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lundi 10 octobre 2011

Principes de fonctionnement d'un bloc optique de CD



 Les nouveaux types possèdent de nouveaux composants individuels combinés en éliminant d'autres, sans sacrifice de performances (qui peuvent d'ailleurs être supérieures). Les bénéfices sont un coût inférieur, une robustesse supérieure et une durée de vie plus grande.


 Les principes de fonctionnement sont similaires. 

Le rôle du bloc optique dans un lecteur CD, CD-ROM, disque optique, est de récupérer les données numériques codées dans les cuvettes de la couche d'information du support optique (avec les disques optiques enregistrables, il est aussi courant d'écrire sur ce support).

Pour les lecteurs CD, le flux de données résultant est converti en son haute fidélité. Pour les CD-ROM ou autres appareils de stockage optique, il peut être interprété en code programme, texte, audio, vidéo, photographies ou autres types de données digitales.

La majorité des principes opératoires sont similaires pour un bloc optique simple faisceau, ainsi que pour les blocs optiques d'autres types d'appareils.

Il est souvent dit que le faisceau LASER d'un lecteur CD représente ce qu'est le stylet d'une platine phonographe. Même si c'est une considération réelle, elle est souvent oubliée.

Considérons que le stylet d'un phonographe est électro- mécanique. 

Le positionnement du stylet (analogue au suivi de piste et à la mise au point d'un bloc optique) est basé sur le déplacement de celui-ci dans les sillons enregistrés du disque, et contrôlé par la suspension de la cellule de lecture et le bras.

 Le signal audio analogique est généré le plus souvent par l'induction électromagnétique produite par les mouvements instantanés du stylet, possédant un aimant, dans une paire de bobines de détection.

Le bloc optique est capable de réaliser toutes ces fonctions sans aucune assistance mécanique du CD.

Il est guidé uniquement par les quelques mW de lumière d'un faisceau LASER et de quelques mg de silicone de l'électronique associée.


La précision associée est facilement plus de 2 fois supérieure, comparée à un phonographe. Les servo-systèmes sophistiqués maintiennent le suivi de piste et la mise au point à une fraction de µm de la distance optimale.

Les données sont extraites en détectant la différence de hauteur entre les cuvettes et les bosses grâce au faisceau 1/4 d'onde d'une lumière LASER (à peu près 0,15 µm dans le CD !).

 Fonctionnemant du bloc optique

Le faisceau LASER est généré par une diode LASER à semi-conducteur émettant à une longueur d'onde de 780 nm (proche infrarouges). La puissance optique de la diode LASER ne dépasse pas quelques mW, en sortie est disponible un faisceau directionnel ayant une divergence typique de 10° x 30° dans les directions X et Y respectivement.

Un diffracteur (prisme) scinde le faisceau en un faisceau principal et deux faisceaux (primaires) de côté.

Le diffracteur est utilisé ici pour générer plusieurs faisceaux, pas pour sa fonction habituelle de décomposer la lumière en ses différents constituants. Ces faisceaux de côté sont utilisés pour suivre et chevaucher la piste devant être lue. La servomécanique de suivi de piste maintient le centrage sur celle-ci en conservant égales les amplitudes des deux faisceaux de retour.

Ensuite, le faisceau passe à travers un miroir semi-réfléchissant (sorte de prisme ou de miroir qui redirige les faisceaux de retour sur l'aire des photodiodes), une lentille collimatrice, un plateau quart d'onde, un miroir rotatif, et une lentille d'objectif afin d'atteindre enfin le disque.

La lentille collimatrice convertit les faisceau divergents du LASER en faisceaux parallèles. 

Un miroir rotatif (optionnel, dépendant du chemin optique spécifique utilisé) réfléchit la lumière du LASER vers la lentille d'objectif et les actuateurs de mise au point et suivi de piste.

La lentille d'objectif est similaire sur plusieurs points à une lentille d'objectif de microscope haute qualité. Elle est montée sur plate-forme autorisant des mouvements dans les deux directions.

Les actuateurs fonctionnent comme les bobines de haut-parleurs. Les aimants permanents fournissent les champs magnétiques fonctionnant avec ces bobines. L'actuateur de mise au point fait bouger la lentille de haut en bas.

 Les actuateurs de suivi de piste déplacent l'ensemble vers l'intérieur ou l'extérieur, doucement, jusqu'au centre du disque.

Les faisceaux LASER collimatés (incluant les 2 faisceaux de côté) passent à travers la lentille d'objectif et sont focalisés en spots diffractés sur la couche d'information (les cuvettes), après avoir donc passé cette couche de plastique polycarbonate de 1,2 mm d'épaisseur, formant la majeure partie du disque.

Les faisceaux réfléchis reprennent le chemin inverse, jusqu'à ce qu'ils passent à travers le miroir semi-réfléchissant, où ils sont dirigés vers l'aire de photodiodes.

Les faisceaux d'origine polarisés horizontalement passent à travers le miroir semi-réfléchissant. Deux passages (sortie et retour) à travers le plateau quart d'onde changent la polarisation des faisceaux de retour verticalement, étant ainsi réfléchis vers l'aire des photodiodes lors du passage dans le miroir semi-réfléchissant.

Les faisceaux de retour de la couche d'information du disque sont utilisés pour l'extraction des données, le suivi de piste et la mise au point.

Une lentille cylindrique modifie les distances focales verticales et horizontales du spot résultant sur l'aire de photodiodes. Le spot sera alors parfaitement circulaire uniquement lorsque la lentille de l'objectif sera positionnée correctement.

 Si elle est trop près ou trop loin, le spot sera elliptique (exemple : allongé sur l'axe des 45° signifie trop près et sur l'axe des 135° trop loin).


La partie centrale de l'aire des photodiodes est divisée en 4 quadrants égaux nommés A, B, C, D. La mise au point est parfaite lorsque (A+C)-(B+D)=0.


Les fabrications actuelles peuvent utiliser une lentille d'objectif astigmate plutôt qu'une lentille cylindrique séparée afin de réduire le coût. Les effets sont les mêmes.

 Depuis que les lentilles d'objectif sont en plastique moulé, ceci ne coûte pas plus cher de mouler des lentilles astigmates. Il est possible que dans certains cas, l'astigmatisme naturel de la diode LASER joue un rôle certain dans le processus.

Les faisceaux de côté créés par le diffracteur sont positionnés devant et derrière le faisceau principal, chevauchant la piste de cuvettes devant être suivie.
Les segments de chaque côté de l'aire des photodiodes nommés E et F contrôlent les faisceaux de côtés. Le suivi de piste est parfait lorsque les signaux E et F sont égaux.

Le signal de données est la somme A+B+C+D. 

Dans le principe, un bloc optique est un microscope électroniquement piloté et stabilisé, qui extrait des informations depuis des pistes de 1/20 ème de la taille d'un globule rouge sanguin humain qui se déplacerait à la vitesse linéaire de 1,2 m par seconde !

Consultez aussi les chapitres Eléments d'un lecteur CD ou CD-ROM et Problèmes de démarrage pour plus d'informations sur les composants, fonctionnement des diodes LASER, blocs optiques etc ...

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