Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок

Повторюсь: никто на ваши лавры не претендует, Optics, я просто объяснил, что идея применения многоэлементного приемника для системы трекинга, которую я подал несколько лет назад, тоже имеет формулу изобретения.
Спустя еще какое-то время после прочтения вкралась такая крамольная мысль - а насколько полную информацию о записи несет верхняя грань звуковой дорожки используемая в заявке? В том смысле, что не может ли на внутренней части стенок канавки скрываться еще какая-то часть звуковой информации?
И еще такое предложение по реализации и развитию этой идеи в части трекинга - вместо многоэлементного приемника использовать всего два 2-х элементных приемника (см. рис.). И соответствующим образом так спроектировать оптическую систему, чтобы на промежуток между двумя чувствительными элементами одного приемника приходилось по яркой линии одной из граней звуковой дорожки. Это упростило бы задачу слежения в программной части и позволило бы использовать в предварительной обработке сигнала ошибки всего несколько ОУ (ну и плюс скорость реакции системы обратной связи здесь однозначно будет выше). Но идея эта будет работоспособной только при условии применения отдельной системы фокусировки. И кроме этого, не мешало бы вообще прикинуть соотношение размеров яркой линии грани зв. дорожки, размеров 2-х элементного приемника, и максимальной амплитуды модуляции канавки, т. е. не будет ли яркая линия уходить вообще за пределы приемника в моменты максимального размаха амплитуды, что может повлечь за собой проблемы слежения.

 

Если посмотреть на принцип записи, то полную информацию. Да иначе и быть не может.

,

Ширина дорожки составляет меняется от 20 до 200 микрон. Так что многоэлементный приемник принципиально необходим. Да обработка сигнала будет немного сложнее, чем с 2-х элементгыми приемниками, но это ничто по сравнению с оптической ситемой фокусировки 2 лучей на стенки звуковой дорожки.
Сейчас просто некогда заняться, но для решения о применмости сенсора LF1401 надо посчитать увеличение 2-х линзовой системы. Для желающих это тоже что и микроскоп- объектив +окуляр. Теоретически можно увеличение сделать таким, что любой ( вразумных пределах) сенсор будет работать. Решение этой задачи - разработка алгоритма слежения существенно продвинуло бы проект.

 

Вот нашел небольшую переводную статью по PID регулированию - http://roboforum.ru/wiki/Перевод_статьи_"Просто_о_ПИД-алгоритмах"
Может пригодится. Там же есть ссылка на оригинал статьи на английском.
UPD:
Рассматривал в который раз вот эту микро фотографию дорожек пластинки с частичками пыли и сделал вывод, который и так совершенно очевиден - ваш метод, Optics, менее чувствителен к пыли по сравнению с американским патентом. У них луч "отскакивает" куда-то в сторону, натыкаясь вот на такие пылинки лежащие в канавках, и вызывает неприятные щелчки, а по вашему методу такого не должно быть вообще (ну разве что только если будет откровенно лежать на пластинке кусок нитки или волос, но это скорее нонсенс). Эту вашу идею нужно будет реализовать обязательно. Пытаюсь пока найти кто бы мог помочь с расчетами оптической системы. Хоть бери и сам рассчитывай. Но тут и без этого хватит голову сломать с алгоритмом трекинга. Написал своему товарищу в Питер, и надеюсь, что он чем-то поможет здесь.
Сначала была мысль как-то приспособить китайский USB микроскоп под мой линейный сенсор, или оптику от web камеры, но потом я понял бесперспективность этой затеи.

 

Optics, я хочу рассмотреть вариант заказа в Питере расчета оптической схемы на основе вашей идеи, а заодно и изготовление там же необходимых оптических деталей. Ну, например, вот здесь - http://www.nppfocus.com/nppfocus.php . Вообще в Питере можно найти и другие фирмы такого направления. Мне нужно составить для этого ТЗ, но без вас мне не справиться. Можете помочь это сделать? Только сюда еще нужно добавить и систему автфокуса.
Не представляю пока в какие деньги это может вылиться, но нужно попробовать. Важно чтобы в результате получилась работоспособная конструкция которую можно было бы состыковывать с усилителями фотоприемников и с микропроцессором. Мой товарищ из Питера проконтролирует весь процесс.
Я штудировал все эти дни неплохую книжку, "Беседы о геометрической оптике" авт. Бычков Р.М., Чугуй Ю.В., и вроде практически все понятно, но как совместить эти знания с реализацией вашего предложения и с реальным проектированием я себе совершенно не представляю. Это все равно как предложить, скажем, инженеру-строителю почитать на досуге широко известное электронщикам "Искусство схемотехники" Хоровица П. и Хилла У., и после этого спроектировать какой-нибудь УНЧ.
Ну, единственно может быть что-то и получилось бы у меня, если бы разбить все проектирование оптической системы на какие-то отдельные, четко выверенные этапы и под вашим руководством, Optics, все это провести.

 

За спрос надеюсь денег не возьмут, НО придется с ними заключать договор на разработку, надо будет съездить туда сюда и несколько раз, потом возникнут всяческие формальности этапы, оплаты графики и тд и тп. Поинтересуйтесь, но скорее всего вы как частное лицо, имеющее средние доходы не сможете оплатить разработку. Если бы скажем ко мне пришли заключать такой договор, по меньше мере за 100k$ не меньше взялся бы. Ведь фирме хотелось бы не просто дать вам какие -то формулы и линзы, потому, что с этим набором вы ничего не соберете, а законченный функциональный узел. А это не только проектирование, но и изготовление, скорее всего думаю они просто не возьмутся, за это дело, так как вещь не имеющая ясного коммерческого плана, получения прибыли, а сделать одноразовую вещь будет стоить просто очень дорого.
Для того чтобы четко сформулировать ТЗ хорошо бы строго решить задачу дифракции, поскольку для успешной работы, надо четко представлять какого вида волновой фронт должен быть сформирован. ( яэтим немного занимаюсь, но не знаю насколько хватит терпения и желания). Это основная особенность принципа считывания.
Мне представляется сначала надо попробовать сделать автофокус, как наиболее простую систему. Затем слежение трека, и финальный этап считывание отраженного сигнала от звуковой канавки.
Было бы хорошо привлечь больше энтузиастов к этому проекту, может пообщаться с людьми на соответствующих форумах, напр electronix.ru и тп.
Вообще размышляя о принципе считывания, думаю недостатком является малая чувствительность, котороя потребует довольно большого оптического увеличения, со вытекающими, те стабильностью системы и чувствительностью к шумам.

 

Так может сначала нужно это как-то довести до конца, а то деньги вложишь, а потом выяснится, что волновой фронт нужен другого вида и привет финансы...

Если делать этот узел на пробу в отрыве от остальных, то даже при успешных испытаниях все равно скорее всего потом придется его переделывать с учетом остальных узлов. Да, опыт, конечно уже будет, но это двойная работа. Но в наших условиях похоже вариантов других и нет.

А здесь по-любому это задача номер один - размеры интересующих объектов микронные. И в связи с этим, кстати, я, начитавшись умных книжек по геометрической оптике, кажется понимаю, почему в системе автофокуса у японцев две линзы - одной похоже просто недостаточно, чтобы получить необходимое увеличение при небольших размерах левитирующей головки. Ведь формула линейного увеличения микрообъектива известна, а там видно, что чтобы получить большое увеличение нужно или увеличивать z (расстояние до предполагаемого приемника изображения) или уменьшать f (фокусное расст. линзы), а если этого недостаточно, то приходится добавлять оптические элементы и перемножая их общее увеличение получать нужный результат. Видимо там они пошли на компромисс между размерами и количеством линз. Мне кажется, что нам этого тоже не избежать (ну разве только если увеличивать z а вслед за этим и размеры головки увеличивать, но это не выход, или выносить фотоприемник подальше, но это тоже как-то не очень...)

 

Теория нужна для более осмысленного синтеза. А саму эту мысль я проверил в эксперименте, и получив чистую дифракцию от граней подтвердил догадку и возможность такого режима.

Можно делать исходя скажем из предположения об фокусирующей линзе считывания, если использовать подручную от пикапа, то исходя из ее размеров и фокусного расстояния соображать автофокус.

У них жесткая фокусировка на грани и соответственно все от этого, не надо на это смотреть как на "Богом данное".

 

Проверил сегодня работу драйвера ШД на микросхеме TB6560. Управление подавал от м/процессора - все работает, двигатель крутится, включая реверс и микрошаг. Так что привод каретки можно сказать у нас уже есть и можно делать трекинг, если только оптическая система не подведет. На днях пришли из Китая заказанные мной лазерные модули, маленькие линзы с F 26 мм, и линза дающая крест. На подходе еще платки драйверов от Allegro.
Теперь нужно осмысливать схему фокусировки и пробовать ее макетировать используя минимальные расчеты, учитывая те линзы, которые есть. Двух-секторный приемник будет наверно BPX-48, как наиболее доступный. Закажу таких две штуки на днях.
Optics, вы упоминали недавно, что высылали как-то мне статью на английском по принципам проектирования автофокуса. Что-то я такой не помню у себя. Можете уточнить о какой статье идет речь?

 

A novel laser displacement sensor with improved robustness toward geometrical fluctuations of the laser beam

 

Ага, вспомнил. Спасибо, освежу в памяти.
UPD:
Идея там предложена интересная, только конструкция посложнее чем автофокус в американском патенте (даже если не брать во внимание вращающийся диск - spindle diffuser). Наверно конструкцию для нашего случая можно было бы как-то упростить, но я это себе совершенно не представляю.

 

Часть 2 в статье описывает как устроен обычный автофокус. Это все что нам надо, авторы хотели улучшить систему, что для нашего случае вовсе не актуально, так как они используют CCD матрицу, а у нас PSD. Там 2 снимка обычной и улучшенной систем.
А в US3992593 автофокуса вообще нет.

 

Я вообще думал делать этот узел на 2-х секционном фотоприемнике. Тот же BPX-48 собирался для этого заказывать. Считаете, что не выйдет?

Я вообще не уверен в работоспособности этого патента. Я думаю, что автор даже не делал какую-либо практическую конструкцию для проверки этой идеи. Так - просто теоретические изыскания. Ну а нам без автофокуса по-любому не обойтись.

 

Это не совсем то, 2-х секторный дает разностный сигнал, который пропорционален разности засветки секторов, но поскольку при смещении от центра интенсивность засветки нелинейно зависит от смещения (пятно то круглое), то этот вариант, может быть сложнее в алгоритме ПИД регулятора. PSD дает сигнал прямопропорциональный смещению, поэтому он лучше.

 

Подождите, почему круглое - а цилиндрическая линза тогда зачем? Говорили же, что для автофокуса формируем луч в виде тонкой линии поперек треков как на рис. 29 в патенте US4870631, а отраженное изображение этой линии направляется на промежуток между двумя секциями фотоприемника. В том же патенте на следующем рис. 30 четко видно 2-х секционный фотоприемник 63 и пунктиром вид луча на нем. Я только не пойму, почему автор патента обозвал его BICELL PSD, хотя это больше похоже на простой 2-х секционный фотодиод. Такие 2-х секционные PSD разве бывают? А крутизна регулировочной характеристики в таком варианте очень большая, по сравнению с обычным PSD (а это и требуется, чтобы точно удерживать головку).

 

А потому, что мы говорим то про одну, то про другую системы не оговаривая каждый раз о чем речь
в патенте US4870631 действительно 2-х секторный (по крайней мере нарисован).

Согласен, но это не однозначно хорошо, при инерционности системы ее трудно привести в равновесие.
Я согласен 2-х секторный приемник тоже годится. Давайте так, общие моменты:
1. Принцип построения изложен в выше упомянутой статье, он не зависим от типа линзы.
2. Можно строить систему контроля на 2-х секторном или PSD.
3. В зависимости от типа оптического сенсора надо будет подобрать размеры пяна , так чтобы регулятор работал устойчиво.

 

Возмоджно кому-то будет интересно.
Сегодни попробовал посмотреть на пластинку глазами триангуляционного 2D сканера.
Пытался фокусировать как мог.
Информация полезная для меня: пыль отражает лазер сильнее чем поверхность винила. Отсюда сильные всплески на профиле. Таким образом, когда мы будем принимать луч на PSD у нас будет варьироваться яркость, а следовательно и будут баги в звуке.
От сюда вопрос к знатокам, пока я не сделал эксперимент, что, если перед датчиком попробовать поставить поляризованное стекло? В фотографии оно ведь помагает...
Ну и собсна сама картинка.
Не вышло вставить урл. По сему так вставлю:
http://www.fotolink.su/v.php?id=6cc494772ba177913faa7b07f0211e99

 

По поляризованному стеклу думаю Optics сможет дать ответ, а что касается вообще влияния пыли на звук, то нужно просто выбирать такой метод считывания при котором влияние пыли будет минимальным. И вот как раз метод, который предложил Optics, по-моему самый лучший в этом отношении.

 

Pavel Trojan

Для более плодотворного обсуждения делайте пояснения к картинкам, фото, что снимали как, что нарисунке. Мы ведь рядом не стояли не видели схему вашего эксперимента, а строить догадки нет смысла

Поверхность винила отражает свет более менее направленно , а пыль расеивает свет в все стороны, поэтому при "правильном " выборе точки наблюжения, свет отраженный от винила вы можете не увидеть, а свет рассеяный пылинкой будет виден всегда.
При рассеянии света на пылинке происходит его деполяризация случайным образом, а при отражении от винила поляризация только слегка изменяет направления ( в зависимости от условий освещения) поэтому поляризатор не спасет от света рассеянного пылинкой.
Извините за "придирки" коль скоро вы участвуете в теме давайте не будем пользовать терминологией "домохозяек"

Заменим на поляризатор ОК?

 

Optics, у меня такой вопрос - для системы автофокуса обязательно требуется пятно в виде тонкой линии поперек треков, и здесь других вариантов нет из-за особенностей поверхности пластинки с кучей канавок. Можно ли в схеме автофокуса из статьи по вашей ссылке применить цилиндрическую линзу, чтобы получить тот же эффект? Теоретически думаю, что да, но "меня терзают смутные сомнения" (с) ....

 

Плоский участок между треков имеет перменную ширину, поэтому чтобы как-то получить более менеее постоянную величину интенсивности отраженного света применяется полоска поперк треков на ширну нескольких треков.
2. Да, цилиндрическую линзу придется применять, расчеты остаются теми же только работает 1 измерение ( плоскость ), а не 2 как в случае сферической линзы.