【正文】 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 19頁(yè) 激光唱機(jī)與 VCD視盤機(jī)常用的普通型激光 二極管 封裝形式 ： 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 20頁(yè) 全息照相復(fù)合激光二極管 全息照相復(fù)合激光二極管在激光二極管發(fā)射面的光路中增設(shè)了一個(gè) 衍射光柵 ，在其頂部增設(shè)了一個(gè) 全息照相鏡片 ，在激光二極管側(cè)面排列了一個(gè) 光電二極管 ，采用多引腳式從底座上引出。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 22頁(yè) (四 )半導(dǎo)體激光器的主要性能參數(shù) CD、 VCD播放機(jī)用的半導(dǎo)體激光器工作波長(zhǎng)一般在 0 .78— 0 .83181。 DVD播放機(jī)采用的激光器工作波長(zhǎng)為 ， 存儲(chǔ)容量提高到 (單層 )或 (雙層 )， 數(shù)據(jù)傳輸率達(dá) 26Mbps。 主要性能參數(shù)： 激光波長(zhǎng)、激光功率、工作電流 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 23頁(yè) 激光播放機(jī)所需要的 激光功率與數(shù)據(jù)傳輸率、光盤旋轉(zhuǎn)速度及光路效率等因素有關(guān) 。 半導(dǎo)體激光器的光路效率約為 35％一 40％， CD、VCD光盤的旋轉(zhuǎn)速度為 — 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 24頁(yè) 當(dāng)流過半導(dǎo)體激光器 P— N結(jié)的 正向電流達(dá)到一定值 ，使產(chǎn)生的光子數(shù)目滿足 光在諧振腔內(nèi)的增益大于損耗時(shí)，便開始產(chǎn)生激光輻射 。 閾值電流 Ith與 P— N結(jié)的結(jié)構(gòu)、諧振腔的尺寸及溫度有關(guān)。 半導(dǎo)體激光器的 PoI曲線 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 25頁(yè) 二、光學(xué)系統(tǒng) 光學(xué)系統(tǒng)組成： 激光器 、 光學(xué)器件 、 光檢測(cè)器 (一 )激光器 激光播放機(jī)多采用普通型半導(dǎo)體激光器 ， 其內(nèi)部裝有激光二極管 (LD)和光電二極管 (PD)， 激光二極管用來(lái)發(fā)射激光 ， 光電二極管用來(lái)監(jiān)測(cè)激光強(qiáng)度并與外電路組成自動(dòng)功率控制電路 (APC)， 使激光功率保持恒定 。 單光束激光頭： 組件的光路簡(jiǎn)單但伺服電路較復(fù)雜 。 三光束激光頭組件內(nèi)部的光路結(jié)構(gòu)復(fù)雜 、 精密 ， 但伺服電路要簡(jiǎn)單些 。 (2)偏振棱鏡 又稱分光棱鏡 ， 具有將偏振方向不同的激光束分開的功能 ， 對(duì)于激光二極管發(fā)射出的光呈透射性 ， 對(duì)于從物鏡反射回來(lái)的光呈反射性 。 偏振膜只允許偏振方向相同的激光束透射 。 (4)淮直透鏡 用于將散射的入射光矯正成為平行光。 (6)柱面透鏡 能形成特有的像散，與光檢測(cè)器配合為聚焦伺服提供聚焦誤差信號(hào)。光檢測(cè)器由封裝在一起的若干片光敏二極管組成，它們之間 共用陰極 ，而 陽(yáng)極是各自獨(dú)立 的。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 30頁(yè) 6片式光檢測(cè)器用于三光束型激光頭 ， 主光束射到 A、 B、C、 D四只光敏二極管上 ， 旁邊兩束輔光束分別射向 E、F兩只光敏二極管上 ， 從 A、 B、 C、 D四只光敏二極管上可拾取射頻信號(hào) (RF)、 聚焦誤差信號(hào) (FE)； 從 E、 F兩只光敏二極管上可拾取循跡誤差信號(hào) (TE)。 4片式光檢測(cè)器用于單光束型激光頭 ，四只光敏管 (A、B、 C、 D)用于接收激光束，產(chǎn)生射頻信號(hào)、聚焦誤差信號(hào)和循跡誤差信號(hào)。 為穩(wěn)定光功率輸出 ， 須設(shè)置 自動(dòng)功率控制(APC)電路 ， 用于控制激光二極管的工作電流 ， 穩(wěn)定激光發(fā)射功率 。 光學(xué)頭安裝在激光槍正面 ， 組裝聯(lián)結(jié)成一個(gè)整體 ，構(gòu)成激光頭組件 。 物鏡機(jī)構(gòu)十分復(fù)雜 、 精密 ，通常采用的有 軸向滑動(dòng)型 、四線型和模壓絞鏈型 三種 。 模壓鉸鏈型物鏡機(jī)構(gòu) 兼有前兩種方式的特點(diǎn)，抗振性好，但必須調(diào)整二維平行模壓鉸鏈的傾角。 CD系統(tǒng)的允許偏差為： 聚焦方向約為 177。m， 徑向跟蹤方向約為 177。 如此小的容許偏差不能單靠提高機(jī)械精度的辦法來(lái)實(shí)現(xiàn) ， 必須在 CD系統(tǒng)中設(shè)置能確保激光束焦點(diǎn)正確跟蹤信息紋跡的伺服系統(tǒng) 。 進(jìn)給伺服 其作用是控制物鏡徑向移動(dòng) ， 保證讀完整張光盤和滿足選曲的需要 。 在激光影碟機(jī) (LD)中，除采用以上四種伺服外，還采用了 高度及傾斜伺服 。而在 CD系統(tǒng)中，因?yàn)?CD盤片直徑較小，所以不采用高度伺服和傾斜伺服： 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 38頁(yè) 一、伺服系統(tǒng)的構(gòu)成及性能 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成： 伺服控制系統(tǒng)通常由 誤差檢測(cè)部分 、 伺服信號(hào)處理電路 、 驅(qū)動(dòng)器和執(zhí)行部分 組成一個(gè)自動(dòng)控制環(huán)路 。 通常從 穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性三方面來(lái)衡量伺服控制系統(tǒng)的性能。 對(duì)這一隨動(dòng)系統(tǒng)的要求是：激光束焦點(diǎn)的空間位置 在任何時(shí)刻都能在允差范圍內(nèi)跟隨目標(biāo)值變化 ，并在一定強(qiáng)度的外界干擾 (如外部振動(dòng)及光盤刮傷 、污跡等缺陷 )下 ， 伺服系統(tǒng)能在盡可能短的時(shí)間內(nèi) ，跨越過渡過程而進(jìn)入穩(wěn)態(tài) ， 且穩(wěn)態(tài)誤差越小越好 。 應(yīng) 從調(diào)節(jié)力度和調(diào)節(jié)方向兩個(gè)方面來(lái)改善伺服性能 。 K： 開環(huán)增益 e(t)：誤差信號(hào) 調(diào)節(jié)力度：增益 K 調(diào)節(jié)方向 ： e(t)的相位 。 增益偏小 ， 調(diào)節(jié)力不夠 ， 會(huì)使系統(tǒng)反應(yīng)遲緩而 導(dǎo)致快速性和準(zhǔn)確性劣化 ；若 增益偏大 ， 調(diào)節(jié)力度過強(qiáng) ，系統(tǒng)反應(yīng)靈敏 ， 但使過調(diào)量增大 ， 振蕩次數(shù)增加 ，從而導(dǎo)致過渡過程時(shí)間變長(zhǎng) ， 快速性變差 ， 嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)瓜到y(tǒng)發(fā)生大幅振蕩而失去穩(wěn)定性 。 伺服調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) (線圈 、 電動(dòng)機(jī)等 )對(duì)不同頻率的控制信號(hào)U0(t)， 具有不同的位移幅度響應(yīng) 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 43頁(yè) 相位校正 U0(t)的相位決定了調(diào)節(jié)作用的方向和時(shí)機(jī) ， 它也是影響伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性 、 快速性和準(zhǔn)確性的重要因素 。 因此 ， 有必要對(duì)U0(t)的相位進(jìn)行預(yù)校正 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 44頁(yè) 聚焦伺服 聚焦伺服是使激光頭與光盤上信息紋跡之間的距離保持恒定 。 當(dāng)光盤出現(xiàn)上下抖動(dòng)時(shí) ， 聚焦伺服電路輸出與抖動(dòng)量成比例的聚焦驅(qū)動(dòng)電流 ， 使物鏡作相 應(yīng)的上下移動(dòng) ， 焦點(diǎn)始終落在信息紋跡上 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 46頁(yè) l、 像散法 像散法聚焦誤差檢測(cè)方法 ：在反射光路中安裝了一個(gè)半圓柱形透鏡 、 利用半圓柱形透鏡只在一個(gè)方向上有聚焦能力的特性 ， 能將通過它的光束變換成橫截面為正交的橢圓 (即最初呈縱向橢圓形 ， 然后接近圓形 ， 最后呈橫向橢圓形 )， 利用這一特性 ， 在準(zhǔn)確聚焦的情況下 ， 將四分割光檢測(cè)器安裝在圓形位置上 ， 使 四個(gè)光檢測(cè)器輸入均等的光通量 。 聚焦誤差信號(hào) FE＝ (IA+ IC)(IB+ID)。 三光束激光頭一般采用像散法 來(lái)獲得聚焦誤差信號(hào) 。 準(zhǔn)確聚焦時(shí) ， 傅科棱鏡的反射光在兩個(gè)二分割光檢測(cè)器上的 光像呈圓形 散焦時(shí) ． 傅科棱鏡的反射光在兩個(gè)二分割光檢測(cè)器上的 光像呈半圓形 焦距過近時(shí) ， 其光分布是 外側(cè)明亮 焦距過遠(yuǎn)時(shí) ， 其光分布是 內(nèi)側(cè)明亮 比較器檢測(cè)出的這種明暗所對(duì)應(yīng)的電信號(hào)的差值就是聚焦誤差信號(hào) 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 50頁(yè) 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 51頁(yè) (二 )聚焦伺服調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 聚焦伺服調(diào)節(jié)是通過激光頭的物鏡機(jī)構(gòu)上下移動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)焦點(diǎn)的位置 。 聚焦誤差信號(hào)經(jīng)放大后產(chǎn)生的電流通過聚焦線圈 ，產(chǎn)生 磁場(chǎng)力 ， 使物鏡上下移動(dòng) 。 聚焦伺服有一定的控制范圍 ， 當(dāng)焦距超出控制范圍時(shí) ， 聚焦伺服不起作用 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 52頁(yè) 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 53頁(yè) 三、循跡伺服 循跡伺服就是使物境跟蹤光盤的偏心 ， 在循跡方向進(jìn)行校正 ， 以準(zhǔn)確讀取信息紋跡 。 要保證激光束準(zhǔn)確掃描信息紋跡 ， 必須采用循跡伺服控制 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 54頁(yè) 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 55頁(yè) 循跡誤差檢測(cè)方法 循跡誤差檢測(cè)方法： 三點(diǎn)法 、 推挽法和微分相位法 。 其光檢測(cè)器由六只光電二極管構(gòu)成 ， 中間配置了四只 (A、 B、C、 D)， 并緊靠在一起 ， 兩側(cè)各配置了一只 (E和 F)。這三束光經(jīng)光盤反射后投射到光檢測(cè)器上。 這四個(gè)電信號(hào)經(jīng) (A+C)(B+D)運(yùn)算，產(chǎn)生 聚焦誤差信號(hào) 。當(dāng)主光束的光點(diǎn)位于紋跡正中時(shí) ， 兩個(gè)輔助光束反射光量相等，照射在兩個(gè)光檢測(cè)器 E、 F上產(chǎn)生的電信號(hào)相等。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 57頁(yè) 若將 E、 F兩只光敏管轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)送到減法器去運(yùn)算，即 TE＝ E－ F， 減法器輸出信號(hào)的正負(fù)反映了主光束偏移信息紋跡的方向，其絕對(duì)值的大小反映了 偏移的程度 ，這個(gè)信號(hào)就是循跡誤差信號(hào)。 這種方法產(chǎn)生的循跡誤差信號(hào) 優(yōu)點(diǎn)： 靈敏度高 ， 循跡動(dòng)作準(zhǔn)確 、 穩(wěn)定 、 工作可靠 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 58頁(yè) 推挽法 推挽法又稱反射光強(qiáng)分布式或衍射光方式。若將接收反射光的光電二極管分成一左一右，當(dāng)光束準(zhǔn)確投射在信息紋跡 (即坑 )上時(shí)，左右兩只光電二極管接收等量的反射光，經(jīng)減法器運(yùn)算后輸出為 0，當(dāng)激光束向左或向右偏移信息紋跡時(shí)，反射光強(qiáng)度左右便不對(duì)稱。 輸出信號(hào)的正負(fù)反映了偏移信息紋跡的方向，其絕對(duì)值的大小反映了偏移量的多少。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 60頁(yè) 微分相位檢測(cè)法 一般用于單光束型激光頭 ， 其原理是利用光點(diǎn)投射在信號(hào)坑的瞬間 ， 在紋跡偏離左邊或右邊時(shí)兩個(gè)光檢測(cè)器輸入的光通量分布會(huì)左右顛倒 ， 采用兩對(duì)角線的相位比較 ， 就可以將左上方或右上方的 光通量分布變換成正負(fù)極性誤差信號(hào) 。 第 2章 激光信號(hào)拾取系統(tǒng) 2022年 5月 29日星期日 第 62頁(yè) 四、進(jìn)給伺服 循跡伺服是使物鏡跟蹤紋跡中心并補(bǔ)償光盤的偏心 ， 光束在光盤上的調(diào)節(jié)范圍不小于 1mm即可 ；但光盤從信號(hào)引入紋跡到信號(hào)引出紋跡 ， 其距離有 35mm， 這就要靠 進(jìn)給伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)激光頭在光盤半徑方向上作 35mm的長(zhǎng)距離移動(dòng) 光束除了正常跟蹤掃描