Bloc optique Olympus TAOHS-L
(Mise à jour - 28/07/23)
Cet article est un compte-rendu d’une étude de réparabilité du bloc optique Olympus TAOHS-L avec présentation sommaire d’un banc de diagnostic et de mise au point dans le cadre d’un remplacement de diode laser. Ce texte propose, en sus, quelques observations au sujet des limites de ce système optoélectronique obsolète en termes de compatibilité avec la variété de supports actuels (disques), limites à mettre en perspective avec les technologies employées à l’époque.
Depuis 1982, soit depuis 40 ans, les blocs optiques dédiés au matériel audio ainsi que l’électronique qui leur est associée ont beaucoup évolué en termes de compacité et de performances. Les premiers blocs optiques à laser à semi-conducteur manufacturés sont massifs, à l’instar du bloc optique Olympus TAOHS-L qui a d’ailleurs été fréquemment évoqué sur les pages de ce site au travers des différents articles des rubriques « Atelier » et « Technique du CD » notamment. Il s’agit d’un ensemble optique à laser à semi-conducteur conçu dès 1980 par le constructeur japonais Olympus et massivement diffusé au début de l’ère du CD, puisqu’ installé sur une petite centaine de modèles de lecteurs, toutes marques confondues, entre 1982 et 1985. TAOHS signifie Twin Action Optical Head System (tête optique à action combinée), et il s’agit d’une appellation générique portée par d’autres modèles de blocs optiques moins anciens assemblés par Olympus. Ici, le suffixe « L » est probablement lié à la forme en L de cette tête optique.
Dans le cadre du diagnostic de ce type d’assemblage optoélectronique il est intéressant de revenir sur la notion de réglage de « Focus Offset », paramètre clé du système à lecture optique par laser en ce qui concerne les premiers lecteurs CD mis sur le marché, les lecteurs moins anciens ayant rapidement intégré un réglage dynamique sans potentiomètre (FESC/Corrected Focus Error Signal). Avant cela, je propose une revue rapide du fonctionnement du bloc optique, TAOHS-L en l’occurrence.
Le bloc optique permet de restituer deux quantités. D’une part le signal d’erreur de focalisation FE, et d’autre part un signal réfléchi correspondant à la variation d’éclairement de la cible photodiode, image de la gravure du disque.
Le signal FE est utilisé pour contrôler une boucle d’asservissement dont le rôle est d’assurer la poursuite de focalisation afin de maximiser le niveau du signal réfléchi.
Figure 1 - Boucle d’asservissement typique : le servo-contrôleur pilote la bobine afin de maintenir la focalisation de la lentille convexe externe sur le disque
Note : le TAOHS-L est un bloc optique mono-faisceau, ce qui implique notamment que la cible photosensible chargée de convertir en courant la lumière émise par la diode laser et réfléchie par le disque est composée de quatre photodiodes uniquement, disposées en carré.
Le faisceau laser émis par la diode laser est envoyé sur la surface du disque, à travers le collimateur, le séparateur de faisceau et la lentille convexe externe. Celle-ci se déplace à vitesse élevée selon un axe perpendiculaire au disque par excitation de la bobine de focalisation avec pour rôle la focalisation du faisceau sur la surface du disque, sur un diamètre de l’ordre du micron. Le faisceau reflété par la surface hautement réfléchissante du disque est ensuite envoyé dans le prisme séparateur. Les deux sous-faisceaux résultants voyagent vers le prisme (recherche d’angle critique) pour enfin atteindre la cible photosensible (photodiodes PIN).
Figure 2
À ce stade, les signaux en sortie de l’amplificateur différentiel situé en aval de la cible photosensible sont définis par leur polarité et leur amplitude en fonction de la distance entre la lentille et le disque. D’une manière générale, le rôle du capteur photosensible comportant quatre zones photosensibles A,B,C, et D est de restituer les informations inscrites sur le disque avec une fidélité maximale. Ces 4 photodiodes PIN A,B,C, et D renvoient 4 courants dont l’amplitude correspond à l’intensité de l’éclairement de chacune d’entre elle par un des deux sous-faisceaux laser incidents. Après conversion I/V et amplification de la somme des courants renvoyés par les 4 photodiodes (A+B+C+D), ce signal RF (ou HF) est dirigé vers les étages de traitement numérique afin de récupérer les données utiles du disque. Lorsque le faisceau laser est parfaitement focalisé sur le disque, les deux sous-faisceaux incidents éclairent les deux couples de photodiodes de façon égale. Le signal réfléchi, et donc le signal RF, sont maximums ; le signal d’erreur FE est égal à zéro (FE=0) et le spot projeté sur la cible est circulaire. Autrement dit, au point de focalisation, la cible reçoit deux faisceaux projetés sur les deux zones (A+D) et (B+C), éclairées chacune de façon semi-circulaire et formant, unies, un spot rond parfait (figures 3 et 4).
Figure 3
Le signal d’erreur de focalisation FE est obtenu par l’opération simple (A+D) − (B+C). Lorsque la lentille est trop proche de la surface du disque, (B+C) est supérieur à (A+D). Dans ce cas, le signal d’erreur FE négatif pilote la bobine de focalisation pour ramener la lentille vers le bas. De même, lorsque la lentille est trop éloignée de la surface du disque, (B+C) est inférieur à (A+D). Dans ce cas, le signal d’erreur FE est positif et la lentille est ramenée vers le haut.
Note : le TAOHS-L effectue la mise au point par détection de l’angle critique (voir ici). Cette méthode considère les deux couples de photodiodes (A+D) et (B+C) comme deux photodiodes uniques frappées par les deux sous-faisceaux issus du faisceau principal divisé par le prisme optique séparateur de faisceau. Il s’agit d’une alternative aux méthodes de détection d’astigmatisme par couteau de Foucault (Philips) ou par lentille cylindrique exploitées par d’autres blocs optiques.
L’asservissement de suivi de piste utilise la méthode dite « Hétérodyne » sommairement décrite sur cette page.
Figure 4 - Le point de focalisation correspond à une distribution équilibrée de l’intensité lumineuse sur les 4 photodiodes et doit coïncider avec un niveau de HF maximum
En ce qui concerne les lecteurs de première génération, et pour en venir au réglage de "Focus Offset" qu’on pourrait traduire par décalage de focalisation, seul l’ajustable dédié permettait en usine de corriger « définitivement » la défocalisation du produit fini afin de compenser les différences de positionnement des éléments optiques et les caractéristiques variables des composants électroniques mis en œuvre (i.e. courant de fuite des photodiodes, courants d’offset des AOP), en vue d’obtenir un signal FE=0 au point de focalisation. L’alignement « usine » devait permettre d’obtenir un point de focalisation optimal pour tous les disques que l’utilisateur allait insérer dans le lecteur. Aussi, 50% de la production de disques audionumériques était alors détruite lors du contrôle qualité, pour cause d’anomalies rendant ces supports incompatibles avec des lecteurs à faible tolérance vis-à-vis de ces diverses imperfections.
Dans de tels lecteurs, toute défocalisation due à des changements de température, à une dérive de composants, aux variations de l’épaisseur du substrat du disque et de sa réflectivité, et à une soumission prolongée aux vibrations du système est ignorée, le Defocus Offset résultant ne pouvant être annulé de façon dynamique. Ce phénomène de défocalisation explique clairement la nécessité absolue de réajuster le Focus Offset lorsqu’un lecteur a pris de l’âge, dans un certaine limite cependant, puisque la baisse progressive de la puissance laser émise après un taux d’usure excessif de la diode laser entraîne la diminution de l’intensité d’éclairement de la cible photosensible et par conséquent l’augmentation de la distance de défocalisation jusqu’à l’impossibilité d’arriver au point de focalisation pour les cas les plus extrêmes, comme expliqué par la figure ci-dessous. Le réglage définitif de Focus Offset explique aussi, en partie, l’incompatibilité fréquente avec certains disques récents.
Note : à Offset égal, la distance de défocalisation (distance ΔX entre le point de focalisation et le point de défocalisation) augmente pour un disque à réflectivité plus basse. Un défaut de focalisation est donc accentué sur un disque à faible réflectivité tel qu’un CD-R, ce qui explique la faible compatibilité des premiers lecteurs CD avec ce type de support. Le graphe suivant illustre ce phénomène
Figure 5
Dans le cas d’un système idéal, sans dérives et sans courants d’offset inhérents à l’imperfection des différents étages d’amplification et autres facteurs incidents, le signal FE ne contient pas de tension d’offset ; il n’y a donc pas production de défocalisation. FE=0 coïncide parfaitement avec le point de focalisation ajusté en usine. Les corrections apportées via le signal FE par le circuit d’asservissement de focalisation permettent de maintenir le spot à diamètre constant sur la surface du disque pendant la lecture, et ce, en toute circonstance.
Dans le cas d’un système réel, les positions relatives des éléments optiques varient (selon une échelle submicronique) en raison du vieillissement et des variations de température, notamment. De ce fait, la position du faisceau incident sur la cible photosensible est altérée, et une défocalisation apparaît. Cette altération de l’équilibre d’éclairement des photodiodes produit un signal FE≠ 0. Le système en vient donc à considérer le point de focalisation original ajusté par le trimmer de FO comme un point de défocalisation qu’il tente de corriger. Il en résulte un asservissement de focalisation erroné dans lequel le point de focalisation se trouve décalé au-dessus ou au-dessous de la surface du disque, générant ainsi un « Defocus » Offset. L’action sur le potentiomètre de Focus offset permet de compenser cette dérive par tricherie, en modifiant la position spatiale du point de focalisation par augmentation ou diminution de la distance lentille/disque, afin de caler la boucle d’asservissement pour FE=0 au point de focalisation.
Note : le système de poursuite de focalisation des lecteurs CD de première génération considère que la position spatiale du point de focalisation coïncide avec le point zéro de la courbe d’erreur différentielle générée par la cible photosensible. Les dérives mécaniques, électriques et optiques combinées, liées à l’usage et au vieillissement, provoquent un Defocus Offset non-corrigé qui diminue la précision et la définition du spot, dégradant ainsi les performances de l’ensemble du système (suivi de piste erratique et signal RF affaibli, instable et bruité).
Grâce aux Servo-processeurs modernes, il existe depuis de nombreuses années une variété de systèmes capables d’empêcher l’interprétation erronée d’un point de focalisation correct. On parle de réglage dynamique de Focus Offset (FESC/Signal d’erreur de Focalisation corrigé). Cette technologie permet de s’affranchir de l’ajustable dédié au Focus Offset.
Il existe deux grands types de TAOHS-L, chacun comportant des variantes. La compatibilité entre ces différentes têtes est globalement assurée, à quelques exceptions près que j’évoquerai à la suite.
De gauche à droite, OPH31 (gen 2), OPH35, 4990074003 (Denon), OPH32, OPH31 (gen 1) et HLPL030020
Le premier type correspond aux blocs optiques de première génération étiquetés OPH31 et OPH32 par le constructeur Toshiba. Ces deux modèles ont été montés par de nombreux constructeurs sur leurs premiers lecteurs CD, sous d’autres références, et sont parfaitement interchangeables pour peu qu’on prenne soin de vérifier le rang auquel ils appartiennent, information fournie par l’étiquette collée sur le corps du bloc optique. Le rang indiqué, A, B ou C correspond au type de photodiode PIN monitor utilisé, dont la sensibilité diffère en fonction du rang attribué. Le rôle de cette photodiode monitor, placée à côté de la diode laser et incluse dans la boucle APC, est de surveiller et de maintenir constante la quantité de lumière émise par la diode laser. En cas de remplacement du bloc optique complet par un bloc de rang différent, il convient d’adapter le circuit APC selon la procédure indiquée dans la documentation technique du lecteur (ajout ou retrait d’une résistance). L’étiquette indique aussi le courant nominal Iop (marquage « Io ») de la diode laser et le courant nominal de la photodiode PIN. Concernant le courant laser et d’après les préconisations du constructeur, précisons que celui-ci ne doit en pratique pas dépasser 90 % de la valeur Io indiquée sur l’étiquette. On peut synthétiser en disant que les optiques OPH31 et OPH32 ont vu leurs caractéristiques évoluer au cours de leur production, et qu’une simple adaptation du courant de photodiode PIN est requise pour assurer la compatibilité entre deux modèles ou entre deux exemplaires de chaque modèle de rang différent.
On trouve ces optiques sous les références 22155200 et 22155201 (Toshiba, respectivement OPH31 et OPH32), RCTRH0051AFZZ (Sharp), 4998008 (Denon), HLPL030010 (Micro-Seiki, Nakamichi, Kyocera), 4180T00271 (Sanyo, Siemens), e302885-001 (JVC), BO-749473 (Akai), KSC-100A (Sony), 79710001 et 79710002 (Nec) et d’autres encore.
Le second type est une refonte complète du TAOHS-L, refonte quasiment imperceptible depuis l’extérieur, mais radicale à l’intérieur. En effet, le constructeur a mis au point un ensemble optique permettant un réglage simplifié de l’angle incident du faisceau laser sur la surface du prisme de détection d’angle critique par simple rotation sur un axe de l’ensemble prisme d’angle critique/séparateur de faisceau. Ainsi, l’alignement peut théoriquement être effectué plus facilement par rapport au TAOHS-L de génération précédente, grâce à l’utilisation d’une source de lumière fixe et un ensemble optique mobile ajustable par 2 vis externe. Le positionnement et les caractéristiques physiques des éléments optiques (prisme pour la recherche d’angle critique, lame 1/4 d’onde, collimateur, prisme polarisé) sont donc modifiés ; la diode laser qui adopte un boîtier TO5 (9mm) est montée en vis-à-vis de la cible photosensible, elle aussi modifiée. L’accès à la diode laser se fait par le dessous, au lieu du dessus pour les OPH-31 de première génération et pour l’OPH32, et la cible photosensible est placée à l’extrémité du corps du bloc optique. Du fait du positionnement de cette dernière, le capot inférieur en plastique adopte une forme en L. Ce nouveau montage porte les références RCTRH0053AFZZ (Sharp) 4990074003 ou 4990039006 (Denon), les identiques OPH34/22155204 et OPH35/22155205 (Toshiba/Kenwood), ou encore HLPL030020 (Nec, Kyocera, Nakamichi). Deux variantes existent pour ce second type :
La première, qui porte l’étiquette OPH34 ou OPH35, est montée sur les lecteurs de deuxième génération et de fin de production Toshiba XR-Z50/XR-Z60 et XR-Z70, Kenwood DP700/1100, lecteurs anciennement équipés d’un OPH32. Le capot en plastique inférieur en forme de « L » de cette variante OPH-35 est constitué de deux parties, dont une métallique, avec méplats permettant d’assurer la compatibilité au niveau des réglages d’inclinaison tangentielle et de hauteur assurés par des vis prenant appui sur ces deux parties du bloc optique.
L’OPH35 assure ainsi une parfaite rétrocompatibilité avec les OPH31 et OPH32. Preuve en est, les OPH31 de deuxième génération (22155201) sont des...OPH35 ré-étiquetés.
Les deux blocs sont identiques
Quelques modifications sont cependant requises au niveau du circuit SVC (ancêtre des circuits FESC/ Signal d’erreur de Focalisation corrigé) du lecteur Toshiba XR-Z70 (circuit décrit sur cette page) en cas de remplacement d’un OPH32 par un OPH35, modifications se traduisant par une calibration différente des résistances de gain commutées par le SVC.
La deuxième variante équipe des lecteurs dont le réglage de géométrie ne nécessite pas d’appui sur les extrémités de la face inférieure du bloc optique (Sharp, Nec, Nakamichi, Kyocera, Denon). Ces blocs optiques sont en tous points compatibles entre eux, mais ne peuvent se substituer aux OPH31/32/34/35 si les réglages de hauteur du bloc optique et d’inclinaison tangentielle doivent se faire par les 2 points d’appui précités.
Absence de plage d’accueil pour la vis de réglage de hauteur sur le bloc Denon
De plus, la forme du boîtier en aluminium moulé du bloc optique HLPL030020 diffère quelque peu comme le montre cette photo, ce qui le rend inexploitable dans plusieurs lecteurs de première génération et dans les lecteurs de type XR-Z50/60/70 sans en limer quelques millimètres sur la partie inférieure.
D’une manière générale, un bloc optique est dit « usé », lorsqu’un ou plusieurs des éléments qui constituent l’ensemble optoélectronique sont défaillants. Diode laser usée (puissance émise trop faible), chemin optique opacifié (éclairage de la cible trop faible et spot diffus), cible photosensible défectueuse, moisissures, etc.
Les raisons pouvant provoquer des défauts ou une absence de lecture ne manquent pas. Dans tous les cas, la plage de capture (cf. suite de l’article) est diminuée. Parfois, un réglage de Focus Offset peut permettre de récupérer un point de focalisation satisfaisant pour une lecture correcte de bon nombre de CD originaux. Cependant certains disques ne seront pas lus du fait d’une plage de capture réduite, et par voie de conséquence, la tolérance aux disques imparfaits ou voilés sera diminuée. Quoi qu’il en soit, le réglage de Focus Offset est le premier réglage à reprendre sur un lecteur ancien et/ou en fin de vie présentant des défauts de lecture ou non. Le suivi de piste n’en sera qu’amélioré.
L’expérience aidant, on arrive assez rapidement à apprécier l’état d’un bloc optique à partir de quelques mesures et observations. En ce qui concerne le TAOHS-L (c’est vrai pour la plupart des blocs optiques), j’ai pu constater que les anomalies de lecture ont pour origine une conjonction de défauts. Parfois, la cause principale est l’usure de la diode laser (chemin optique correct), parfois seul l’encrassement externe/interne de l’optique est responsable. Plus rarement, la cible photosensible est défectueuse (une ou plusieurs photodiodes HS). Plus généralement, l’ensemble de ces facteurs est impliqué.
Figure 6 - Illustration OPH32
En première approche, il s’agit donc de procéder à un démontage de la tête optique et à un nettoyage minutieux. Selon les cas, une amélioration notable et suffisante est apportée. Dans d’autres cas et en deuxième approche, la diode laser doit être remplacée.
Le montage d’une diode laser sur un bloc optique dysfonctionnant de type TAOHS-L consiste à aligner parfaitement le chemin optique entre la diode laser, la cible photosensible et les 2 surfaces optiques du prisme de détection d’angle critique. Par la suite, le réglage géométrique du bloc optique consitera à aligner celui-ci par rapport à la surface du disque, afin de permettre la mise au point, ou recherche du point de focalisation ; enfin, l’alignement électrique par action sur les ajustables situés sur les différentes cartes du lecteur permettra d’optimiser le suivi de piste et la précision des effets spéciaux (sauts de pistes, etc.). La relation entre le chemin optique interne au bloc optique et la surface du disque est essentielle ; en effet, le spot ne peut être parfaitement circulaire au point de focalisation et la plage de capture être maximale que dans le cas que où le faisceau laser émis est exactement perpendiculaire à la surface du disque. Or, il se peut, dans certains cas, que la position de la cible photosensible doive être modifiée (ou que la cible doive être remplacée) après montage d’une diode laser neuve. Cette modification de la position "usine" de la cible photosensible lors du calage du couple diode laser/cible obligera à reprendre le réglage d’inclinaison tangentielle (voir plus bas, figure 9) du bloc optique après installation de celui-ci dans le lecteur, afin de compenser le positionnement devenu imparfait (échelle inférieure au 10e de millimètre) de la cible. Sans ce réglage, la cible photosensible ne renverra aucun signal ou alors un signal trop faible une fois le bloc optique réinstallé dans le lecteur, et ce malgré un réglage sur banc de test conforme, la géométrie du banc de test et celle du lecteur étant inévitablement très légèrement différentes => Dans l’idéal (et surtout dans le cas des premiers TAOHS-L avec diode laser située sur le dessus), la cible photosensible ne doit être déplacée qu’en cas d’absolue nécessité, sous peine de compliquer le réglage final de géométrie du bloc optique à l’intérieur du lecteur, voire de rendre la correction impossible par ce réglage d’inclinaison tangentielle à course assez réduite.
Toujours dans le cas de du remplacement de la diode laser sur l’optique TAOHS-L, la tâche est rude, car selon une documentation constructeur au sujet du bloc TAOHS-L, il s’agit d’aligner la diode laser avec précision selon un axe donné afin d’incliner le flux lumineux à ± 10 ArcSec en sortie du collimateur et positionner correctement le double faisceau réfléchi par rapport aux 2 surfaces optiques du prisme de détection d’angle critique. Sachant que le prisme est fixé (collé) en usine, seul le positionnement de la diode laser permet d’affiner l’alignement prérequis. Rien que cela.
Le document ajoute que « le positionnement de la diode laser du TAOHS-L, selon la méthode décrite, requiert beaucoup de temps et s’avère très difficile même pour des personnes expérimentées », en traduction exacte.
Enfin le document précise que les blocs optiques de type TAOHS-MR et TOPH7810 (visible sur cette page) sont des évolutions du TAOHS-L s’affranchissant de l’assemblage délicat du TAOHS-L, « grâce à une détection d’angle critique facilité et moins sensible aux variations de température, le tout dans un boîtier plus fin ».
Il semblerait que le bloc optique de type OPH35 ait déjà bénéficié d’une amélioration au niveau du montage optique (prismes) par rapport à la génération OPH32. Cette modification est visible sur les photos qui montrent que le prisme de détection d’angle critique est positionné latéralement et est rendu mobile grâce à une fixation par 2 vis (le prisme est collé sur l’OPH32), ce qui a dû faciliter l’alignement du chemin optique lors du réglage usine. J’ai pu moi-même constater une bien moindre difficulté de calage lors du remplacement de la diode laser sur ce type d’optique, par rapport à un bloc de première génération de type OPH32 pour lequel l’intervention est très délicate.
Quelques explications et chiffres supplémentaires aident à comprendre les difficultés rencontrées lorsqu’il s’agit d’aligner manuellement le chemin optique :
À l’intérieur de la zone de débattement de la lentille externe, se trouve une zone d’une hauteur d’environ 160 µm correspondant à la zone active de focalisation. Le Just in Focus ou point de focalisation correspond au maximum de lumière renvoyée et se situe, pour un montage parfaitement aligné, au centre d’un intervalle de 20 µm situé à l’intérieur de la zone active (Figure 7).
Figure 7
Le réglage de Focus Offset de l’étage d’amplification du signal d’erreur de focalisation est essentiel et correspond au réglage du point de repos de la lentille externe. Il permet de positionner ce point au milieu de la plage de capture. Cette plage de capture autour du point de focalisation est d’autant plus large que l’alignement laser/optique est optimisé lors du remplacement de la diode laser. En d’autres termes, la qualité du centrage et de la géométrie du spot sur la cible photosensible permet d’élargir la plage de capture. Du point de vue de l’alignement électrique du lecteur, l’amplitude de la plage de capture définit l’arc de cercle maximum du trimmer de réglage de Focus Offset en dehors duquel le signal RF décroche. Plus cet angle est ouvert, plus le réglage duBest Eye est facilité. Un bloc optique TAOHS-L neuf assemblé et réglé en usine offre une plage de capture maximum, ce qui se vérifie par la facilité de mise en œuvre dans le lecteur lors du remplacement de la pièce. Cependant, le réglage du point de focalisation reste extrêmement précis.
Figure 8
La suite de cet article montre le banc que j’ai élaboré pour procéder dans les meilleures conditions au diagnostic technique du bloc optique et le cas échéant au remplacement de la diode laser.
Le voltmètre (rouge) indique (-) 10 mV d’offset et l’ampèremètre (vert) 37 mA de courant laser
Le banc permet d’effectuer un diagnostic précis du bloc optique, diagnostic incluant le rapport mesure du courant laser/puissance émise, l’état du chemin optique et de la cible photodiodes par observation de la forme et de l’intensité des signaux disponibles en sortie du bloc optique en test.
Il permet ensuite de caler la nouvelle diode laser avec une précision optimale.
Les trois premières photos montrent le changement de diode laser sur bloc optique TAOHS-L de type HLPL030020 (Nakamichi OMS-7/OMS-5). La dernière montre la même opération sur un OPH-31de deuxième génération
L’opération de remplacement de la diode laser n’est envisageable que dans le cas où les autres éléments du bloc optique sont conformes, après nettoyage minutieux. Cependant, seul le remplacement de la diode laser est à même de renseigner sur l’état réel de la cible photosensible.
Comme précisé plus haut, la méthode utilisée pour caler le chemin optique consiste à positionner la diode laser et la cible photosensible de façon à parvenir à un éclairement équilibré des photodiodes, par le faisceau laser réfléchi par la surface miroir. Les mouvements à effectuer tout en monitorant les oscilloscopes sont infimes et correspondent à des déplacements inférieurs au 10e voire proche du 100e de millimètre, ce qui requiert patience (beaucoup de patience) et dextérité.
L’équilibrage d’éclairement nécessite une prise de mesures en mode dynamique et en mode statique - la différence de tension d’offset entre les deux modes devant être la plus faible possible - mesures combinées avec la recherche permanente du point de focalisation via le potentiomètre de réglage d’offset.
Le calage en dynamique (recherche de variation équilibrée de l’éclairement des 4 photodiodes autour du point de focalisation) est effectué par l’injection d’un signal sinusoïdal adapté (large plage de fréquences) dans la bobine de focalisation conjointement à une tension continue d’offset de quelques millivolts (en fonction de la précision de l’écart lentille/surface réfléchissante du montage positionné sur le dessus de l’objectif), et par la recherche de signaux équilibrés et d’amplitudes maximales au point de focalisation. Ces signaux mesurés en sortie des amplificateurs TIA (un en sortie de chaque photodiode) doivent laisser apparaître un déphasage de 180° entre les signaux restitués par les couples de photodiodes (A et D) et (B et C). Les signaux différentiels résultants (A+D) – (B+C) (=> signal d’erreur de focalisation FE) et (A+C) – (B+D) doivent être symétriques et de formes attendues. Ces conditions sont incontournables.
Le calage statique (recherche d’éclairement équilibré des 4 photodiodes au point de focalisation) est effectué sans excitation de la lentille externe par éclairement de la cible photosensible. Le point de focalisation est atteint par l’action combinée de la tension d’offset et du positionnement des composants. Les niveaux des tensions continues mesurées doivent être maximums et équilibrés, et les tensions différentielles résultantes (A+D) – (B+C) et (A+C) – (B+D) doivent être nulles ou proches de zéro.
Le calage en dynamique permet de confirmer l’absence d’instabilité au sens physique du terme, dans les conditions réelles de lecture, alors que la mesure en statistique permet de valider l’équilibre de l’éclairement des photodiodes au point de focalisation. Dans les deux cas, quatre Leds pilotées par un circuit calibré et adapté au gain des amplificateurs TIA permettent de visualiser le niveau d’éclairement des quatre photodiodes pour le positionnement grossier de la diode laser.
Les photos suivantes montrent les mesures essentielles prises durant l’installation d’une diode laser neuve sur un bloc optique OPH32 :
La diode laser neuve est installée et le chemin optique est calé. Les mesures sont très satisfaisantes pour un OPH32 usagé
Validation fonctionnelle sur un lecteur test :
Chemin optique aligné, avec puissance laser à 250 µW, offset à (-) 3 mV et courant laser à 37 mA. Les Leds jaunes servent au calage grossier
Montage et vérification du fonctionnement sur un Toshiba XR-Z50 après alignement électrique et géométrique
Blocage des vis et remontage du bloc optique
Le signal RF est propre et tous les disques insérés dans le lecteur sont lus sans problème :
Il se peut qu’après l’alignement de la diode laser et du capteur photosensible, et une fois le bloc optique installé dans le lecteur, la plage de capture soit trop courte et que le « Just in Focus » soit inatteignable, ce qui se traduit par un signal RF très difficile à stabiliser avec perte de ce signal au changement de piste. Si aucune amélioration n’est apportée par l’optimisation des différents réglages électriques et mécaniques (inclinaison et hauteur du bloc optique) et qu’aucune action ne permet de stabiliser le signal RF en corrigeant la déformation du spot, alors l’alignement diode laser/photodiode/prisme de détection d’angle critique doit être repris (envisager en priorité un mauvais positionnement de la cible photosensible). Cette photo fait apparaître des signaux incorrects en raison d’un chemin optique désaligné (déséquilibre entre les deux couples de photodiodes) ou bien à cause d’une photodiode HS. Dans le cas précis de la photo, il s’agissait bien d’un mauvais positionnement de la diode laser.
Figure 9 - Réglage d’inclinaison du bloc optique TAOHS-L en directions radiale et tangentielle
Le déplacement manuel de la cible photosensible suivant les axes x et y entraîne une inclinaison du faisceau par rapport à l’axe z (voir figure 2). L’action sur la vis de réglage d’inclinaison tangentielle du bloc optique provoque inévitablement la même inclinaison de la cible photosensible par rapport à la surface du disque. L’inclinaison tangentielle permet donc de régler un point d’équilibre pour une déformation minimale et acceptable des spots incident (disque) et réfléchi (cible) dans le but de corriger l’imperfection du positionnement relatif de la diode laser et de la cible photosensible par rapport au prisme de détection d’angle critique. Autrement dit, ce réglage agit sur l’angle défini par le faisceau incident et le faisceau réfléchi, par rapport à la surface du disque. Plus l’inclinaison tangentielle du bloc optique est importante par rapport au plan horizontal (référence disque), plus la plage de capture sera faible, in fine. Ce réglage demeure indispensable, même pour un chemin optique interne parfaitement aligné. Rappelons que l’inclinaison tangentielle doit être ajustée y compris lors du montage d’un bloc optique TAOHS-L neuf afin d’ouvrir au maximum le signal HF.
Ainsi, après remplacement de la diode laser, seule la conjonction d’un alignement optique parfait et d’un réglage de géométrie du chariot adapté permettent de faire apparaître un signal RF exploitable à « ouvrir » avec le réglage de Focus Offset du lecteur.
Les autres réglages (gains d’amplificateurs de focus et de tracking, balances radiale et DL, etc.) varient d’un lecteur à l’autre. Ceux-ci doivent être en positions originales, ou ramenés à des valeurs usines correspondant souvent à la position médiane des trimmers. La dernière étape consiste à effectuer un alignement électrique complet afin d’optimiser la compatibilité de lecture avec la plus grande variété de disques, sans perdre de vue que les lecteurs CD concernés par cette opération n’ont pas à être compatibles avec les disques ne respectant pas les spécifications du Red Book. Inutile de s’acharner lorsqu’on tombe sur de tels disques offrant une réflectivité plus faible ou restituant un signal RF bruité, alors qu’une majorité d’autres disques sont lus sans peine par le lecteur, pour les raisons expliquées plus haut.
J’ajoute des photos du plutôt rare lecteur CD Toshiba XR-Z60. Celui-ci a subi une remplacement de diode laser également :
En résumé, on se doit d’être très méthodique si l’on souhaite extraire un signal RF d’un TAOHS-L lorsque l’ensemble des réglages est à reprendre. Dans la pratique, il s’agit de rechercher le meilleur signal RF (Best Eye) en affinant de façon alternée les réglages électriques et les réglages géométriques. Selon mon expérience, ce dernier point (réglages de l’orientation du bloc optique) est à reprendre après chaque remplacement de diode laser, sans quoi il est impossible d’obtenir un signal RF parfaitement net et ouvert. Par comparaison, le remplacement de la diode laser sur un modèle à 3 faisceaux & lentille cylindrique du type Sony CDP-101 ou Hitachi DA-1000 est beaucoup plus facilement réalisable, d’autant qu’aucun réglage d’inclinaison n’est nécessaire (ni existant) pour ces deux mécaniques. Les photos suivantes montrent un de mes lecteurs Sony CDP-101, sur lequel j’ai monté une diode laser neuve :
Réparation bloc optique Sony KSC-100A (TAOHS-L)
À titre d’entraînement et un peu aussi par défi, je remets en état quelques blocs optiques épaves mis de côtés durant les années passées. Il est question ici d’un bloc KSC-100A retiré d’un Sony CDP-701ES il y a une quinzaine d’années, et cannibalisé depuis.
La première étape consiste à rhabiller la carcasse en prélevant les éléments manquants sur d’autres blocs optiques HS. Collimateur, cible photodiodes, actuateur 2D sont réinstallés après un nettoyage à l’alcool isopropylique des prismes et autres surfaces optiques internes.
L’assemblage se termine avec l’ajout d’une diode laser neuve.
Préparation d’un ensemble complet
Après avoir équilibré l’ensemble sur le banc dédié, le bloc optique est installé sur le lecteur test pour validation, avec réglage de géométrie et alignement électrique.
Alignement sur lecteur test, et validation
Le bloc optique est aussi performant qu’un neuf. L’opération complète qui a duré trois bonnes heures permettra certainement de redonner vie à un lecteur en panne prochainement.
Scellement des vis
Après le scellement des vis de fixation des éléments du bloc optique, j’ai finalement remis le bloc optique sur le banc de test afin de prendre quelques photos.
Mesures en sortie des photodiodes, après amplification. La mise au point est effectuée en monitorant les signaux différentiels (non photographiés)
Réparation bloc optique TAOHS-L (4990039006 / Denon DCD-1800/R)
Merci à chartz, membre du forum, pour son don d’un bloc optique TAOHS-L défectueux. Je propose à la suite quelques images de la réparation de ce bloc optique.
Le courant nominal indiqué sur l’étiquette du bloc optique est de 35,8 mA or le courant doit être poussé à 38,5 mA pour obtenir une puissance laser de 0,28 mW en sortie. Le chemin optique est propre. Comme on le voit sur l’oscilloscope, le signal mesuré en sortie des photodiodes est faible et les signaux différentiels correspondants sont non conformes. La diode laser est HS
Le remplacement de la diode laser
Le calage est obtenu en jouant sur l’orientation du prisme, et au besoin sur le positionnement de la cible photosensible. Après quelques efforts, le résultat est excellent. L’oscilloscope analogique montre que les signaux différentiels (superposés) sont identiques et équilibrés au point de focalisation
N’hésitez pas à me contacter si vous souhaitez obtenir un diagnostic de votre bloc optique TAOHS-L OU si vous possédez un bloc optique TAOHS-L défectueux dont vous accepteriez de vous séparer, en utilisant le formulaire de la page contact.
Cet article pourra être modifié et enrichi ultérieurement. Si ce contenu gratuit vous plait, n’hésitez pas à contribuer aux frais d’hébergement et de développement du site en faisant un don via cette page. Merci d’avance.
RECHERCHE
