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Tête laser



introduction

Tête laser :

Il se déplace du centre vers l'extérieur dans la zone de la table des matières et trouve le disque en émettant un laser À la position désignée sur la face supérieure, la résistance inductive reçoit le signal réfléchi et le produit sous forme de données électroniques

La tête laser est le cœur du lecteur optique, et c'est aussi la partie la plus précise. Il est principalement responsable de la lecture des données, soyez donc prudent lorsque vous nettoyez l'intérieur du lecteur optique. La tête laser comprend principalement : un générateur laser (également appelé diode laser), un prisme semi-réfléchissant, une lentille d'objectif, une lentille et une photodiode. Lorsque la tête laser lit les données sur le disque, la lumière laser émise par le générateur laser traverse le prisme semi-réfléchissant et converge vers la lentille de l'objectif. La lentille de l'objectif focalise la lumière laser sur un point extrêmement petit et frappe le disque optique. À ce stade, le matériau réfléchissant sur le disque réfléchira la lumière irradiée en retour, passera à travers la lentille de l'objectif, puis irradiera le prisme semi-réfléchissant. À ce stade, étant donné que le prisme est une structure semi-réfléchissante, le faisceau lumineux ne le pénétrera pas complètement et ne retournera pas au générateur laser, mais sera réfléchi, traversera la lentille et atteindra la photodiode. Étant donné que la surface du disque optique est utilisée pour enregistrer des données avec des bosses, la lumière réfléchie tirera dans différentes directions. Les gens définissent les signaux dirigés dans différentes directions comme "0" ou "1". Les diodes électroluminescentes reçoivent les données disposées en « 0 » et « 1 », et enfin les analysent dans les données dont nous avons besoin.

Lecture des données

Dans l'ensemble du processus de lecture des données par la tête laser, le suivi et la focalisation affectent directement la capacité de correction d'erreur et la stabilité du lecteur optique. Le suivi consiste à maintenir la tête laser toujours correctement alignée sur la piste sur laquelle les données sont enregistrées. Lorsque le faisceau laser coïncide avec la piste, le signal d'erreur de suivi est de 0, sinon le signal de suivi peut être positif ou négatif, et la tête laser ajustera l'attitude de manière appropriée en fonction du signal de suivi. Si les performances de suivi du lecteur de CD-ROM sont très faibles, des erreurs de lecture des données se produiront lors de la lecture du disque. Le phénomène le plus typique est le son qui saute lors de la lecture de la piste audio. La soi-disant focalisation signifie que la tête laser peut frapper avec précision le faisceau sur le disque et recevoir le signal le plus fort. Lorsque le faisceau laser se réfléchit sur le disque, il frappe 4 photodiodes en même temps. Ils superposent les signaux et forment finalement un signal de focalisation. Ce n'est que lorsque la mise au point est précise que ce signal est à 0, sinon, il enverra un signal pour corriger la position de la tête laser. La focalisation et la recherche sont les deux performances les plus importantes lorsque la tête laser fonctionne. Ce que nous appelons un bon lecteur de CD-ROM est un produit avec d'excellentes performances dans ces deux aspects. Quelques produits de lecteur optique haut de gamme tels que Intuo sur le marché ont commencé à utiliser la technologie du moteur pas à pas. Grâce à l'engrenage d'entraînement à vis en spirale, 1/3 du temps d'adressage a été réduit de 85 ms à moins de 75 ms, par rapport au temps d'adressage de 82 ms de produits similaires à lecteur optique à 48 vitesses. En d'autres termes, les performances ont été considérablement améliorées.

Principe et structure

Depuis l'avènement du disque audionumérique CD de 12 cm de diamètre en 1982, le disque vidéo numérique DVD (vidéodisque numérique) a toujours été le rêve d'une nouvelle génération de disques, bien que dans quelques années le VCD soit apparu avant, mais pour les disques optiques, il n'y a pas de changement technologique. Il compresse simplement les données et la qualité de l'image n'est qu'au niveau VHS. Ce n'est qu'un produit de transition et n'a pas formé de marché à l'étranger.

Les signaux d'images numériques présentent l'avantage de ne pas dégrader la qualité de l'image lors de leur montage et sont facilement traités par les ordinateurs. Par conséquent, les CD pouvant enregistrer des images numériques de haute qualité pendant plus de 2 heures sont attendus depuis longtemps. . Ces dernières années, les progrès de la technologie laser à semi-conducteur à courte longueur d'onde, de la technologie des substrats de disques optiques plus minces et de la technologie NA à ouverture numérique élevée pour les objectifs ont permis d'augmenter la densité d'enregistrement des disques optiques, ainsi que la technologie de compression d'image variable continue numérique. . De grands progrès ont également été réalisés pour permettre l'enregistrement d'images à variation continue de longue durée et de haute qualité sur un seul CD.

Une fois les bases techniques ci-dessus posées, dix grandes entreprises dans le monde ont formulé conjointement la norme DVD (vidéodisque numérique) de disque vidéo numérique de nouvelle génération, qui est de la même taille que le CD d'origine, et la capacité d'enregistrement Il est de 7,5 fois 4,7G de le disque optique d'origine et adopte la méthode de compression de signal numérique MPEG2 de haute qualité, qui lui permet de stocker des films de 135 minutes.

Les lecteurs DVD sont principalement composés de deux technologies clés : les têtes optiques et les décodeurs MPEG2. Parce que les décodeurs MPEG2 sont des standards communs, il n'y a pas moins d'une dizaine de fabricants de puces qui ont développé la technologie des têtes optiques. Il est principalement entre les mains de fabricants japonais.

La technologie des disques optiques consiste à irradier la surface du disque avec le plus petit faisceau laser focalisé jusqu'à la limite de repliement. Les informations sur le disque peuvent être lues en raison des différentes réflexions de la lumière sur la surface du disque où les informations sont enregistrées.

Technologie unique

Pour la tête optique, ses technologies uniques sont les suivantes : La couche de plastique transparent retire le signal de la surface d'information inégale.

b. À l'aide d'une diode laser à semi-conducteur et d'un objectif avec une ouverture numérique NA de 0,6, le faisceau laser est focalisé sur le plus petit faisceau jusqu'à la limite réflexe déterminée par la longueur d'onde.

c. L'erreur de forme du disque et le changement de la position focale de l'objectif sur la surface d'enregistrement des informations du disque provoqués par l'échange de différents disques, et la vibration de la surface du disque et de haut en bas lorsque le disque tourne provoqueront également la position de mise au point à changer Afin de corriger automatiquement les changements de position de mise au point, la fonction de détection d'erreur et le mécanisme d'asservissement de commande qui peut contrôler la position de mise au point avec une précision de plus ou moins 1 m doivent être intégrés dans la tête optique.

ré. La correction d'excentricité entre le centre de la forme du disque optique et le centre de rotation du disque optique, et pour la piste avec un pas de piste de 0,74μm, la précision de plus ou moins 0,1μm contrôle le suivi du faisceau laser sur la voie La fonction de détection d'erreur pour le contrôle et le mécanisme d'asservissement pour le contrôle sont dissimulés dans la tête optique.

Pour le système de disque optique, le système optique de base de la tête optique pouvant répondre aux exigences ci-dessus, la lentille d'objectif OL (objectlens), la diode laser à semi-conducteur LD (laserdiode) comme source lumineuse, la lentille collimatrice CL, expliquez le principe et conception des autres pièces optiques utilisées dans les têtes optiques.

Principes de base

Le système optique de base de la tête optique et la différence des pièces optiques

La tête optique est l'une des parties les plus importantes du système DVD. Sa base Le schéma de principe est le suivant. La tête optique est composée de 1. lentille d'objectif, 2. lentille de collimation, 3. prisme séparateur de faisceau de polarisation, 4. prisme séparateur de faisceau, 5. réflecteur, plaque de longueur d'onde 6.1/4, 7. système optique de détection d'erreur de mise au point, 8. suivi détection d'erreur des pièces optiques et des systèmes optiques tels que le système optique, 9. Mécanisme d'asservissement de commande de mise au point (F-ACT), 10. Mécanisme d'asservissement de contrôle de suivi (T-ACT) et autres pièces de commande servomécaniques, et 11. Diode laser à semi-conducteur, 12. Photodiode multidivisée PD (photodiode) et autres composants optoélectroniques.

Pour focaliser le laser dans le plus petit faisceau déterminé par la longueur d'onde, le front d'onde de l'onde sphérique émise par le LD doit être transmis à la surface d'enregistrement d'informations du disque optique aussi parfaitement que possible. En d'autres termes, depuis le début de l'émission de lumière LD vers le disque optique, la différence de front d'onde RMS de toutes les parties du système d'imagerie de la tête optique doit être limitée à 0,07λ ou moins, sinon le faisceau laser ne peut pas être focalisé sur le plus petit faisceau déterminé. par la limite d'interférence. Les composants optiques qui composent la tête optique, la surface du disque, y compris l'erreur de réglage lors du réglage de l'objectif, doivent être limités au front d'onde maximal admissible donné par le WarechalCriteron (δω) MC. La différence est inférieure à 0,07λ. Le disque optique a été stipulé par la norme de disque optique, (δω)DISK=0.05λ, généralement l'aberration de l'objectif (δω)ADJT=0.025λ, le (δω)MC global devrait être inférieur à 0.07λ, pour d'autres pièces optiques

L'équilibre des produits doit être strictement contrôlé. Du LD au disque optique, la déviation maximale admissible du front d'onde de chaque composant optique de la tête optique est représentée par (δω)LD, (δω)CL, (δω)PBS, (δω)QWP, (δω)MR, ( δω)OL, WarechalCriteron nous donne la formule suivante;

(δω)MC≤λ/14

(δω)2MC=(δω)2LD+(δω)2CL+(δω)2PBS+(δω)2QWP+ (Δω)2MR+(δω)2OL+(δω)2DISK

Apportez les valeurs du DVD spécifique ci-dessous pour donner un calcul d'essai. Il y a une fenêtre en verre plat sur le côté d'émission laser de la diode laser à semi-conducteur. De plus, en raison des caractéristiques du laser à semi-conducteur, il existe un espacement non ponctuel insurmontable, qui est pire que le front d'onde idéal. La LD ordinaire (δω) est d'environ 0,013λ. Les pièces optiques planes telles que les prismes et les miroirs peuvent être facilement fabriquées avec une différence de front d'onde de 0,01 ~ 0,015λ. Cependant, pour les pièces optiques non planes telles que la lentille de collimation et la lentille d'objectif, il est difficile de supprimer l'aberration du front d'onde à moins de 0,03 λ. Ils sont respectivement définis comme lentille de collimation 0,025λ et objectif 0,035λ, selon la formule (2) La différence de surface d'onde de l'ensemble (δω) MC est de 0,0694λ, ce qui répond aux exigences. Même si l'aberration du front d'onde de la lentille d'objectif est supprimée à moins de 0,035, si l'aberration du front d'onde de la lentille de collimation est supérieure à 0,025, le diamètre du faisceau focalisé augmentera et la fréquence des erreurs de lecture des données de la surface d'information augmentera. augmenter. Pour les raisons ci-dessus, l'aberration du front d'onde de la lentille de collimation doit être inférieure à 0,025, mais il est très difficile pour une lentille unique sphérique d'atteindre cette valeur. Généralement, une lentille composite en verre sphérique est utilisée.

Le faisceau laser émis par la lentille de l'objectif de la tête optique du DVD doit toujours suivre la piste avec un pas de piste de 0,74 m sur la surface d'information du disque et une piste avec la longueur de fosse la plus courte de 0,4 μm, et lire correctement les informations sur la fosse . . Le diamètre du faisceau à la position où l'intensité lumineuse est 1/e2 de l'intensité du centre du faisceau est appelé diamètre du faisceau , la longueur d'onde laser λ=650nm et l'ouverture numérique de l'objectif NA=0,6,

ω=k×(λ /NA)

Lorsque la distribution d'énergie d'intensité lumineuse du faisceau incident vers la lentille d'objectif est uniforme, le coefficient k est de 0,96, et lorsque la distribution d'énergie d'intensité lumineuse est une distribution gaussienne, il est de 1,34. On peut voir à partir de la formule ci-dessus que le diamètre du faisceau est proportionnel à /NA. Afin d'augmenter la densité d'enregistrement du disque optique et de réduire le diamètre du faisceau, il est nécessaire de raccourcir la longueur d'onde du laser et d'augmenter le NA de la lentille d'objectif.

La profondeur focale z de l'objectif est proportionnelle au carré de /NA, la profondeur focale du DVD est 56% plus étroite que celle du CD et la valeur admissible de l'erreur focale devient plus petite.

z~λ/NA2

L'aberration causée par l'inclinaison du disque optique augmentera également. Pour réduire la valeur admissible de l'erreur de mise au point, il est nécessaire d'améliorer la précision de la commande de mise au point. Afin de réduire la déviation causée par l'inclinaison du disque optique, l'épaisseur du disque optique est réduite de 0,6 mm à la moitié de celle du CD.

Optique d'imagerie

Diode laser

Généralement, la lumière émise par LD est une lumière polarisée linéairement parallèle à la surface de jonction PN, mais la plupart de la courte longueur d'onde LD émet. environ 0,3 mW, ce qui nécessite que l'énergie laser émise par LD soit de 3 à 5 mW.

Caractéristiques de l'angle d'irradiation

Le laser émis par LD est une lumière divergente. La distribution d'intensité de la section de faisceau observée à distance du point lumineux est appelée motif de champ lointain FFP (farfield pattern), FFP La surface de joint verticale est large, et la surface de joint parallèle est étroite. Comme le montre la figure ci-dessous, il s'agit d'une ellipse longitudinalement longue. L'angle de rayonnement de la surface de joint verticale du LD et l'angle de rayonnement de la surface de joint parallèle sont respectivement θ⊥ et . Déterminez la distance focale de la lentille de collimation en fonction de l'angle de rayonnement du LD et des exigences de la distribution d'intensité du faisceau de la lentille d'objectif.

Caractéristiques sonores

Le LD dispose de deux méthodes d'oscillation laser : l'émission de lumière monomode et l'émission de lumière multimode. Le plus gros problème avec l'émission de lumière monomode est que la lumière réfléchie par le disque optique pénètre dans le résonateur laser, forme des interférences, devient du bruit et affecte le SN. Afin d'éliminer le bruit, une superposition à haute fréquence du courant d'entraînement est nécessaire. Le LD multimode a une forte capacité anti-interférence et ne nécessite pas de superposition haute fréquence.

Prisme séparateur de faisceau de polarisation

La lumière laser divergente P polarisée linéairement émise par la diode laser traverse la lentille de collimation et devient une lumière parallèle, qui traverse le PBS sans réflexion ni réfraction, puis traverse la plaque 1/4 de longueur d'onde. Lorsque la direction de polarisation est tournée de 45 degrés, elle devient une lumière polarisée circulairement. Cette lumière parallèle polarisée circulairement est focalisée par la lentille de l'objectif sur la surface d'information du disque, transportant l'information et se réfléchissant en arrière. Lors du passage à travers la plaque de 1/4 de longueur d'onde, la direction de polarisation est à nouveau tournée. À 45 degrés, elle devient une lumière polarisée linéairement S, qui est réfléchie vers le système de détection d'erreur et le système de signal au niveau du prisme de division de faisceau de polarisation PBS, de sorte que le la lumière incidente et la lumière réfléchie avec le signal sont séparées.

Pour l'objectif

La tête optique DVD exige que l'objectif ait de petites aberrations, d'excellentes caractéristiques et soit capable de focaliser le faisceau jusqu'à la limite de pliage, c'est-à-dire qu'il puisse corriger diverses aberrations à créer. La taille de l'image ponctuelle est entièrement déterminée par le limite de retour en arrière. Généralement, une lentille en résine optique asphérique est utilisée.

Détection d'erreur

Méthode de collecte non ponctuelle

La méthode de détection d'erreur de mise au point adopte généralement la méthode de collecte non ponctuelle, et la méthode de collecte non ponctuelle est basée sur le CD Le changement de position de la surface réfléchissante déplace la position de mise au point de la lumière réfléchie et la forme de la projection la lumière est modifiée par la lentille cylindrique, qui est détectée par le différentiel PD à 4 divisions.

Signal de détection d'erreur de mise au point=(A+C)-(B+D)/(A+B+C+D)

Signal de détection d'erreur de poursuite=(A+B)-(C+D)/(A+B+C+D)

Le PD convertit les signaux optiques en signaux électriques, pré-amplifie, simule les opérations, puis subit une compensation de phase pour entrer le signal Amplificateur d'entraînement, bobine d'entraînement de la lentille d'entraînement, contrôle complet de la mise au point et du suivi.

Système de signalisation

La lumière réfléchie contenant des informations séparées du PBS, à l'exception d'une partie, pénètre dans le système de contrôle du mécanisme d'asservissement, la majeure partie entre dans le système de signal, qui passe du signal PD au signal électrique. Amplifiez et devenez un signal RF.

Comment nettoyer

Utilisation d'un nettoyeur à ultrasons pour nettoyer la tête laser

Raccourcissez la tête laser pour protéger les joints de soudure et utilisez une petite brosse avec un ballon soufflant pour enlever la poussière à la surface de la tête laser. Nettoyez-le, puis utilisez une brosse à dents pour enlever la graisse sur le support tampon sous l'eau courante. Ensuite, placez la tête laser dans un réservoir de nettoyage rempli d'eau tiède et versez une ou deux gouttes de détergent. Laissez-le reposer pendant 10 minutes, puis connectez-le. Allumez la machine de nettoyage et appuyez sur l'interrupteur de nettoyage. A ce moment, l'eau dans le réservoir de nettoyage vibre violemment, et des bulles sont produites en continu sur la surface et à l'intérieur de la tête laser. Après environ 5 minutes, la machine de nettoyage s'arrête automatiquement. À ce moment, l'eau dans le réservoir de nettoyage est boueuse. Plongez la tête laser nettoyée dans de l'eau du robinet propre, puis retirez les eaux usées à l'intérieur de l'essorage (notez que vous tenez la lentille de l'objectif avec vos doigts pour éviter d'endommager la lentille de l'objectif), répétez l'étape quatre « essorage par immersion » ou cinq fois, puis nettoyez le réservoir Remplacez par de l'eau du robinet propre (n'ajoutez pas de liquide de nettoyage), puis placez la tête laser pour le deuxième nettoyage. Lorsque la machine de nettoyage s'arrête automatiquement, placez la tête laser dans de l'eau du robinet propre (de l'eau purifiée ou de l'eau distillée peut être utilisée si possible) Rincez plusieurs fois.

Le dernier processus consiste à éliminer l'humidité à l'intérieur de la tête chauve et à utiliser un cuiseur à riz électrique (500 W) comme marmite de séchage. La méthode consiste à laver d'abord le cuiseur à riz, à essuyer l'humidité interne et à le mettre dans la casserole. Mettez un bol plus lourd, allumez l'appareil et appuyez sur l'interrupteur de chauffage. Lorsque l'interrupteur de conservation de la chaleur saute, étalez plusieurs couches de serviettes propres au fond du bol, puis placez la pointe sèche sur la serviette, puis couvrez-la. Après avoir mis le couvercle du cuiseur à riz pendant environ une heure, l'eau à l'intérieur et à l'extérieur de la tête laser est essentiellement évaporée.

Après les étapes ci-dessus, la surface de la tête laser est aussi brillante que neuve et la lentille de l'objectif est devenue bleue et transparente.

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