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1、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、精密机械系统。激光头和精密机械系统部分又称为机芯。激光播放机的工作过程：将记录在光盘上的数字信号还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，因而带上了光盘信息，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，包括聚焦伺服、循迹伺服、进给伺服、主轴伺服。精密机械系统
2、：包括伺服调节机构、光盘旋转机构、光盘装卸机构等。,1.1 激光拾音器,1.2 伺服系统,1.3 机芯工作原理,1.1 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，可作水平、垂直方向的二维运动，完成聚焦跟踪和循迹跟踪，保证激光束准确扫描光盘信息纹迹。,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
3、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。,1.反射特性 反射规律：一是反射角等于 入射角，二是入射光线和 反射光线位于向一平面上。,3.干涉现象 波长相等、振动方向相同、相位相同或相位差恒定的光源，发射的光波在相遇时会发生互相干涉，出现明暗交替的条纹，表明重叠的光束可以相互加强或相互削弱，这就是光的干涉现象。,2.折射特性 折射率n表示其弯折程度,光的
4、主要特性：,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。非相干光(即多波长光波)通过透镜，因其能量不能集中，聚焦后的焦点不集中。单色的相干光(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。当一束平行相干光投射到凸透镜上时，这些平行光便折射会聚在焦点上。,数值孔径(NA)：凸透镜的聚焦能力 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),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
5、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 理论和实验证明:对于采用780nm的激光器，激光头物镜NA的最佳值为0.45左右。DVD视盘机用650nm的激光器，则NA的最佳值为0.6左右。,5.光的偏振,光照射到某些物体(如棱镜)的表面部分被反射，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。这一现象叫光偏振。偏振光通过某些透明物体（
6、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长。能使振动面旋转900的晶体片称为1/4波长片。,(二)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相同的光。激光器产生的激光频率相同，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)相干性好 激光是向某一方向发射的光，它们之间频率相同，相位一致，因而有极好的相干性。相干光具有良好的聚焦特性，激光通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
7、色性、高方向性、良好的相干性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。,(二)激光器,产生激光的装置叫激光器。由激发能源、工作物质和谐振腔三部分组成。激发能源：用来激励工作物质，使之产生光子；谐振腔：一对高反射率反射镜，光经反复激发、反射形成激光。激光器的类型：按其工作物质的物理状态，可分为气体、液体、固体及半导体四种激光器。,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。主要特点是激光波长可以在一定范围内连续改变。固体激光器：能量高、功率大，其工作物质有红宝石、石英晶体、玻璃等。半
8、导体激光器：采用半导体材料制成的激光器。主要特点是体积小、重量轻、结构简单，能量转换效率高，约为10，被广泛应用于激光视听设备。早期激光影碟机常用氦氖气体激光器，其结构简单可靠、使用寿命长。但体积大、电能转换率低，约为0.03%。,2.半导体激光器工作原理,半导体激光器是所有激光器中效率最高、体积最小的一种激光器，因而获得广泛应用。在激光播放机中，半导体激光器已经取代了气体激光器。原子理论相关知识：原子内的电子具有确定的能量状态。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形式，所
9、以能级较高的能态称为激发态。电子一般处于基态。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，便以光的形式放出多余的能量返回到基态，这种现象称为注入电发光。由于半导体砷化镓(GaAs)具有很高的注入电发光效率，故通常用砷化镓制作激光器。,砷化镓激光器有多种结构，其中以双异质结构性能较好。双异质结构：核心是一个PN结，它由一块P型半导体和一块N型半导体结合在一起构成。这与普通二极管用烧结方式产生的PN结是不同的。PN结形状为长方形，长约250m，宽约120m。,图是砷化镓激光器结构。它的前后两端磨成镜面，使之具有极高的反
10、射率。整个结构封装在一个有窗口的金属外壳内。,工作时，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，使有工作电流产生，当达到起振电流值时，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,砷化镓半导体激光器是激光播放机常用的读取光源，其工作波长为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
11、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，故必须对激光二极管工作电流进行自动功率控制(APC)，使激光器输出功率保持稳定。APC：自动功率控制,3.激光二极管的结构,普通型激光二极管 普通型激光二极管的外形结构有两种：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，平头一般用于激光影碟机。,结构：普通型激光二极管 全息照相复合激光二极管,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。,激光唱机与VCD视盘机常用的普通型激光二极管封装形式：,全息照相复合激光二极管 全息照相复合激光二极管在激光二极管发
12、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，在激光二极管侧面排列了一个光电二极管，采用多引脚式从底座上引出。,全息照相复合激光二极管结构 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。,(四)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工作波长一般在0.780.83m范围；CD光盘的存储容量为650MB，数据传输率为4.3218Mbps。DVD播放机采用的激光器工作波长为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。工作波长决定了焦点直径，因而限制了光盘的记录密度。
13、,主要性能参数：激光波长、激光功率、工作电流,2.激光功率激光播放机所需要的激光功率与数据传输率、光盘旋转速度及光路效率等因素有关。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。一般要求激光器的输出功率为数毫瓦。,3.工作电流 当流过半导体激光器PN结的正向电流达到一定值，使产生的光子数目满足光在谐振腔内的增益大于损耗时，便开始产生激光辐射。阈值电流Ith：正向电流达到一定值，开始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结的结构、谐振腔的尺寸及温度有关。当流过半导体激光器的P
14、N结的正向电流超过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,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)，使激光功率保持恒定。(二)光学器件 激光头：单光束型、三光束型 两种激光头的光路结构有些不同，但基本原理一样。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结构复杂、精密，但伺服电路要简单
15、些。,三光束激光头组件结构示意图,(1)衍射光栅 表面刻有等间隔细光栅的玻璃片，激光通过光栅后分成三条光束，单束式激光头则无需设置此光栅。(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起组成的，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相同的激光束透射。,(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
16、光学系统中最重要的部件。(6)柱面透镜 能形成特有的像散，与光检测器配合为聚焦伺服提供聚焦误差信号。,(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起的若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。,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相复合型激光二极
17、管，中央的三只光敏管用于接收主光束，产生射频信号和聚焦误差信导；两边缘光敏管用于接收辅助光束，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)用于接收激光束，产生射频信号、聚焦误差信号和循迹误差信号。,三、自动功率控制电路(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，当受到温度、干扰等因素影响而使工作电流变化时，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，用于控制激光二极管的工作电流，稳定激光发射功率。,四、实际激光头,实际激光头分为两部分：光学头和激光枪
18、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：将其余各镜片、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，组装联结成一个整体，构成激光头组件。,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水平运动，以便激光头进行聚焦和循迹伺服，从而难确稳定地读出光盘纹迹上的信息。物镜机构十分复杂、精密，通常采用的有轴向滑动型、四线型和模压绞链型三种。,轴向滑动型一般用于便携式光盘机的激光头组件,四线型物镜机构形式简单、成本低，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，但必须调整二维平行模压铰链的
19、倾角。,第二节 伺服系统,在激光头读光盘信息过程中，激光束焦点的实际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，因而出现聚焦误差与径向跟踪误差。CD系统的允许偏差为：聚焦方向约为(0.5-1)m，径向跟踪方向约为0.15m。如此小的容许偏差不能单靠提高机械精度的办法来实现，必须在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,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行准确扫描。进给伺服 其作用是控制物镜径向
20、移动，保证读完整张光盘和满足选曲的需要。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保持恒定。在激光影碟机(LD)中，除采用以上四种伺服外，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形成伞状变形。而在CD系统中，因为CD盘片直径较小，所以不采用高度伺服和倾斜伺服：,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、伺服信号处理电路、驱动器和执行部分组成一个自动控制环路。,伺服系统的性能指标,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
21、衡量伺服控制系统的性能。,伺服系统性能的改善,伺服系统是一个随动系统，系统的目标值时刻在变化。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刻都能在允差范围内跟随目标值变化，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，伺服系统能在尽可能短的时间内，跨越过渡过程而进入稳态，且稳态误差越小越好。由于伺服调节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节执行部件来调节受控对象，难以使伺服系统的稳定性、快速性和准确性都满足要求。应从调节力度和调节方向两个方面来改善伺服性能。,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 调节力
22、度：增益K 调节方向：e(t)的相位。,增益控制,伺服系统的误差信号放大器增益正比于系统调节控制的力度，它直接决定了系统的稳定性、快速性和准确性。增益偏小，调节力不够，会使系统反应迟缓而导致快速性和准确性劣化；若增益偏大，调节力度过强，系统反应灵敏，但使过调量增大，振荡次数增加，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。伺服调节机构(线圈、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响应。因此，对不同频率的e(t)，应采用不同的调节力度。,相位校正,U0(t)的相位决
23、定了调节作用的方向和时机，它也是影响伺服系统的稳定性、快速性和准确性的重要因素。在伺服系统中，因为伺服调节机构和受控对象存在惯性，使得用控制信号U0(t)去驱动调节机构，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)的相位进行预校正。适当的相位校正可改善伺服系统的性能。,聚焦伺服,聚焦伺服是使激光头与光盘上信息纹迹之间的距离保持恒定。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移动，焦点始终落在信息纹迹上。,(一)
24、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距离 聚焦误差检测方法：像散法和博科法。,l、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能力的特性，能将通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。,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
25、反映了焦点位置是过远还是过近，决定是向上还是向下移动物镜，FE信号绝对值的大小反映了偏离焦点的程度，决定了物镜移动距离的大小。三光束激光头一般采用像散法来获得聚焦误差信号。,2.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，其光分布是外侧明亮 焦距过远时，其光分布是内侧明亮 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,(二)聚焦伺服调节机构,聚焦伺服调节是通过激光头的物镜机构上下移动来调节焦
26、点的位置。激光头聚焦调节机构采用与喇叭音圈相似的结构。聚焦误差信号经放大后产生的电流通过聚焦线圈，产生磁场力，使物镜上下移动。聚焦线圈电流的大小决定物镜移动的距离，电流的方向决定物镜移动的方向。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。,三、循迹伺服,循迹伺服就是使物境跟踪光盘的偏心，在循迹方向进行校正，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，必须采用循迹伺服控制。通过循迹伺服控制后，可以将扫描纹迹误差值控制在0.1
27、m以内。,1、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)，并紧靠在一起，两侧各配置了一只(E和F)。,激光二极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形成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，
28、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异，产生的电信号就不相等。,若将E、F两只光敏管转换成的电信号送到减法器去运算，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变循迹线圈中的电流方向与大小，控制物镜作水平方向微动，校正光点位置，使主光束始终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、工作可靠。缺点：光学系统较复杂，需要衍射光栅，激光输出利用率较低，调节也较麻烦
29、。,推挽法 推挽法又称反射光强分布式或衍射光方式。,当光束投射到无坑处时，激光全反射，即反射光最强；当投射到坑处时，反射光最弱，即反射光被有坑和无坑调制。若将接收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收等量的反射光，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异，经减法器运算后的输出便不为0，可能为正，也可能为负。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
30、个信号就是循迹误差信号。,微分相位检测法 一般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。,2.循迹伺服调节机构,光盘正常重放所用循迹伺服调节机构与聚焦伺服原理相同，循迹线圈绕向与聚焦线圈绕向互相垂直，循迹误差电流通过循迹线圈，驱动物镜水平移动，使光束准确跟踪纹迹。,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，光束在光盘上的调节范围不小于1mm即可；但光盘从信号引入纹迹到信号引出纹迹，其距离有35mm，这就要靠进给伺服机构带
31、动激光头在光盘半径方向上作35mm的长距离移动 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。,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连接在一起，进给电动机转动时，带动齿轮转动，齿轮带动齿条移动，齿条带动激光头在导轴上移动。进给伺服控制器还要受系统控制微处理器的控制。在开机或停止工作时，通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)。为了避免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
32、关，当激光头移动到光盘内圈的极限位置时，此开关接通，进给电动机停止转动。,当用户进行选曲操作、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，使激光头迅速移动到用户所需要的节目上。选曲过程:系统控制微处理器首先通过环路控制开关，使循迹伺服回路呈开路状态。通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，或从外圈向内圈移动。激光头的移动距离，是通过计算时间信息得到。,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移动量，然后给进给伺服电路施加必需的驱动信号，驱动激光
33、头移动。一般不可能一次移动就使激光头精确地到达目标位置。因此，根据移动距离第一次粗检索结束，接通循迹跟踪伺服系统来重放信号，并由此计算出与目标位置的偏移量，然后进行正向或反向的修正，这样即可完成。,五、主轴伺服,激光播放机是采用恒线速(CLV)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相同的，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。只有当线速度符合标准且恒定不变时，才能保证激光头扫描纹迹的时间符合标准，拾取的信号才能正确地解调出
34、来。主轴伺服的目的就是要保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。,实现CLV控制的关键:光盘中录有能反映转速的信息。CD-DA系统记录信号采用帧结构，每帧有帧同步信号作为标志；若主轴上电动机转速正确，则所读取的帧同步信号的频率为7.35kHz。若主轴电动机转速偏快、则帧同步信号的频率大于7.35kHz；若主轴电动机转速偏慢，则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参考频率进行比较，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。,要获得对光盘更精确的CLV控制，就要使用相位伺服。当获得速度伺
35、服后，位时钟恢复电路进入正常工作状态，这时将读出的位时钟信号与基准位时钟(晶振产生)用锁相环路(PLL)方式进行相位比较，得到相位误差信息，用此信息控制主轴电动机的转速，就能获得精确的相位伺服。,六、模拟伺服与数字伺服,根据对误差信号的处理方式不同，伺服系统又可分为模拟式和数字式两大类,1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状态的误差信息进行放大处理，控制执行机构进行误差状态校正。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因素变化的影响，使得其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
36、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须在专业厂进行调整，这种调整不仅会因人而异，而且伺服电路与机芯也必须一一对应。,2.数字伺服系统,数字伺服系统采用数字信号处理技术，先将检测出的模拟误差信息进行模数变换，使之成为可以用微处理器控制的数字信号，再经过数字滤波器滤波后，输出误差控制信号。误差信号经微处理器处理后，再经数模变换，驱动放大后控制各部分执行机构。,数字伺服系统优点：1)对伺服元件要求降低，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，因而易于在伺服系统内引入计算机控制，从而为伺服提供更精确的算法，取得最佳的伺
37、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)数字伺服的相位富裕量大，有利于光盘机的兼容性。5)无需调整，便于生产。,第三节 机芯工作原理,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、伺服控制技术和精密机械制造技术于一体的典型设备。,一、机芯结构,机芯结构以其存片容量可分为单片式及多片式两种。在多片式结构中，常用的以3片、5片型较多，其结构较简单，用一个大转盘存放光盘，根据转盘停止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装置。,由激光头、托盘、进出机构、光盘装卸机构、
38、光盘旋转机构、夹持机构及激光头进给机构等组成。,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、托盘进出检测开关Sl、S2与加载电动机等组成。,1.托盘进工作原理,当微处理器收到“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，通过主凸轮、中间轮、同步轮等传动装置将托盘由机外向机内移动。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，将此信息送至微处理器，使其发出制动指令，使电动机刹车而停转。,2.托盘出工作原理,当微处理器收到“OPEN”操作指令时，便发出卸盘指令，送到加载电动机驱动电路，驱动加载电动机顺
39、时针转动，通过主凸轮、中间轮、同步轮等传动装置将托盘从机内向机外移动。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，将此信息送至微处理器，使其发出制动指令，电动机刹车而停转。,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。,装盘工作原理,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，通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。,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
40、息送微处理器，发出制动指令，使加载电动机刹车而停转。,2.卸盘工作原理,当微处理器收到“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移动,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。,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，支架通过两只螺钉固定在机座上。夹持器可以在孔中自由转动，在装盘
41、过程中，旋转盘上升，将光盘抬起离开托盘，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。,五、进给机构,作用：将激光头组件沿径向方向移动。组成：由进给齿轮、齿条、滑动杆与进给电动机等。,S3闭合，将此信息送到微处理端，发出指令使进给电动机刹车停止转动。激光头停在目录区位置。接着微处理器控制激光头伺服电路进行聚焦访问，读取目录区信息。,装盘结束后，芯座升起到位，进给机构也随之上升。微处理器根据输入的装盘结束检测信息发出激光头复位指令，通过驱动电路使进给电动机反时针旋转，通过齿条传动，移动激光头组件至进给限位检测开关S3,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
42、转，通过驱动齿轮、齿条缓慢而匀速地驱动激光头沿滑动杆由内侧向外侧滑动，直至引出轨迹为止。,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。,七、多盘机芯,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。,2、托盘进出机构,当微处理器收到“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
43、，通过传动装置将托盘由机外向机内作水平移动。,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，将此信息送至微处理器，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。,托盘出工作过程分两种情况：1)在无光盘或停止状态下：当按“OPEN”键时，微处理器发出卸盘指令，加载电动机顺时针转动，通过传动装置将托盘由机内向机外作水平移动，直至移动到规定位置电动机停转为止。2)在重放光盘状态下：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。通过传动装置驱动托盘向机外移动，直到预定位置为止。在此状态下，若按动“CLOSE”键，微处理器便发出托盘进指令，加载电动机反
44、时针转动，通过传动装置驱动托盘从机外向机内移动，直到托盘尾部碰压检测开关S4。电动机停转，托盘移动到位为止。重放光盘时托盘可进可出是多盆机芯特有的状态，这点与单盘机不同。,3.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。升降凸轮的上部只有6个齿，主齿轮下部最内层的齿轮上也只有6个齿。这6个齿只有在升降时才相互啮合，通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。,（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
45、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状态信息送至微处理器，使其发出驱动指令，使加载电动机刹车面停止转动。当升降座升起时，激光头组件也被抬起，开始读盘,（2）卸盘过程 在停止状态，当微处理器接收到“OPEN”操作信息时，便发出卸盘指令，通过驱动电路，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
46、沿倾斜条下滑到底部，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离开托盘。此时由凸块带动检测开关将此状态信息送至微处理器，再由托盘进出机构将光盘送出机外。,4.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。选盘机构的工作方式分为光盘浏览与选放两种。（1）光盘浏览 光盘浏览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，进行聚焦读盘，并将结果记忆下来，显示在荧光屏上，供用户选放用。（2）选
47、放 微处理器接收到选放信息后，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，盘位编码器进行检测，对选盘电动机进行制动控制，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行装盘处理后进入重放状态。,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芯基本相同。,本章小结,本章介绍了激光及其特性、激光头结构及其工作原理、伺服系统及其工作原理、机芯结构及其工作
48、原理。重点掌握激光头和伺服系统工作原理。激光信号拾取系统的核心是激光头和伺服系统，其功能是完成光盘记录信号的读取。激光具有良好的聚焦特性和能量高度集中的特点，聚焦后的激光束焦点直径可小于1m，故激光成为读取光盘信号的惟一光源.激光播放机中采用半导体激光器作为光源。半导体激光器是温度敏感器件，要用自动功率控制电路来控制激光二极管的激光功率，使激光功率保持恒定。,物镜是激光头的关键部件，其性能用数值孔径NA、焦点直径d、焦深f来表征。激光头分为单光束型与三光束型。单光束激光头组件的光路简单，但伺服电路较复杂。三光束激光头组件内部的光路结构复杂、精密，但伺服电路要简单。光检测器是一种光敏元件，起光电
49、转换的作用，将光信号变成电信号。光检测器由封装在一起的若干只光敏二极管组成。常用的光检测器有6片式、5片式和4片式三种。激光播放机用激光头均由物镜机构和激光枪构成一体化激光头组件，物镜机构常采用的有轴向滑动型、四线型和模压绞链型三种。,伺服系统包括聚焦伺服、循迹伺服、进给伺服、主轴伺服。伺服系统的作用是保证激光头能正确读取光盘信号。数字伺服系统采用数字信号处理技术。由于微处理器参与伺服控制，故容易达到最佳伺服控制。采用数字伺服后，抗干扰能力增强，控制精度提高，纠错能力增强，处理方式灵活，免于调试，提高了工作的可靠性。机芯由激光头、托盘进出机构、光盘装卸机构、光盘旋转机构、夹持机构和激光头进结机
50、构等组成，用于光盘装卸、执行伺服控制、完成光盘信号读取。,M,M,话筒是把声音转变为电信号的装置。它是利用电磁感应现象制成的，当声波使金属膜片振动时，连接在膜片上的线圈（叫做音圈）随着一起振动，音圈在永久磁铁的磁场里振动，其中就产生感应电流（电信号），感应电流的大小和方向都变化，变化的振幅和频率由声波决定，这个信号电流经扩音器放大后传给扬声器，从扬声器中就发出放大的声音。,返回,CLV、CAV、P-CAV、Z-CLV,CLV、CAV、P-CAV、Z-CLV代表着刻录机不同的刻录方式，所以即便是标示同样速度的刻录机，会因为使用不同的刻录方式而造成不同的平均速度。1.CLV(Constant Li
