第2章激光信号拾取系统ppt课件

1、第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 激光信号拾取系统的作用：完成光盘记录信号的读取 组成：激光拾音器(俗称激光头)、伺服系统、精细机械系统。激光头和精细机械系统部分又称为机芯。 激光播放机的任务过程：将记录在光盘上的数字信号复原成模拟信号的过程。 激光拾音器：用激光头索取光盘记录的数字信号，激光头发出激光束经过聚焦扫描光盘信息纹迹，其反射光被信息纹迹调制，因此带上了光盘信息，用光检测器(光电二极管)将反射光变换成电流，这样就拾取到光盘上的信息。光盘上信息包括：主信号(通常称为射频信号或RF信号)和聚焦、循迹伺服误差信号。 伺服系统的作用：保证激光头能准确扫描光盘纹迹读取光盘信号，

2、包括聚焦伺服、循迹伺服、进给伺服、主轴伺服。 精细机械系统：包括伺服调理机构、光盘旋转机构、光盘装卸机构等。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 1.1 激光拾音器 1.2 伺服系统 1.3 机芯任务原理第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统1.1 1.1 激光拾音器激光拾音器激光拾音器：激光二极管(LD)、光学器件、物镜机构和光检测器(PD)组成。激光二极管：发射激光光学器件：将激光束聚焦到光盘信息面，并将反射光束投射到光检测器，由光检测器完成光电转换。光检测器由光电二极管组成。物镜机构:在聚焦、循迹伺服误差信号的控制下，可作程度、垂直方向的二维运动，完成聚焦跟踪和循迹

3、跟踪，保证激光束准确扫描光盘信息纹迹。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统一、激光与激光器一、激光与激光器 光学常识: 可见光的波长为370760nm(纳米)。不同的波长对应不同的颜色，紫色光为370455nm，蓝色光为455492nm，绿色光为493577nm，黄色光为578597nm，橙色光为598622nm，红包光为623750nm。波长短于370nm和大于760nm都是不可见光，分别称为紫外光和红外光。普通光源产生多波长光波，其能量不能高度集中，经透镜聚焦,焦点也不集中，不能用来读取光盘信息。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 1.反射特性 反射规律：一是反

4、射角等于 入射角，二是入射光线和 反射光线位于向一平面上。 3.干涉景象 波长相等、振动方向一样、相位一样或相位差恒定的光源，发射的光波在相遇时会发生相互关涉，出现明暗交替的条纹，阐明重叠的光束可以相互加强或相互减弱，这就是光的干涉景象。2.折射特性 折射率n表示其弯折程度 光的主要特性：第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统4.聚焦待性 穿过凸透镜的光线会产生折射而会聚在一点，该点称为焦点。 非相关光(即多波长光波)经过透镜，因其能量不能集中，聚焦后的焦点不集中。 单色的相关光(如激光)经过透镜聚焦后焦点很小。焦点处光点的直径与光波波长()和透镜的数值孔径(NA)有关。当一束平行相

5、关光投射到凸透镜上时，这些平行光便折射会聚在焦点上。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统数值孔径(NA)：凸透镜的聚焦才干 NA=nsin n:折射率 ：最大会聚角的1/2焦点直径d与光波波长 、数值孔径NA的关系： d /(2NA)焦深f：光束会聚很细的那一部分长度 f= /(2NA2)第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 CD唱机、VCD视盘机采用物镜凸透镜对激光聚焦来读取信息。 当NA值大时，激光束聚焦后的光点直径小，分辨力高，但焦深短，读取信息时因光盘上下摆动而离焦，读取信息时稳定性就差，会使伺服不稳定； 当NA值小时，聚焦后的光点直径大，分辨力低，会同时触及

6、两条信息纹迹、误码率增大，也不能读出正确的信息，但焦深长，读取信息稳定。 合理选取NA值 实际和实验证明:对于采用780nm的激光器，激光头物镜NA的最正确值为0.45左右。DVD视盘机用650nm的激光器，那么NA的最正确值为0.6左右。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统5.5.光的偏振光的偏振 光照射到某些物体(如棱镜)的外表部分被反射，部分被折射。实验证明，光在被某些物体反射和折射的过程中，具有方向选择性，即某一方向有光，其他方向无光。这一景象叫光偏振。 偏振光经过某些透明物体如石英晶体等旋光性物质时，偏振光的振动而将旋转一定角度。其旋转角度取决于旋光物质的厚度以及光波波

7、长。能使振动面旋转900的晶体片称为1/4波长片。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统( (二二) )激光激光 激光是由激光器产生的单一波长光波 特性： (1)高单色性 理想的单色光是波长完全一样的光。激光器产生的激光频率一样，是接近理想的单色光。高单色性是激光的主要特性。 (2)高方向性 激光的发散角仅为0.10左右，光束几乎只沿一个方向传播。高方向性能使激光能量高度集中。 (3)相关性好 激光是向某一方向发射的光，它们之间频率一样，相位一致，因此有极好的相关性。相关光具有良好的聚焦特性，激光经过激光头的光学系统聚焦后的焦点直径可小于1m。 具有高单色性、高方向性、良好的相关性

8、是激光最重要的特点，使得会聚焦点直径小到接近光的波长，激光的能量在焦点附近高度集中。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统( (二二) )激光器激光器 产生激光的安装叫激光器。 由激发能源、任务物质调和振腔三部分组成。 激发能源：用来鼓励任务物质，使之产生光子； 谐振腔：一对高反射率反射镜，光经反复激发、反射构成激光。 激光器的类型： 按其任务物质的物理形状，可分为气体、液体、固体及半导体四种激光器。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 气体激光器：氦氖激光器。气体的密度低，激光输出功率较小。能量转换效率较低。 染料激光器：采用有机染料溶液制成的激光器。主要特点是激光波

9、长可以在一定范围内延续改动。 固体激光器：能量高、功率大，其任务物质有红宝石、石英晶体、玻璃等。 半导体激光器：采用半导体资料制成的激光器。主要特点是体积小、分量轻、构造简单，能量转换效率高，约为10，被广泛运用于激光视听设备。 早期激光影碟机常用氦氖气体激光器，其构造简单可靠、运用寿命长。但体积大、电能转换率低，约为0.03%。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2.2.半导体激光器任务原理半导体激光器任务原理 半导体激光器是一切激光器中效率最高、体积最小的一种激光器，因此获得广泛运用。在激光播放机中，半导体激光器曾经取代了气体激光器。 原子实际相关知识：原子内的电子具有确定的

10、能量形状。不同的能态值定为不同的能级。最低能级的能态称为基态。基态是稳定的。高能级的电子是不稳定的，它总是力图向低能级跃迁，同时辐射出一个光子，其释放的能量转变为可见光方式，所以能级较高的能态称为激发态。 电子普通处于基态。处在基态上的电子从外界例如外加激发电流吸收能量后便可跃迁到激发态上。激发态是不稳定的，激发态的电子在高能级上停留短暂时间后，便以光的方式放出多余的能量前往到基态，这种景象称为注入电发光。由于半导体砷化镓(GaAs)具有很高的注入电发光效率，故通常用砷化镓制造激光器。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 砷化镓激光器有多种构造，其中以双异质构造性能较好。 双异质构

11、造：中心是一个PN结，它由一块P型半导体和一块N型半导体结合在一同构成。这与普通二极管用烧结方式产生的PN结是不同的。PN结外形为长方形，长约250m，宽约120m。图是砷化镓激光器构造。它的前后两端磨成镜面，使之具有极高的反射率。整个构造封装在一个有窗口的金属外壳内。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 任务时，P型侧接电源正极，N型侧接电源负极，通常N型侧与散热器相连。当砷化镓激光器加适当正向电压时，使有任务电流产生，当到达起振电流值时，便出现激光振荡，即有激光束从PN结中激发出来。 在P型和N型砷化镓中间夹有三层铝砷化镓，中间一层称作有源层，是光放大部分，折射率较大。有源层的

12、两侧为限制层，含铝较多，折射率较低，这样，光在折射率较高的有源层中来回振荡并被加强，实现光放大作用。 有源层起到谐振腔的作用第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统砷化镓半导体激光器是激光播放机常用的读取光源，其任务波长为780nm，属近红外光。输出功率5mW。半导体激光器的光输出的功率随环境温度而变化，具有负温度特性。其输出功率随温度变化的不稳定特性，会直接影响激光播放机伺服电路的稳定性，故必需对激光二极管任务电流进展自动功率控制(APC)，使激光器输出功率坚持稳定。APC：自动功率控制第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统3.3.激光二极管的构造激光二极管的构造 普通型激

13、光二极管 普通型激光二极管的外形构造有两种： 斜头：发射窗为斜面 平头：发射窗为平面 斜头多用于激光唱机和VCD视盘机，平头普通用于激光影碟机。构造：普通型激光二极管构造：普通型激光二极管 全息照相复合激光二极管全息照相复合激光二极管第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统普通型激光二极管主要由半导体激光器、光电二极管、散热器、管座、透镜及引脚等构成。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统激光唱机与激光唱机与VCDVCD视盘机常用的普通型激光二视盘机常用的普通型激光二极管封装方式：极管封装方式： 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 全息照相复合激光二极管 全息照

14、相复合激光二极管在激光二极管发射面的光路中增设了一个衍射光栅，在其顶部增设了一个全息照相镜片，在激光二极管侧面陈列了一个光电二极管，采用多引脚式从底座上引出。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统全息照相复合激光二极管构造 全息照相复合激光二极管的光路全息照相复合激光二极管的激光头主要用于激光视盘机。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统( (四四) )半导体激光器的主要性能参数半导体激光器的主要性能参数 1.激光波长 CD、VCD播放机用的半导体激光器任务波长普通在0.780.83m范围；CD光盘的存储容量为650MB，数据传输率为4.3218Mbps。 DVD播放机采

15、用的激光器任务波长为0.65m，存储容量提高到4.7GB(单层)或8.4GB(双层)，数据传输率达26Mbps。 任务波长决议了焦点直径，因此限制了光盘的记录密度。主要性能参数：激光波长、激光功率、任务电流主要性能参数：激光波长、激光功率、任务电流第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2.激光功率激光播放机所需求的激光功率与数据传输率、光盘旋转速度及光路效率等要素有关。数据传输率愈高，光盘旋转速度愈快，所需的激光功率愈大。半导体激光器的光路效率约为35一40，CD、VCD光盘的旋转速度为1.21.4m/s。普通要求激光器的输出功率为数毫瓦。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取

16、系统 3.任务电流 当流过半导体激光器PN结的正向电流到达一定值，使产生的光子数目满足光在谐振腔内的增益大于损耗时，便开场产生激光辐射。 阈值电流Ith：正向电流到达一定值，开场产生激光辐射的电流称作半导体激光器的阈值电流。 阈值电流Ith与PN结的构造、谐振腔的尺寸及温度有关。 当流过半导体激光器的PN结的正向电流超越Ith时，激光输出功率Po将随电流的增大而迅速增大。半导体激光器的Po-I曲线第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统二、光学系统二、光学系统 光学系统组成：激光器、光学器件、光检测器 (一)激光器 激光播放机多采用普通型半导体激光器，其内部装有激光二极管(LD)和光电

17、二极管(PD)，激光二极管用来发射激光，光电二极管用来监测激光强度并与外电路组成自动功率控制电路(APC)，使激光功率坚持恒定。 (二)光学器件 激光头：单光束型、三光束型 两种激光头的光路构造有些不同，但根本原理一样。 单光束激光头：组件的光路简单但伺服电路较复杂。 三光束激光头：用光栅将一束激光分为三束。三光束激光头组件内部的光路构造复杂、精细，但伺服电路要简单些。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统三光束激光头组件构造表示图第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 (1)衍射光栅 外表刻有等间隔细光栅的玻璃片，激光经过光栅后分成三条光束，单束式激光头那么无需设置此光栅

18、。 (2)偏振棱镜 又称分光棱镜，具有将偏振方向不同的激光束分开的功能，对于激光二极管发射出的光呈透射性，对于从物镜反射回来的光呈反射性。它是将两个直角棱镜的斜面合在一同组成的，其中一个直角棱镜的斜面上涂有偏振膜，偏振膜的偏振化方向与激光器产生的激光偏振方向一致。偏振膜只允许偏振方向一样的激光束透射。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统(3)14波片 一个旋光器件，能将激光束的偏振面旋转90。(4)淮直透镜 用于将散射的入射光矫正成为平行光。(5)物镜 用于将入射的平行光聚焦成一个极小的光点，是光学系统中最重要的部件。(6)柱面透镜 能构成特有的像散，与光检测器配合为聚焦伺服提供

19、聚焦误差信号。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 (三)光检测器 光检测器是一种光敏元件，起光电转换的作用，将光信号变成电信号。光检测器由封装在一同的假设干片光敏二极管组成，它们之间共用阴极，而阳极是各自独立的。 常用的光检测器有6片式、5片式和4片式三种。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 6片式光检测器用于三光束型激光头，主光束射到A、B、C、D四只光敏二极管上，旁边两束辅光束分别射向E、F两只光敏二极管上，从A、B、C、D四只光敏二极管上可拾取射频信号(RF)、聚焦误差信号(FE)；从E、F两只光敏二极管上可拾取循迹误差信号(TE)。 5片式光检测器用于全息照

20、相复合型激光二极管，中央的三只光敏管用于接纳主光束，产生射频信号和聚焦误差信导；两边缘光敏管用于接纳辅助光束，产生循迹误差信号。 4片式光检测器用于单光束型激光头，四只光敏管(A、B、C、D)用于接纳激光束，产生射频信号、聚焦误差信号和循迹误差信号。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统三、自动功率控制电路三、自动功率控制电路(APC)(APC) 自动功率控制(APC)电路:稳定光功率输出 激光二极管(LD)是温度敏感器件，当遭到温度、干扰等要素影响而使任务电流变化时，激光二极管输出光功率就会变化很大，其至损坏激光二极管。为稳定光功率输出，须设置自动功率控制(APC)电路，用于控制激

21、光二极管的任务电流，稳定激光发射功率。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统四、实践激光头四、实践激光头 实践激光头分为两部分：光学头和激光枪 光学头：物镜机构，主要由物镜、循迹线圈和聚焦线圈组成 激光枪：将其他各镜片、激光发射二极管和光检测器安装在同一个腔体内，称为激光枪。 光学头安装在激光枪正面，组装结合成一个整体，构成激光头组件。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 物镜机构是激光拾音器的活动部件，它的作用是使拾音器的物镜作垂直方向运动和径向程度运动，以便激光头进展聚焦和循迹伺服，从而难确稳定地读出光盘纹迹上的信息。

22、物镜机构非常复杂、精细，通常采用的有轴向滑动型、四线型和模压绞链型三种。轴向滑动型普通用于便携式光盘机的激光头组件第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 四线型物镜机构方式简单、本钱低，常用于台式机的激光头组件。 模压铰链型物镜机构兼有前两种方式的特点，抗振性好，但必需调整二维平行模压铰链的倾角。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第二节第二节 伺服系统伺服系统 在激光头读光盘信息过程中，激光束焦点的实践位置总是与盘片信息纹迹存在垂直方向、盘片半径方向的误差，因此出现聚焦误差与径向跟踪误差。 CD系统的允许偏向为：聚焦方向约为(0.5-1)m，径向跟踪方向约为0.15m

23、。 如此小的允许偏向不能单靠提高机械精度的方法来实现，必需在CD系统中设置能确保激光束焦点正确跟踪信息纹迹的伺服系统。 CD伺服系统通常包括： (1)聚焦伺服 (2)循迹伺服 (3)进给伺服 (4)主轴伺服 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 聚焦伺服 其作用是控制物镜上下运动，确保激光束焦点在光盘的信息纹迹上： 循迹伺服 其作用是控制物镜径向微动，保证激光束沿信息纹迹进展准确扫描。 进给伺服 其作用是控制物镜径向挪动，保证读完好张光盘和满足选曲的需求。 主轴伺服 其作用是控制光盘的转速，使激光束扫描光盘信息纹迹的相对速度坚持恒定。 在激光影碟机(LD)中，除采用以上四种伺服外，

24、还采用了高度及倾斜伺服。这是由于LD盘片直径较大，在高速旋转时，盘片上下摆动较大且会构成伞状变形。而在CD系统中，由于CD盘片直径较小，所以不采用高度伺服和倾斜伺服： 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统一、伺服系统的构成及性能一、伺服系统的构成及性能 伺服系统的构成： 伺服控制系统通常由误差检测部分、伺服信号处置电路、驱动器和执行部分组成一个自动控制环路。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统伺服系统的性能目的伺服系统的性能目的 伺服环路的控制对象是激光头、物镜、光盘；执行部件是聚焦线圈、循迹线圈和电动机。通常从稳定性、快速性、准确性三方面来衡量伺服控制系统的性能。第

25、第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统伺服系统性能的改善伺服系统性能的改善 伺服系统是一个随动系统，系统的目的值时辰在变化。对这一随动系统的要求是：激光束焦点的空间位置在任何时辰都能在允差范围内跟随目的值变化，并在一定强度的外界干扰(如外部振动及光盘刮伤、污迹等缺陷)下，伺服系统能在尽能够短的时间内，跨越过渡过程而进入稳态，且稳态误差越小越好。 由于伺服调理机构和受控对象存在惯性，因此简单地将误差信号作为控制信号去驱动调理执行部件来调理受控对象，难以使伺服系统的稳定性、快速性和准确性都满足要求。应从调理力度和调理方向两个方面来改善伺服性能。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系

26、统 驱动执行部件的控制信号U0(t)Ke(t)。 K：开环增益 e(t)：误差信号 调理力度：增益K 调理方向：e(t)的相位。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统增益控制增益控制 伺服系统的误差信号放大器增益正比于系统调理控制的力度，它直接决议了系统的稳定性、快速性和准确性。 增益偏小，调理力不够，会使系统反响缓慢而导致快速性和准确性劣化；假设增益偏大，调理力度过强，系统反响灵敏，但使过调量增大，振荡次数添加，从而导致过渡过程时间变长，快速性变差，严重时甚至会使系统发生大幅振荡而失去稳定性。伺服系统的开路增益应控制在一个适中的范围内，兼顾稳定性、快速性和准确性。伺服调理机构(线圈

27、、电动机等)对不同频率的控制信号U0(t)，具有不同的位移幅度呼应。因此，对不同频率的e(t)，应采用不同的调理力度。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统相位校正相位校正 U0(t)的相位决议了调理作用的方向和时机，它也是影响伺服系统的稳定性、快速性和准确性的重要要素。 在伺服系统中，由于伺服调理机构和受控对象存在惯性，使得用控制信号U0(t)去驱动调理机构，所产生的受控对象的变化总是滞后于U0(t)的变化，而且滞后的过程也因Uo(t)频率不同而异。因此，有必要对U0(t)的相位进展预校正。适当的相位校正可改善伺服系统的性能。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统聚焦伺服

28、聚焦伺服 聚焦伺服是使激光头与光盘上信息纹迹之间的间隔 坚持恒定。光盘在旋转时，由于光盘和旋转机构的制造误差，会出现或多或少的上下抖动。当光盘出现上下抖动时，聚焦伺服电路输出与抖动量成比例的聚焦驱动电流，使物镜作相应的上下挪动，焦点一直落在信息纹迹上。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统( (一一) )聚焦误差检测聚焦误差检测 检测聚焦误差就是检测光盘信号面与物镜的间隔 聚焦误差检测方法：像散法和博科法。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统l l、像散法、像散法 像散法聚焦误差检测方法：在反射光路中安装了一个半圆柱形透镜、利用半圆柱形透镜只在一个方向上有聚焦才干的特性

29、，能将经过它的光束变换成横截面为正交的椭圆(即最初呈纵向椭圆形，然后接近圆形，最后呈横向椭圆形)，利用这一特性，在准确聚焦的情况下，将四分割光检测器安装在圆形位置上，使四个光检测器输入均等的光通量。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统四个光检测器的输出电流分别记为IA、IB、 IC、ID。聚焦误差信号FE(IA+ IC)-(IB+ID)。FE0，表示焦点位置正确FE0，表示焦点位置过远FE0，表示焦点位置过近FE信号的正负反映了焦点位置是过远还是过近，决议是向上还是向下挪动物镜， FE信号绝对值的大小反映了偏离焦点的程度，决议了物镜挪

30、动间隔 的大小。三光束激光头普通采用像散法来获得聚焦误差信号。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2.2.傅科法傅科法 利用棱镜(称为傅科棱镜)对光束有一分为二的功能，在反射光会聚光路中的焦点处安装一个傅科棱镜。 准确聚焦时，傅科棱镜的反射光在两个二分割光检测器上的光像呈圆形 散焦时傅科棱镜的反射光在两个二分割光检测器上的光像呈半圆形 焦距过近时，其光分布是外侧亮堂 焦距过远时，其光分布是内侧亮堂 比较器检测出的这种明暗所对应的电信号的差值就是聚焦误差信号第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统( (二二) )聚焦伺服调理机

31、构聚焦伺服调理机构 聚焦伺服调理是经过激光头的物镜机构上下挪动来调理焦点的位置。激光头聚焦调理机构采用与喇叭音圈类似的构造。 聚焦误差信号经放大后产生的电流经过聚焦线圈，产生磁场力，使物镜上下挪动。聚焦线圈电流的大小决议物镜挪动的间隔 ，电流的方向决议物镜挪动的方向。 聚焦伺服有一定的控制范围，当焦距超出控制范围时，聚焦伺服不起作用。 控制系统设置初始聚焦搜索程序。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统三、循迹伺服三、循迹伺服 循迹伺服就是使物境跟踪光盘的偏心，在循迹方向进展校正，以准确读取信息纹迹。 由于光盘的制造误差，如纹迹的同轴

32、度误差和主轴电动机产生的抖晃、光盘旋转过程中引起的偏心位移，都会使扫描光束偏离纹迹。要保证激光束准确扫描信息纹迹，必需采用循迹伺服控制。 经过循迹伺服控制后，可以将扫描纹迹误差值控制在0.1m以内。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统1 1、 循迹误差检测方法循迹误差检测方法 循迹误差检测方法：三点法、推挽法和微分相位法。 三点法 三点法又称三束法，用于三光束激光头。其光检测器由六只光电二极管构成，中间配置了四只(A、B、C、D)，并紧靠在一同，两侧各配置了一只(E和F)。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 激光二极

33、管发射的激光束经衍射光栅分成三束光，中间是主光束，两侧是辅助光束。这三束光经光盘反射后投射到光检测器上。主光束投射到中间的四只光电二极管上，转换成的电信号经混合放大后构成RF信号(即ABC+D)。这四个电信号经(A+C)-(B+D)运算，产生聚焦误差信号。两侧的辅助光束分别投射到E和F两只光电二极管上，产生的电信号用于循迹伺服。当主光束的光点位于纹迹正中时，两个辅助光束反射光量相等，照射在两个光检测器E、F上产生的电信号相等。当纹迹左右偏离时，E、F上的光通量分布就出现差别，产生的电信号就不相等。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 假设将E、F两只光敏管转换成的电信号送到减法器去

34、运算，即TEEF，减法器输出信号的正负反映了主光束偏移信息纹迹的方向，其绝对值的大小反映了偏移的程度，这个信号就是循迹误差信号。 伺服电路利用循迹误差信号产生驱动电流去改动循迹线圈中的电流方向与大小，控制物镜作程度方向微动，校正光点位置，使主光束一直在纹迹中心线上扫描。 这种方法产生的循迹误差信号 优点：灵敏度高，循迹动作准确、稳定、任务可靠。 缺陷：光学系统较复杂，需求衍射光栅，激光输出利用率较低，调理也较费事。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统推挽法 推挽法又称反射光强分布式或衍射光方式。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 当光束投射到无坑处时，激光全反射，即

35、反射光最强；当投射到坑处时，反射光最弱，即反射光被有坑和无坑调制。假设将接纳反射光的光电二极管分成一左一右，当光束准确投射在信息纹迹(即坑)上时，左右两只光电二极管接纳等量的反射光，经减法器运算后输出为0，当激光束向左或向右偏移信息纹迹时，反射光强度左右便不对称。 当向左偏时，左边反射光强度大于右边，当向右偏时，右边反射光强度大于左边，左右两只光电二极管转换成的电信号的大小便出现差别，经减法器运算后的输出便不为0，能够为正，也能够为负。 输出信号的正负反映了偏移信息纹迹的方向，其绝对值的大小反映了偏移量的多少。这个信号就是循迹误差信号。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 微分相

36、位检测法 普通用于单光束型激光头，其原理是利用光点投射在信号坑的瞬间，在纹迹偏离左边或右边时两个光检测器输入的光通量分布会左右颠倒，采用两对角线的相位比较，就可以将左上方或右上方的光通量分布变换成正负极性误差信号。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2.2.循迹伺服调理机构循迹伺服调理机构 光盘正常重放所用循迹伺服调理机构与聚焦伺服原理一样，循迹线圈绕向与聚焦线圈绕向相互垂直，循迹误差电流经过循迹线圈，驱动物镜程度挪动，使光束准确跟踪纹迹。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统四、进给伺服四、进给伺服 循迹伺服是使物镜跟踪纹迹中心并补偿光盘的偏心，光束在光盘上的调理范围不

37、小于1mm即可；但光盘从信号引入纹迹到信号引出纹迹，其间隔 有35mm，这就要靠进给伺服机构带动激光头在光盘半径方向上作35mm的长间隔 挪动 光束除了正常跟踪扫描纹迹，有时要根据操作指令，完成快速随机读取，要求激光头有大幅度跨越纹迹的动作，并准确将光束置于所需的纹迹位置，这也要靠进给伺服机构来完成。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 进结伺服机构组成:进给伺服电路和进给传动机构。 进给传动机构组成:进给电动机、齿轮、齿条、滑管和导轴。 齿条与滑管和激光头衔接在一同，进给电动机转动时，带动齿轮转动，齿轮带动齿条挪动，齿条带动激光头在

38、导轴上挪动。 进给伺服控制器还要受系统控制微处置器的控制。 在开机或停顿任务时，经过进给伺服使激光头停在光盘引入区的位置(即光盘的最内圈)。为了防止激光头组件碰撞光盘夹持器或主轴电动机，专门设置限位开关，当激光头挪动到光盘内圈的极限位置时，此开关接通，进给电动机停顿转动。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 当用户进展选曲操作、时间设定操作等非顺序重放操作时，控制系统便控制进给伺服，使激光头迅速挪动到用户所需求的节目上。 选曲过程:系统控制微处置器首先经过环路控制开关，使循迹伺服回路呈开路形状。经过在进给电动机上施加一定量的正或负的电压，使激光头高速地从内圈向外圈，或从外圈向内圈挪

39、动。激光头的挪动间隔 ，是经过计算时间信息得到。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 在光盘目录表(TOC)中记录了绝对时间、曲目号及每曲节目播放时间等信息。选曲时，根据当前的播放位置和选曲位置之间的时间差，从TOC中求出激光头必需的挪动量，然后给进给伺服电路施加必需的驱动信号，驱动激光头挪动。 普通不能够一次挪动就使激光头准确地到达目的位置。因此，根据挪动间隔 第一次粗检索终了，接通循迹跟踪伺服系统来重放信号，并由此计算出与目的位置的偏移量，然后进展正向或反向的修正，这样即可完成。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统五、主轴伺服五、主轴伺服 激光播放机是采用恒线速(C

40、LV)方式来记录信号的，其线速度为1.21.4m/s。 光盘上从引入区到引出区各信息纹迹的半径是不一样的，故光盘旋转速度将根据播放时音轨的位置而不断变化，以保证光盘与激光头之间的线速度恒定不变。通常在最内圈处光盘转速为520r/s，在最外圈处光盘转速为204r/s。只需当线速度符合规范且恒定不变时，才干保证激光头扫描纹迹的时间符合规范，拾取的信号才干正确地解调出来。 主轴伺服的目的就是要坚持光盘与激光头之间作恒线速运动，故主轴伺服又叫CLV伺服。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 实现CLV控制的关键:光盘中录有能反映转速的信息。

41、 CD-DA系统记录信号采用帧构造，每帧有帧同步信号作为标志；假设主轴上电动机转速正确，那么所读取的帧同步信号的频率为7.35kHz。 假设主轴电动机转速偏快、那么帧同步信号的频率大于7.35kHz；假设主轴电动机转速偏慢，那么帧同步信号的频率小于7.35kHz。 把该同步信号作为检测速度的信息，与晶振产生的稳定的7.35kHz参考频率进展比较，得到误差信息，将此误差信息放大后控制主轴电动机的转速，使速度误差为零。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 要获得对光盘更准确的CLV控制，就要运用相位伺服。当获得速度伺服后，位时钟恢复电路进入正常任务形状，这时将读出的位时钟信号与基准位

42、时钟(晶振产生)用锁相环路(PLL)方式进展相位比较，得到相位误差信息，用此信息控制主轴电动机的转速，就能获得准确的相位伺服。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统六、模拟伺服与数字伺服六、模拟伺服与数字伺服 根据对误差信号的处置方式不同，伺服系统又可分为模拟式和数字式两大类 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统1 1模拟伺服系统模拟伺服系统 模拟伺服系统的特点：误差信号是模拟量，伺服环路全部采用模拟电路。 由误差检测器检测出激光头读取形状的误差信息进展放大处置，控制执行机构进展误差形状校正。 模拟伺服方式控制范围狭窄，而且易受元器件老化和环境温度等要素变化的影响，使得其

43、控制精度和稳定性都不够理想。 机芯的机械和光电部件在加工过程中总存在误差，而且这种误差往往远大于控制精度要求。因此，采用模拟伺服的机芯必需在专业厂进展调整，这种调整不仅会因人而异，而且伺服电路与机芯也必需一一对应。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2.2.数字伺服系统数字伺服系统 数字伺服系统采用数字信号处置技术，先将检测出的模拟误差信息进展模数变换，使之成为可以用微处置器控制的数字信号，再经过数字滤波器滤波后，输出误差控制信号。误差信号经微处置器处置后，再经数模变换，驱动放大后控制各部分执行机构。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 数字伺服系统优点： 1)对伺服元

44、件要求降低，加之数字电路对干扰的不敏感性，提高了伺服系统的长期稳定性。 2)数字伺服由于伺服信号是数字信号，因此易于在伺服系统内引入计算机控制，从而为伺服提供更准确的算法，获得最正确的伺服控制。 3)数字伺服有利于小型化和集成化，提高了伺服的精度和可靠性。 4)数字伺服的相位富有量大，有利于光盘机的兼容性。 5)无需调整，便于消费。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第三节第三节 机芯任务原理机芯任务原理 机芯用于光盘的装卸和运转，读取光盘上记录的信息，是激光播放机的关键部件。 机芯是集激光技术、光学技术、伺服控制技术和精细机械制造技术于一体的典型设备。 第第2 2章章 激光信号拾

45、取系统激光信号拾取系统一、机芯构造一、机芯构造 机芯构造以其存片容量可分为单片式及多片式两种。 在多片式构造中，常用的以3片、5片型较多，其构造较简单，用一个大转盘存放光盘，根据转盘停顿的不同角度而将不同的光盘置入读取仓。10片以上的多片型机芯，有独立的存片仓和复杂的取片安装。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 由激光头、托盘、进出机构、光盘装卸机构、光盘旋转机构、夹持机构及激光头进给机构等组成。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统二、托盘进出机构二、托盘进出机构 主要由托盘、齿条、主凸轮、中间轮、带轮、同步轮、托盘

46、进出检测开关Sl、S2与加载电动机等组成。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统1.1.托盘进任务原理托盘进任务原理 当微处置器收到“CLOSE操作指令时，便发出装盘指令、送到加载电动机驱动电路，驱动加载电动机反时针转动，经过主凸轮、中间轮、同步轮等传动安装将托盘由机外向机内挪动。托盘移至机内播放位置的同时，主凸轮上的塑料检测柱碰压检测开关S2，使其闭合，将此信息送至微处置器，使其发出制动指令，使电动机刹车而停转。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2.2.托盘出任务原理托盘出任务原理 当微处置器收到“OPEN操作指令时，便发出卸盘指令，送到加载电动机驱动电路，驱动加载

47、电动机顺时针转动，经过主凸轮、中间轮、同步轮等传动安装将托盘从机内向机外挪动。当托盘向外移至规定位置时，托盘开检测杆碰压检测开关Sl，使其闭合，将此信息送至微处置器，使其发出制动指令，电动机刹车而停转。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统三、光盘装卸机构三、光盘装卸机构 光盘装卸机构主要由主凸轮、升降凸轮、芯座等组成。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 装盘任务原理装盘任务原理 托盘进出机构将托盘内的光盘送到机内的播放位置后，加载电动机继续反时针转动，经过中间轮使主凸轮继续反时针转动，经齿轮传动使升降凸轮顺时针转动，升降

48、销便沿倾斜条向上滑动至最高平台，芯座随之上升，旋转盘便将托盘中的光盘抬起，升至夹持器，将光盘紧压在旋转盘上。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 主凸轮上的托盘闭检测柱碰压开关S2，使其闭合，将光盘加载到位的检测信息送微处置器，发出制动指令，使加载电动机刹车而停转。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2.2.卸盘任务原理卸盘任务原理 当微处置器收到“OPEN操作指令时，便发出卸盘指令，送到驱动电路，使其输出电动机的驱动电压，加载电动机顺时针转动，中间轮反时针转动，主凸轮顺时针转动，经齿轮传动使升降凸轮反时针转动，升降销便从最高平台沿倾斜面向下挪动第第2 2章章 激光信号

49、拾取系统激光信号拾取系统 当移至底部时，芯座也随之下降到位，托在旋转盘上面的光盘随芯座在下降过程中将光盘送回托盘，芯座上的旋转盘与激光头下降，远离托盘面，再由托盘出机构将光盘送出机外。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统四、夹持器四、夹持器 夹持器用于夹持光盘。主要由磁环、夹持器、卡圈等组成。夹持器安装在支架孔中，支架经过两只螺钉固定在机座上。夹持器可以在孔中自在转动，在装盘过程中，旋转盘上升，将光盘抬起分开托盘，当抵至夹持器上时，在磁环的磁力作用下将光盘紧紧地压靠在旋转盘上。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统五、进给机构五、进给机构作用：将激光头组件沿径向方向挪动

50、。组成：由进给齿轮、齿条、滑动杆与进给电动机等。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 S3闭合，将此信息送到微处置端，发出指令使进给电动机刹车停顿转动。激光头停在目录区位置。接着微处置器控制激光头伺服电路进展聚焦访问，读取目录区信息。装盘终了后，芯座升起到位，进给机构也随之上升。微处置器根据输入的装盘终了检测信息发出激光头复位指令，经过驱动电路使进给电动机反时针旋转，经过齿条传动，挪动激光头组件至进给限位检测开关S3第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 重放期间，进给伺服控制电路产生进给控制电压，进给电动机低速旋转，经过驱动齿轮、齿条缓慢而匀速地驱动激光头沿滑动杆由内侧

51、向外侧滑动，直至引出轨迹为止。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统六、光盘驱动机构六、光盘驱动机构 光盘驱动机构主要由主轴电动机及安装在其轴端的上旋转盘、压簧、旋转盘与锁紧片等构成。随着主轴电动机的旋转，带动光盘高速平稳地旋转。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统七、多盘机芯七、多盘机芯第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统主要由托盘进出机构、选盘机构、光盘装卸机构、光盘旋转机构、夹持机构、进给机构和激光头组件等组成。其小托盘进出机构、光盘装卸机构和夹持机构均安装在塑料机芯支架上。其托盘比单盘机芯大，托盘上安装有选盘机构和选盘电动机。 第第2 2章章 激光信

52、号拾取系统激光信号拾取系统 2、托盘进出机构、托盘进出机构 当微处置器收到“CLOSE操作指令时，便发出装盘指令，送到电动机驱动电路，使其输出驱动电压，加载电动机反时针旋转，经过传动安装将托盘由机外向机内作程度挪动。 当托盘移至机内播放初始位置时，托盘尾部碰压检测开关s4，使其闭合，将此信息送至微处置器，使其发出刹车指令，电动机停转，托盘便停留在播放初始位置。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统 托盘出任务过程分两种情况： 1)在无光盘或停顿形状下：当按“OPEN键时，微处置器发出卸盘指令，加载电动机顺时针转动，经过传动安装将托盘由机内向机外作程度挪动，直至挪动到规定位置电动机停

53、转为止。 2)在重放光盘形状下：当按“OPEN键时，微处埋器发出托盘出指令，加载电动机顺时针旋转。经过传动安装驱动托盘向机外挪动，直到预定位置为止。在此形状下，假设按动“CLOSE键，微处置器便发出托盘进指令，加载电动机反时针转动，经过传动安装驱动托盘从机外向机内挪动，直到托盘尾部碰压检测开关S4。电动机停转，托盘挪动到位为止。 重放光盘时托盘可进可出是多盆机芯特有的形状，这点与单盘机不同。 第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统3.3.光盘装卸机构光盘装卸机构 光盘装卸机构主要由主齿轮、升降凸轮、升降座等组成。升降座上安装有旋转盘、主轴电动机、激光头组件和进给机构等。 升降凸轮的上

54、部只需6个齿，主齿轮下部最内层的齿轮上也只需6个齿。这6个齿只需在升降时才相互啮合，经过升降销驱动升降座升降，将转盘上的光盘升送到旋转盘上或从旋转盘上送到转盘上。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统1装盘过程 托盘进出机构将托盘内的光盘送到机内播放初始位置(即送到旋转盘上面)，加载电动机继续反时针转动，经带轮和继动轮使主齿轮反时针转动，主齿轮下部内层的6个齿与升降凸轮k的6个齿啮合，升降凸轮顺时针转动，使升降销沿倾斜条向上滑动至最高平台，升降座随之被抬起，升降座上的旋转盘便将转盘上的光盘升至夹持器，将光盘压靠在旋转盘上。此时升降凸轮被凸块锁住，并由凸块带动检测开关将此形状信息送至微

55、处置器，使其发出驱动指令，使加载电动机刹车面停顿转动。当升降座升起时，激光头组件也被抬起，开场读盘第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统2卸盘过程 在停顿形状，当微处置器接纳到“OPEN操作信息时，便发出卸盘指令，经过驱动电路，加载电动机顺时针转动，经带轮与继动轮，主齿轮顺时针转动，下部内层上的6个齿与升降凸轮上的6个齿啮合，升降凸轮反时针转动一个角度，升降销沿倾斜条下滑究竟部，升降座随之下落。随着芯座的下落，旋转盘上的光盘返送到转盘上，升降座上的旋转盘与激光头也下降分开托盘。此时由凸块带动检测开关将此形状信息送至微处置器，再由托盘进出机构将光盘送出机外。 第第2 2章章 激光信号拾

56、取系统激光信号拾取系统4.4.选盘机构的组成选盘机构的组成 选盘机构主要由转盘与旋转传动机构组成。转盘可放入1一3张光盘。旋转传动机构用于将放入转盘的光盘旋转至播放初始位置。 选盘机构的任务方式分为光盘阅读与选放两种。1光盘阅读 光盘阅读是指光盘放入转盘后，按动“CLOSE钮时，托盘进入机内，转盘旋转，分别将各号(13)盘位按顺序旋转至传感检测与激光头组件位置，进展聚焦读盘，并将结果记忆下来，显示在荧光屏上，供用户选放用。2选放 微处置器接纳到选放信息后，首先控制加载电动机转动，降下升降座，再控制选盘电动机转动，转盘旋转，将被选放的盘位旋转至播放初始位置，盘位编码器进展检测，对选盘电动机进展制动控制，使选放盘位的光盘平稳地停放在播放位置，再由加载电动机与装盘机构进展装盘处置后进入重放形状。第第2 2章章 激光信号拾取系统激光信号拾取系统5.夹持器 夹持器主要由磁环、夹持盘、卡圈等组成。 在装盘过程小，旋转盘上升，拾起光盘，当抵至夹持器上时其磁环产生的滋力将光盘牢牢地压靠在钢制的旋转盘上。6.进给机构与光盘旋转机构 多盘机芯的进给机构与光盘旋转机构与单盘机