Le principe de lecture des disques optiques Principe du CD ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD Le principe de lecture des disques optiques Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD 1. Présentation du disque optique ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 1. Présentation du disque optique Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD CD: 12 cm Inventé en 1982 par Sony et Philips ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction CD: 12 cm de diamètre Inventé en 1982 par Sony et Philips Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Les disques optiques doubles couches ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 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. Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction Les différents disques optiques (toujours 12cm de diamètre) CD DVD HD DVD Blu-ray Disc 700 Mo de données 4,7 Go de données (simple couche) 15 Go de données (simple couche) 25 Go de données (simple couche) 8,5 Go de données (double couche) 30 Go de données (double couche) 50 Go de données (double couche) Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Les disques optiques enregistrables (1 fois) DVD-R ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction Les disques optiques enregistrables (1 fois) DVD-R DVD+R CD-R HD DVD-R BD-R Les disques optiques ré-enregistrables (au moins 1000 fois) DVD-RW DVD+RW CD-RW HD DVD-RW BD-RE Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD 2. Le principe de la lecture des données ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 2. Le principe de la lecture des données Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 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 µm largeur de 0,67 µm longueur variable. Vocabulaire: Fond de l’alvéole: creux (en anglais pit) Espaces entre les alvéoles: plat (en anglais land) piste Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD En résumé: Dimensions d’un pit (creux): ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction En résumé: Dimensions d’un pit (creux): profondeur 0,12 µm largeur de 0,67 µm longueur variable, multiple de 0,278 µm (c’est la norme imposée par le format CD) Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Principe (très) simplifié de la lecture: ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction Principe (très) simplifié de la lecture: Le disque se déplace. La lumière du laser se réfléchit sur la surface métallique et revient au capteur de lumière. Le capteur de lumière détecte les creux et le plats et les traduit en terme de 0 et 1 Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Détection des « land » et « pit »: ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 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= 1,55 la longueur d’onde devient: Soit environ 0,12 µm x 4 C’est-à-dire la profondeur d’un creux Multiplié par 4 Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Profondeur d’un creux: l/4 Au niveau d’un creux (pit): ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction Profondeur d’un creux: l/4 Au niveau d’un creux (pit): Ondes réfléchies et incidentes en opposition de phase: Car la réfléchie parcourt 2 fois l/4 soit l/2 Interférences destructives: La cellule ne reçoit pas de lumière Au niveau d’un plat (land): Ondes réfléchies et incidentes en phase: Interférences constructives: La cellule reçoit de la lumière Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD et bien: NON ! ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction et bien: NON ! Donc les creux sont les « 0 » et les plats sont les « 1 » ? En pratique, la cellule chargée de lire les données détecte les transitions entre pits et lands 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 ». Toutes les 8 lectures (chaque lecture représente un bit), on obtient un octet qui contient l’information contenue sur le CD (texte, musique etc…) Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Débit de lecture: ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 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…) Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Capacité d’un CD: ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 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 ! Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD 3. Le problème de la diffraction ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 3. Le problème de la diffraction Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction La lumière laser est émise par une diode laser et passe dans une lentille (un condenseur) 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. On montre que dans ce cas, le diamètre de la tâche s’exprime : NA (Numeric Aperture) est l’ouverture numérique qui varie en fonction inverse de la distance focale f’ de la lentille Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD l = 780 nm avec ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction avec Il ne faut pas que la tache « déborde » sur la piste d’à côté ! l = 780 nm NA = 0,45 Pour un CD Donc d = 2,1 µm Tout va bien ! Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction 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 Ouverture numérique 0,45 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 ! Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction http://www.fixscratcheddvds.com Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS 1. Présentation 2. Le Principe de la lecture des données 3. Le problème de la diffraction Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD Pour aller plus loin… En anglais mais très complet: ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD Pour aller plus loin… En anglais mais très complet: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/audio/cd.html 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 Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON

Principe du CD FIN ENSEIGNER Transmettre et Stocker l’Information en TS Principe du CD FIN olivier.chaumette@ac-lyon.fr Version 1 - Janvier 2013 Olivier CHAUMETTE Lycée JP SARTRE BRON