光學(xué)頭力矩器的原理與設(shè)計(jì)基礎(chǔ) - 圖文-

1、 張布卿85%以上均為 (a 轉(zhuǎn)軸式 (b 鉸鏈?zhǔn)?(c 彈片式 (d 懸線式圖1:力矩器的主要類型 按照驅(qū)動(dòng)原理,力矩器可以分為動(dòng)線圈式和動(dòng)磁CD/DVD 只讀CD/DVD/HD DVD/BD 刻錄或者可重寫光2給出了二維和三維懸線式動(dòng)圈式(a 二維力矩器 (a(b三維力矩器圖2:二維和三維懸線式動(dòng)圈式力矩器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可以看出,無論是二維還是三維懸線式動(dòng)線圈式力矩器,它們都主要由固定部和可動(dòng)部組成。可動(dòng)部主要由物鏡、物鏡架、聚焦線圈、循跡線圈(亦或有傾斜線圈等組成,固定部由底座、軛鐵、永磁鐵等組成。固定部和可動(dòng)部之間的連接依靠高性能的彈性懸線實(shí)現(xiàn),懸線的性能對(duì)這種類型的力矩器非常關(guān)鍵,它們的

2、性能決定了力矩器的工作性能。對(duì)于二維力矩器,它由4根(即2對(duì)懸線組成,分別實(shí)現(xiàn)聚焦和循跡運(yùn)動(dòng);三維力矩器則由6根(3對(duì)懸線組成,分別實(shí)現(xiàn)聚焦、循跡以及徑向傾斜運(yùn)動(dòng)。在目前的CD/DVD光盤系統(tǒng)中,聚焦和循跡誤差對(duì)數(shù)據(jù)的讀取具有決定性作用,因此廣泛采用了二維懸線式力矩器。而在更高密度的藍(lán)光光盤系統(tǒng)中,則需要使用精度更高的三維力矩器甚至四維力矩器。與目前的DVD系統(tǒng)相比,BD和HD DVD采用了波長(zhǎng)更短的藍(lán)紫激光和較大的數(shù)值孔徑,使得光軸與光盤記錄面的傾斜角裕度減小了很多。對(duì)于由切向傾斜引起的信號(hào)失真,可以由后續(xù)的數(shù)字信號(hào)處理來補(bǔ)償,而徑向傾斜只能通過控制光學(xué)頭力矩器的姿態(tài)來消除。為了實(shí)現(xiàn)藍(lán)光光學(xué)

3、頭的姿態(tài)控制,新型三維力矩器已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,它們不僅可以在聚焦與循跡方向上控制光學(xué)頭的運(yùn)動(dòng),而且能夠在傾斜方向進(jìn)行光學(xué)頭的姿態(tài)調(diào)整。圖3給出了幾款目前用于藍(lán)光存儲(chǔ)系統(tǒng)的三維力矩器。從圖3所示的三維力矩器的結(jié)構(gòu)可以看出,為了實(shí)現(xiàn)傾斜(主要是徑向傾斜運(yùn)動(dòng),可以有兩種結(jié)構(gòu)方案:一種是在聚焦線圈/循跡線圈的基礎(chǔ)上增加了傾斜線圈,通過通電的傾斜線圈的受力實(shí)現(xiàn)徑向傾斜運(yùn)動(dòng),該方法可以實(shí)現(xiàn)較大的傾斜角度和很高的傾斜靈敏度;另一種方案是采用兩個(gè)聚焦線圈,當(dāng)兩個(gè)線圈的通電電流方向一致時(shí)可以實(shí)現(xiàn)聚焦運(yùn)動(dòng),而當(dāng)它們的電流方向相反時(shí),傾斜力矩隨之產(chǎn)生。另外,為了向下兼容CD/DVD,藍(lán)光光學(xué)頭的力矩器往往需要兩多。

4、焦方向 絲、彈簧鐵片或者懸浮鐵芯,為可動(dòng)部件提供一定的運(yùn)動(dòng)回復(fù)力。下面僅以聚焦方向?yàn)槔?簡(jiǎn)單介紹力矩器的數(shù)學(xué)模型。如圖8所示,在低頻范圍內(nèi),力矩器的機(jī)械結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化為質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng),根據(jù)音圈電機(jī)的工作原理,可以為力矩器建立動(dòng)力學(xué)和電學(xué)方程,如式(1所示。圖8:力矩器的聚焦(循跡驅(qū)動(dòng)原理(1式(1中,為阻尼系數(shù);k為彈簧剛度;K=Bl為比例系數(shù),B為磁感應(yīng)強(qiáng)度,l為線圈的等效長(zhǎng)度。方程組(1經(jīng)拉普拉斯變換,可得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù),如下所示:(23式(2是輸出位移對(duì)控制電流的傳遞函數(shù),其特性可以看作是一個(gè)二階振蕩環(huán)節(jié);式(3是輸出位移對(duì)控制電壓的傳遞函數(shù),其特性是一個(gè)三階系統(tǒng),二者反映了不同的控制狀態(tài)。力矩器的電流控制傳遞函數(shù)要比電壓控制傳遞函數(shù)簡(jiǎn)單,它不受線圈阻抗的影響,從控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度考慮設(shè)計(jì)成電流控制更為簡(jiǎn)便。但是,由于實(shí)際系統(tǒng)的信號(hào)一般都是以電壓的形式傳遞,因此采用電流控制需要加入一個(gè)壓流轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)。力矩器低頻段的傳遞函數(shù)主要取決于彈簧常數(shù)k(增益為1/k,而中頻段將明顯有共振特性,在低阻尼情況下(良好的機(jī)械特性需要較低的阻尼系數(shù),共振峰值在頻率f0處,即:(4( (1由于光學(xué)頭力矩器在高頻狀態(tài)下的運(yùn)動(dòng)涉及/循跡線圈組成的整體的彈性(2如何提高力矩器的靈敏度和線性度將直接影(3對(duì)力矩器運(yùn)動(dòng)過程中串?dāng)_的分析和抑制。聚(4力矩器整體