Odczyt p�yty

Emitowany z g�owicy odczytuj�cej promie� lasera o mocy oko�o 1mW i d�ugo�ci 780 nm przechodzi bez za�amania przez przezroczyst� warstw� poliw�glanow� i dociera do warstwy aluminium. Tam albo za�amuje si� na do�ku (pit), albo odbija si� bez za�amania na p�askiej powierzchni, tzw. landzie.

Promie� odbity dociera (lub w przypadku za�amania - nie dociera) do elementu �wiat�oczu�ego, gdzie przekszta�cany jest w impuls elektryczny. Dane zapisane s� na p�ycie CD przy u�yciu tzw. metody zmiennej fazy: zmiana stanu z pitu (do�ka) na land (p�aska powierzchnia) lub odwrotnie oznacza jedynk�. Je�li owa zmiana nie nast�pi�a - oznacza to zero.

Pr�dko�� odczytu CD-ROM zale�y od zastosowanych rozwi�za� konstrukcyjnych. Pierwsze czytniki odczytywa�y i przesy�a�y dane z pr�dko�ci� 150 kB/s , dla odtwarzaczy audio jest to 171 kB/s. Wraz z rozwojem technologicznym czytniki z pr�dko�ci� 150 kB/s nazwano single speed a pr�dko�� t� przyj�to jako podstaw�, mno�on� p�niej przez liczb� ca�kowit�, np. czytnik poczw�rnej pr�dko�ci przesy�a dane z pr�dko�ci� 4*150 kB/s czyli 600 kB/s.

Aby nap�d CD-ROM m�g� transmitowa� dane ze sta�� szybko�ci�, odczytywana p�yta musia�aby obraca� si� ze zmienn� szybko�ci�. W momencie, gdy g�owica odczytuje wewn�trzny obszar p�yty, no�nik musi obraca� si� nieco szybciej, natomiast w przypadku zewn�trznego obszaru - nieco wolniej. Zmienn� szybko�� obrotow� wykorzystywa�o w swojej pracy wiele nap�d�w CD-ROM (technologia ta nosi�a nazw� CLV - Constant Linear Velocity, czyli sta�ej pr�dko�ci liniowej). Rozwi�zanie to ma jednak pewne istotne wady. Silnik nap�du musi stale zwi�ksza� i zmniejsza� szybko�� obracania p�yty, w zale�no�ci od tego, kt�ra �cie�ka jest odczytywana przez promie� laserowy.

Mechanizm taki z jednej strony wprowadza dodatkowe wibracje, z drugiej - niepo��dany czas oczekiwania, gdy� g�owica odczytuj�ca jest uaktywniana dopiero wtedy, gdy szybko�� obrotowa kompaktu b�dzie zbli�ona do optymalnej. Z tych te� wzgl�d�w na rynku rozpowszechni�a si� inna technologia, nosz�ca nazw� CAV (Constant Angular Velocity). W tym przypadku nap�d CD-ROM pracuje zawsze z t� sam� szybko�ci� obrotow� - bez wzgl�du na po�o�enie g�owicy odczytuj�cej. Konsekwencja takiego rozwi�zania jest wi�ksza szybko�� transmisji danych, je�li s� one odczytywane z zewn�trznych obszar�w p�yty.

Aby zmniejszy� nieco ten efekt, nale�y stosowa� rozwi�zanie kompromisowe, kt�remu nadano nazw� Partial CAV. P�yta CD obraca si� w�wczas ze sta�� pr�dko�ci� k�tow� do chwili, w kt�rej laser b�dzie chcia� odczyta� zewn�trzne �cie�ki no�nika (20 procent ca�ego obszaru danych). W tym momencie silnik obni�y automatycznie swoj� szybko�� obrotow�. Zastosowanie takiego mechanizmu pozwala na utrzymanie stosunkowo du�ych szybko�ci transmisji, kt�re nie b�d� jednak zbyt wyra�nie odbiega� od warto�ci �redniej.

Do odczytania informacji zapisanej na p�ycie kompaktowej nie wystarczy sam laser. Potrzebne s� r�wnie� z�o�one uk�ady optyczne, mechaniczne i elektroniczne, kt�re umo�liwiaj� �ledzenie �cie�ek i utrzymanie w�a�ciwego ogniskowania lasera na powierzchni p�yty.
Do odczytu informacji z dysku wykorzystuje si� promie� lasera p�przewodnikowego o mocy oko�o 1 mW, kt�ry emituje �wiat�o w zakresie podczerwieni(>750nm). Laser p�przewodnikowy wytwarzany jest w formie diody laserowej pobudzanej metod� wstrzykiwania elektron�w przez zasilaj�cy pr�d elektryczny. Przep�yw pr�du przez z��cze p-n(materia� na ten temat zamie�ci�em pod has�em 'laser') wywo�uje rekombinacj� elektron�w i dziur, czemu towarzyszy spontaniczna emisja �wiat�a. Jest to najmniejsze o du�ej sprawno�ci �r�d�o �wiat�a i mo�e by� masowo produkowane jak tranzystory. Do odczytu informacji z dysku potrzebne jest �wiat�o koherentne, tzn. sp�jne. �wiat�o, emitowane przez �r�d�a takie, ja �ar�wki, lampy jarzeniowe czy S�o�ce, sk�ada si� z fal r�nej d�ugo�ci. Poniewa� brak jest okre�lonej korelacji czasowej mi�dzy tymi falami, s� to �r�d�a �wiat�a niesp�jnego.
Dwa lub wi�cej ci�g�w fal s� czasowo koherentne, kiedy ich r�nica faz nie zmienia si� w okre�lonym czasie. To oznacza r�wnie�, �e ten ci�g fal ma t� sam� cz�stotliwo��. Aby wyst�pi�a emisja promieniowania laserowego pr�d przep�ywaj�cy przez diod� musi osi�gn�� odpowiedni� warto�� progow�. Dalsze zwi�kszanie warto�ci pr�du wywo�uje co prawda wzrost promieniowanej mocy, ale grozi to jednocze�nie uszkodzeniem diody. Poniewa� emisja promieniowania zale�y r�wnie� od temperatury, niezb�dne jest zastosowanie uk�adu automatycznej regulacji, aby by�a dostarczana sta�a emisja �wiat�a podczas d�ugiego okresu eksploatacji. Do tego celu s�u�y fotodioda, kt�ra umieszczona jest w jednej obudowie z laserem umo�liwia kontrol� efektywno�ci luminacji.

Aby odczyta� informacj� z dysku, �wiat�o lasera musi by� odpowiednio skierowane i ogniskowane. Do tego celu s�u�y system optyczny z ruchomym obiektywem i detektorem promieniowania o specjalnej konstrukcji. Jego podstawowymi cz�ciami s�:

  1. Zesp� ogniskowania lasera
  2. zesp� detektora,
  3. zesp� naprowadzania promienia.

Drog� promienia lasera przedstawia powy�szy rysunek. Promie� diody laserowej przechodzi przez siatk� dyfrakcyjn�, na kt�rej kraw�dziach nast�puje ugi�cie �wiat�a i opr�cz g��wnego promienia, powstaj� promienie wt�rne. Energia tzw. pierwszego wt�rnego promienia stanowi do 25% energii g��wnego promienia. Wt�rne promienie s� wykorzystywane do sterowania uk�adem �ledzenia �cie�ek zapisu na dysku. Kolejnym elementem jest pryzmat polaryzacyjny. Jest to przezroczysty optyczny przyrz�d stosowany do refrakcji, dyspersji lub odbijania strumienia �wietlnego. Promie� �wiat�a przechodz�c przez jedn� z kr�tszych �cian pryzmatu ulega ca�kowitemu odbiciu od przeciwprostok�tnej, za�amywany jest pod k�tem 90o i wychodzi przez drug� kr�tsza �cian�.

�wiat�o przechodz�c przez pryzmat mo�e ulega� polaryzacji. Efekt polaryzacyjny pryzmatu jest oparty na prawie Brewestera. �wiat�o odbijane pod pewnym k�tem(k�t Brewestera) ulega ca�kowicie liniowej polaryzacji. To prawo oznacza tak�e, �e liniowo spolaryzowane �wiat�o z elektrycznym wektorem, oscyluj�cym na p�aszczy�nie padania, b�dzie przenika� rejon graniczny dw�ch o�rodk�w bez strat je�li b�dzie pod k�tem Brewstera. W tym przypadku odbite i za�amane promienie b�d� prostopad�e do siebie i intensywno�� promieniowania odbitego b�dzie zerowa. Pryzmat polaryzacyjny sk�ada si� z dw�ch prostok�tnych pryzmat�w wykonanych z r�nych materia��w. Strumie� �wiat�a A, uderzaj�cy pod k�tem prostym boczn� powierzchni� pryzmatu jest rozdzielany na dwa promienie na p�aszczy�nie po��czenia X. Promie� tzw."nadzwyczajny"(a) jest prawie nie odchylony, natomiast promie� "zwyczjny"(b) jest odchylony.

Kolimator jest nast�pnym podzespo�em na jaki natrafia promie� lasera po wyj�ciu z pryzmatu. Promie� lasera opuszczaj�cy diod� laserow� ma bardzo ma�� �rednic�, jednak w miar� oddalania si� tworzy wi�zk� rozbie�n�. Zadaniem kolimatora jest uczyni� z wi�zki rozbie�nej r�wnoleg��. Funkcj� t� pe�ni uk�ad odpowiednio dobranych dw�ch soczewek podw�jnie wypuk�ych. �rednica promienia co prawda wzrasta, ale wi�zka staje si� r�wnoleg�a.

Skr�canie p�aszczyzny polaryzacji �wiat�a po przej�ciu przez kryszta� anizotropowy. P�yta �wier�falowa umieszczona na drodze promienia laserowego skr�ca p�aszczyzn� polaryzacji �wiat�a tak, by powracaj�ce odbite od p�yty CD �wiat�o by�o ca�kowicie odbijane przez pryzmat i kierowane do detektora. Aby skr�ci� p�aszczyzn� polaryzacji �wiat�a o 45o, zastosowano specjalny anizotropowy kryszta�, maj�cy r�ny wsp�czynnik dyfrakcji w polu elektrycznym p�aszczyzny X i Y. Poniewa� promie� przechodzi przez p�yt� dwukrotnie, skr�cenie wynosi 90o. Przebieg skr�cenia p�aszczyzny polaryzacji �wiat�a przedstawia powy�szy rysunek. Liniowo spolaryzowane �wiat�o padaj�ce w punkcie A przechodzi przez anizotropowy kryszta�(grubo�ci d) i wychodzi w punkcie B z op�nieniem fazowym o 90o. W punkcie wyj�ciowym �wiat�o jest spolaryzowane ko�owo, przy skr�ceniu p�aszczyzny polaryzacji o 45o. Po odbiciu od dysku i ponownym przej�ciu przez p�yt� �wiat�o odzyskuje liniow� polaryzacj�, a p�aszczyzna polaryzacji skr�cona jest o 90o.

Zasada dzia�ania uk�adu wykonawczego steruj�cego naprowadzaniem i ogniskowaniem promienia lasera.
Ostatnim elementem przed p�aszczyzn� dysku jest uk�ad naprowadzania promienia na �cie�ki dysku, z�o�ony z obiektywu poruszanego przez magnetoelektryczny uk�ad wychy�owy. System sprz�e� zwrotnych po��czonych z uk�adem wychy�owym oraz sygna�em wyj�ciowym detektora precyzyjnie naprowadza promie� na �cie�ki z zapisem pit�w. Aby uk�ad m�g� wychyla� si� w p�aszczy�nie poziomej i pionowej zastosowano system dw�ch cewek. Cewka steruj�ca ogniskowaniem promienia na powierzchni dysku jest nawini�ta pionowo, cewka zwi�zana ze �ledzeniem �cie�ek nawini�ta jest jak cewka g�o�nika. Zasad dzia�ania dwuosiowego element przedstawiona jest powy�ej. Je�eli pr�d p�ynie przez cewk� A, si�a wytwarzana jest w kierunku(a). Pr�d p�yn�cy przez cewk� B wytwarza si�� dzia�aj�c� w kierunku (b). O tym, czy promie� laserowy jest prawid�owo umiejscowiony na p�ycie kompaktowej decyduje zesp� sterowania, otrzymuj�cy sygna� z detektora ogniskowania. Promie� odbity od p�yty kompaktowej dociera do detektora po przej�ciu przez pryzmat oraz cylindryczn� soczewk�. Ustawienie tej soczewki powoduje, �e promie� jest ogniskowany jedynie w p�aszczy�nie pionowej i po przej�ciu przez soczewk� ma przekr�j eliptyczny. Kszta�t elipsy zale�y od tego, jak promie� jest ogniskowany na p�ycie. Je�eli za�o�ymy stopie� krzywizny cylindrycznej soczewki, stan zogniskowania mo�e by� okre�lony przez kszta�t przekroju promienia.

Zmiana kszta�tu przekroju lasera po przej�ciu przez cylindryczn� soczewk�. Tal jak na powy�szym rysunku detektor ogniskowania, na kt�rego powierzchni� pada promie� �wietlny, po przej�ciu przez cylindryczn� soczewk�, sk�ada si� z czterech indywidualnych sekcji. Stan zogniskowania jest okre�lony przez r�ny stopie� o�wietlenia poszczeg�lnych sekcji. Ich napi�cia wej�ciowe s� proporcjonalne do obszaru o�wietlonego. Uk�ady dodaj�co-odejmuj�ce tworz� sygna� s�u��cy do oceny stopnia zogniskowania promienia. Prawid�owo zogniskowany na powierzchni p�yty promie� laserowy spowoduje jednakowe o�wietlenie poszczeg�lnych sekcji detektora, w wyniku czego sygna� wyj�ciowy b�dzie mia� warto�� zerow�. W przypadku gdy ogniskowanie nast�pi za p�yt�, warto�� sygna�u b�dzie wi�ksza od zera, a gdy zesp� jest odsuni�ty zbyt daleko od dysku- mniejsza. Sygna� ten jest doprowadzany nast�pnie do jednej z cewek uk�adu sterowania ogniskowaniem promienia, w wyniku czego nast�puje korekcja po�o�enia obiektywu. Sygna� b�d�cy sum� napi�� ze wszystkich sekcji jest wykorzystywany do odczytywania informacji cyfrowej zapisanej na p�ycie.

Prawid�owe (a) i wadliwe (b) i (c) p�o�enie plamek promieni lasera na powierzchni informacyjnej p�yty komapktowej.
Detektor ogniskowania ma dodatkowo jeszcze dwie sekcje s�u��ce do �ledzenia �cie�ek zapisu informacji na dysku. Do tego celu wykorzystywane s� tzw. promienie boczne lasera. W przypadku prawid�owego po�o�enia na �cie�ce punktu g��wnego promienia lasera promienie boczne uderzaj� w lewe i prawe zbocze pit�w, le��cych przed i po picie odczytywanym, w wyniku czego r�nica ich sygna��w b�dzie zerowa. W przypadku natomiast z�ego ustawienia pojawi si� napi�cie korekcyjne, steruj�ce odpowiednio drug� z cewek uk�adu ogniskowania, co spowoduje ustawienie promienia we w�a�ciwym po�o�eniu.