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Olivier CHAUMETTELycée JP SARTREBRON
Le principe de lecture des disques optiques
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1. Présentation du disque optique
1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction
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Inventé en 1982par Sony et Philips
CD:
12 cmde
diamètre
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Les disques optiques doubles couches
La 1ère couche métallique est semi-réfléchissante ce qui permet de lire deux couches de données (et donc doubler la capacité du disque)
Les disques optiques inscriptibles
Ils possèdent une couche photosensible qui peut être brulée par le faisceau laser qui crée ainsi des creux et plats.
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Les différents disques optiques (toujours 12cm de diamètre)
CD
700 Mode données
DVD
4,7 Gode données
(simple couche)
8,5 Gode données
(double couche)
25 Gode données
(simple couche)
50 Gode données
(double couche)
Blu-ray Disc
15 Gode données
(simple couche)
30 Gode données
(double couche)
HD DVD
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Les disques optiques enregistrables (1 fois)
CD-R DVD-RDVD+R
Les disques optiques ré-enregistrables (au moins 1000 fois)
HD DVD-R BD-R
CD-RW DVD-RWDVD+RW
HD DVD-RW BD-RE
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2. Le principe de la lecture des données
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Les données sont gravées sur une piste en forme de spirale qui mesure 5 km de long.
Le disque tourne à environ 250 tours/min(on est loin des 33 tours ou 45 tours!)
La piste physique est constituée d’alvéoles:profondeur 0,12 µmlargeur de 0,67 µmlongueur variable.
Fond de l’alvéole: creux (en anglais pit)Espaces entre les alvéoles: plat (en anglais land)
Vocabulaire:
piste
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profondeur 0,12 µmlargeur de 0,67 µmlongueur variable, multiple de 0,278 µm(c’est la norme imposée par le format CD)
En résumé:
Dimensions d’un pit (creux):
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Le disque se déplace. La lumière du laser se réfléchit sur la surface métallique et revient au capteur de lumière.
Principe (très) simplifié de la lecture:
Le capteur de lumière détecte les creux et le plats et les traduit en terme de 0 et 1
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Détection des « land » et « pit »:
On utilise la propriété d’interférences des ondes lumineuses.
Longueur d’onde du Laser dans le vide: 780 nm
Quand le laser traverse la couche de polycarbonate d’indice np= 1,55la longueur d’onde devient:
PP n
µmnm 500,0 50055,1
780
Soit environ 0,12 µm x 4
C’est-à-direla profondeur d’un creuxMultiplié par 4
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Au niveau d’un plat (land):Ondes réfléchies et incidentes en phase:Interférences constructives:La cellule reçoit de la lumière
Au niveau d’un creux (pit):Ondes réfléchies et incidentes en opposition de phase:Car la réfléchie parcourt 2 fois /4 soit /2Interférences destructives:La cellule ne reçoit pas de lumière
Profondeurd’un creux:
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Donc les creux sont les « 0 » et les plats sont les « 1 » ?
Elle regarde l’état de la surface tous les 0,278 µm :s’il n’y a pas de transition, elle renvoie un « 0 »sinon elle renvoie un « 1 ».
En pratique, la cellule chargée de lire les données détecte les transitions entre pits et lands
Toutes les 8 lectures (chaque lecture représente un bit), on obtient un octet qui contient l’information contenue sur le CD (texte, musique etc…)
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Débit de lecture:
Concrètement, la cellule ne lit pas 8 bits par 8 bits mais 14 bits par 14 bits!
(norme imposée afin de ne pas avoir de pits et lands trop long, on insère des 0 et 1 pour marquer le début de longs pits et lands)
CD audio: Fe = 44,1 kHz encodé en 16 bits
Donc tous les 1/44100=23 µs,la cellule doit avoir lu 2x8 bits soit en réalité 2x14 bits!.
Le débit d’un CD audio est donc: 28/23.10-6= 150 Ko/s
Un CD audio est obligatoirement lu à 150 Ko/s
Un CD de données peut être lu à un débit multiple de 150 Ko/s
(lecture en x1,x2, x48…)
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1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction
Capacité d’un CD:
Du fait de la longueur de sa piste, un CD ne peut contenir que environ 700 Mo, pas plus… (1 bit occupe 0,278 µm)Cela correspond à 74 minutes de musique (voire 80 min sur certains CD)
Si on veut mettre plus d’informations sur le disque, la taille occupée par 1 bit étant imposée (les 0,278 µm) il va falloir diminuer la largeur de la piste.
Mais il va se poser le problème du diamètre du faisceau laser donc de la diffraction !
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3. Le problème de la diffraction
1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction
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1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction
Les diamètres de la diode et de la lentille étant très faibles. Le faisceau subit donc une diffraction.L’image donnée par la lentille n’est pas un point mais une tâche d’Airy.
La lumière laser est émise par une diode laser et passe dans une lentille (un condenseur)
On montre que dans ce cas, le diamètre de la tâche s’exprime :
NAd
22,1NA (Numeric Aperture) est l’ouverture numérique qui varie en fonction inverse de la distance focale f’ de la lentille
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NAd
22,1avec
Pour un CD = 780 nmNA = 0,45
Donc d = 2,1 µm
Il ne faut pas que la tache « déborde » sur la piste d’à côté !
Tout va bien !
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NAd
22,1 Si on veut augmenter la quantité de données sur un disque il faut:
Diminuer l’espacement entre les pistes donc diminuer aussi d
Diminuer la longueur d’onde et augmenter NA
Type de support CD DVD HD-DVD Blu-ray
Longueur d’onde 780 nm 658 nm 405 nm 405 nm
Ouverture numérique 0,45 0,65 0,65 0,85
Capacité 700 Mo 4,7 Go 15 Go 23 Go
Distance entre pistes 1,6 µm 0,74 µm 0,32 µm 0,4 µm
Largeur faisceau 2,1 µm 1,2 µm 0,76 µm 0,6 µm
Laser bleu:Blu-ray !
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http://www.fixscratcheddvds.com
1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction
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Plus simple d’accès:http://www.commentcamarche.net/contents/pc/cdrom.php3
Cours très complet et technique de Jean-Philippe Muller :www.louis-armand-mulhouse.eu/btsse/acrobat-cours/optiq.pdf
En anglais mais très complet:http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/cd.html
Pour aller plus loin…
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FIN
Version 1 - Janvier 2013
