Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок

Самый маленький модуль, который мне удалось спроектировать, но не удалось воплотить. Диаметр 4.5 мм высота 6.5 мм (не считая ножек), но уже с драйвером, но с немецкой асферической линзой.

 

Вот пожалуйста

 

Уважаемый Optics, интересует ваше мнение - в датчике высоты из патента лазерного проигрывателя авторы добавили еще фильтр нейтральной плотности (137), см. рисунок, полуволновую пластину (138), а после отражения луча для его фокусировки на фотосенсоре идут аж две spherical achromatic lens 142, 143 (возможно дублет?). Насколько важны эти добавления в нашем случае, стОит все искать и добавлять в нашу конструкцию?

Что помешало воплотить?
Я у китайцев брал самый маленький модуль с точкой 4х10 мм, с уже встроенным драйвером (возможно там не платка драйвера а сам диод со встроенной схемой APC, например, 3-х миллиметровый ADL65052SA4 от Laser components). У китайцев есть подобный мелкий модуль на линию, но чуть длиннее - 4х16мм.

 

Да просто некоторая невостребованность. Естественно - диод со встроенным APC. Оптика просто немецкая - асферика. А так - ничего оригинального.

 

Посмотрел еще раз патент, соображения такие:
излучение лазера для слежения за высотой, формируется в виде полоски ( эллипса) на поверхности пластинки. Поскольку растояние на котором происходит фоксировка маленькое 2 мм, то после отражения от поверхности пластинки, луч ( эллипс) имеет достотаточно большую расходимость. Этот луч, авторы направляют на 2-х секторный фотоприемник. Чтобы сформировать четкое изображение эллипса с поверхности пластинки на фотоприемнике, нужна эта ситемка в виде телескопа. Она расходящийся эллипс изображает на поверхность фотоприемника.
Что можно предпринять.
1. можно не ставить ничего и отраженный луч если он не сильно расходится регистрировать позиционно чувствительным фотоприемником. Недосттаток низкая чувствительность.
2. Можно обойтись 1 линзой (сферической ) и поставить ее на расстоянии 2F от поверхности и фотоприемник на таком же 2F расстоянии чтобы получить 1:1 изображение на фотприемнике.
3. В рэй трейсера все смоделировать и рассчитаь по всей строгости .

 

Может маленький светоделительный кубик? И лазер сверху, а приёмник сбоку? (Можно и наоборот).

 

можно , но в данном случае, сверху проходит луч для считывания звуковых дорожек

 

Вот есть интересная статья с описанием работы.

ELP оказалась единственной компанией, реализовавшей на практике запатентованную идею использования лазерного излучения для считывания механической грамзаписи без износа. На это, правда, ушло еще 8 лет. В модели ELP LT-1XA использовались пять лазерных излучателей: два для считывания информации со стерео канавок диска и три для определения положения пучка в канавке (что позволяло менять точку фокусировки по глубине канавки). Цена, за которую предлагался новый проигрыватель ― около 20 000 долларов ― не особо вдохновила покупателей. ELP Japan закрылась, правда без долгов.

Иллюстрация работы системы слежения и считывания для одного канала. Следящий пучок (Tracking beam) помогает удержать считывающий пучок лазера (Data Beam) в канавке. При необходимости (сильно "запиленная" пластинка) можно подрегулировать положение пучка вручную.


Площадь лазерного пучка как минимум в четыре раза меньше, чем площадь самой совершенной стереоиглы (и в 26 раз меньше, чем моно). На рисунке показано сравнение положения в канавке обычной сферической иглы моноголовки и лазерной

 

1. Луч очень сильно расходится (скорее всего из-за несовершенной оптики получения линии) поэтому этот вариант видимо пропускаем.
2. у меня только асферические линзы, для этого варианта не подойдут? Могу купить у китайцев именно сферические но там где я нашел цены совсем не гуманные, по 20-30 долл. за линзочку 5 мм диам. + доставка еще почему-то половину этой стоимости. Я конечно могу взять немного если этот вариант себя оправдает, но хотелось бы брать осознанно то что надо, а оставшиеся деньги потратить более полезно. Может лучше дублеты сразу взять? Дублеты по цене не намного дороже но наверно это как раз наш вариант, во всяком случае похоже на то, что в патенте.
3. Я бы рассчитал, и это наверно самое правильное. Это сразу дало бы всю информацию что конкретно нужно, какие линзы с конкретными характеристиками, а не покупать половину ненужного выбрасывая деньги и потом гадать куда его деть. Проблема в том, что 1) слабо представляю как это делать, нет знаний. 2) Все подобные программы платные и мне не по деньгам (но может чего-то не знаю). Нашел какую-то бесплатную, для расчета любительских телескопов, не знаю насколько она подойдет здесь - http://edeforas.free.fr/?p=316
Выводы:. готов рассчитать, готов вникнуть и поучиться это делать, если будет какой-то похожий пример, вообще какая-то обучающая информация на эту тему и есть доступная программа для рассчетов.

 

Просьба, прежде чем что-то осмысленное здесь писать и не замусоривать тему ознакомьтесь сначала со всеми страницами этой темы.
Если бы вы это сделали то не повторяли бы ошибки журналистов про "пять лучей" - здесь это уже все давно обсуждалось, нет там никаких "пять лучей", там всего два луча, имеется в виду два лазерных модуля. Ознакомьтесь с патентом https://patents.google.com/patent/US4870631 и тогда все ваши встречные вопросы отпадут.

 

Но я ещё не сошёл с ума, чтобы читать 54 страницы писанины за 14 лет ради вещи, которую лично я делать не собираюсь!
Тем не менее, я всё же понял, что в вашем случае лучше вообще даже не пытаться показывать что-то найденное, так как, а вдруг вы это уже видели, ибо просто сказать что-то типа "Увы, это уже обсуждалось и это не то" вы не можете. За сим откланиваюсь и приношу своё извинение, что травмировал вашу психику тем, что привёл уже пройдённый вами материал.

 

друзья давайте проявим уваженеи и терпение друг к другу, форум маленький, так что каждый участник ценен!

можно, использовать, так как фокусировка в линию, осуществляется цилиндрической линзой, то обратно собрать тоже можно цилиндром. Выше упоминал, про истигматизм. Для тех кто не знаком, астигматизм означает различныю расходимость лазерного излучения по двум взаимно перпендикулярным осям в плоскости сечения пучка. То есть при фокусировке п\п лазера фокусное расстоняие для для двух оей элипса в сечении пучка будет разным. Это надо иметь в виду! Есть "условно" бесплатное ПО , где его искать думаю многие знают. Рэй трейсер это ZEMAX самы й известный, есть также в составе COMSOL-а модуль оптика.Но в принципе можно обойтись в первом приближении формулой линзы и далльше тонкая настройка на опыте.
Да линзы могут быть дороговаты, Но есть CD DVD блоки там кое что можно позаимствовать, лазерные указки, где так же присуьствуют линзы., ну и оптические приборы БУ

 

Нарисовал в скетче Fusion360 оптическую схему датчика высоты с реальными размерами и расстояниями, попробую по формуле линзы посчитать положение линз на осях падения и отражения.
Фокусное линз буду подставлять из ряда того что есть в наличии или что можно заказать. Также в Fusion360 сделал отдельно сечение конструкции датчика со всеми привязочными размерами.
В связи с расчетами есть несколько вопросов. 1. какой в расчетах брать размер толщины линии исходящего пучка после цл? Просто поставить на пути экранчик и померять линейкой? Или условных 1-2 мм?
2. к какой толщине линии на поверхности пластинки стремиться? Как можно Уже или есть допустимые пределы? 3. При известных размерах поверхности сдвоенного фотосенсора к какой толщине изображения линии на нем стремиться? Чтобы толщина занимала промежуток между сенсорами и еще + 10% поверхности обеих сенсоров, или 30%, или больше?

 

если я правильно понял этот параметр не нужен.

Для начала рассчета надо знать на сколько сильно может меняться высота пластинки, у меня нет никах данных по этому вопросу. Так что это один из основных параметров для начала рассчета. Далее задаемся фокусным расстоянием цилиндрической линзы той что есть и начинаем расчет, исходяиз величины подъема диска и фоксного расстояния! В статье что я вм послал выше есть важное упоминание
The displacement x must be within the depth of focus of the detection optics. Вот это и определит что нам надо
Далее, глубина фокуса, что такое как посчитать можно посмотреть тут
https://en.wikipedia.org/wiki/Depth_of_focus
Судя по вашим чертежам получается что фокусное расстояние линзы равно примерно 6 мм. Ширина линии на пластинке исходя из умозрительных соображений о скорости вращения и скорости реакции фтоприемника скажем 100 микросекунд, будет достточно 50-100 микрон. Но эта цифра должна быть уточнена из ыше обозначенных реальных параметров высоты подъема и фокусного расстояния линзы в наличии.

 

А разве изображение линии на пластинке не является производной от начальной толщины линии пучка выходящего после цл? Я воспринимаю эту толщину линии как некий "предмет" из формулы тонкой линзы, который надо спроецировать на поверхность пластинки, с нужным нам коэффициентом. Или это здесь так не работает?

А вот это мне не понятно, ведь фактически следящая система фокуса должна отслеживать с микронной точностью расстояние головки до пластинки, значит должна идти речь о постоянной высоте пластинки. Или тут другой смысл закладывается в эту высоту? Может речь о величине перепадов высоты покоробленной пластинки ?Наверно это некая глубина резкости, точнее глубина фокуса, запас которой должен обеспечить возможность регулировки этой самой высоты при самых неблагоприятных условиях? Это надо мне осмыслить.
И, кстати, вот это The displacement x must be within the depth of focus of the detection optics мне тоже не совсем понятно, при чем здесь х если нас интересует вроде z?

 

нет предмет, это излучающая площадка лазера. Размер пучка света на выходе из линзы ( вплотную к поверхности) нигде в расчетах не участвует.

Хмм, выполз еще один момент кот. я не принимал во внимание, о нем позже.

да именно об этом и речь.

у авторов высота обозначена "х

да так. Я немного сам запутался. Если автофокусировка поддерживсает высоту головки от пластинки , то наверно про глубину фокуса можно забыть.
Итак, надо знать фокусное расстояние линзы которая строит изображение лазерного пучка на поверхность пластинки. Задаем толщину изображения полоски 100 микрон (ширина дб на несколько звуковых дорожек, это тоже может служить исходным параметром для расчета). Далее размеры площадок фотопримника с двумя секторами и расстоянием между сегментами, будут исходные параметры для расчета.

 

Все это время занимался конструкцией стенда для отладки работы датчика высоты головки. Идея сделать работающий макет где датчик высоты будет автоматически перемещаться относительно пластинки попеременно вверх/вниз на небольшое расстояние и при этом наблюдать сигнал с выхода усилителя фотосенсора осциллографом. Это позволит и более точно подстраивать положение линз по характеру сигнала. Нашел неплохое шасси от старого флоппи-дисковода, напечатал к нему на 3д принтере крепление с основанием, и сделал управляющую плату под валявшуюся Ардуину и драйвер шагового двигателя. Несколько кнопок управления двигать головку вверх или вниз до нужной высоты а потом переключаем на автоматику качания. В спешке не все предусмотрел на схеме поэтому придется потом что-то добавлять навесным монтажом.
Дальше написание программы для мк. Набираемся терпения. Заказал сегодня у китайцев мелких лазерных модулей с линией и разных линз, как придет будем все испытывать. Сделал также на чпу крохотную платку для усилителя фотосенсора 10х10 мм, все резисторы и конденсаторы smd размера 0402 (это в мм длина/ширина 1 х 0,5) - без оптики не рассмотреть . Такое мелкое никогда не паял, может придется даже покупать для этого микроскоп, дальше будет видно. Делаю все именно так специально, потому что все должно быть минимальным по размеру и весу, чтобы потом легче двигалось электромагнитной системой.

 

Пока глаза не попортили, бежите за микроскопом!!!!

от старых СD получше будут (IMHO), я встречал даже с диском с отверстиями, чтобы контролировать положение каретки. Люфт тут может все попортить.

 

Микроскоп уже в дороге, купил у китайцев неплохую модель, кажется копию какого-то Олимпуса, также идет подсветка и линза Барлоу 0,5х для увеличения рабочего расстояния.

Каретка любого CD изначально имеет заложенный люфт, иначе подшипники скольжения будут клинить при перепадах температуры. Там общий люфт выбирается поджатием пружиной зубьев гайки к червяку ходового винта, одновременно и подшипники скольжения поджимаются. Я пошел по тому же пути, добавил вторую пружину чтобы увеличить общую жесткость и свести люфты к минимуму. Посмотрим, если надо переделаем.
Сейчас по работе загрузка, мало времени остается на проект, но постоянно в голове прокручиваю дальнейшие доработки. Набираемся терпения.