Rodzaje, budowa, zasada i działanie napędów   

optycznych 

Piotr Arbaczewski 

                         

 

 

 

Przemek Boreczek 

        II TI 

 

 

Spis treści 

Napęd optyczny– definicja........................................................................3 
Rodzaje napędów optycznych...................................................................4-5 
Budowa napędu optyczneg o......................................................................6 
Z asada działania napędu optyczneg o.......................................................7-0 
Nośniki.........................................................................................................11-12 
Bibliog rafia.................................................................................................13 

2 

 

Napęd optyczny 

Napęd   optyczny  –   jest   to   urządzenie, 

które   

za pomocą wiązki lasera odczytuje dane 

z   

następujących nośników: CD ( -R , -R W), 

DVD   

( -R ,   -R W,   +R ,   +R W)   lub   najnowszych 

B lu- 

ray Disc. Więcej o nośnikach przeczytać   
można od strony 1 1  do 1 2. 

P rędkości 

P rędkość   napędów   optycznych   podaje 

się w   

wielokrotnościach

 

podstawowej   

prędkości   1 x ,   która   odpowiada   przepustowości   1 5 0   kB /s   ( napędy   CD),   1 35 0   kB /s   
( napędy DVD) lub 5 234 kB /s ( napędy B lu-R ay). N p. maksymalny transfer CD-R O M -u o   
prędkości 8x  wynosi 1 ,2 M B /s. 

N apęd   optyczny   może   znajdować  się   w   komputerze   lub   może   też   stanowić  odrębne,   
zewnętrzne urządzenie podłączane do komputera. 

   

3 

 

Rodzaje napędów optycznych i ich różnice 

W yróżniam y następujące rodzaje napędów: 

-odczytujące dane z płyt CD 
- odczytujące i zapisujące dane na płytach CD pojedynczeg o zapisu   
- odczytujące i zapisujące dane na płytach CD jednokrotneg o i wielokrotneg o zapisu   
- odczytujące dane z płyt DVD oraz płyt CD 
- odczytujące dane z płyt DVD oraz płyt CD i zapisujące dane na płytach DVD   
( jednokrotneg o i wielokrotneg o zapisu “+” i “-” oraz “-R A M ”) oraz CD (jednokrotneg o i   
wielokrotneg o zapisu 
- odczytujące dane z płyt DVD oraz płyt CD i zapisujące dane na płytach DVD   
( jednokrotneg o i wielokrotneg o zapisu) oraz CD (jednokrotneg o i wielokrotneg o zapisu),   
- odczytujące dane z płyt DVD oraz płyt CD i płyt B lu-R ay i HD DVD i zapisujące dane   
na płytach CD (jednokrotneg o i wielokrotneg o zapisu) oraz DVD ( jednokrotneg o i   
wielokrotneg o zapisu) oraz B lu-R ay 

Różnice między CD-R/RW, DVD, DVD-R,... 

CD-R    vs. CD-RW 

P łyty CD-R /R W mają pojemność od 200 M B  ( w wersji mini CD) do 870 M B , najczęściej   
produkowane płyty mają pojemność 700 M B . N ośniki CD-R W diametralnie różnią się   
budową i zasadą działania 

od płyt CD-R . N ośniki CD-R W mog ą być zapisywane z prędkościami od 4x  do 32x . Dla   
porównania   nośniki   CD-R   mog ą   być   nag rywane   z   maksymalną   prędkością   5 4x . 
   

DVD+R vs. DVD-R 

P łyty różnią się pojemnością: DVD-R  ma pojemność 4,489 M B  ( 4.38 GB ), a DVD+R  -   
4,483   M B   ( 4.37   GB ).   DVD+R   są   płytami   wstępnie   sformatowanymi.   M ają   obszar   
przeznaczony na korekcje błędów i dlateg o lepiej nadają się do przechowywania danych   
komputerowych. Z kolei DVD-R  nie mają takich obszarów. Zaoszczędzona w ten sposób   
przestrzeń przeznaczona jest na pliki otwarcia i zamknięcia. DVD-R  nie są sformatowane,   
więc   nadają   się   do   nag rywania   filmów   i  muzyki,   ponieważ  nie   potrzebują   korekcji   
błędów. 

4 

 

BLU-RAY 

Ten    typ nośnika pozwala na zapisanie 25  GB  ( płyty jednowarstwowe) do nawet 400 GB    
( 1 6-warstwowe,wymyślone   przez   P ionnera).   Do   zapisywania   na   tym   nośniku   jest   
używany niebieski laser ( w  nag rywarkach DVD używany jest laser czerwony). Format   
wyg rał walkę o miano nastepcy płyt DVD. 

HD-DVD 

HD-DVD to format zapisu optyczneg o danych, opracowany przez firmy Toshiba, N EC i   
M emory-Tech zrzeszone w org anizację A O SR A . P odobny do płyt DVD, jednak znacznie   
bardziej   pojemny,   g dyż  dzięki   zastosowaniu   niebieskieg o   lasera   udało   się   znacznie   
zwiększyć  g ęstość  upakowania   danych.  N apędy   i   nośniki   danych   HD-DVD   przeg rały   
walkę o miano następcy powszechnie znanych napędów i płyt DVD. 

P ojemności nośników danych HD: 

* HD DVD-R O M  ( tylko do odczytu): 

1 5  GB  - 60 GB 

* HD DVD-R  ( jednokrotny zapis): 

1 5  GB  - 30 GB    

* HD DVD-R W ( wielokrotny zapis): 

20 GB  - 40 GB 

5 

 

Budowa napędu optyczneg o 

N apęd   CD/DVD   ma   za   
zadanie   odnalezienie   i   
odczytanie

 

danych   

przechowywanych

 

w   

postaci   zag łębień   na 

płycie   

CD lub DVD. B iorąc pod   
uwag ę   fakt,   jak   małe   
zag łębienia   używane   są 

do   

zapisu   danych,   można   
śmiało   stwierdzić,   że 

napęd   

dysków   optycznych   jest   
bardzo

 

precyzyjnym   

urządzeniem.

 

N apęd   

zawiera   3   zasadnicze   
elementy: 

 

  silnik   napędzający 

płytę -   

silnik   ten   precyzyjnie   
kontroluje   ilość  obrotów 

płyty   

w

 

ciąg u

 

minuty,   

wahającą   się   od   200   do 

5 00,   

zależnie   od   obszaru,   z   
jakieg o   odczytywane   są 

dane   

( im   bliżej   środka,   tym 

płyta   

kręci się szybciej)   

 

  laser   i   soczewka 

lasera   

-   odpowiedzialne   za   
odczyt danych   

    mechanizm poruszający ramieniem lasera pozwala na podążanie lasera wzdłuż ścieżki   

z   danymi.   Silnik   krokowy,   użyty   do   napędzania   ramienia   umożliwia   wykonywanie   
bardzo małych ruchów lasera. 

6 

 

Z asada działania napędu optyczneg o 

Głównym zadaniem napędu jest skupienie strumienia lasera na ścieżce danych na płycie.   
Wiązka   lasera   przechodzi   przez   poliwęg lową   warstwę   płyty   i   odbija   się   od   następnej,   
aluminiowej   warstwy,   po   czym   trafia   na   detektor,   który   wykrywa   zmiany   w   świetle.   
Zag łębienia   na   płycie   inaczej   odbijają   promień   lasera   niż  płaskie   powierzchnie   bez   
zag łębień, toteż detektor może jednoznacznie stwierdzić czy na płycie w danym miejscu   
znajduje się zag łębienie, czy też nie. Każde zag łębienie interpretowane jest jako 1 , zaś   
brak zag łębienia jako 0. Kolejno odczytane pity tworzą bajty danych, przekształcane w   
pliki lub muzykę. 

O ptyka 
P łyta odczytywana jest od dołu. Więc dla lasera to co było wklęsłe ( pit) jest teraz   
wypukłe. 

Laser używany w odtwarzaczach to przeważnie dioda A lA sGa dająca światło czerwone o   
dług ości   w   powietrzu   780   nm   ( prawie   na   g ranicy   widzialności   -   spektrum   widzialne   
kończy się  na 720 nm).  W poliwęg lanie  dług ość światła jest mniejsza  o współczynnik   
1 ,5 5  ( współczynnik załamania) i wynosi około 5 00 nm. Wg łębienie/wypukłość ma ściśle   
określoną wysokość/g łębokość. Jest to dokładnie czwarta część dług ości fali światła ( w   
poliwęg lanie) - 1 25  nm. Co to oznacza? Że światło lasera będzie opóźnione po odbiciu od   
powierzchni ( land) o 1 /4 + 1 /4 = 1 /2 dług ości fali, więc będzie dokładnie w przeciwfazie   
do światła odbiteg o od wypukłości ( pit). Te dwa promienie przez interferencję zostaną   
wyg aszone i światło nie zostanie odbite od powierzchni. 

O dstępy między sąsiednimi ścieżkami są również ściśle określone. Z optyki pamiętamy,   
że   światło   przechodząc   przez   bardzo   wąską   szczelinę   tworzy   fale   elementarne.   N a   
kierunku padającej wiązki leży maksimum g łówne. Szerokość połowy jeg o pełnej mocy   
jest punktem o średnicy 1 ,7  µm i wypada na g órnej powierzchni wypukłości podążając   

7 

 

dokładnie osią ścieżki. M inima leżące po obu stronach maksimum g łówneg o są dokładnie   
usytuowane   na   osiach  wypukłości  sąsiednich  ścieżek.   Dzięki  temu   minimalizowane   są   
zakłócenia pochądzące z sąsiednich ścieżek. 

                 

                Głowica laserowa 

Wiązka   światła   powstająca   w   diodzie   laserowej   trafia   najpierw   na   siatkę   dyfrakcyjną.   
O puszczają   ją   trzy   promienie,   które   są   polaryzowane   i   przechodzą   przez   kolimator.   
N astępnie   płytka   1 /4   fali   zmienia   ich   polaryzację   na   kołową   i   przesyła   do   obiektywu,   
który je og niskuje na płycie. P romienie odbite od płyty przechodzą w drodze powrotnej   

8 

 

znowu przez płytkę 1 /4 fali, g dzie uzyskują polaryzację prostopadłą do tej, którą uzyskały   
wcześniej   w   polaryzatorze.  Jednak   nie   przechodzą   przez   nią   jak   poprzednio,   lecz   są   
odbijane   i   kierowane   do   układu   optyczneg o,   złożoneg o   z   soczewki   wklęsłej   i   
cylindrycznej, który służy do tworzenia obrazu na matrycy fotodetekcyjnej. 

Śledzenie ścieżki 
Laser podczas odczytu musi bezbłędnie śledzić ścieżkę z danymi. N ie ma mowy o jakimś   
"mechanicznym"   trzymaniu   się   jej.   P rawidłowe   prowadzenie   zapewniają   promienie   
prowadzone po powierzchni ( land) płyty po obu stronach ścieżki i sensory diodowe, na   
których   odwzorowywany   jest   obraz   "sytuacji".   O dwrotnie   niż   przy   odczycie   tutaj   
następuje wyg aszenie światła na wypukłościach ( pit). Jeśli g łowica "zsuwa" się ze ścieżki   
do jednej z diod detekcyjnych dociera mniej światła ( bo promień kontrolny zahacza już o   
wypukłości,   na   których   jest   wyg aszany)   powodując   uruchomienie   mechanizmu   
koryg ująceg o.

   

O g niskowanie 
Trzeci,   środkowy   promień   kontrolny   ma   za   zadanie   pilnowanie   prawidłoweg o   
zog niskowania wiązki na ścieżce. Gdy promień jest og niskowany prawidłowo obraz na   
fotodetektorze jest idealnie okrąg ły. Gdy płyta odsunie się i og niskowanie następuje za   
blisko obraz wydłuża się. 

9 

 

Gdy z kolei płyta przysunie się za blisko obraz również się wydłuży, lecz w kierunku   
prostopadłym do poprzednieg o. 

P rzy   idealnie   okrąg łym   obrazie   kontrolnym   wszystkie   diody   fotodetektora   są   w   
równowadze. Gdy og niskowanie jest niepoprawne równowag a zostaje zachwiana 
i   zależnie   od   teg o,   która   para   diod   została   bardziej   oświetlona   mechanizm   korekcyjny   
podejmuje odpowiednie działanie. 

1 0 

 

Nośniki 

 

P łyta - podstawowe dane 

P łyta CD ( compact disc) jest poliwęg lanowym   
Krążkiem o średnicy 1 20 mm.   
W   środku   znajduje   się   otwór   o   średnicy 

1 5 mm.   

N ag rywana - i oczywiście odtwarzana - 

jest   od   

środka na zewnątrz. 

P owierzchnia   czynna   zawiera   dług i 

ciąg    

mikroskopijnych   wg łębień,   które   
odpowiadają   binarnemu   0.   Każde   
wg łębienie ma 0,5  µm szerokości i od 

0,83   

µm   do   3,5 6   µm   dług ości   ( notka: 

dług ość   

fali   zieloneg o   światła   wynosi   około 

0,5 µm). 

N ag rania   są   oddzielone   od   siebie   przerwą   
szerokości   
1 ,6   µm.   Wg łębienia   są   
mechanicznie   

1 1 

 

wytłaczane w płycie. Jaka jest ich wielkość można zobaczyć na poniższym rysunku, na   
którym   z   zachowaniem   skali   można   porównać   g rubość  włosa,   który   od   zawsze   był   
stosowany do określenia czeg oś bardzo cienkieg o

.

   

P okrywa   je   cienka   warstwa   ( 60-1 00   nm)   metalu   ( aluminium,   złota   lub   srebra).  Dla   
porównania   -   średnica   atomu   to   mniej   więcej   0,1   nm,   więc   ta   warstwa   jest   naprawdę   
cienka - kilkaset atomów g rubości. Dodatkowa warstwa polimeru ( 1 0-30 µm) pokrywa   
metal.  W   końcu   etykieta   jest   pokrywana   serig rafią.  Warto   zwrócić  uwag ę   na   fakt,   że   
wg łębienia są dużo bliżej serig rafii ( 20 µm), niż strony odczytu ( ponad 1  mm). Dlateg o   
łatwiej   jest   o   stałe   uszkodzenie   płyty   przez   zadrapanie   g órnej   powierzchni   niż   dolnej.   
P łytę   porysowaną   od   strony   czynnej   da   się   jeszcze   uratować,   zadrapania   etykiety 

kwalkwikują ją do wyrzucenia 

 

 
HD-DVD kontra Blu-Ray

   

Standard HD-DVD (High Density DVD) znany również jako AOD (Advanced Optical Disk)   
to jeden z najnowszych projektów firm NEC oraz Toshiba.   
Napędy HD-DVD wykorzystują do odczytywania danych niebieski promień lasera. Napędy mają   
gabaryty standardowych napędów CD/DVD (41 mm wysokości). Są więc przeznaczone do   
montażu w standardowych obudowach pecetów. Także pyty w tym formacie mają rozmiary   
standardowych krążków CD i DVD, ale pozwalają na zapisanie nawet do 30 GB danych (na   
dwustronnej pycie jednokrotnego zapisu). Pyty AOD-RW mogą pomieścić do 20 GB danych.   
Zaletą odtwarzaczy pracujących w tym standardzie jest możliwość odczytywania pyt zapisanych z   
wykorzystaniem stosowanego obecnie czerwonego lasera.   
Standard HD-DVD ma też konkurenta - jest to stworzony przez firmy Sony i Philips standard Blu- 
ray. Pomimo, że oba standardy wykorzystuj ą niebieski laser, nie są ze sobą kompatybilne. Na   
jednowarstwowym dysku Blu-ray można zmieścić 27 GB danych. Transfer danych z krążka   
odbywa się z prędkością 36 Mb/s. Dyski Blu-ray występują w trzech wersjach: BD-RE   
(wielokrotnego zapisu), BD-ROM (tylko do odczytu) oraz BD-R (jednokrotnego zapisu). Zapis   
wideo na krążkach BD odbywa się przy użyciu kodowania MPEG-2.

 

 

Format FVD wkracza na rynek   

Azjatyckie Stowarzyszenie Advanced Optical Storage Research Alliance ogosio wprowadzenie   
nowego formatu pyt - FVD (Forward Versatile Disc). Do formatu FVD zostay wączone   
algorytmy kompresji Microsoftu - WMV9 i WMA9, które obciążone są stosunkowo niskimi   
opatami licencyjnymi (0,10 USD), podczas gdy opata za korzystanie z formatu MPEG-4 lub   
H.264 wynosi 0,25 USD, a za MPEG-2 aż 2,5 USD.   
Pyty FVD będą mogy pomieścić 5,4 - 6 GB danych (w wersji jednowarstwowej) lub 9,8-11 GB w   
wersji dwuwarstwowej. Druga generacja nośników będzie oferowaa maksymalną pojemność rzędu   
15-16 GB. Maksymalna rozdzielczość obrazu video to 1280 x 720 pikseli i 1920 x 1080 pikseli dla   
rozwiązań drugiej generacji.   
Pierwsze modele odtwarzaczy FVD mają kosztować ok. 120-150 USD. Aby wypromować nowy   
format poza rynkami azjatyckimi stowarzyszenie Advanced Optical Storage Research Alliance   
planuje zaprezentować urządzenia FVD na wystawie Consumer Electronics Show 2005, która   
odbędzie się w dniach 6-9 stycznia 2005 r. w Las Vegas.   

 
Napędy optyczne przyszości   

Mimo tego, iż standardy HD-DVD i Blue-Ray jeszcze nie zdążyy się na dobre rozpowszechnić i   
nadal zdecydowana większość użytkowników korzysta co najwyżej z popularnych nagrywarek   
DVD, to producenci ciągle szukają nowych sposobów zapisywania danych na nośnikach   
optycznych.   
Jednym z takich najnowszych pomysów jest projekt japoński firmy Pioneer, która opracowaa   
technologię pozwalającą na skadowanie 500 GB na standardowej pycie optycznej! Do tego celu   
zastosowano laser UV, zamiast lasera niebieskiego stosowanego w HD-DVD i Blu-Ray. Laser UV   
charakteryzuje się krótszą wiązką fali niż laser niebieski (dugość fali 70 nanometrów). Szacowany   
transfer w tego typu napędach jest do 20 razy szybszy niż w przypadku napędów korzystających z   
niebieskiego lasera.