Belirti: yansımalı okumada kontrast beklenenin yalnızca yarısı – alt tabakanın arka yüz yansıması

Cam enkoder diski yansımalı okunduğunda, geçirgen aralıklara giren ışık arka yüzde veya alttaki parçalarda yansır, 2t·tanθ′ kadar yanal kayar ve yeniden geçirgen aralıklardan çıkarak ana desene ters fazlı veya faz kaymalı bir arka plan oluşturur. Bu yazı arka yüz yansıtma oranı ile yanal kaymanın modülasyon derinliğine etkisini türetiyor, yaklaşık 0,4’lük eşdeğer yansıtma oranının modülasyonu yarıya indirdiğini gösteriyor ve karartma karşılaştırması, eğim deneyi gibi teşhis adımlarını veriyor.

Cam disk yansımalı bir okuma kafasıyla kullanıldığında, krom çizgilerin yansıtma oranı ve cam yüzeyin yansıtma oranından yapılan tahmine göre modülasyon derinliğinin belli bir düzeyde olması gerekir; ölçülen değer ise bunun ancak yarısı kadardır. Üstelik aynı partiden diskler farklı göbeklere takıldığında sonuçlar da farklıdır. Diskin üst yüzündeki desende sorun yoktur; sorun, geçirgen aralıklardan geçen ışıktadır: bu ışık cam arka yüzünde veya diskin altındaki parçalarda yansıyıp geri döner, yeniden geçirgen aralıklardan çıkar ve ana desenle üst üste biner. Bu yazı, bu ışığın nereye gittiğini, modülasyon derinliğini ne kadar etkilediğini ve sorunun nasıl hızla doğrulanıp giderileceğini açıklıyor. Okuma kafası içindeki bileşenler arasındaki hayalet görüntüler için kütüphanedeki kaçak ışık yazısına bakın; burada yalnızca disk alt tabakası yolu ele alınıyor.

Işık yolu: arka yüzden yansıyan ışık nereye gider

Krom çizgiler üst yüzdedir ve okuma kafasına bakar. Aydınlatma diske θ geliş açısıyla düşer: krom çizgilere düşen ışık yansır (yansıtma oranı R_c, çıplak krom için yakın kızılötesinde yaklaşık 0,6); bu ana sinyaldir. Geçirgen aralıklara düşen ışığın yaklaşık %4’ü üst yüzde yansır, kalanı cama girer; kırılma açısı θ′, sinθ = n·sinθ′ bağıntısını sağlar. Bu ışık arka yüzde eşdeğer R_b yansıtma oranıyla yansır ve üst yüze döndüğünde

Δx = 2t·tanθ′

kadar yanal kaymış olur; burada t cam kalınlığı, n kırılma indisidir. Soda-kireç camında n = 1,52, t = 1,5 mm, θ = 10° için θ′ ≈ 6,56°, Δx ≈ 0,35 mm olur; bu, 20 μm adımın 17,25 periyoduna karşılık gelir.

Üst yüze dönen ışık yalnızca geçirgen aralıklardan çıkabilir; krom çizgilerin arka yüzüne düşen kısmı yeniden aşağı yansır (cam tarafından bakıldığında çıplak kromun yansıtma oranı yaklaşık 0,44) ve birkaç kez gidip gelir. Aydınlatmanın Δθ açı genişliği varsa gidiş-dönüş yolu arka yüz görüntüsünü b ≈ 2t·Δθ/n genişliğinde bulanıklaştırır: Δθ = 20 mrad için b ≈ 39 μm olur ve bu zaten 20 μm adımdan büyüktür.

Model: iki limitte modülasyon derinliği

Çıkan ışık şiddeti = ana yansıma + arka yüz bileşenidir. Arka yüz bileşeni “geçirgen aralık deseni × yanal kaymış ve bulanıklaşmış gelen desen”e eşittir ve inkoherent ışık şiddetleri olarak toplanır (LED’in koherens uzunluğu yalnızca yaklaşık 20 μm mertebesindedir, 3 mm’lik gidiş-dönüş yolundan çok kısadır).

Bulanıklık adımdan çok büyük (b ≫ p): Geri dönen ışık üst yüzün hemen altında zaten homojendir ve yalnızca geçirgen aralıklardan çıkar; aralıkların üzerinde parlaktır ve krom çizgilerin üzerinde parlak olan ana sinyalle tam olarak ters fazlıdır. Yalnızca tek gidiş-dönüş hesaba katılırsa bağıl modülasyon derinliği:

M/M0 = (1 − k)/(1 + k′), k = T²·R_b /[2(R_c − R_f)], k′ = T²·R_b /[2(R_c + R_f)]

Burada R_f ≈ 0,04 üst yüzün yansıtma oranı, T ≈ 0,96 üst yüzün geçirgenliğidir. R_b = 0,04 (yalnızca cam arka yüzü) için M/M0 ≈ 0,94; R_b ≈ 0,42 için 0,50’ye düşer; çoklu gidiş-dönüşler hesaba katıldığında aynı R_b için yaklaşık 0,46 olur.

Bulanıklık adımdan çok küçük (b ≪ p): Arka yüz bileşeni deseni korur; bunun geçirgen aralıklarla örtüşmesi Δx/p’nin kesirli kısmına göre değişir; arka plan ile ana desen arasındaki faz farkı artık 180° değildir, kalınlık ve geliş açısıyla değişir. R_b = 0,42 ve b = 2 μm için M/M0, 0,20 (kesirli kısım 0, geri dönen ışık tam aralığın üzerinde) ile 0,77 (kesirli kısım 0,5) arasında olur. Kalınlıktaki her 0,087 mm değişim Δx’i bir adım değiştirir; ±0,05 mm’lik kalınlık toleransı aynı partideki disklerin eğrinin farklı noktalarına düşmesine yeter ve bu, diskten diske fark olarak görülür (Şekil 2).

Ayırt edilmesi gereken bir durum daha vardır: ışık kaynağı ile dedektörün aynı düzlemde olduğu ve ıraksak ışıkla doğrudan izdüşüm yapan okuma kafalarında arka yüz bileşeni daha derindeki sanal bir ışık kaynağından gelir; izdüşüm büyütmesi ana desenden farklıdır ve algılama yüzeyinde artık algılama dizisiyle aynı periyotta olmadığından esas olarak DC olarak görünür. Bu durumda R_b = 0,42 bile M/M0’ı ancak yaklaşık 0,75’e düşürür; yarıya indirmek için çok daha parlak bir yansıtıcı gerekir.

(R_c = 0,6, adım 20 μm, b ≪ p sütununda b = 2 μm; tümü örnek değerlerdir.)

Görüldüğü gibi yalnızca cam arka yüzünün %4’lük yansıması modülasyon derinliğinde birkaç yüzdelik kayba yol açar; “yalnızca yarısı kaldı” durumu genellikle diskin altında parlak bir yüzey olduğu anlamına gelir: parlatılmış göbek alın yüzü, yansıtıcı katmanla kaplanmış arka yüz, açık renkli plastik parçalar veya çıplak bakır pedler.

Teşhis adımları

1. Önce diğer nedenleri eleyin: Film yüzünün yönünü (krom yüzün okuma kafasına bakıp bakmadığını), krom yüzde düşük yansımalı karartma katmanı olup olmadığını ve okuma aralığının tasarım aralığında olup olmadığını kontrol edin; bunlar da kontrastı birkaç kat düşürebilir.
2. Karanlık seviyeye bakın: Disk dururken geçirgen aralığı algılama penceresine hizalayın ve yansıyan ışık şiddetinin krom çizgi konumundakine oranını ölçün. Normalde R_f/R_c ≈ 0,07’ye yakın olmalıdır; belirgin biçimde yüksekse aralıktan ışık geri dönüyordur.
3. Arka yüzü karartarak karşılaştırın: İzin karşısındaki arka yüze siyah bant yapıştırın, siyaha boyayın veya siyah kadife serin ve modülasyon derinliğini yeniden ölçün. Beklenen değere dönerse arka yüz yolu doğrulanmış olur. Arada hava boşluğuyla yapıştırılan bandın cam yüzeyin %4’ünü yine bıraktığına dikkat edin.
4. Eğim deneyi: Okuma kafasını yaklaşık 1° eğin; Δx yaklaşık 35 μm değişir, bu da iki adıma yakındır. Modülasyon derinliği buna bağlı olarak belirgin biçimde dalgalanıyorsa aydınlatma kolimasyonludur ve arka plan deseni korumaktadır; neredeyse değişmiyorsa homojen ters fazlı arka plan söz konusudur.
5. Diskten diske farkları istatistiksel olarak inceleyin: Modülasyon derinliği cam kalınlığıyla ilişkiliyse b ≪ p durumuna, göbek partisi veya yüzey işlemiyle ilişkiliyse alttaki parlak yüzeylere işaret eder.

Mühendislik notları

• Yansımalı cam disklerde arka yüz bir optik yüzey olarak tasarlanmalıdır: arka yüze emici katman uygulamak veya göbeği karartmak R_b’yi birkaç yüzdeye indirebilir.
• Arka yüzdeki yansıma önleyici kaplama yalnızca cam yüzeyin kendisinin yaklaşık %4’lük yansımasını giderir; alttaki parlak parçalara etkisi yoktur.
• Yaklaşık 0,4’lük eşdeğer R_b modülasyonu yarıya indirmeye yeter; izin hemen altına parlatılmış metal, açık renkli plastik veya çıplak ped koymayın.
• Aydınlatma iyi kolimasyonluysa modülasyon derinliği kalınlığa duyarlıdır; periyot p/(2tanθ′), örnekte yaklaşık 0,087 mm’dir; seri üretimdeki dağılım kalınlık toleransına göre değerlendirilmelidir.
• Arka yüzden dönen ışığı görüş alanının dışına çıkarmak için Δx’in aydınlatma lekesi ve algılama penceresi boyutundan büyük olması gerekir: 1 mm pencere ve 1,5 mm cam için yaklaşık 29° geliş açısı gerekir; bu genellikle gerçekçi değildir, karartma daha güvenilirdir.
• Metal disklerde veya kromun altında emici katman bulunan yapılarda bu ışık yolu yoktur; yüksek kontrast gerektiğinde öncelikle bunlar düşünülebilir.

Özet

Yansımalı okumada geçirgen aralıklardan geçen ışık arka yüzde veya alttaki parçalarda yansıdıktan sonra 2t·tanθ′ kadar yanal kayarak yeniden aralıklardan çıkar; aydınlatma bulanıklığı büyükse ters fazlı homojen bir arka plan, kolimasyonlu aydınlatmada ise fazı kalınlıkla değişen bir arka plan oluşturur. Yalnızca cam arka yüzü varken kayıp yaklaşık %6’dır; eşdeğer yansıtma oranı 0,4 civarına ulaşınca modülasyon derinliği yarıya iner. Karanlık seviye, arka yüz karartma ve eğim deneyi olmak üzere üç adımla doğrulanabilir; çözümde esas yol arka yüzde soğurmadır.

Çince orijinal makalenin çevirisi (0232). ENC7 – enkoder diski üreticisi (teklif) · Teknik makaleler · https://enc7.com

© Langfang Jingzheng Optoelectronic Technology Co., Ltd. Tüm hakları saklıdır. Bu makale yapay zekâ desteğiyle hazırlanmıştır.