Лазерный проигрыватель для виниловых пластинок

Лазер один (всегда)
Принцип слежения за дорожкой показан на рисунках 18-23 в пат.US 4870631. Это красиво выглядит только на рисунке, чтобы наладить и отюстировать такую систему, надо вложить очень много труда (реально картинка будет не такой красивой) . Принцип считывания сигнала хорошо понятен из рис.7 -12 там же. Но эта штучка с двумя зеркалами в системе контроля за дорожкой , тоже не простая. Нет конечно все решаемо, но тут потрудился хороший коллектив инженеров: оптик, электромеханик, DSP и тд. патент кстати не японский, а американский.
Слежение за поверхностью, те устранение влияния изгиба пластинки, можно попробовать реализовать по принципу автофокуса в CD, используя отражения от ровных поверхностей между треками.
Вообще тут надо исходить и пробовать из имеющихся у вас технических и финансовых средств. Возможно простое "непрфессиональное " решение может сработать. Подвес линзы на электродинамической системе конечно хоош, здесь потребуется понимание как работает такая система, вспомнить уравнения Максвелла... Только лучше не сверлить магнит из динамика так система просто рассыпется от такой оперции ( крепление как раз посредине) а купить кольцевой магнит и выточить к нему подходящее ярмо ну и тд и тп...
Линзы наверно можно купить акриловые где не знаю нкогда не интересовался.

 

Оптикс,я имел ввиду сверлить не сам кобальт,а железный сердечник (Керна),Понятное дело что использовать прийдется собственноручно изготовленную конструкцию.В зависимости от поправочного коэффициента у нас на катушку "псевдодинамика" будет подаваться калиброванное значение напряжения то ли это плюс и катушка втягивается как соленоид,либо минус и у нас катушка отталкивается.Такой конструкцией мы лишим себя плагиата.Здесь мне все более-менее понятно,но вот как заставить датчики реагировать на "раздрожители"?Допустим один лазер,сфокусировали на одну дорожку перпендикулярно пластинке,под углом 45 градусов слева и справа фотодиоды L-P каналов.Что использовать для контроля гипсометрии пластинки?Ну есть идея использовать принцип дальномера,но здесь необходим второй лазер,который будет давть пачки импульсов,а микросборка посредством фотодиода будет отсчитывать время (что в переводе расстояние).Худо бедно живем,хотя как реализовать схемотически пока не пойму,вспоминается схема Эхолота.Только здесь его нужно задействовать с операционником.Как организовать слежку за дорожкой,увольте,не могу понять.Был уверен,что если брать отраженный сигнал от центра дорожки,то любой увод в сторону приводил бы к коррекции,но в микроскопе рассмотрел,что дорожки то у нас кривые.Была идея засинхронизировать движок пластинк и движок подвижки каретки,но здесь первое:
Всегда трек ставить нужно с начала записи;
Второе: между песнями собъется слежка.

 

Optics

Ну, по второму патенту их там два. И скорее всего их два и будет. Во всяком случае с двумя будет проще оптическая схема чем с одним. Если у вас есть предложение, как все сделать на одном лазере, то с удовольствием вас послушаем.

Чем сложнее конструкция тем интереснее решать задачу.

Согласен, вот только пока мне до сих под еще никто не рассказал, какой получается отраженная картинка тех же дорожек (размеры, форма и т.п.) для того, чтобы я "включил мозги" и попробовал все это подружить с датчиками и электроникой (хотя мозги у меня и так всегда включены для этой темы ). Вообще для фотодатчиков хотелось бы применить дискретные распространенные фотодиоды (те же ФД256 или что-то импортное малогабаритное), с которыми проще работать чисто физически, но для этого нужно масштабирование отраженной картинки дорожки до размеров такого датчика, а я не знаю, как это сделать. Расчитываю на ваши знания. Финансовые затраты у меня на втором плане (в разумных пределах, естественно), но на разработку расчитываю, что хватит. Кстати, планирую, если на макете будет уже что-то получаться, заказать нормальный конструктив головки вот здесь http://www.emachineshop.com/ Это особенно важно для оптической системы головки, где потребуется высокая точность изготовления, которую не всегда сделаешь руками.

Понимание работы системы есть - по жизни приходилось сталкиваться с разной техникой. Начинал еще с обслуживания накопителей на съемных магнитных дисках объемом 29Мбайт. Сейчас смешно вспомнить . Там блок из 18 головок ездил по прецизионным направляющим на точных подшипниках и тягалось туда-сюда это хозяйство при помощи большого электромагнита по принципу громкоговорителя. Точное позиционирование по дорожкам было сделано на основе датчика и зубчатой планки, где зубья были с шагом равным расстоянию между дорожками записанных данных.
Для механизма фокусировки, как вариант, думал использовать доработанную систему и хорошие магниты от СД (два комплекта для увеличения мощности). И линзу, линзу надо бы поменьше, ато тягать здоровую электромагнитом замаешся.
Sergik-30
А дальномер здесь выйдет только по триангуляционному методу. В качестве датчика потребуется линейный PSD. Для точности слежения нужен такой же луч с пятном не более 100 микрон, и чтобы меньше влияли кривые дорожки, направление луча должно быть по ходу вращения пластинки.

 

Все гораздо сложнее управлять электродинамическим приводом надо с учетом электродинамики, надо учитывать явления индукции, запаздывания нарастания тока если скажем у вас управление напряжением или учитывать постоянную верми электрической цепи и конечно надо учитывать упругие силы. Обязательно нужна обратная связь, какой будет датчик обратной связи? оптика, или изменяющееся магнетосопротивление катушки, соответственно поразному делается PID регулятор... ну и тп...

"Все уже украли до нас" (с)

эта идея здесь не прокатит, слишком короткие расстояния. Здесь лучше использовать автофокус как в СD.

Это не страшно не мешает следить за треком.

Посмотрите на картинки в патенте. Там сплошная геометрическая оптика, так что как именно что выглядит не важно (если я правильно понял ваш вопрос) рисуйте на бумаге линии , пучек пусть будет круглый, и включайте ваши мозги

два не надо, потребуется их синхронизация.... у каждого своя w=sqrt(K/M)

 

Меня беспокоит вопрос масштабирования отраженного изображения-получить сопряжение размера отраженной дорожки и размера площади фотодатчика. Сейчас точно не помню, как я засвечивал пластинку при помощи частично разобранной головки, но на куске бумаги рядом с отверстием в головке, где был сорванный мной квадратурный фотодатчик, проецировался фрагмент увеличенного изображения дорожек - я хорошо видел каждую дорожку в отдельности. А с убранной бумажкой, рядом на стене можно было рассмотреть то же изображение дорожек но уже гораздо большего размера. Как бы применить этот эффект для использования обычных дискретных фотодиодов (вот только уже не помню как я этого добился, но думаю, что это можно будет легко еще раз воспроизвести).

Не нужно, все проще - я их собирался включить параллельно (и два керна, как у японцев)

 

формула тонкой линзы вам поможет

 

С построением изображения тонкой линзой разобрался, вот только бы еще разобраться как эту схему практически применить. Посмотрите пожалуйста мою мазанину. Все показано условно. Не могу сообразить - если берем, что на пластинке получаем пятно 60 микрон то в каком размере придет ко мне его изображение по горизонтальной оси? Под углом 45 град. синим цветом полупрозрачн. зеркальце от СД, слева от маленькой линзы коричневым цветом условно нарисовал это пришедшее пятно, а справа от той же линзы на большем расстоянии увеличенное изображение этого пятна.

 

Если пластинка точно в фокусе линзы , диаметр пучка отраженно от п\п зеркала такой же как исходный, дальше есть два варианта:
1. Дифракция . Надо либо воспользоваться воспользоваться либо формализмом ABCD матрицы для гауссова пучка те составить 3 матрицы 1. фок. линцы , канавки, и еще одной линзы ( той что слева от п\п зеракала). Все перемножить не забудьте что матрица фокусир линзы входит два раза и конечно некоммутативность матриц ( соблюдаем порядок перемножения) на выходе плучим диаметр и кривизну фронта. Но лучше наверно просто в приближении Кирхгофа тупо посчитать 3 интеграла. получим картинку распределения интенсивности в заданной плоскости изображения или скажем фурье преобразования.
2. Геометрич оптика. считаем по формуле линзы изображение канавки (пластнка не находится точно в фокусе). Те здесь есть произвол в расстоянии до изображения и значение увеличения. Размер изображения построенного фокусирующей линзой можно изменить второй линзой той что слева. Те надо численно помоделировать задав скажем диаметр фотоприемника опредить в конечном счете какие линзы и где ставить.

 

Сфокусировал лучь до ширины 1,5 канавки,держа в руках (а они трусятся,хоть и не пью),услышал отрывки песни Клен- Синяя птица.Настроение поднялось)))Думаю попытаться закрепить все это на штативе что ли, дабы узнать углы неоюходимые нам.Держа в руках так и не смог понять под каким углом отдача лучше,но заметил что при фокусировке в минимальную точку,в колонках появляются высокие,попробую проделать опыты снова.

 

Optics
Извините, но по варианту 1 ничего не понял - не специалист. По варианту 2 уже понятнее (не совсем понял о чем идет речь - "...Размер изображения построенного фокусирующей линзой можно изменить второй линзой той что слева"). На всякий случай - у меня на рисунке по горизонтальной оси справа от п/п зеркальца коричневым цветом условно показано отраженное изображение пятна (в профиль), затем правее синим цветом показана линзочка, и затем еще правее коричневым же цветом показано увеличенное пятно (тоже в профиль). Но я понял главное - нужно делать серьезную схему фокусировки. В этом случае проблемы стабильности изображения и повторяемости результатов будут сведены к минимуму. Это же облегчит и задачу системе слежения за дорожкой. Наш вариант триангуляционный метод или как-то иначе? И еще сюда же вопрос - линзу на магнитном подвесе желательно ставить строго горизонтально, а луч при триангуляционном методе должен быть под углом к поверхности. Как это организовать оптически? Зеркальцем? Извиняюсь за много вопросов, но пока больше обратиться не к кому. Вы для нас как светочь в темном царстве, да и сами, как я понял интересуетесь этим вопросом. Какие размеры линзы посоветуете и какое фокусное? Желательно, чтобы линзы легко доставаемые. Тут важно, что если будем каждый собирать свое устройство, то желательно оптическую часть делать всем на одинаковых деталях, чтобы потом не было проблем с повторяемостью и т.д. Кстати, нашел московскую фирму торгующую оптикой, лазерами и т.п. http://www.scitc.ru/ru/home.html. Не знаю, торгуют ли они в розницу. Есть правда проблема - я живу в Украине (Одесса).
Но может найдется и в Украине что-то.
Sergic-30
Я при испытаниях все крепил на стабильных основаниях - например, фотодиод с усилителем на маленькой платке в тубусе на трехногом мини-штативе от фотоаппарата. Но у Оптикса условия конечно намного лучше - классный оптический стол и куча нужных в оптике приспособлений.

 

Сереж,а я до последнего думал что ты с России,ну тогда земляки,уже легче.Я ставил лазер строго перпендикулярно пластинке при этом пытался поймать чуйку на фотодиод,не тут то было,очевидно мощи лазера не достаточно что бы отразить достаточно квантов.Увеличить мощьность лазера,значит иметь проблемму поплавить дорожки,а может я и не прав.А вот ситуация с косыми лучами иная,лазер прекрасно отражает.Короче сейчас еще позанимаюсь,фотодиод вставлю в корпус шариковой ручки,что более удобно,и прикрою отверстие,иначе линза фотодиода сама дает блики.Кстате,при удачном эксперементе оптику прийдется просветлять,иначе блики....

 

Serg_dy

Я ошибся назвал "слева" вместо " справа".

Слишком сложный , кроме того придет брать 3 точки на пластинке, а надо отслеживать уход локально в месте моментального считывания. Вы поинтересуйтесь как устроен автофокус, очень много разных систем.

В идеале параллельно плоскости пластинки.
Линзы и их фокуснык расстояния надо выбирать из соображений размер фотоприемника, размер дорожки. Те по крайней мере увеличение системы сразу ясно.

Sergik-30

Я говорил что возможно самое простое решение будет наиболее эффективным. В вашем случае похоже на амплитудную модуляцию когда пятно лазера чуть больше ширины дорожки и съужение-расширение трека дает модуляцию кот вы и слышали, по крайней мере похоже на то. Если у вас луч падает на пластинку под углом( по касальной к треку?) то пятно увеличивается в диаметре и тонкие изгибы трека усредняются, так что высоких нет и сигнал моно. Поэтому лучше поджать размер в направлении поперек трека.
один раз что-то попробовать при недостатке деталей и опыта очень полезно.
Есть герметик зеленого цвета, он не выделяет никаких паров, иногда в хоз маге бывает, можно использовать под оправку хоть картон, крепить клеем, герметиком силиновым ну и тд . Мощности лазера при перпендикулярном падении должно хватать если скажем делитель 50\50. или немного разюстировав ось системы просто ловить отраженный пучок.

 

Конец опытам,лазер сдох,стал очень тусклым,питал его от БП мобилки через 80 Ом,видно перебор по току.Ну может это и к лучшему,есть живой интерес добраться до лазера режущего ДВД.
Оптикс, пробывал так:
1.Лазер под углом 45град. от "яблока" пластинки,фотодиод с противоположной стороны под 45град. (градусы даю условно,так как ничем не отслеживал,все на глаз.).Эффект по чувствительности максимальный.
2. Лазер под 45град по направлению движения пластинки,фотодиод с противоположной стороны под тем же углом,эффект слабее.
Лазер перпендикулярно пластинке,на глаз не видно отражений,фотоэлемент их тоже не ощутил.
Вот отскриншотил структурную схему управления и считывания из указанного мной в предыдущих постах видео.

 

Optics
По цифр. фотоаппаратам мне известно только два метода фокусировки. В мыльницах делают по контрастному методу, а в зеркалках фазовый метод. Контрастный проще в реализации но более медленный. Он и напрашивается для нас, но до конца не понятно какие датчики использовать. Если дискретные фотодиоды, то самое простое, когда их две штуки - одним нужно "попасть" на темное дно дорожки а вторым на ее верхний яркий край. Настраиваем точно фокус по максимальной разнице двух сигналов. Кстати, этот же метод можно применить и для слежения за дорожкой! Но при этом может понадобится и третий фотодиод (левый край дорожки-дно-правый край). Один и тот же сигнал можно подавать на обе системы одновременно, а исполнительные механизмы будут отрабатывать каждый свою задачу. Здесь можно использовать оптическую схему, которую я нарисовал по вашему предложению. Но не исключено, что для уверенной работы автофокуса двух (трех ) фотодиодов может быть и маловато (дорожки то "кривые" - сигнал может быть нестабильным). Нужно пробовать. Может использовать четыре или больше фотодиодов, но несовсем непонятно, как их располагать и как обрабатывать их сигнал. А как себя может показать двух или четырех зонный PSD? Может дадите для затравки ваше видение, а там мы уже свежим взглядом подхватим, и глядишь, может что-то удачное и придумаем.

Размеры дорожек и размеры тех же фотоприемников известны (ну, допустим, те же ФД256). Можете, исходя из этих стартовых данных, просчитать нам линзы и фок. расстояния? Вам, как опытному в этих вещах человеку, это дело нескольких минут. Нам же над этим пыхтеть и пыхтеть.
Но вот, допустим, системы фокусировки и слежения за дорожкой уже работают. А как сюда на этот лазер еще добавить и оптическую схему считывания звука. Или сделаем для этого отдельный второй лазер?
Sergik-30
Тезка, желательно знать максимальный ток применяемого лазера и мерять его в работе. Ток легко подсчитать по падению напряжения на токоограничивающем резисторе I=U/R (размерность - ток в амперах, напряжение в вольтах, сопротивление в омах).
На приведенном скриншоте схема Полака. Это стандартная схема (аналогичная есть и в первом патенте, только там регулировка всего в одной плоскости) и мы тоже можем ее применить.

 

Есть у вас в хозяйстве осциллограф? Так как перешли к количественным измерениям эффекта, надо понять почему при считывании поперек трека эффективность выше чем вдоль трека. Это желательно понять, так как коэффициент отражения от ровной площадки пластинки одинаков. Т.е. имеет ли место чисто амплитудная модуляция или при считывании вдоль трека накладывается угловая при отражении от извилин канавки.Те если при считывании поперек можно обойтись просто фотодиодом, то во втором случае надо PSD.
Диаграмма управления примерно такая же при любой оптической системе. Реализация оптической схемы те формирование оптического сигнала рассогласования зависит от ваших возможностей. У меня нет возможности самому что-то экспериментировать несмотря на техническую оснащенность. Так что вот попробуйте всетаки получить на экране изображение трека. Пусть будет фд256 у него диаметр пощадки ок 1мм. ширина дорожки 60 микрон, радиус закругления дна 8 микрон. Тогда скажем примерно радиус закругления надо передать в размер фотоприемника. Те 1000/10=100 это увеличение ситемы мне кажется это много, можно вдвое наверно снизить. Далее Измеряете фок расстояние линз имеющихся в наличии. ТЕ на полоскости (стене) стороите изображение удаленного источника света ( окна в комнате расстояние 3-5 метров) изменряете расстояние до плоскости от середины толщины линзы. Далее по школьным формулам линзы зная фокусное расст вашей линзы и требуемое увеличение, рассчитываете на каком расстоянии от пластинки ставите линзу и где будет изображение . Если расстояние от линзы до изображени велико скажем больше 20 см (субъективно) задаем плоскость первого изображения (меньше 20) и ставим вторую линзу или окуляр от микроскопа . Таким образом получим изображение канавки и желательно захватить плоские края. Здесь надо помнить о светосиле и искать компромисс увеличение /светосила) . Предполагаю, что при получении изображения при небольшом перемещении линзы вдоль оси можно будет получить темную полоску (с окантовкой) от дна и два пятна от краев. Эти два пятна полезный сигнал, темная полоска - для слежения за треком и возможно удастся придумать что-то использовать эти сигнала для автофокуса. Это лучше сделать при нормальном падении луча на пластинку. Луч лазера может быть поляризован поэтому, если в тракте стоит делительная пластинка как на моем рисунке это надо учесть. Вектор поляризации должен лежать в плоскости падения. Если получите изображение давайте посмотрим фото.
Кстати лазерные указки по 40 рублей за штуку наверно в Одессе есть? Можно их использовать из десятка у продавца выбрать 2-3 штуки по качеству пятна на расстоянии метра в 3. Там пучек все таки сколлимирован. У меня He-Ne одномодовый так что у него качество пучка отменное, 2 милливат хватает на все. Посмотрите может удастся использовать питание о DVD привода, так как в п/п лазере есть непрятное явление: прыжки мод, а в микросхеме питания в DVD предусмотрено подавление этого эффекта. Ну и контроль потоку там встроен.

 

Спасибо за любую помощь. Я купил раньше лазерный модуль HLDPM10-650-1 (по моему используется в нивелирах или чем-то подобном), думал, что он получше будет чем указка. Правда ожидания не полностью оправдались. Коллим. линза так себе. Пятно не круг а эллипс. На близких расстояниях (менее 10 см) пятно уже нельзя свести. У него удобная конструкция для установки лазерных диодов - корпус из латуни, коллим. линза в оправке с резьбой для подстройки луча (только чуть разделать отверстие под диод - диод сидит очень плотно - при выпрессовке можно повредить переднюю стеклянную крышечку, я сам в это вляпался). Теперь все, что вы описали нужно найти и собрать. На это нужно время, которого сейчас в обрез. Но постараюсь. Вообще, хочу сразу собирать прототип, чтобы на нем сразу все и проверять и по ходу дорабатывать. Пока не остановился на каком-то доноре с направляющими и приводом (принтер, сканер), но варианты рассматриваю. Хочется сделать устройство из распространенных, доступных деталей, чтобы другие смогли повторить конструкцию (незнаю, правда, насколько это будет реально). Может мой тезка параллельно будет что-то испытывать и так быстрее придем к результату. Питание от DVD - нужно разобраться с подключением. Как-то давно эту тему изучал и столкнулся с проблемой отсутствия datasheet на микросхемы предусилителей головок и с питанием лазеров. А есть у вас подобная информация?
Да, и хотел спросить, как определить поляризацию и ее направление, о которых вы писали?

 

Оптикс,по поводу разобраться в каком направлении снимать,хотел вчера доразобраться,сгорел лазер и все тут,завтра буду на рынке,гляну еще указку,предыдущая не понравилась тем,что линза была сфокусирована и оправа алита клеем,провернуть мне ее не удалось,разломал.Вчера же возился с лазером из читающей ДВД автомагнитолы,мне он показался довольно удобным,так как имел корпус,но форма луча прямоугольник.Через недельку должен приехать недавно преобретенный мной С1-55,можно будет посмотреть с ним,но а пока только на звуковой тракт.Всеравно пока понять что куда,трудно.Вчера убидился что амплитуданая модуляция все ж таки действует,беда в том что это все на весу а не в закрепленном состоянии.Фотдиод пользую ФД256. Лазер подключал с БП мобильника,и он направляя на фотоэлемент выдавал ВЧ ,ну да пока это не мешает.
Сереж,да конечно паралельно делаю,не вопрос,тема интересна даже в плане развития.Нужно только шерстить варианты,но то что считывает,сам вчера слышал.Сегодня отбой,поздравляю женскую половину,завтра закуплю материал и дальше исследовать.

 

Чтобы выяснить поляризацию лазерного излучения можно (если нет поляризатора хотя бы от фотоаппарата) поступить так. Плоску стекляшку закрепляете в чем нибудь. Далее устанавливаете лазер так чтобы он светил на стекляшку под углом 57 градусов ( отсчет от нормали к стекляшке) это угол Брюстера. Далее вращая лазер вокруг собственной оси смотрим отраженный от стекляшки луч. Если при каком то пложении луч существенно теряет свою интенсивность, это значит, что на пластинку подает почти чистая P- поляризация ( вектор электический перпендикулярен плоскости падения). Если интенсивность отраженного света меняется слабо значит свет не поляризован. Эллипсность луча пока не должна являться помехой, просто большую ось луча надо ставить поперек трека.
Даташиты на микрухи быват не всегда. зарядкой от мобилки лучше не пользоваться ,если позволяют финансы 3 аккумулятора АА и корзинка с выключателем под них из магазина радиодеталей обеспечат отсутствие лишних помех и наводок.

 

Оптикс,поляризатор это не та случайно пластина,которая применяется в дисплеях часов,приборов?Монохромная помоему,читал что такой проверяют будущую заготовку под зеркало телескопа Ньютон на напряжения.Знакомый однажды не проверил,дошел до полировки и стекло разорвало.По поводу запитки лазера,есть аккумуляторные батареи,ну думаю штук 6 по 1,2вольта + LM317 и проблема решена.Еще одно,даже если достану лазер из двд режущего,то есть страх глаза попортить,как считаете,ограничением тока можно снизить поток?Или все ж таки лазерніми указками играться,но в них мне кажется пиксель больше ширині канавки,от чего сложно сфокусировать в минимальную точку ИМХО.

 

Да это там есть.

похоже генератор энтропии ? Есть более экономичные схемы, но конечно дело сугубо личное.

Сколько интересно там миллиВатт? - 20?, прямо смотреть конечно не надо, но диффузное отражение не срашно. Мощность лазера напрямую сязана с величиной тока.

Есть так наз инвариант Лагранжа произведение поперечного размера на угловой. Так вот насколько я знаю область излучающая у лазера обычно размером несколько микрон на десяток сотню при расходимости 10х40 градусов. Те фокусировка может быть достаточно острой.