Устройство для настройки лазерного проигрывателя Советский патент 1991 года по МПК G11B7/05 

Изобретение относится к области оптического воспроизведения информации и может быть использовано при производстве лазерных видео- и аудиопроигрывателей оптических дисков для настройки фотоприемника, дифракционной решетки, астигматического объектива и определения лараметров, характеризующих работоспособность и настройку оптического канала.

Целью изобретения является повышение точности настройки оптического канала лазерного проигрывателя, а также определение параметров, характеризующих его работоспособность и качество настройки.

На фиг. 1 показана схема оптического канала видео- или аудиопроигрывателя и предлагаемого устройства; на фиг. 2 - фрагмент оптического диска с плитами и сигналы с боковых площадок фотодиода.

Устройство содержит лазер 1, дифракционную решетку 2, согласующую линзу 3, поляризационный светоделитель 4, четвертьволновую пластинку 5, зеркало 6 слежения, объектив 7, оптический диск 8, двухкоординатную микроподачу 9, первый привод 10 колебания, второй привод 11 колебания, астигматический объектив 12, фотоприемник 13, причем a,b,c,d - соответственно перваЬ, вторая, третья и четвертая центральный площадки е, f - пятая и шестая боковые площадки фотоприемника, первый и второй НЧ-генераторы 14 и 15, первый-четвертый вычитатели 16-19, первый-восьмой индикаторы 20-27, первый-четвертый сумматоры

О VI

ГО

со о

28-31, первый и второй усилители 32 и 33, первый и второй выпрямители 34 и 35, первый и второй НЧ-фильтры 36 и 37, ВЧ-фильтр 38, детектор 39 А-направление колебаний привода 10. Б-направление колебаний при- вода 11, Si - сигнал с пятой площадки фотоприемника, $2 - сигнал с шестой площадки фотоприемника, 40, 41 - первое и второе сфокусированные боковые пятна; 42 - центральное сфокусированное пятно; 43 - инфор- мационная дорожка с питэми;Х радиальное направление; t - координата времени).

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1, сформированное оп- тической системой, состоящей из дифракционной решетки 2, согласующей линзы 3, поляризационного светоделителя 4,четвертьволновой пластинки 5, зеркала 6 слежения, объектива 7, астигматического объектива 12, отражается от диска 8 и направляется на фотоприемник 13. В лазерных видео- и эудиопроигрывателях обычно используется фотоприемник, состоящий из шести светочувствительный площадок: четырех центральных, имеющих форму квадрата и разделенных линиями разреза в виде двух взаимно перпендикулярных прямых, параллельных сторам квадратных площадок, и двух боковых, расположенных симметрично относительно центра фотоприемника. Четы- ре центральных площадки предназначены для приема воспроизводящего пучка, боковые площадки - для приема боковых пучков, возникающих из-за расщепления лазерного пучка дифракционной решеткой 2 и предназ- наченных для работы системы радиального слежения за информационной дорожкой.

Для настройки оптического канала первая площадка фотоприемника 13 соединяется с первым входом устройства, образованным прямым входом вычитателя 16, вторая - с вторым входом устройства, образованным прямым входом вычитателя 17, третья - с третьим входом устройства, образованным входом вычитателя 16, четвертая - с инверс- ным входом вычитателя 17, патая - с прямым входом вычитателя 18, шестая - с инверсным входом вычитателя 18, Сигналы Sx и Sy на выходе вычитателей 16,17 прямо пропорциональны разности освещенности диаметрально противоположных центральных площадок фотоприемника, прямо пропорциональны смещениям воспроизводящего пучка относительно центра фотоприемника в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Индикаторы 20 и 21 предназначены для измерения выходных сигналов вычитателей 16 и 17.

Для работы системы фокусировки оптическая система формирует сигнал ухода диска из фокуса объектива. В качестве такой

оптической системы может быть использован астигматический датчик, включающий размещенный в отраженном пучке астигматический объектив, который формирует астигматический пучок с двумя перетяжками, пятна света в которых имеют вид взаимно перпендикулярных отрезков прямых, Сигнал ошибки фокусировки 5ф получается вычитанием суммы сигналов с диаметрально расположенных центральных площадок фотоприемника и снимается с выхода вычитателя 19, Фотоприемник устанавливается в плоскости, где при отсутствии ошибки фокусировки сечение астигматического пучка имеет форму, близкую к круглой, и сигнал Зф равен нулю. При появлении ошибки фокусировки обе перетяжки смещаются в одну сторону. При этом световое пятно в плоскости фотоприемника становится эллиптическим и в зависимости от знака ошибки больше освещает одну или вторую пару диаметрально расположенных площадок фотоприемника, Это вызывает появление сигнала ошибки фокусировки, соответствующей полярности на выходе вычитателя 19. Этот сигнал усиливается усилителем 32 и регистрируется индикатором 25.

При размещении диска в фокусе объектива модуляция лазерного пучка максимальна. С помощью данного устройства модуляцию сфокусированного лазерного пучка диском можно получить, колебля диск в поперечном относительно дорожки направлении с помощью привода 11 колебания, подавая на его вход напряжение с выхода НЧ-генера- тора 15. Диск можно передвигать с помощью двухкоординатной микроподачи 9 в двух направлениях: параллельно нормали к диску (направление А) и в поперечном относительно дорожки записи - по радиусу (направление Б). Перемещая диск вдоль направления А, которое при его перпендикулярной установке совпадает с осью лазерного пучка, можно установить его в фокусе объектива, добившись максимальной модуляции пучка.

Зависимость амплитуды Sc сигнала модуляции пучка от расфокусировки диска вблизи плоскости фокусировки объектива имеет малую крутизну. С целью увеличения точности определения точки фокусировки по максимальной амплитуде модуляции в устройстве используется усилитель, коэффициент усиления которого увеличивается при повышении уровня входного сигнала. С этой целью переменный сигнал модуляции пучка выпрямляется выпрямителем 35, фильтруется НЧ-фильтром 37 и. постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде модулированного входного сигнала, подается на управляющий вход усилителя 33, в результате

чего его коэффициент усиления устанавливается пропорционально уровню входного сигнала. Индикатор 26 предназначен для измерения величины сигнала модуляции,

Перемещая диск в направлении Б, можно отражать сфокусированный лазерный пучок как от зоны записи, так и от зон без записи, имеющихся на диске, Подавая на вход привода 10 колебания, напряжение с выхода НЧ-генератора 14, можно привести диск 8 в колебания в направлении А, что необходимо для измерения сигнала датчика фокусировки 5ф, а также при измерении интерференционного шума.

Боковые пучки принимаются пятой и шестой площадками фотоприемника. При совпадении оси бокового пучка с центром принимающей его площадки, амплитуды сигналов Si и Sz с пятой и шестой площадок фотоприемника максимальны. Сигналы Sp датчика радиального слежения при слежении за информационной дорожкой диска двумя дополнительными боковыми пучками получается вычитанием сигналов с боковых площадок фотоприемника. При настроенной дифракционной решетке величина сигнала Sp максимальна. Таким образом, при колебании диска в радиальном направлении амплитуда переменного сигнала Sp на выходе вычитателя 18, прямой вход которого соединен с пятой площадкой фотоприемника, а инверсный вход с шестой площадкой фотоприемника, максимальна.

Для однозначности размещения сфокусированных боковых пучков относительно информационной дорожки, настройка дифракционной решетки производится на первой дорожке, следующей за отражающей зоной без записи на диске и, например, переменная составляющая сигнала Si с пятой площадки фотоприемника, соответствующая модуляции диском одного бокового пучка, должна опережать по фазе переменную составляющую сигнала Sa с шестой площадки фотоприемника, соответствующую модуляции диском другого бокового пучка.

Для точной настройки астигматического объектива относительно фотоприемника сигнал с вычитателя 19 усиливается усилителем с переменным коэффициентом усиления 32. Для увеличения точности настройки астигматического объектива используется дополнительная цепочка.

Переменный сигнал выпрямляется выпрямителем 34, фильтруется НЧ-фильтром 36 и постоянное напряжение, пропорциональное амплитуде переменного сигнала подается на управляющий вход усилителя 32, в результате чего коэффициент усиления

устанавливается пропорционально уровню входного сигнала. Индикатор 25 предназначен для измерения величины сигнала и контроля настройки астигматического объектива. Настройка дифракционной решетки

осуществляется следующим образом.

Сигнал датчика радиального слежения имеет максимальную амплитуду при разности фаз сигналов переходов через дорожку 43 (фиг.2) соответствующих модуляции боковых пучков, равную л. Это достигается поворотом дифракционной решетки на угол, при котором смещение сфокусированных боковых пучков по оси X равно Р/4, где Р - период.дорожки, и противоположно по направлению. Сигнал перехода через дорожку Sn описывается выражением:

Sn(r) S0(1 -m cos 2 лг/Р),(1)

где г - радиальная координата; Р - период дорожки;

m - коэффициент модуляции;

So - амплитуда сигнала перехода.

Если сфокусированное пятно 40 смещено на Р/4 от центра дорожки, то сигнал с одной боковой площадки фотоприемника определяется выражением

Si(r) So(1-m sin 2 лг/Р),(2)

При этом второе пятно 41 смещается на

(-Р/4) и сигнал с второй боковой площадки

фотоприемника определяется выражением

S2(r) - So (1+m sin 2 лг/Р),(3)

Разность между этими двумя сигналами дает сигнал датчика радиального слежения

SP

SP ZmSo sin 2 лг/Р ,(4)

Для настройки дифракционной решетки

диску придается колебание в направлении

Б с помощью привода 11, на вход которого

подается напряжение с выхода НЧ-генератора 15. Микроподачей 9 диск перемещается в направлении Б в положение, в котором колебание происходит вокруг первой дорожки после зоны диска без записи.

Дифракционная решетка при настройке

поворачивается вокруг оси центрального пучка 42 в направлении, при котором переменная составляющая сигнала, например, с пятой площадки фотоприемника Si, опережает по фазе переменную составляющую

сигнала $2 с шестой площадки. Дифракционная решетка поворачивается до тех пор, пока амплитуда сигнала Sp датчика радиального слежения не будет максимальной.

Угловая настройка фотоприемника заключается в следующем.

При настроенном фотоприемнике по углу относительно оптической оси центры боковых площадок совпадают с центрами

боковых пучков, при этом амплитуды сигналов Si и S2 с боковых площадок максимальны. Оптимум углового положения фотоприемника достигается его поворотом вокруг оси центрального пучка, проходящей через центр фотоприемника в результате совмещения центра фотоприемника с центром пучка Фогопоиемник поворачивается до положения, в котором величина сигналов Si и S2 максимальна.

Настройка астигматического объектива 12 определяется по максимальной амплитуде сигнала д.эсшка автоматической фокусировки. Это выполняется при условии ориентации образующей цилиндрической поверхности астигматического объектива 12 под углом 45° по отношению к линии разреза центральных площадок фотоприемника 13. Тогда при расфокусировке оси симметрии эллиптического светового пучка в плоскости фотоприемника сориентированы по диагоналям, соединяющим диаметрально расположенные квадратные центральные площадки фотоприемника и пучок максимально попадает в них. Астигматический объектив при настройке поворачивается вокруг оси, перпендикулярной ее поверхности и проходящей через ее центр, до положения, определяемого максимумом амплитуды сигнала датчика фокусировки Зф.

Настройка фотоприемника вдоль оси пучка определяется по совпадению максимума модуляции луча диском (переменная составляющая сигнала Sf) с нулем сигнала датчика фокусировки Зф. Для этого с по- мощью микроподзчи устанавливается отражение от зоны записи диска, а модуляция - колебанием диска амплитудой до 10 мкм при подаче напряжения с выхода HH-iene- ратора 15 на привод 11 колебания. Диск в направлении Л с помощью микроподзчи ус танэвливается в положение, определяемое максимумом переменной составляющей сигнала Зс. Передвижением вдоль оси пучка фотопригмник 13 устанавливается в по- ложении, определяемое нулем сигнала датчика фокусировки Зф.

Кроме настройки, предлагаемое устройство позволяет определить параметры, хпрактёризующче работоспособность и на- стройку оптического канала отношение ам плитуды сигнала датчика фокусировки Зф к амплитуде сигналов ISyl соответствующие максимальному смещению центрального пучка относительно центра фотоприемни ка в двух взаимно перпендикулярных направлениях при расфокусировке S /ISxl и Зф/|3у|,а также величину интерференционного шума.

Величина отношения 5ф/|3х| и Зф/ISyl зависит в основном от точности настройки согласующей линзы 3, зеркала 6 слежения, фотоприемни а 13, а также от степени загрязненности оптических элементов, изменяющий симметрию распределения лазерного пучка (расстройка и загрязнение оптического канала может возникать при длительной работе проигрывателя). Измеряется это соотношение следующим образом: микроподачей 9 устанавливается отражение от зоны без записи диска 8. Подавая на привод 10 колебания напряжение с выхода НЧ-генератора 14, диску 8 сообщается колебание амплитудой десятки микрон в направлении А и определяется соотношение сигналов Зф и Величина этих соотношений должна быть не менее допустимой.

Вследствие неполного разделения поляризационным светоделителем 4 и четвер- тьвопновой пластинкой 5 падающего и отраженного от диска лазерного излучения при неизбежных вертикальных биениях диска в проигрывателе возникает интерференционный шум, ухудшающий качество воспроизведения информации. Поэтому его максимально допустимая величина оговаривается. Величина интерференционного шума прежде всего зависит от настройки четвертьволновой пластинки. Измерив его величину, можно судить о работоспособности и качестве настройки оптического канала. Определить величину интерференционного шума можно, имитируя вертикальные биения диска (направление А на фиг. 1) с помощью привода 10 колебания, подавая на его вход напряжение с выхода НЧ-генератора 14. Величина интерференционного шума измеряется по соотношению переменной и постоянной составляющей сигнала Зс на выходе сумматора 30 при отражении лазерного излучения от зоны диска без записи.

Таким образом, предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа тем, что кроме совмещения центра фотоприемника с осью отраженного пучка, позволяет установить фотоприемник в требуемое положение вдоль и вокруг оптической оси, настроить астигматический объектив, дифракционную решетку, что повышает точность настройки проигрывателя, а также определить параметры, характеризующие работоспособность и настройку оптического канала проигрывателя; соотношение амплитуды сигнала датчика фокусировки и амплитуды сигнала, соответствующего смещению центра пучка относительно центра фотоприемника при расфокусировке, и величину интерференционного шума.

Формула изобретения Устройство для настройки лазерного проигрывателя, содержащее первый и второй индикаторы, подключенные соответственно к выходам первого и второго вычитателя, входы которых являются соответственно с первого по четвертый входами устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности настройки, а также определения параметров, характеризующих работоспособность и настройку оптического тракта, в устройство введены третий и четвертый вычитатели, четыре сумматора, с третьего по восьмой индикаторы, два усилителя, два выпрямителя, два НЧ- фильтра, ВЧ-фильтр, детектор, оптический диск с двухкоординатной микроподачей и двумя приводами колебаний, а также два низкочастотных генератора, первый из которых связан с первым приводом колебаний, а второй - с вторым приводом колебаний, кроме того, пятый индикатор подключен к выходу третьего вычитателя, прямой и инверсный входы которого, являясь соответственно пятым и шестым входами устройства, соединены соответственно с третьим и четвертым индикаторами и входами четвертого

сумматора, выход которого соединен с последовательно соединенными ВЧ-фильт- ром, детектором и восьмым индикатором, при этом входы первого и второго сумматоров подключены соответственно к прямому

и инверсному входам первого и второго вы- читателей, соединенным с входами третьего сумматора, выход которого соединен с первым входом непосредственно и через последовательно соединенные второй детектор и

второй НЧ-фильтр с вторым входом второго усилителя, выходом подключенного к седьмому индикатору, кроме того, выход четвертого вычитателя соединен с первым входом непосредственно и через последовательно

соединенные первый детектор и первый ИЧ-фильтр с вторым входом первого усилителя, подключенного к входу шестого индикатора.

Изобретение относится к области оптического воспроизведения информации и может быть использовано при производстве лазерных видео- и аудиопроигрывателей оптических дисков для настройки фотоприемника, дифракционной решетки, астигматического объектива и определение параметров, характеризующих работоспособность и настройку оптического канала. Цель изобретения - повышение точности настройки оптического канала лазерного проигрывателя, а также определение параметров, характеризующих его работоспособность и качество настройки. Устройство содержит лазер 1, дифракционную решетку 2, согласующую линзу 3, поляризационный светоделитель 4, четвертьволновую пластинку 5, зеркало слежения 6, объектив 7, оптический диск 8, двухкоординатную микроподачу 9, первый привод 10 колебания, второй привод 11 колебания, астигматический объектив 12, фотоприемник 13, первый и второй НЧ - генераторы 14, 15, первый - четвертый вычитатели 16 - 19, первый - восьмой индикаторы 20 - 27, первый четвертый сумматоры 28 - 31, первый и второй усилители 32, 33, первый и второй выпрямители 34, 35, первый и второй НЧ - фильтры 36, 37, ВЧ - фильтр 38, детектор 39. 2 ил.

/ 2 J 4

,-,,-, г-,

3

и

w

(}

S2

Фиг. 2