CD-Player

Prinzip:

Daten werden in Pits gespeichert. Die Höhe eines Pits ist ein viertel der Lichtwellenlänge, welche eine Phasenverschiebung von einer halben Wellenlänge verursachen soll. Da der Strahl größer als das Pit ist interferiert der Strahl und bei idealer Reflexion Summieren sich die Wellen zu null. Wichtig zu erwähnen ist das ein Pit den Wert 0 speichert. Um die Positionskalibrierung durchzuführen wird zuerst der focus error minimiert und anschließend der tracking error.

Welche Aufgaben hat der CD Player?

Daten von der CD auslesen (Reflektion des Lasers auf Fotodiode)
Fokussierung auf die Daten-Ebene halten (vertikal verstellbar)
Spurverfolgung beibehalten (Feinpositionierung des Lesekopfs)
Grobpositionierung über die gesamte CD-Fläche

Welche Störungen treten bei einem CD-Player auf?

Schock und Vibrationen
Vibrationen die durch den Spindelmotor verursacht werden
Exzentrität der CD
Disk-Deformationen (Toleranzen, Thermische Ausdehnung)

Wie sieht die Systemarchitektur eines CD-Players aus?

Focusing control
Der Lorentz-Aktuator erzeugt eine Kraft. Diese Kraft bewegt die Linse und positioniert diese. Die Abweichung vom Fokus wird mittels eines Sensors gemessen und der Fokus-Fehler wird an den Controller gemeldet. Der Controller berechnet ein Steuersignal, welches verstärkt wird und dann den Lorentz-Aktuator ansteuert. Die Linse wird vertikal bewegt.
Tracking control
Der Tracking Controller funktioniert auf dem selben Prinzip nur das nicht nur ein Lorentz-Aktuator angesteuert wird sondern auch ein zusätzlicher DC-Motor. Die Bewegungen sind außerdem horizontal.

Wie wird der Fokus Fehler gemessen?

Der Laser scheint durch einen halb-transparenten Spiegel, einer Linse und anschließend auf die CD. Dank dem Spiegel (Strahlenteiler) kann man nun die Form des Lasers messen. Dafür werden vier Fotodioden genutzt. Werden alle vier Fotodioden mit der selben Intensität bestrahlt ist der Laser im Fokus. Ist dies nicht der Fall dann werden 2 Gegenüberliegenden Fotodioden stärker bestrahlt und der Laser ist nicht im Fokus. Die Formel dafür lautet:

F o c u s = (A + D) - (B + C)

Wie wird das RF-Signal gemessen?
Kurz gesagt werden die Spannungen der vier Fotodioden addiert. Daraus erhält man:

\text{RS-Signal}=V_A+V_B+V_C+V_D$$Wie wird der Trackingfehler gemessen? Der Laser wird in 3 Strahlen geteilt. Dadurch können die zwei zusätzlichen Strahlen auf zwei weitere Fotodioden (E & F) beleuchten. Damit kein Trackingfehler auftritt muss die Differenz der beiden Fotodioden 0 sein. $$Tracking=V_F-V_D

Lorentz Aktuator

Eine Spule befindet sich in einem homogenen Magnetfeld eines Permanentmagnet. Solange sich die Spule im Magnetfeld bewegt ist die Kraft nur vom Strom abhängig und nicht von der Position ( $F = 2 N I B l$ $l . . .$ Spulenlänge im Magnetfeld) Dabei weist die Bewegung so gut wie keine Steifigkeit auf.

Was ist Zero-Stiffness?
Die Lorentz Kraft im Lorentz-Aktuator ist nicht von der relativen Bewegung vom Stator und Mover abhängig. D.h. die Kraft ist unabhängig von der Position der Spule, solange dieses homogen ist. Vorteil: Vibrationen haben keinen Einfluss.

Welche Vorteile haben Lorentz-Aktuatoren?

Linearer Zusammenhang zwischen Strom und Kraft (konstante Motorkonstante)
Zero Stiffness (Kraft unabhängig von Aktor Position)

Welche Nachteile haben Lorentz-Aktuatoren?

Geringer Kraftoutput
Hohe Verlustleistung
Parameterabhängigkeit von Wärme beeinflusst Bildqualität

Um einen kompakten Scanner mit größerer Kraft zu bauen muss eine andere Technik verwendet werden. (Reluktanz Aktuator)

Abkürzungen:

ODD(s) Optical Disk Drives