 Le Compact Disc – La
lecture |
| Le Compact Disc – La
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Merci à Jean Pierre Laugier (Laboratoire de microscopie à la Faculté de science de Nice) pour ses services. |
Compte tenu de l’exposé de Vincent, on comprend que le principe de lecture des informations enregistrées sur un disque compact va consister à mesurer les variations d‘intensité de la lumière réfléchie par le disque. On est en droit de se demander pourquoi un faisceau laser a été utilisé d’autant plus que les diodes LASER restent coûteuses.
En fait un tel choix est simple, le coefficient de réflexion du disque est très faible et pour générer une information exploitable au niveau des cellules photoélectriques, il faut arriver au niveau d’éclairement assez effarant de près d’un kW par mm². Seul un faisceau LASER qui est comme chacun le sait un faisceau de lumière cohérente est capable d’arriver à un tel niveau d’énergie.
Le faisceau émis par la diode Laser traverse un réseau diffracteur sur lequel nous reviendrons dans un instant. Il passe ensuite au travers d’un prisme semi-réflechissant puis au travers de diverses lentilles destinées à focaliser le faisceau aussi précisément que possible sur le disque. La lumière réfléchie contenant donc l’information à lire suit un chemin exactement inverse jusqu’au niveau duprisme où elle est alors déviée vers les cellules photoélectriques de lecture.
En théorie ça marche mais dans la pratique c’est bien plus difficile à obtenir.
En effet pour que la focalisation du faisceau sur le disque soit parfaite, il faudrait que la distance entre ce dernier et la lentille frontale de la tête de lecture ne varie pas plus de 2 microns, ce qui est évidemment impossible à obtenir, tant en raison de la mécanique d’entraînement du disque que du fait des inévitables déformations de la matière plastique dont il est fait.
En outre pour que le faisceau Laser suive avec précision la piste qui est séparée de sa voisine de seulement 1.6 microns rappelons-le, il faudrait que l’excentricité du disque soit inférieure à 0.8 microns ce qui est également impossible à obtenir.
Un certain nombre d’asservissements doivent donc être mis en jeu pour corriger cela.
Le premier asservissement est celui de focalisation qui fait appel à un principe bien connu et à peine modifié : celui de la bobine mobile de haut-parleur. En effet, la lentille frontale de la tête de lecture est rendue solidaire d’un bloc aimanté qui est lui-même placé au centre d’une bobine, il est ainsi possible de faire déplacer la lentille d’avant en arrière et donc de faire varier la focalisation.
Cette tension de commande de la bobine doit évidemment être générée par une circuiterie capable de se rendre compte de l’état de la focalisation puisque c’est justement ce paramètre que l’on cherche à ajuster. Pour cela, il faut savoir que ce n’est pas une simple cellule photoélectrique qui analyse la lumière réfléchie par le disque mais un bloc de cellules découpées en 4 secteurs.
Le principe de l’asservissement de focalisation est alors le suivant. Si le faisceau est bien focalisé, son image forme un cercle sur la cellule centrale et les 4 secteurs reçoivent alors le même éclairement. La tension d’erreur délivrée est nulle.
Si le faisceau est mal focalisé, son image est une ellipse dont la position du grand axe est variable. Les 4 secteurs de la cellule centrale ne reçoivent alors plus le même éclairement et délivrent une tension d’erreur dont la valeur et la polarité dépendent du type d’erreur de focalisation.
Nous avons dit que, comme la lecture du disque devait se faire à vitesse linéaire constante, la vitesse de rotation du disque devait être variable au fur et à mesure du déplacement de la tête à sa surface. Pour que cela fonctionne correctement, il est fait appel à un deuxième asservissement.
Il est relativement facile d’extraire des données numériques enregistrées sur le disque une dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de lecture de ces données. La fréquence de cette horloge est alors comparée à celle d’une horloge de référence pilotée par quartz et la tension d’erreur résultante est après filtrage et amplification, utilisé pour piloter la vitesse du moteur d’entraînement du disque.
On réalise en fait une boucle à verrouillage de phase incluant le disque et son moteur dans la boucle. Ainsi, la vitesse de rotation varie de façon parfaitement automatique d’un bout à l’autre du disque.
Juste après la diode Laser se trouve un réseau diffracteur qui va créer 2 rayons parasites et de chaque coté du faisceau de lecture.Ces faisceaux ne vont donc pas balayer la piste elle-même mais de part et d’autre de la piste.
Les faisceaux réfléchis sont eux recueillis par 2 autres cellules E et F.
Si le faisceau principal est bien centré sur la piste, les 2 cellules E et F reçoivent la même quantité de lumière due aux 2 faisceaux parasites et aucune tension d’erreur n’est générée. Si le faisceau principal s’écarte d’un côté ou de l’autre de la piste, la quantité de lumière reçue par les cellules E et F devient différente, ce qui conduit à la génération d’une tension d’erreur d’amplitude et de polarité adaptées.
La tension d’erreur de focalisation agit bien évidemment, après traitement par une circuiterie adéquate, sur la bobine mobile que nous avons vue précédemment, la tension d’erreur de suivi de piste quant à elle agit sur le moteur de déplacement de la tête afin de maintenir cette position correcte.
| Spécificités du lecteur | |
| Capacités | Disque de 630MB |
| Taux de transfert | 600 KB/sec en mode 4X |
| 150 KB/sec en mode 1X | |
| Temps d’accès | 250 ms en moyenne |
| Vitesse angulaire | 800 à 2120 tours/min en mode 4X |
| 200 à 530 tours/min en mode 1X | |
| Interface | IDE (ATAPI rev. 1.2) |
| Tampon mémoire | 256 KBytes |
| Taux d’erreur | < 10-12 |
| Alimentation | 0.5A sous 5V DC |
| 1.0A sous 12V DC | |
Ce lecteur est avant tout un lecteur de CD Audio, dans ce mode la vitesse de rotation du disque varie du centre à la périphérie de 530 à 200 tours / minute pour garder une vitesse linéaire constante.
Mais en usage informatique le débit induit par cette vitesse de rotation (150 Ko/s) n’est pas suffisant, c’est pourquoi notre lecteur est 4X, c’est à dire que quelque soit la position radiale de la tête de lecture il est 4 fois plus rapide que l’est un lecteur de CD Audio, il tourne donc 2120 tours / minute lorsque la tête de lecture est au centre et à 800 tours / minute lorsque cette dernière est sur la périphérie.
La rotation du disque est confiée à un moteur à courant continu dont le rotor est un aimant circulaire, ceci pour alléger la partie en rotation et pour éviter les problèmes dus aux balais.
Pour le moteur de la translation de la tête de lecture c’est un moteur à courant continu qui à été retenu, si on conservait la même réduction mais en utilisant un moteur pas à pas - comme c’est le cas pour un lecteur de disquette ou de disque dur – il faudrait que le pas du moteur soit de 0,31° ce qui est évidemment très difficile à obtenir. Si on ne peut donc pas obtenir une telle précision avec un simple moteur électrique c’est au niveau de la suspension de la tête de lecture qu’une solution est mise en œuvre : de la même manière que la bobine est mobile en hauteur elle peut se translater très perpendiculairement au sillon.
Les lecteurs les plus récents sont capables d’aller à 20 fois la vitesse d’un lecteur audio, pour éviter les problèmes dus à l’asservissement de vitesse, on fait tourner le CD à vitesse angulaire constante ce qui implique une vitesse linéaire qui varie : elle accélère lorsque l’on se rapproche de la périphérie.
D’autres systèmes existent où le moteur à courant continu et la glissière sont remplacés par un système où la tête de lecture est montée sur un rail magnétique, la translation étant donc entièrement gérée magnétiquement.
Dossier réalisé par Baptiste Vial