикционную передачу, что позволяет уменьшить высоту проигрывателя. Центровка диска на планшайбе, как правило, осуществляется подпружиненной конической втулкой, базирующейся на оси двигателя. Прижим диска к планшайбе в большинстве моделей производится магнитом. Двигатель вращения диска включен в систему регулирования линейной скорости воспроизведения, и его частота вращения изменяется в пределах 200... 500 об./мин. Жестких требований по неравномерности скорости к двигателю не предъявляется, так как неравномерности скорости компенсируются при цифровой обработке сигнала. В качестве двигателей применяют коллекторные или бесконтактные постоянного тока. 2.8. СОГЛАСОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЛИМАТОРА И ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА Назначение коллиматора ЛЗ - сведение лазерного излучения в параллельный пучок, имеющий заданные диаметр поперечного сечения и мощность. Требования к коллимированному пучку: близкое к Неравномерному распределение интенсивности в поперечном сечении пучка, что связано с необходимостью получения заполнения апертуры объектива, достаточного для формирования заданного сфокусированного пятна 1,6 мкм, и сферичность волнового фронта пучка. Достаточно малые отклонения плоского волнового фронта (волновые аберрации) позволяют не корректировать их в оптических элементах объектива. Необходимость коррекции волнового фронта в объективе приводит к усложнению конструкции и увеличению массы объектива. Конструктивно между лазером и линзами коллиматора может устанавливаться светоделитель, что уменьшает габариты ЛЗ. Необходимо учитывать возможность появления сферических аберраций из-за того, что светоделитель установлен в расходящемся пучке. Это усложняет работу светоделительных покрытий, которые рассчитываются на определенный угол падения входного луча. Требования к коллимированному пучку удовлетворяются путем конструирования безаберрационной оптической схемы в пределах требуемого поля. Размер поля определяется необходимым диапазоном рег}-лировочных смещений лазера относительно оптической оси коллиматора, а также достаточным уменьшением апертуры коллиматора NA. При выборе NA необходимо удовлетворение следующего условия: iV4 = min(e ,p, е„,р„), где Эпар и Эперп - параллельная и перпендикулярная расходимости лазерного излучения в дальней зоне, определяемые на некотором заданном уровне энергии. Накладывает свои ограничения на апертуру коллиматора то обстоятельство, что в ЛЗ обычно используют лазеры с активной волноводной структурой, поскольку они имеют меньшую длину когерентности, чем лазеры с пассивной волноводной структурой а потому и меньшие шумы от попадания отраженного излучени на излучающий переход. Лазеры с активной волноводной струк турой отличаются наличием осевого астигматизма AZ до 30 мкм. При этом в дальнем поле волна перестает быть сферической. И рис. 2.20 видно, что с уменьшением коллиматора уменьшаютс искажения волнового фронта Аф, вызванные осевым астигматиз мом лазерного излучения. Если А(р>->Х/МА, то в коллиматор не обходимо вводить цилиндрическую линзу. Ее можно установить например, после обычно коллимирующего триплета. Для упрощения оптической схемы коллиматора и исключения цилиндрической линзы необходимо уменьшить NA до величины При этом отклонение волнового фронта от параллельности составляет не более Я/4, чтобы выполнялось правило исиользовани четверти длины волны Релея, которое применяют для начально го выявления необходимости коррекции системы. Дальнейше уменьшение NA позволяет использовать в качестве коллиматор одиночную плосковыпуклую положительную линзу, обращенну плоской поверхностью к лазеру. При этом уменьшается число поверхностей, подлежащих просветлению, а также появляется возможность наклеить линзу на грань светоделителя, установленного между лазером и линзой. Предел уменьшения NA определяется уровнем допустимой мощности коллимированного пучка Чем выше мощность лазерного излучения и меньше расходимость, тем больше можно уменьшить NA, а значит, упростить конструкцию коллиматора. После выбора NA коллиматора легко определить его фокусное расстояние F, = D/2NA, где D - требуемый диаметр поперечного сечения коллимированного светового пучка.  ? а) Рис. 2.20. Влияние апертуры коллиматора на искажения волнового фронта коллимированного пучка, вызванного осевым астигматизмом 1 ... 6 7 8 9 10 11 12 ... 22 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||