DVD光學讀取系統(tǒng)原理

1、DVD光學讀取系統(tǒng)原理DVD光學讀取系統(tǒng)是DVD激光視盤機的核心器件，主要由激光頭（半導體激光器、光電接收器及光路通道）和光頭傳動機構(gòu)組成。大致可分為偏光光學系統(tǒng)和無偏光光學系統(tǒng)兩類。無偏光光學系統(tǒng)經(jīng)過發(fā)射接收轉(zhuǎn)換后，功率會降低較多，因此讀取效率較低，主要用于VCD和CD機的光學讀取系統(tǒng)。而DVD機由于激光讀取時需要較大功率，一般都采用了更先進的偏光光學系統(tǒng)。激光頭是光學讀取系統(tǒng)的關(guān)鍵器件，主要由半導體激光二極管LD、光電二極管PD以及物鏡、偏光分光棱鏡、反射鏡、1/4波長板等組成。主要結(jié)構(gòu)見下圖：物鏡伺服機構(gòu)光盤1/4波長板PBS分光棱鏡反射鏡準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)射出來的發(fā)散激光通過準直透鏡后變?yōu)槠叫屑す猓ㄟ^PBS（特殊的偏光光束分光器），再通過1/4波長板（QWP），把偏振平行激光送至物鏡，經(jīng)物鏡聚焦后，激光焦點準確跟蹤碟片上記錄的信號，根據(jù)碟片上的凹凸信號，激光的反射光信號根據(jù)碟片信號的變化而變化，反射信號通過1/4波長板和PBS后，在PBS中產(chǎn)生45度偏轉(zhuǎn)，成為S線性偏振光。該信號經(jīng)反射后送往信號檢測和誤差檢測系統(tǒng)，經(jīng)光電檢測器把激光信號轉(zhuǎn)換成電信號后送到RF信號處理電路處理。1、 激光二極管的好壞直接關(guān)系到整機的工作性能，VCD的激光二極管發(fā)射激光波長為780nm，DVD的激光波長為650nm或以下（635

3、650nm），激光二極管工作時發(fā)出的正常功率為35mW，碟片信號最終得到的功率為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。當工作電流超過100mA時，一般激光二極管已經(jīng)老化。除了一些更短波長的激光二極管發(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：A、 激光波長為635650nm。B、 具有低噪聲性能。C、 抗振動性較強。D、 使用壽命要長，一般要求在6000小時以上。E、 能夠在60度左右的較高溫度中長時間

4、工作。F、 成本低，適合批量生產(chǎn)。G、 結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定可靠。2、 光電檢測器在激光頭中用來檢測從光盤上反射回來的激光信號，并把該信號轉(zhuǎn)換為電信號，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，當有激光照射光電二極管時，光電二極管中就有電流流過。從反射回來的激光中把碟片上記錄的坑紋信號轉(zhuǎn)換為高頻的數(shù)字信號，將幾只光電管檢測到的電流進行組合，就可得到和恢復(fù)記錄的信號。碟片的記錄內(nèi)容信號為A+B+C+D，聚焦誤差信號為（A+B）（C+D），循跡誤差信號為EF。A B C D E F 負極傳動機構(gòu)是保證光頭正常讀取碟片的前提，具體包括進給電機傳動機構(gòu)、主軸電機轉(zhuǎn)動機構(gòu)和物

5、鏡周圍的聚焦線圈、循跡線圈的驅(qū)動機構(gòu)。進給機構(gòu)主要由進給電機、控制光頭移動的齒輪、光頭滑動軸、絲桿、彈簧片等組成。滑動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。進給電路工作原理是：由循跡誤差信號中通過取樣得到進給小信號，經(jīng)放大處理后驅(qū)動進給電機，通過傳動齒輪使光頭相對于碟片作徑向運動，用來大范圍內(nèi)移動光頭跟蹤信號軌跡。DVD光盤信息記錄區(qū)范圍為光盤直徑的48116mm，由于信號讀取是從光盤內(nèi)圈開始的，因此光頭讀取信號的起始端應(yīng)在距碟片中心的24mm范圍之內(nèi)，運動最大行程應(yīng)大于34mm，才能正常讀取碟片上的所有信號，在進給機構(gòu)的支架上

6、一般都加有四個橡膠墊進行減震，以保證進給機構(gòu)的正常平穩(wěn)運行。主軸轉(zhuǎn)動機構(gòu)由光盤固定機構(gòu)和主軸電機構(gòu)成，光盤固定機構(gòu)一般均采用永久磁鐵壓碟蓋來鎖定光碟盤片。壓碟蓋安裝在機芯架上方的正中，加載后把碟片吸壓在主軸上的小升降盤上由主軸帶動碟片轉(zhuǎn)動。主軸電機要求具有極高的精度，因為DVD光盤上的信號坑紋很細密，而光頭必須以恒定線速度來讀取信號（恒線速轉(zhuǎn)動的額定值為3.27-3.49m/s），所以在碟片內(nèi)圈時主軸的轉(zhuǎn)速遠大于外圈時的轉(zhuǎn)速。電機若不能快速根據(jù)CLV控制電壓的變化而變化，碟片運行不平穩(wěn)或偶有停頓，勢必主生誤碼信號，使機器無法讀取碟片或不能流暢的進行播放。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)境的影響日久也會變形，主軸電機在帶動物鏡運動的過程中，碟片也是忽上忽下，相對于激光頭是不斷變化的，但激光束的焦點必須準確投射在信號軌跡上，才能正常讀取碟片信號。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中的運動來帶動物鏡上下移動，達到聚焦效果。物鏡實際上是一個凸透鏡，作用是把平行的激光匯聚成很小的光點，并且準確的投射在碟片的信號反射層上。由信號組合而得到的聚焦誤差信號經(jīng)過放大處理后驅(qū)動聚焦線圈，帶動物鏡在在磁場中上下運動，使物鏡緊隨碟片信號軌跡的變化而上下移動，達到精度聚焦的目的。碟片

8、信號由于是由內(nèi)到外逐步擴散，而且信號與信號之間的距離很小，雖然有進給電機移動整個光頭由內(nèi)向外移動，但不能做到小范圍內(nèi)的準確跟蹤。循跡線圈通過循跡驅(qū)動信號帶動物鏡的左右移動，準確跟蹤一圈一圈由內(nèi)到外的信號軌跡，也可以說，循跡伺服是進給伺服的精度伺服，而進給伺服只是大范圍內(nèi)的粗伺服。光頭在機器通電后首先要完成復(fù)位、碟片搜索等初始化動作，初始化的控制按機芯CPU的指令來執(zhí)行，具體執(zhí)行步驟和程序都已寫進機芯ROM中。一般的程序如下：通電后，微處理器先檢測碟倉是否到位，若在出倉狀態(tài)，自動完成進倉動作；接著啟動進給電機，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、進行碟片搜索，碟片搜索主要是通過S聚焦來完成，所謂S聚焦，就是開機后光頭發(fā)出激光時，物鏡較大范圍內(nèi)上下移動搜索碟片的過程，若碟片放置在正常范圍內(nèi)，物鏡只須上下移動搜索1、2次，便可找一到焦點，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，物鏡在循跡線圈的控制下同時左右徑向移動，完成徑向搜索，讀取目錄后處于待命狀態(tài)。由于DVD光學讀取系統(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，實際上卻有很大的差異，DVD視盤機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，首先光學讀取系統(tǒng)要能正常兼容。光學讀取系統(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。雙光頭方案實際上是在機芯中裝置兩套獨立的激光讀取系統(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發(fā)光和光路系統(tǒng)，但具有可以滑動的兩個物鏡，分別用于DVD及CD/VCD的不同聚焦，通過兩個透鏡的相互轉(zhuǎn)換來識別讀出不同的光盤，這種方案讀取效果也不錯，但機械結(jié)構(gòu)也相對復(fù)雜，難以小型化，實際使用中也不多。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)小巧簡單，只有一個光路系統(tǒng)和一個物鏡，內(nèi)部卻封裝了兩只激光二極管，分別發(fā)出780nm和650nm的激光來讀取CD/VCD或DVD盤片