Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок

Большое спасибо - изучаю, трудно, без серьезного знания языка...

 

Вот доделал общую оптическую схему. Многое показано условно. Подвижная часть головки нарисована без отклоняющих катушек. Внизу лучи попадают на фрагмент пластинки черного цвета. Падающий на пластинку под 45 градусов широкий луч отражаясь попадает через фокусирующую линзу на фотосенсор системы фокусировки. Луч растянут поперек треков. Надеюсь понятно, что форма широкого луча - это после цилиндрической линзы. Два луча с двух разных лазерных модулей попадают на поверхность пластинки с некоторым смещением друг относительно друга. Толщина всех лучей условная. Выкладываю картинку в двух ракурсах. Если нужно будет поближе что-то показать - пишите, сделаю. Теперь можно показать это Николаю Николаевичу. Жду критики от Optics-a.

 

Надо только поправить зеркала , что мы говорили в прошлый раз, думаю что схема + ТЗ могут дать толчок к синтезу оптики .

 

Зеркала поправил. Сижу сейчас с перерывами за рассмотрением ТЗ. Давно уже понял, что коэфф. увеличения изображения должен быть больше, чем тот, что мы раннее закладывали - c учетом размеров рабочей зоны нашего PSD для звука S7105-06 в 4,2 мм, и максимальной амплитуды колебаний записи 64 мкм пик-пик (для долгоиграющих пластинок - нашел данные в сети) получаем К что-то около 64. Это хорошо локализуется и с получаемым таким образом размером изображения одной канавки на фотосенсоре трекинга (я пришел к выводу, что для алгоритма слежения картинка одной канавки на фотосенсоре трекинга более предпочтительна, чем несколько таких канавок). Увеличение в 64 раза это больше того на что мы раньше рассчитывали (26 раз). И уже понятно, что расстояние между второй линзой и фотосенсорами тоже будет гораздо больше. Судя по всему, придется что-то мудрить с оптическими лабиринтами для того, чтобы сохранить достаточно компактные размеры конструкции. Или думать о другом варианте оптической схемы. Кстати, Николай Николаевич предлагал использовать в качестве первичного увеличения неподвижный микрообъектив от микроскопа, закрепленный на каретке а регулировать фокус отдельной дополнительной линзой на эл. магнитном подвесе стоящей уже после микрообъектива. Ваше мнение Optics?

 

Есть две проблемы:
1. вес микрообъектива - возможное решение - вынуть линзу из оправки
2. фокусное расстояние линзы микрообектива придется разобрать много недешевых изделий.

Увеличение - это отношение расстояний от линзы до "изображения" к расстоянию от линзы до объекта.
следовательно приближая линзу к объекту при том же расстоянии до изображения получаем большее увеличение. Тогда проблему можно свести к формированию такого пучка излучения лазера падающего на фокусирующую линзу чтобы получить расходящийся пучок засвечивающий обе стороны звуковой дорожки, при условии что рассеяное излучение попадающее обратно на линзу содержит только излучение отраженное от верхних граней канавки. Т.Е. лучи попадающие на боковые стенки звуковой дорожки и отраженные от них не участвуют в формировании "изображения". Ну тут уже надо конкретно считать, моделировать.

 

Скорее всего я плохо объяснил - Ник. Николаевич предложил применить неподвижный в вертикальной плоскости микрообъектив, т.е. жестко закрепленный на платформе на некотором подобранном расстоянии до пластинки, а фокус на фотосенсоре настраивать дополнительной подвижной линзой расположенной уже после микрообъектива. Поэтому его вес в этом случае не играет вообще никакой роли. При этом правда мне уже непонятно как реализовывать схему слежения за фокусировкой.

В полученном от Ник. Ник-а расчете расстояние от первой линзы до объекта (с моей подачи) всего 6 мм - уже ближе приближать фактически некуда.

Ну здесь для меня уже немного темный лес. Надежда только на нашего добровольного помощника в расчетах, что он вникнет в ваше предложение. И, по возможности, с вашим объяснением тет-а-тет.

 

Можно, слежение за фокусом по прежнему принципу, только двигать надо вторую линзу. Но этот вариант не очень хорош, тк надо реализовать пучок расходящийся и перекрывающий поперек звуковую канвку , хотя в принципе это тоже можно, вставить в систему автофокуса.

Этот вариант явно рассчитан на исправление аберраций и для нас не подходит по причинам о кот. я говорил выше и изложеных в ТЗ.

да тут есть над чем поразмышлять и о чем подумать, тем интересней !
Ваш знакомый НН похоже "оптик" те человек кот рассчитывал обективы и прочие оптические приборы для построения изображений. Тут немного другая задача синтез оптической системы в по заданным характеристикам дифракционной картины (как то смутно, но яснее затрудняюсь сформулировать).

 

Да, НН "чистый оптик", занимался (и занимается) расчетами разных оптических узлов для Одесской обсерватории.
Я не исключаю применения у нас микрообъектива от микроскопа и в варианте в подвижной части головки. Мне кажется, что его вес будет в пределах возможностей нашей эл. магнитной отклоняющей системы. Конечно оптическая схема микрообъектива несколько избыточна - последствия борьбы с абберациями, а для нашего когерентного излучения все эти дополнительные оптические элементы, как я понимаю, абсолютно бесполезны. Но зато это уже готовое устройство с нужными параметрами по К увеличения. Правда и стоимость такой штуковины немаленькая.

 

С микрообъективом тут ситуация такая. У нас довольно большое рабочее поле (60-100микрон) и это подразумевает небольшое увеличение объектва , что позволяет обойтись одной линзой . У микообъектива 8-кратного 2 линзы у 5 кратного 1. И в случае одной линзы таскать еше стальную оправку как-то нет смысла.
Это все соображения качественные, чиловые расчеты надо проводить , чтобы определиться с фокусирующей системой.
Вот на этой странице Nikon рассказывает о принципах устройства микроскопов
http://www.microscopyu.com/articles/optics/index.html

• The Microscope Optical Train
  The optical train consists of an illuminator, condenser, specimen, objective, and detector.
• Introduction to Microscope Objectives
  Objectives are responsible for image formation and the quality of images.
• Objective Specifications
  The nomenclature and abbreviations inscribed on the objective protective barrel.
• Specialized Microscope Objectives
  Phase contrast, DIC, fluorescence, darkfield, Hoffman, and reflected light.
• Modulation Transfer Function
  A specification for the resolution performance of an optical microscope.

• Infinity Optical Systems
  These microscopes feature a parallel optical path between the objective and the tube lens.
• Properties of Microscope Objectives
  Discussion of numerical aperture, magnification, and aberration correction.

 

Хорошие ссылки. Но вот есть еще более доступная информация - в книге "Беседы о геометрической оптике", авторы БычковР.М., Чугуй Ю.В. на стр. 369-378 вообще приводится готовый подробный пример расчета простого шкалового микроскопа. Там принятые в расчетах значения: F объектива 15 мм, линейное увеличение объектива -5, используется окуляр Рамсдена с увеличением 12. Значит общее увеличение 60 , т.е. где-то практически то что нам нужно, но я не могу сообразить на каком расстоянии от окуляра в этом случае размещать наш линейный фотосенсор. Кроме этого, там расчет идет с учетом предела разрешения глаза (250 мм) а нам наверно эту зависимость не нужно учитывать а просто считать все применительно к нашему фотосенсору, да и линзу в окуляре наверно можно оставить одну. Прикладываю схему этого микроскопа из книги. Если вы Optics подскажете направление действий, то мы наверно и сами сможем все рассчитать. Тут есть, конечно еще много разных нюансов как то: предположительное использование какой-то диафрагмы (апертурной, полевой), определится с числовой апертурой и т. д., а главное - определится с принципом получения нужной нам дифракционной картины. Давайте все же попробуем совместными усилиями, включая и помощь НН, продвинуться дальше в наших начинаниях.
p.s.
Не смог вставить сюда книгу - большой размер, 40Мб. Но вот, например, первая попавшаяся ссылка для скачивания http://nashol.com/2014020575632/besedi-o-geometricheskoi-optike-bichkov-p-m-2011.html
Вот еще одна ссылка о простом самодельном микроскопе с основными расчетными выкладками http://www.funsci.com/fun3_en/ucomp1/ucomp1.htm#contents

 

Так, с расчетами линейного увеличения и с работой линзы-окуляра в проекционном режиме я похоже что разобрался. Перед Optics-ом стало даже немного неудобно - оказалось все довольно примитивно, нужно было только вникнуть. Посчитал для простоты общий К увеличения для двух линзовой системы равный 60. Понял, что нужно искать короткофокусные линзы с F не более 6 мм. В этом случае рабочая длина оптической системы из двух линз, от плоскости первой линзы и до поверхности фотосенсора, получается около 115 мм. Этот размер вписывается в наше ТЗ. Но с другой стороны, при этом F, рабочее расстояние от объектива до плоскости пластинки будет всего 7 мм - а это уже не соответствует указанному в ТЗ расстоянию в 20-60 мм. Вопрос к Optics-у - насколько это критично? Думаю что нет, нужно только прикинуть с расчетами, насколько это рабочее расстояние в 7 мм будет достаточным для работы второй оптической системы - фокусировки. А если брать F, скажем, 12 мм, то длина оптической системы получается уже 253 мм, а это уже много. Пока остался еще вопрос с диафрагмами - надо/не надо (а если надо, то какие, где, и по какому критерию их считать), ну и с получением нужной дифракционной картины еще не определились. Если Optics будет любезен и даст информацию к размышлению, то мы продвинемся еще дальше. Попробую сразу сделать и расчет оптической схемы фокусировки. Optics, подскажите - принцип расчета преобразования падающего коллимированного луча с помощью цил. линзы в пятно на пластинке в виде линии шириной в десятки микрон здесь такой же как и у одиночной линзы или что-то другое? Вообще чувствую, что расчет этой системы будет посложнее предыдущей.
p.s.
Интересное наблюдение - принцип расчета К увеличения одиночной линзы очень похож на расчет К усиления одиночного каскада усилителя сигнала в электронных схемах - и там и там он задается соотношением двух величин (для электронных схем это обычно величины двух резисторов). Точно также это касается и К при каскадном соединении таких "кирпичиков".

 

Да.

К ТЗ надо подходить творчески, а не воспримать как "скрижали".
Поскольку вы набираете опыт, то по ссылке Nikon'а есть система в так наз параллельных лучах - Infinity Optical Systems. ТЕ предмет находится в фокусе объектива, а изображение строится с помощью "tube lens" можно попробовать посчитать что будет в этом случае, пока более конкретно помочь не могу, большая нагрузка перед отпуском.
Задачу синтеза можно разбить на две построение изображения с требуемым увеличением верхних краев звуковой дорожки и затем формирование падающего пучка.
Микроскоп немного отличается от нашей системы, так расчитан на глаз, а глаз это тоже линза. Поэтому понимая принцип и детали расчета можно попытаться синтезировать свою ситему.

 

Да, я обратил внимание, что в примере расчета есть константа 250 мм определяющая аккомодационную способность глаза. И я хотел как-то уйти от этой величины для нашего случая расчета, но пока не разобрался как это можно сделать. Может подскажете хотя бы в какую сторону копать?
Еще вопрос - как можно измерить диаметр луча лазерного модуля для того чтобы вставить эту величину в формулы расчета? Еще, как учитывается/определяется конусность луча? Да, и еще бы с дифракционной картиной для нашего случая как-то определится - в какую сторону здесь копать, какие выкладки посмотреть? Можно с НН посоветоваться по этому вопросу.
Решил все-таки применить в системе фокусировки сдвоенный фотодиод - BPX48. Заказал две штуки. Это наиболее доступный сенсор с подходящими характеристиками. Попробую рассчитать опт. схему на его основе (в патенте как-то неоднозначно говорится про сенсор в подобном узле - в одном месте текста он обзывается как PSD, а в другом четко написано split cell sensor). В крайнем случае, если что, есть и PSD от Хамы, как альтернатива.

 

Можно считать систему из двух линз например способом ABCD матрицы, способ подходит для гауссового пучка (лазер). Есть множество описаний этого способа для двух линз потребуеется 5 матриц -по одной для каждой линзы и 3 для пространств перед, между , за линзой. Метод легко запрограммировать и крутить подбирая параметры. Напр Хаус "Волны и поля в оптоэлектроике" гл 5.

Собственно в этой же книге обясняется про параметр гауссого пучка и как с помощью ABCD матрицы расчитать его изменение при прохождении через оптическую систему.

можно тупо лдинейкой ( очень грубо) можно с пом линзы и лиейки, можэно фотоприемником с узкой щелью просканировать поперек луча и по уровню е^2 определить диаметр, Конусность - полагаю расходимость замерять сечение в двух плоскостях , зная диаметр луча и расстояние между плоскостями вычислить расходимость.

Самый авторитетны й специалист в этом вопросе и его монография
Уфимцев П. Я. Теория дифракционных краевых волн в электродинамике.
Но есть и другие работы, у меня есть статьи с помощью которых можно поразобраться и рассчитать такую картину, думаю можно пока ограничиться эвристическим подходом.

Думаю этот приемник (split cell sensor) справится в задачей, явно позиционно-чувствительный элемент те с зависимостью тока от места падения пучка не лучше в данном случае.

 

Попробую вникнуть в наши непростые вопросы с оптикой, попрошу и НН поучаствовать. И вот уже всплывает наконец давно прогнозируемая мной проблема подбора/поиска линз для наших оптических схем. Если еще п/п зеркальца, делительные кубики и четвертьволновые пластинки мы можем надергать из CD/DVD приводов, то для точно рассчитанных оптических схем нужны линзы с абсолютно конкретными параметрами, и применяемые в приводах линзы нам скорее всего не подойдут. Если взять только отдельно систему считывания с трекингом вкупе, и не очень ограничиваться в размерах, то наших знаний уже хватит, чтобы рассчитать опт. систему почти под любые попавшиеся нам в руки линзы с известными параметрами. Вот только длина такой опт. системы наверняка может быть очень большой (от полуметра и больше). Для этого конкретного случая оптимальными будут небольшие линзы с небольшим фокусным расстоянием (6-10 мм). А вот система фокусировки уже потребует только строго расчетные параметры линз. Какие у нас здесь есть варианты? Есть известный зарубежный магазин - Эдмунд оптикс, в котором есть наверное все по нашей теме, но цены там совершенно нереальные. Вот, например, http://www.edmundoptics.eu/optics/o...ser-line-coated-plano-convex-pcx-lenses/65469 - подходящая нам линза диаметром 6мм и F 6 мм стОит 37 евро! Возможно пластиковые линзы будут значительно дешевле, но я пока не нашел место, где была бы их широкая номенклатура. На Ебей выбор нужных линз очень ограничен (хотя может плохо искал). Может у кого-то есть информация по розничному магазину с большим выбором недорогих линз?
UPD: Вот нашел магазин Торлабс - http://www.thorlabs.de/thorproduct.cfm?partnumber=APL0606 - уже пластиковая линза тех же параметров D 6мм и F 6 мм стОит дешевле - 18$. Но все равно это дорого (хотя для таких оптических линз может это нормально?).

 

Можно попробовать поработать с очковой оптикой, если они смогут обточить линзы под нужный диаметр. Ну я думаю за особых проблем быть не должно до диаметра 20-30мм.

 

К вопросу измерения диам. луча - а если сколлимированный луч "обработать" диафрагмой с известным отверстием - скажем где-то от 0,5 до 1 мм (сверла такие вполне доступны), то мы получим на выходе луч нужного нам диаметра, или тут все сложнее?
По очковой оптике - нужно будет спросить у мастера, сможет ли он обточить линзы до малого диам.? Интересна цена вопроса. А как делать (и из чего) обточкой ту же цил. линзу?

Линзы в 20-30 мм - не многовато будет? Большая вторая линза в системе считывания/трекинга возможно и да, но в системе фокусировки все линзы не более 10 мм!
Вообще, погуглив линзы в сети пришел к выводу, что таки-да, цена на стеклянные очень приличная. Пластиковые дешевле где-то в два раза. Пока больше склоняюсь к варианту заказа в том же Эдмунд оптикс или Торлабс полного комплекта пластиковых линз для проигрывателя (естественно после всех трижды выверенных рассчетов). По очень грубой прикидке стоимость комплекта выйдет где-то в пределах 100$. Я готов на расходы. Оптом, для коллектива, кто захочет тоже собирать конструкцию, будет дешевле.

 

да, тут сплошная дифракция, как пучок ни коллимируй, расходиться (расширяться) он все равно будет. причем угол равен длина волны/диаметр пучка.

у них есть изначально цилиндрическая линза.
Эти линзы можно использовать при объемном макетировании.

 

Да, я подозревал, что тут будет что-то с дифракцией. Хорошо, а тогда вопрос от обратного - имея исходный ЛД можно ли для него рассчитать коллиматорную линзу (систему линз) с заданными параметрами луча (тем же диаметром) на выходе?

 

рассчитать все можно. Но можно воспользоваться линзой из головки, поместить ее на таком же расстоянии, и не надо ни покупать ни расчитывать, и антиотражающее покрытие есть , только сцентрировать.