Устройство оптического адаптера

Основным элементом оптического адаптера является полупроводниковый лазер­ный диод, выполненный на основе кристалла арсенида галлия (GaAs). Выбор когерентного лазерного излучения в качестве оптического переносчика информа­ции не случаен, так как при обработке оптического пучка важную роль играют не только яркость луча, но также частота и фаза излучения. Стандартная длина вол­ны лазерного излучения составляет 780 нм, то есть она попадает в инфракрасный (тепловой) интервал, поэтому человеческий глаз луч не видит. Об этом следует помнить при проведении ремонтных и регулировочных работ, так как существует опасность попадания излучения на сетчатку глаза по неосторожности. Заметим, что в DVD-проигрывателях применяются лазерные диоды с меньшей длиной вол­ны излучения - 635 нм.

Для правильного функционирования лазерного диода нужно обеспечить ему определенный режим работы. Он зависит от тока возбуждения, величина которо­го для разных диодов составляет от 40 до 90 мА. При этом зависимость мощности излучения от величины протекающего тока имеет довольно резко выраженный пороговый характер. Мощность лазера невелика и составляет около 200 мкВт. Величина необходимого тока возбуждения диода для конкретного оптического адаптера может быть определена по информации, указанной на этикетке корпуса. Она равна отношению последнего трехзначного числа маркировки к сопротивле­нию резистора, последовательно включенного в цепи питания лазерного диода (обычно резистор включен в эмиттерную цепь управляющего транзистора). За­метим, что при старении диодов их эмиссионная способность уменьшается. Это требует соответствующего увеличения тока возбуждения, но превышение 150 мА приводит к разрушению кристалла.

Для контроля мощности излучения в схеме питания лазерного диода LD уста­навливается дополнительный элемент - фотодиод PD, генерирующий сигнал отрицательной обратной связи для цепей управления лазерным диодом (рис. 4.10 При увеличении излучаемой мощности возрастает и напряжение, вырабатыва­емое этим фотодиодом, что, в свою оче­редь, приводит к закрыванию управля­ющего транзистора VT и, следовательно, к уменьшению тока возбуждения лазер­ного диода.

На рис. 4.11 схематично отображено устройство оптического адаптера и пояс­нен принцип считывания информации.

Лазерный диод формирует луч, кото­рый вначале обрабатывается сложной системой оптических линз и призм, позволяющих правильно доставить его энергию в нужное место поверхности компакт- диска. В состав оптического тракта входят:

• полупроницаемая зеркальная призма, расщепляющая падающий и отражен­ный оптические потоки;
• коллиматор - линза, формирующая параллельный пучок;
• зеркальная призма;
• фокусирующие линзы, а также ряд других.

Рис. 4.11. Оптическая схема считывания информации с компакт диска

На некоторых участках распространения оптического пучка пути прохождения падающего и отраженного потоков совпадают, и разделить их удается только благо­даря когерентности лазерного излучения. Попадая в различные точки поверхности вращающегося компакт-диска, луч отражается от поверхности флэтов, но может и рассеяться в углублениях питов. В результате на фотоприемник поступает по­следовательность оптических импульсов, соответствующая записанной информа­ции. Для безошибочного считывания лазерный луч фокусируется оптической системой на поверхности отражающего металлического слоя в точку диаметром около 1 мкм. При этом диаметр несфокусированного пятна на поверхности защит­ного прозрачного слоя достигает значительно большего размера (до 1 мм), в свя­зи с чем мелкие царапины и частицы пыли практически не влияют на качество воспроизведения информации.

Процесс и методы слежения за точкой фокусировки лазерного луча и его дви­жением по информационной дорожке достаточно сложны, поэтому применяются специальные методы формирования лазерного пучка и обработки отраженных лучей. Лазерный пучок диода вначале проходит через дифракционную решетку, с помощью которой создаются несколько параллельных лучей, среди них три ос­новных: средний (главный, наиболее мощный) и два боковых (лучи первого по­рядка с меньшей мощностью). Названные лучи существуют в трехмерном про­странстве, их условное изображение на плоскости приведено на рис. 4.12. В задачу указанной «тройки» лучей входит отслеживание движения лазерного луча по информационной дорожке.

Фотоприемник представляет собой фотодиодную матрицу (рис. 4.13), преобра­зующую лучи, отраженные от поверхности компакт-диска, в электрические сиг­налы. Ее детекторное поле обычно разделено на четыре зоны A-D (иногда на три). Кроме того, имеются два детектора Е и F упомянутых выше боковых лучей.

Сумма сигналов А + В + С + D представляет собой высокочастотный сигнал, несущий аудиоинформацию. Комбинация сигналов (А + С) - (В + D), зависящая от формы пятна отраженного луча, определяет величину ошибки фокусировки, которая в идеальном случае при форме пятна в виде круга равна нулю. Разность Е - F зависит от точности следования трех основных лучей по середине инфор­мационной дорожки и определяет величину так называемой ошибки радиального трекинга.

Рис.4.12.Разделение лазерного пучка на три луча

Рис.4.13. Обработка сигналов фотодиодной матрицы

Компенсация ошибок, возникающих в про­цессе слежения, осуществляется специаль­ными сервосистемами, исполнительными элементами которых являются катушки фо­кусировки и трекинга, входящие в состав оптического адаптера. Они перемещают его объектив в вертикальной и горизонтальной плоскостях в соответствии с сигналами, фор­мируемыми схемами обработки.

Данные схе­мы будут рассмотрены ниже. Примерный вид исполнительного механизма фокусиров­ки представлен на рис. 4.14

К устройствам слежения относится также схема управления скоростью вращения ком­пакт-диска. Она необходима для того, чтобы обеспечить постоянную линейную ско­рость поступления информации с компакт-диска в тракт обработки. Номинальная величина скорости составляет 4,3218 Мбит/с. Так как длина витка спирали, по кото­рой при считывании проходит лазерный луч, увеличивается по мере перемещения от внутренней дорожки к внешней, скорость вращения должна быть переменной. По­этому при воспроизведении информации с диска диаметром 12 см с указанной ли­нейной скоростью, его вращение замедляется с 500 об/мин до 200

Рис. 4.14 Примерный вид исполнительного механизма фокусировки оптического адаптера об/мин.