光学头力矩器的原理与设计基础 - 图文-

1、 张布卿85%以上均为 (a 转轴式 (b 铰链式 (c 弹片式 (d 悬线式图1:力矩器的主要类型 按照驱动原理,力矩器可以分为动线圈式和动磁CD/DVD 只读CD/DVD/HD DVD/BD 刻录或者可重写光2给出了二维和三维悬线式动圈式(a 二维力矩器 (a(b三维力矩器图2:二维和三维悬线式动圈式力矩器的结构简图可以看出,无论是二维还是三维悬线式动线圈式力矩器,它们都主要由固定部和可动部组成。可动部主要由物镜、物镜架、聚焦线圈、循迹线圈(亦或有倾斜线圈等组成,固定部由底座、轭铁、永磁铁等组成。固定部和可动部之间的连接依靠高性能的弹性悬线实现,悬线的性能对这种类型的力矩器非常关键,它们的

2、性能决定了力矩器的工作性能。对于二维力矩器,它由4根(即2对悬线组成,分别实现聚焦和循迹运动;三维力矩器则由6根(3对悬线组成,分别实现聚焦、循迹以及径向倾斜运动。在目前的CD/DVD光盘系统中,聚焦和循迹误差对数据的读取具有决定性作用,因此广泛采用了二维悬线式力矩器。而在更高密度的蓝光光盘系统中,则需要使用精度更高的三维力矩器甚至四维力矩器。与目前的DVD系统相比,BD和HD DVD采用了波长更短的蓝紫激光和较大的数值孔径,使得光轴与光盘记录面的倾斜角裕度减小了很多。对于由切向倾斜引起的信号失真,可以由后续的数字信号处理来补偿,而径向倾斜只能通过控制光学头力矩器的姿态来消除。为了实现蓝光光学

3、头的姿态控制,新型三维力矩器已经得到广泛应用,它们不仅可以在聚焦与循迹方向上控制光学头的运动,而且能够在倾斜方向进行光学头的姿态调整。图3给出了几款目前用于蓝光存储系统的三维力矩器。从图3所示的三维力矩器的结构可以看出,为了实现倾斜(主要是径向倾斜运动,可以有两种结构方案:一种是在聚焦线圈/循迹线圈的基础上增加了倾斜线圈,通过通电的倾斜线圈的受力实现径向倾斜运动,该方法可以实现较大的倾斜角度和很高的倾斜灵敏度;另一种方案是采用两个聚焦线圈,当两个线圈的通电电流方向一致时可以实现聚焦运动,而当它们的电流方向相反时,倾斜力矩随之产生。另外,为了向下兼容CD/DVD,蓝光光学头的力矩器往往需要两多。

4、焦方向 丝、弹簧铁片或者悬浮铁芯,为可动部件提供一定的运动回复力。下面仅以聚焦方向为例,简单介绍力矩器的数学模型。如图8所示,在低频范围内,力矩器的机械结构可以简化为质量-弹簧-阻尼系统,根据音圈电机的工作原理,可以为力矩器建立动力学和电学方程,如式(1所示。图8:力矩器的聚焦(循迹驱动原理(1式(1中,为阻尼系数;k为弹簧刚度;K=Bl为比例系数,B为磁感应强度,l为线圈的等效长度。方程组(1经拉普拉斯变换,可得到系统的传递函数,如下所示:(23式(2是输出位移对控制电流的传递函数,其特性可以看作是一个二阶振荡环节;式(3是输出位移对控制电压的传递函数,其特性是一个三阶系统,二者反映了不同的控制状态。力矩器的电流控制传递函数要比电压控制传递函数简单,它不受线圈阻抗的影响,从控制系统设计的角度考虑设计成电流控制更为简便。但是,由于实际系统的信号一般都是以电压的形式传递,因此采用电流控制需要加入一个压流转换的环节。力矩器低频段的传递函数主要取决于弹簧常数k(增益为1/k,而中频段将明显有共振特性,在低阻尼情况下(良好的机械特性需要较低的阻尼系数,共振峰值在频率f0处,即:(4( (1由于光学头力矩器在高频状态下的运动涉及/循迹线圈组成的整体的弹性(2如何提高力矩器的灵敏度和线性度将直接影(3对力矩器运动过程中串扰的分析和抑制。聚(4力矩器整体