DVD光學(xué)讀取系統(tǒng)原理

1、DVD光學(xué)讀取系統(tǒng)原理DVD光學(xué)讀取系統(tǒng)是DVD激光視盤機(jī)的核心器件，主要由激光頭（半導(dǎo)體激光器、光電接收器及光路通道）和光頭傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成。大致可分為偏光光學(xué)系統(tǒng)和無(wú)偏光光學(xué)系統(tǒng)兩類。無(wú)偏光光學(xué)系統(tǒng)經(jīng)過發(fā)射接收轉(zhuǎn)換后，功率會(huì)降低較多，因此讀取效率較低，主要用于VCD和CD機(jī)的光學(xué)讀取系統(tǒng)。而DVD機(jī)由于激光讀取時(shí)需要較大功率，一般都采用了更先進(jìn)的偏光光學(xué)系統(tǒng)。激光頭是光學(xué)讀取系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，主要由半導(dǎo)體激光二極管LD、光電二極管PD以及物鏡、偏光分光棱鏡、反射鏡、1/4波長(zhǎng)板等組成。主要結(jié)構(gòu)見下圖：物鏡伺服機(jī)構(gòu)光盤1/4波長(zhǎng)板PBS分光棱鏡反射鏡準(zhǔn)直透鏡激光二極管圓柱面透鏡光電二極管 光電二極

2、管 （圖1）由圖可見，從激光二極管發(fā)射出來(lái)的發(fā)散激光通過準(zhǔn)直透鏡后變?yōu)槠叫屑す?，通過PBS（特殊的偏光光束分光器），再通過1/4波長(zhǎng)板（QWP），把偏振平行激光送至物鏡，經(jīng)物鏡聚焦后，激光焦點(diǎn)準(zhǔn)確跟蹤碟片上記錄的信號(hào)，根據(jù)碟片上的凹凸信號(hào)，激光的反射光信號(hào)根據(jù)碟片信號(hào)的變化而變化，反射信號(hào)通過1/4波長(zhǎng)板和PBS后，在PBS中產(chǎn)生45度偏轉(zhuǎn)，成為S線性偏振光。該信號(hào)經(jīng)反射后送往信號(hào)檢測(cè)和誤差檢測(cè)系統(tǒng)，經(jīng)光電檢測(cè)器把激光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后送到RF信號(hào)處理電路處理。1、 激光二極管的好壞直接關(guān)系到整機(jī)的工作性能，VCD的激光二極管發(fā)射激光波長(zhǎng)為780nm，DVD的激光波長(zhǎng)為650nm或以下（635

3、650nm），激光二極管工作時(shí)發(fā)出的正常功率為35mW，碟片信號(hào)最終得到的功率為0.3mW左右。激光二極管的正常工作電壓為2V左右，工作電流一般為50100mA，在正常讀碟的情況下，工作電流越小，激光二極管的性能越好，工作壽命就更長(zhǎng)。當(dāng)工作電流超過100mA時(shí)，一般激光二極管已經(jīng)老化。除了一些更短波長(zhǎng)的激光二極管發(fā)出與PN結(jié)合面垂直的偏振光外，DVD中一般的LD管均發(fā)出與PN結(jié)合面平行的線性偏振激光，一般激光二極管的要求有以下幾點(diǎn)：A、 激光波長(zhǎng)為635650nm。B、 具有低噪聲性能。C、 抗振動(dòng)性較強(qiáng)。D、 使用壽命要長(zhǎng)，一般要求在6000小時(shí)以上。E、 能夠在60度左右的較高溫度中長(zhǎng)時(shí)間

4、工作。F、 成本低，適合批量生產(chǎn)。G、 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定可靠。2、 光電檢測(cè)器在激光頭中用來(lái)檢測(cè)從光盤上反射回來(lái)的激光信號(hào)，并把該信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，一般由A、B、C、D、E、F六只共陰極的光電二極管構(gòu)成，排列矩陣見圖2，當(dāng)有激光照射光電二極管時(shí)，光電二極管中就有電流流過。從反射回來(lái)的激光中把碟片上記錄的坑紋信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻的數(shù)字信號(hào)，將幾只光電管檢測(cè)到的電流進(jìn)行組合，就可得到和恢復(fù)記錄的信號(hào)。碟片的記錄內(nèi)容信號(hào)為A+B+C+D，聚焦誤差信號(hào)為（A+B）（C+D），循跡誤差信號(hào)為EF。A B C D E F 負(fù)極傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是保證光頭正常讀取碟片的前提，具體包括進(jìn)給電機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、主軸電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和物

5、鏡周圍的聚焦線圈、循跡線圈的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由進(jìn)給電機(jī)、控制光頭移動(dòng)的齒輪、光頭滑動(dòng)軸、絲桿、彈簧片等組成?；瑒?dòng)軸有單軸式和雙軸式兩種，VCD一船只用了單軸，而DVD由于伺服精度要求極高，絕大部份都采用了雙軸滑行桿。進(jìn)給電路工作原理是：由循跡誤差信號(hào)中通過取樣得到進(jìn)給小信號(hào)，經(jīng)放大處理后驅(qū)動(dòng)進(jìn)給電機(jī)，通過傳動(dòng)齒輪使光頭相對(duì)于碟片作徑向運(yùn)動(dòng)，用來(lái)大范圍內(nèi)移動(dòng)光頭跟蹤信號(hào)軌跡。DVD光盤信息記錄區(qū)范圍為光盤直徑的48116mm，由于信號(hào)讀取是從光盤內(nèi)圈開始的，因此光頭讀取信號(hào)的起始端應(yīng)在距碟片中心的24mm范圍之內(nèi)，運(yùn)動(dòng)最大行程應(yīng)大于34mm，才能正常讀取碟片上的所有信號(hào)，在進(jìn)給機(jī)構(gòu)的支架上

6、一般都加有四個(gè)橡膠墊進(jìn)行減震，以保證進(jìn)給機(jī)構(gòu)的正常平穩(wěn)運(yùn)行。主軸轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由光盤固定機(jī)構(gòu)和主軸電機(jī)構(gòu)成，光盤固定機(jī)構(gòu)一般均采用永久磁鐵壓碟蓋來(lái)鎖定光碟盤片。壓碟蓋安裝在機(jī)芯架上方的正中，加載后把碟片吸壓在主軸上的小升降盤上由主軸帶動(dòng)碟片轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸電機(jī)要求具有極高的精度，因?yàn)镈VD光盤上的信號(hào)坑紋很細(xì)密，而光頭必須以恒定線速度來(lái)讀取信號(hào)（恒線速轉(zhuǎn)動(dòng)的額定值為3.27-3.49m/s），所以在碟片內(nèi)圈時(shí)主軸的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于外圈時(shí)的轉(zhuǎn)速。電機(jī)若不能快速根據(jù)CLV控制電壓的變化而變化，碟片運(yùn)行不平穩(wěn)或偶有停頓，勢(shì)必主生誤碼信號(hào)，使機(jī)器無(wú)法讀取碟片或不能流暢的進(jìn)行播放。我們知道，任何幾何物體都有一定的誤差，碟

7、片自然不可能做到絕對(duì)的平面，反射基膜的高低也本就不完全一致，加之碟片在使用過程中受環(huán)境的影響日久也會(huì)變形，主軸電機(jī)在帶動(dòng)物鏡運(yùn)動(dòng)的過程中，碟片也是忽上忽下，相對(duì)于激光頭是不斷變化的，但激光束的焦點(diǎn)必須準(zhǔn)確投射在信號(hào)軌跡上，才能正常讀取碟片信號(hào)。聚焦線圈與物鏡相連為一體，物鏡架由永久磁鋼構(gòu)成的，利用通電線圈在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)來(lái)帶動(dòng)物鏡上下移動(dòng)，達(dá)到聚焦效果。物鏡實(shí)際上是一個(gè)凸透鏡，作用是把平行的激光匯聚成很小的光點(diǎn)，并且準(zhǔn)確的投射在碟片的信號(hào)反射層上。由信號(hào)組合而得到的聚焦誤差信號(hào)經(jīng)過放大處理后驅(qū)動(dòng)聚焦線圈，帶動(dòng)物鏡在在磁場(chǎng)中上下運(yùn)動(dòng)，使物鏡緊隨碟片信號(hào)軌跡的變化而上下移動(dòng)，達(dá)到精度聚焦的目的。碟片

8、信號(hào)由于是由內(nèi)到外逐步擴(kuò)散，而且信號(hào)與信號(hào)之間的距離很小，雖然有進(jìn)給電機(jī)移動(dòng)整個(gè)光頭由內(nèi)向外移動(dòng)，但不能做到小范圍內(nèi)的準(zhǔn)確跟蹤。循跡線圈通過循跡驅(qū)動(dòng)信號(hào)帶動(dòng)物鏡的左右移動(dòng)，準(zhǔn)確跟蹤一圈一圈由內(nèi)到外的信號(hào)軌跡，也可以說，循跡伺服是進(jìn)給伺服的精度伺服，而進(jìn)給伺服只是大范圍內(nèi)的粗伺服。光頭在機(jī)器通電后首先要完成復(fù)位、碟片搜索等初始化動(dòng)作，初始化的控制按機(jī)芯CPU的指令來(lái)執(zhí)行，具體執(zhí)行步驟和程序都已寫進(jìn)機(jī)芯ROM中。一般的程序如下：通電后，微處理器先檢測(cè)碟倉(cāng)是否到位，若在出倉(cāng)狀態(tài)，自動(dòng)完成進(jìn)倉(cāng)動(dòng)作；接著啟動(dòng)進(jìn)給電機(jī)，把光頭移到碟片內(nèi)圈的起始端，再給激光二極管加上工作電壓，使激光二極管正常發(fā)光。然后開始

9、進(jìn)行碟片搜索，碟片搜索主要是通過S聚焦來(lái)完成，所謂S聚焦，就是開機(jī)后光頭發(fā)出激光時(shí)，物鏡較大范圍內(nèi)上下移動(dòng)搜索碟片的過程，若碟片放置在正常范圍內(nèi)，物鏡只須上下移動(dòng)搜索1、2次，便可找一到焦點(diǎn)，順利讀出碟片的TOC目錄；若沒有碟片或是碟片放置不到位和不能識(shí)別讀取的碟片，物鏡在反復(fù)聚焦3、5次后，停止搜索，激光二極管熄滅。在S聚焦的同時(shí)，物鏡在循跡線圈的控制下同時(shí)左右徑向移動(dòng)，完成徑向搜索，讀取目錄后處于待命狀態(tài)。由于DVD光學(xué)讀取系統(tǒng)不單單只是讀取DVD碟片，而應(yīng)向下兼容CD/VCD格式的盤片，兩類碟片的外觀結(jié)構(gòu)盡管相同，實(shí)際上卻有很大的差異，DVD視盤機(jī)要順利兼容其它格式的盤片，不僅僅電路上要

10、支持各自的解編碼、伺服等，首先光學(xué)讀取系統(tǒng)要能正常兼容。光學(xué)讀取系統(tǒng)解決兼容問題主要有以下三種方案：1、 雙光頭方案這是DVD開發(fā)初期使用的一種光學(xué)解決方案，有可靠的兼容性，而且也還能順利讀取CDR刻錄光盤。雙光頭方案實(shí)際上是在機(jī)芯中裝置兩套獨(dú)立的激光讀取系統(tǒng)，一套專用于DVD，另一套用于CD、VCD、SVCD等碟片的讀取，但這種光學(xué)解決方案結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，只在DVD面世的初期使用，現(xiàn)已屬淘汰主品。2、 單光頭雙物鏡方案這種方案只有一個(gè)發(fā)光和光路系統(tǒng)，但具有可以滑動(dòng)的兩個(gè)物鏡，分別用于DVD及CD/VCD的不同聚焦，通過兩個(gè)透鏡的相互轉(zhuǎn)換來(lái)識(shí)別讀出不同的光盤，這種方案讀取效果也不錯(cuò)，但機(jī)械結(jié)構(gòu)也相對(duì)復(fù)雜，難以小型化，實(shí)際使用中也不多。3、 雙光管單光頭方案目前最廣泛采用的一種兼容方案，結(jié)構(gòu)小巧簡(jiǎn)單，只有一個(gè)光路系統(tǒng)和一個(gè)物鏡，內(nèi)部卻封裝了兩只激光二極管，分別發(fā)出780nm和650nm的激光來(lái)讀取CD/VCD或DVD盤片