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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：圆柱面透镜激光二极管卡光电二极管光电二极管（图 1）由图可见，从激光二极管
2、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（635650nm）,激
3、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、 E、 F、G、使用寿命要长，一般要求在 6000 小时以上。能够在 60 度左右的较高温度
4、中长时间工作。成本低，适合批量生产。 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 为A+B+C+D，聚焦误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
5、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34m m,才能正常读取碟片上的所有信号，在进给机构的支架上一 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
6、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
7、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
8、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
9、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，不仅仅电路上要支持各自的解编码、伺服等，首先光学读取系
10、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，这种技术最早由松下公司所开发，这种光头的技术关键在于物镜的 制作，NA值为0.45的CD/VCD物镜一般由塑料压铸制成即可。但这和DVD物镜 必须使用优质玻璃制成，需要在物镜表面加工出许多的衍射环，使单透镜能正常汇 聚两个波长不同有激光焦点，采用两个激光二极管不但使读取各种碟片变得轻松自 如，而且大大延长了光头的寿命。拟稿：胡红
