DVD光学读取系统原理

1、DVD光学读取系统原理DVD光学读取系统是DVD激光视盘机的核心器件，主要由激光头（半导体激光器、光电接收器及光路通道）和光头传动机构组成。大致可分为偏光光学系统和无偏光光学系统两类。无偏光光学系统经过发射接收转换后，功率会降低较多，因此读取效率较低，主要用于VCD和CD机的光学读取系统。而DVD机由于激光读取时需要较大功率，一般都采用了更先进的偏光光学系统。激光头是光学读取系统的关键器件，主要由半导体激光二极管LD、光电二极管PD以及物镜、偏光分光棱镜、反射镜、1/4波长板等组成。主要结构见下图：物镜伺服机构光盘1/4波长板PBS分光棱镜反射镜准直透镜激光二极管圆柱面透镜光电二极管 光电二极

2、管 （图1）由图可见，从激光二极管发射出来的发散激光通过准直透镜后变为平行激光，通过PBS（特殊的偏光光束分光器），再通过1/4波长板（QWP），把偏振平行激光送至物镜，经物镜聚焦后，激光焦点准确跟踪碟片上记录的信号，根据碟片上的凹凸信号，激光的反射光信号根据碟片信号的变化而变化，反射信号通过1/4波长板和PBS后，在PBS中产生45度偏转，成为S线性偏振光。该信号经反射后送往信号检测和误差检测系统，经光电检测器把激光信号转换成电信号后送到RF信号处理电路处理。1、 激光二极管的好坏直接关系到整机的工作性能，VCD的激光二极管发射激光波长为780nm，DVD的激光波长为650nm或以下（635

3、650nm），激光二极管工作时发出的正常功率为35mW，碟片信号最终得到的功率为0.3mW左右。激光二极管的正常工作电压为2V左右，工作电流一般为50100mA，在正常读碟的情况下，工作电流越小，激光二极管的性能越好，工作寿命就更长。当工作电流超过100mA时，一般激光二极管已经老化。除了一些更短波长的激光二极管发出与PN结合面垂直的偏振光外，DVD中一般的LD管均发出与PN结合面平行的线性偏振激光，一般激光二极管的要求有以下几点：A、 激光波长为635650nm。B、 具有低噪声性能。C、 抗振动性较强。D、 使用寿命要长，一般要求在6000小时以上。E、 能够在60度左右的较高温度中长时间

4、工作。F、 成本低，适合批量生产。G、 结构简单，性能稳定可靠。2、 光电检测器在激光头中用来检测从光盘上反射回来的激光信号，并把该信号转换为电信号，一般由A、B、C、D、E、F六只共阴极的光电二极管构成，排列矩阵见图2，当有激光照射光电二极管时，光电二极管中就有电流流过。从反射回来的激光中把碟片上记录的坑纹信号转换为高频的数字信号，将几只光电管检测到的电流进行组合，就可得到和恢复记录的信号。碟片的记录内容信号为A+B+C+D，聚焦误差信号为（A+B）（C+D），循迹误差信号为EF。A B C D E F 负极传动机构是保证光头正常读取碟片的前提，具体包括进给电机传动机构、主轴电机转动机构和物

5、镜周围的聚焦线圈、循迹线圈的驱动机构。进给机构主要由进给电机、控制光头移动的齿轮、光头滑动轴、丝杆、弹簧片等组成。滑动轴有单轴式和双轴式两种，VCD一船只用了单轴，而DVD由于伺服精度要求极高，绝大部份都采用了双轴滑行杆。进给电路工作原理是：由循迹误差信号中通过取样得到进给小信号，经放大处理后驱动进给电机，通过传动齿轮使光头相对于碟片作径向运动，用来大范围内移动光头跟踪信号轨迹。DVD光盘信息记录区范围为光盘直径的48116mm，由于信号读取是从光盘内圈开始的，因此光头读取信号的起始端应在距碟片中心的24mm范围之内，运动最大行程应大于34mm，才能正常读取碟片上的所有信号，在进给机构的支架上

6、一般都加有四个橡胶垫进行减震，以保证进给机构的正常平稳运行。主轴转动机构由光盘固定机构和主轴电机构成，光盘固定机构一般均采用永久磁铁压碟盖来锁定光碟盘片。压碟盖安装在机芯架上方的正中，加载后把碟片吸压在主轴上的小升降盘上由主轴带动碟片转动。主轴电机要求具有极高的精度，因为DVD光盘上的信号坑纹很细密，而光头必须以恒定线速度来读取信号（恒线速转动的额定值为3.27-3.49m/s），所以在碟片内圈时主轴的转速远大于外圈时的转速。电机若不能快速根据CLV控制电压的变化而变化，碟片运行不平稳或偶有停顿，势必主生误码信号，使机器无法读取碟片或不能流畅的进行播放。我们知道，任何几何物体都有一定的误差，碟

7、片自然不可能做到绝对的平面，反射基膜的高低也本就不完全一致，加之碟片在使用过程中受环境的影响日久也会变形，主轴电机在带动物镜运动的过程中，碟片也是忽上忽下，相对于激光头是不断变化的，但激光束的焦点必须准确投射在信号轨迹上，才能正常读取碟片信号。聚焦线圈与物镜相连为一体，物镜架由永久磁钢构成的，利用通电线圈在磁场中的运动来带动物镜上下移动，达到聚焦效果。物镜实际上是一个凸透镜，作用是把平行的激光汇聚成很小的光点，并且准确的投射在碟片的信号反射层上。由信号组合而得到的聚焦误差信号经过放大处理后驱动聚焦线圈，带动物镜在在磁场中上下运动，使物镜紧随碟片信号轨迹的变化而上下移动，达到精度聚焦的目的。碟片

8、信号由于是由内到外逐步扩散，而且信号与信号之间的距离很小，虽然有进给电机移动整个光头由内向外移动，但不能做到小范围内的准确跟踪。循迹线圈通过循迹驱动信号带动物镜的左右移动，准确跟踪一圈一圈由内到外的信号轨迹，也可以说，循迹伺服是进给伺服的精度伺服，而进给伺服只是大范围内的粗伺服。光头在机器通电后首先要完成复位、碟片搜索等初始化动作，初始化的控制按机芯CPU的指令来执行，具体执行步骤和程序都已写进机芯ROM中。一般的程序如下：通电后，微处理器先检测碟仓是否到位，若在出仓状态，自动完成进仓动作；接着启动进给电机，把光头移到碟片内圈的起始端，再给激光二极管加上工作电压，使激光二极管正常发光。然后开始

9、进行碟片搜索，碟片搜索主要是通过S聚焦来完成，所谓S聚焦，就是开机后光头发出激光时，物镜较大范围内上下移动搜索碟片的过程，若碟片放置在正常范围内，物镜只须上下移动搜索1、2次，便可找一到焦点，顺利读出碟片的TOC目录；若没有碟片或是碟片放置不到位和不能识别读取的碟片，物镜在反复聚焦3、5次后，停止搜索，激光二极管熄灭。在S聚焦的同时，物镜在循迹线圈的控制下同时左右径向移动，完成径向搜索，读取目录后处于待命状态。由于DVD光学读取系统不单单只是读取DVD碟片，而应向下兼容CD/VCD格式的盘片，两类碟片的外观结构尽管相同，实际上却有很大的差异，DVD视盘机要顺利兼容其它格式的盘片，不仅仅电路上要

10、支持各自的解编码、伺服等，首先光学读取系统要能正常兼容。光学读取系统解决兼容问题主要有以下三种方案：1、 双光头方案这是DVD开发初期使用的一种光学解决方案，有可靠的兼容性，而且也还能顺利读取CDR刻录光盘。双光头方案实际上是在机芯中装置两套独立的激光读取系统，一套专用于DVD，另一套用于CD、VCD、SVCD等碟片的读取，但这种光学解决方案结构复杂，成本高，只在DVD面世的初期使用，现已属淘汰主品。2、 单光头双物镜方案这种方案只有一个发光和光路系统，但具有可以滑动的两个物镜，分别用于DVD及CD/VCD的不同聚焦，通过两个透镜的相互转换来识别读出不同的光盘，这种方案读取效果也不错，但机械结构也相对复杂，难以小型化，实际使用中也不多。3、 双光管单光头方案目前最广泛采用的一种兼容方案，结构小巧简单，只有一个光路系统和一个物镜，内部却封装了两只激光二极管，分别发出780nm和650nm的激光来读取CD/VCD或DVD盘片