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1、CD播放器的读写原理组员：刘金麟 吴泽昕 贾博 伦 郭晓雨 张雪晴CD播放器的设计 1.光接收器 2.自动聚焦设计 3.自动跟踪系统 4.单光束接收器 5.接收器控制1.光接收器光接收器需要完成聚焦、跟踪和读出据轨道的工作。透镜透镜结构、激光源和读出 器必须足够小，以利于在光盘的表面下方进 行横向移动。一个三光束接收器包括一个激 光二极管、衍射光栅、光束分离器、1/4波长镜片和几个透镜系统。在一个光束光接收器中，从电光源来的激光需要经过一个衍射光栅。光束穿过光栅 时，会向不同的方向衍射。将收集的结果重 新聚焦，结果是光束中心的亮度高，两边的光束亮度低。中心光束 用来读取数据和聚焦，两边的两条光
2、束称为一阶光束，用来进行跟 踪。偏振光分离器（PBS）将激光引导到光盘的表面，然后 使反射光对准光电二极管。PBS包含两个正交的棱镜，两者之间有一 层绝缘隔膜。在PBS之后有一个瞄准透镜，目的是将分散的光线收集 ，使他们平行，然后光线穿过一个1/4波长晶片，它是由各向异性的 双折射晶体物质构成，可以准确地偏转反射光。在光路的最后一片是 数值孔径为0.45的物镜，它附在双轴的激励和伺服系统上，能够做 上、下运动，以便于聚焦、水平运动和跟踪。如前所述，当光聚焦在两个凹坑之间的平面上，光线几乎全部反 射。当光投射在一个凹坑上时，返回光的强度就比较弱。最终，光强 有变化的就译码为1，不变则译为0。如果
3、光线偏转，就穿过收集透镜 和柱面透镜。这些光学器件用来控制伺服系统的操作，保持物镜聚焦 的合适深度。反射光束的主要功能是携带数据，进入一个四象限光敏 二极管，将它输出的电信号解码，得到音频波形。1.光接收器2.自动聚焦设计光束在数据表面上聚焦很重要，如果不能聚焦，就不能 准确地读取数据。因此，当光从光盘表面发散的时候，物镜必须能够 重新聚焦。聚焦操作有一个伺服驱动的自动聚焦系统来完成，它利用 激光束的中心，四象限光敏二极管和一个伺服马达来移动物镜。随着物镜和光盘反射面之间的距离变化，系统的聚焦点也随之变 化，由柱面透镜投影的图像也会改变形状。如果光敏二极管上的图像 变化，就会产生成聚焦调整信号
4、。当光盘表面位于物镜的焦点时，穿 过凸镜和煮面透镜散射光的影响，而且圆形的光点会落在光敏二极管 中心。当光盘和物镜的距离减小时，物镜、凸镜和柱面透镜的焦点远 离柱面透镜，团由圆形变为椭圆形。同样，当光盘和物镜的距离增大 时，焦点靠近柱面透镜，图案仍然变为椭圆形，但从第一个椭圆形旋 转了90。2.自动聚焦设计四象限光敏二极管从每个象限读出亮度信号，产生4个电压。值 （A+B+C+D)就产生一个音频数字信号。当光束精确地聚焦到光盘上时 ，其值就为0。当光盘移远时，就会有一个正向的聚焦校正信号产 生。关盘移近时，产生的则是反向的信号。通过一个闭环系统，用偏 差信号持续地对系统进行校正，以达到误差为零
5、，这样就产生了一个 聚焦的光束。伺服系统上、下移动物镜，使聚焦深度保持在允许的范围内。一 个电路对聚焦校正信号译码，并产生伺服控制电压，伺服控制电压控 制激励器移动物镜。接收器顶部的部件是一个有磁体环绕的基座。圆 形轭支撑着一个线轴，聚焦和跟踪的绕线都在里面。从聚焦驱动电路 来的控制电压，加在聚焦线圈上，线圈的上下移动则和磁体有关，这 样能使物镜保持合适的聚焦深度。另一个轴的运动，是从一边到另一 边进行跟踪。2.自动聚焦设计3.自动跟踪系统自动跟踪系统用来跟踪螺旋凹坑序列， 螺旋凹坑轨道有1.6um的间距。中心没有 完全对好的光盘轨道离心率可能超过 100um。通常要求接收器具有在0.1um
6、容限内跟踪的能力，而震动的存在会给 这项要求增加困难，可能激光束系统最 适合用来进行跟踪，因为任何纯机械跟 踪系统会易于寻常的昂贵。3.自动跟踪系统 在一个三光束接收器中，中心光束被衍射光栅分 隔，产生一系列不同次的光束，它们的强度逐渐 变小。两边的第一个光束和中心光束一起传到光 盘的表面，中心光束照射点正好可以覆盖凹坑轨 道，其余两条跟踪光束排列在中心光束的上、下 两边。在正常的跟踪过程中，每条跟踪光束的一 部分照到一个凹坑上，而其余部分照到凹坑轨道之间的平面上。3条光束反射回来后，穿过QWP和 PBS。主光束落在四象限光敏二极管上，两条跟踪 光束落在两个位于主光敏二极管两侧的光敏二极 管上
7、。整个的官民二极管阵列用做数据的读取、 跟踪和聚焦。3.自动跟踪系统 如图所示，其中四象限光敏二极管A、B、 C、D用来进行自动聚焦和数据读取，光敏 二极管E和F用做自动跟踪3.自动跟踪系统 当3条光束偏移到凹坑轨道的任何一侧时， 由于其中一条光束遇到的凹坑面积变小， 返回更强的反射光。从两个跟踪光敏二极 管输出的电压就形成一个轨道矫正信号， 使伺服系统能够动态的进行跟踪。3.自动跟踪系统 如果跟踪精确，则跟踪信号之间的差异为0. 如果光束发生偏移，则产生差值信号。跟 踪矫正信号的左移值为正，右移值为负。 校正信号输入到二轴激励器中，其中包含 永久磁体和聚焦/跟踪线圈。要校正跟踪误 差，校正电
8、压加到此线圈上，线圈绕轴心 旋转，带动物镜侧向移动，这样主激光照 射点又重新对准，跟踪校正信号则重新变 为0。4.单光束接收器 单光束接收器的光学组件如图所示。光敏 二极管阵列用来产生跟踪和聚焦信号，并 读出数据。一块半透明的镜子把光从激光 二极管引导到光盘表面。由光盘反射的光 穿过镜片，再穿过棱形透镜。棱形透镜把 激光分成两束，经过调整后投射到4个水 平排列的光敏二极管阵列上。4.单光束接收器 所有光敏二极管 输出的总和 D1+D2+D3+D4就 是数据信号。这 个信号解调后产 生音频数据和用 于激光伺服系统 的控制信号。4.单光束接收器 自动跟踪使用了“推-拉”技术。当激光照 射点落在凹坑
9、轨道的中心时，反射光束是 对称的。当激光照射点偏离凹坑轨道时， 反射光就会产生强度的不对称，导致了分 离光束之间的强度差异。当光束完全不在 轨道上时，一侧的光束会遇到更大的凹坑 面积，那一侧的光束就会有较大的干扰， 反射光的强度比较小。4.单光束接收器 偏离那一侧的光 束的分离光束的 强度较小，光敏 二极管的输出也 较小。两者之间 的差（D1+D2）- （D3+D4） 产生 一个误差信号， 用来校正接收器 的跟踪。4.单光束接收器 光学系统中的污垢会使反射光束的强度不对称， 这会在跟踪校正信号中产生误差，使得接收器偏 离轨道。为了防止这一情况的发生，又设计了第 二个跟踪校正信号，将一个低频信号
10、输入跟踪伺 服系统，用这个信号调制4哥光敏二极管的输出信 号。当接受轨道有偏差时，调制信号中也会产生 偏差信号。此信号经过调整后通过一个直流电压 来校正主跟踪信号，用这种方法可以使污垢对轨 道偏移的影响减小到可以忽略不计。4.单光束接收器 自动聚焦采用Foucault技术，如图所示4.单光束接收器 当达到正确聚焦时，两个图像在光敏二极 管对之间的中心。当聚焦改变时，系统的 焦点也移动，当光盘太远时，分离的光束 一起靠近，当光盘太近时，光束向反方向 移动。光敏二极管对D1/D4和D2D3之间的强 度差。构成聚焦误差信号（D1+D4）-（ D2+D3），这个信号维持伺服驱动物镜的焦 点。5.接收器
11、控制马达必须使接收器精确地在光盘表面移动 ，来跟踪整个凹坑螺旋轨道。接收器必须能 够从光盘的一个地方跳到另一个地方，在螺 旋轨道上找到想要的位置，重新跟踪。这些 功能是利用前面生成的控制信号，分别由不 同的分立电路来完成的。三光束接收器安装在一个像雪 橇一样的装置上，可以在光盘表面上径 向移动。线性马达根据用户的命令定位 接收器，并在自动跟踪电路的捕捉范围 内进行接收。5.接收器控制大多数单光束接收器安装在一 个旋转臂上，旋转臂在光盘表面移动形 成弧线。在臂的旋转点装有线圈和磁 体。当线圈启动时，接收器可以定位到 凹坑轨道的任何位置，其精确位置可以 由自动跟踪电路校正。5.接收器控制在三光束和
12、单光束的设计中， CD播放器与传统唱机的跟踪方式相似。 就像唱片上的凹槽拉着唱针通过一个LP 一样，自动跟踪系统拉着接收器通过CD 盘，保证接收器在轨道上。5.接收器控制为了快速前进或者后退，微处理 器控制跟踪伺服机构，使之可以提供比正 常跟踪更快的运动。当达到正确的位置时 ，由跟踪校正信号形成的曲线为微处理器 产生的控制信号提供参考，而后产生一个 信号，表示逼近正确的跟踪校准。就在校 正之前，产生一个停止脉冲来补偿接收器 的惯性。激励器在正确的轨道上停下来， 接着进行自动跟踪。5.接收器控制由于制造过程不同，播放器光 学污染等因素的影响，光盘的反射性会 有所不同。为了正确的恢复数据，保持 固定的电压很重要。为此，根据反射激 光束强度的不同，输出控制放大器的增 益是可变的。5.接收器控制在读取光盘目录时，增益调整 自动完成。在光盘播放过程中，增益维 持不变。这些都在一个微处理器的控制 下进行。放大器的增益可以在10 dB范围 内变化。从监测电路来的控制信号可以 对破损的光盘向聚焦伺服系统发出警 告。在严重的情况下，将物镜从光盘上 脱离，以避免损坏接收器。5.接收器控制谢谢！
