Оптический диск

Технология лазерной записи информации на оптические диски появилась на свет задолго до рождения персональных компьютеров и разрабатывалась скорее для специальных музыкальных проигрывателей или для дополнительных телеустройств. По утверждению одного из источников, приоритет в разработке «лазерной» технологии принадлежит советским учёным Александру Прохорову и Николаю Басову — создателям тех самых «холодных» лазеров, которые стали основой различных устройств чтения информации не только в компьютерах, но и во множестве других видов бытовой техники^{[источник не указан 2441 день]} (в 1964 году оба учёных были удостоены Нобелевской премии).Спустя всего лишь четыре года компанией «Philips» был получен уже и первый патент на способ воспроизведения данных с помощью лазерного луча^[1].

На всемирном электротехническом конгрессе в 1977 году Вячеслав Васильевич Петров, учёный в области оптоэлектронного материаловедения, информационных технологий и оптической записи информации, академик АН Украины, впервые в мире, за пять лет до появления первых компакт-дисков, предложил концепцию оптического диска как «единого носителя информации», где обоснованы принципы создания оптико-механических запоминающих устройств^[2], также является главным конструктором первого накопителя информации ЕС5150 для ЭВМ со сменным оптическим диском ёмкостью 2500 Мбайт и принципиально нового первого в мире малогабаритного накопителя с иммерсионной записью на оптических цилиндрах ЕС5153 ёмкостью 200 Мбайт для использования в персональных ЭВМ.

Первым, согласно другому источнику, способ воспроизводить данные с оптических дисков изобрёл в 1958 году американский электроинженер Дэйвид Грегг, запатентовавший его в 1961 году^[3] и, с улучшениями, в 1969-м^[4]. По его словам, идея использовать луч для получения картинки пришла к нему, когда он увидел в магазине фотографию, полученную с помощью новейшего электронного микроскопа^[3]. Способ записи и воспроизведения, описанный в патенте Грегга, является, по сути, самой ранней формой DVD-дисков, и был использован в 1990 году корпорацией «Pioneer» для разработки собственного патента на оптический диск^[5].

Другой американский изобретатель, Джеймс Рассел, считается первооткрывателем способа записи на оптическом носителе цифрового сигнала, который наносился на тонкую металлическую плёнку прожиганием с помощью мощной галогенной лампы. Рассел подал заявку на патент в 1966, патент был выдан ему в 1970. После судебного разбирательства крупнейшие производители оптических дисков, начавшие их массовое производство в начале 1980-х, компании «Sony» и «Philips», были вынуждены заплатить Расселу за соответствующие лицензии, а затем права на патент у него выкупила канадская компания «Optical Recording Corporation»^[6][7][8].

Диски, получаемые по технологиям и Грегга, и Рассела, были гибкими и использовали транспарентный (прозрачный) метод чтения, который имел массу недостатков. В 1969 году, в Голландии, физик-естествоиспытатель из исследовательской лаборатории компании «Philips» Питер Крамер (Pieter Kramer) изобрёл оптический видеодиск с рефлексивным методом чтения, — с подложкой, отражающей сфокусированный лазерный луч. Заявка на патент была собрана в 1972 году, но выдан патент был лишь в 1991-м^[9]. По существу, именно изобретение Крамера стало стандартом для оптических дисков. В 1975 году компании «Philips» и «MCA» приступили к совместной разработке промышленного образца оптического видеодиска. Через три года долгожданный образец был представлен в Атланте под названием «Laserdisc». «MCA» занялось производством дисков, а «Philips» — проигрывающих устройств. Однако, на высококонкурентном рынке товар оказался слишком дорогим и коммерчески неуспешное партнёрство было прекращено.

В Японии и США, до появления DVD-носителей, лидером по производству оптических видеодисков оставалась компания «Pioneer». Распростившись с «MCA», компания «Philips» организовала партнёрство с японской компанией «Sony», совместно с которой в 1979 году приступила к разработке уже не видео, а аудиодиска. Существовавшим на тот момент магнитным носителям заметно не хватало объёма и надёжности хранения аудиозаписей, потенциально они на порядок уступали носителям, произведённым с использованием оптических технологий. Результатом сотрудничества стало изобретение и промышленный выпуск в начале 1980-х аудио-дисков, ставших своеобразным техническим прорывом в области хранения информации, — постепенное развитие этой технологии, с переходом с аналогового на цифровой способ кодировки, вскоре совершенно вытеснили магнитные носители.

В происшедшем развитии технологии производства оптических дисков различают так называемые генерации или поколения, основным признаком которых служит объём информации, доступный для хранения на одном диске, от поколения к поколению увеличивавшийся во много раз. Увеличить объём и улучшить прочие существенные характеристики позволяли новые способы лазерной записи, использующие всё более тонкие материалы.

Исследователи из австралийского университета RMIT и Уханьского технологического института^[en], Китай, разработали радикально новый тип высокопроизводительных оптических дисков большой ёмкости. Один новый диск способен сохранить до 10 ТБ (терабайт) данных и обеспечить сохранность этих данных на протяжении более шести сотен лет. Показатели нового оптического диска в четыре раза превышают информационную ёмкость существующих технологий и в 300 раз — по продолжительности хранения информации^[10].

Первое поколение оптических дисков

• Лазерный диск
• Компакт-диск
• MiniDisc

Второе поколение оптических дисков

• DVD
• Digital Multilayer Disk
• DataPlay
• Fluorescent Multilayer Disc
• GD-ROM
• Universal Media Disc

Третье поколение оптических дисков

• Blu-ray Disc
• HD DVD
• Forward Versatile Disc
• Ultra Density Optical
• Professional Disc for DATA
• Versatile Multilayer Disc

Четвёртое поколение оптических дисков

• Archival Disc
• Holographic Versatile Disc
• SuperRens Disc^[11]
• Optical Disc Archive Advisory Group^[12]

При́вод оптических дисков — электромеханическое устройство для считывания и (в большинстве современных моделей) записи, посредством лазера, информации с оптических дисков в виде пластикового диска с отверстием в центре (компакт-диск, DVD и т. п.). Разработанный компаниями Philips и Sony в конце 1970-х первоначально для чтения компакт-дисков, для абстрагирования от формата и типа диска, в обиходе называется обобщающим названием дисковод, по принципу чтения информации с носителя. Сам по себе оптический привод может быть в виде составляющей конструкции в составе более сложного оборудования (например, бытового DVD-проигрывателя) либо выпускаться в виде независимого устройства со стандартным интерфейсом подключения (PATA, SATA, USB), например, для установки в компьютер.

Существуют следующие типы приводов:

• привод CD-ROM — самый простой вид cd-привода, предназначенный только для чтения cd-дисков.
• привод CD-RW — такой же, как и предыдущий, но способен записывать только на CD-R/RW-диски.
• привод DVD-ROM — предназначение его состоит только в чтении DVD-дисков.
• привод DVD/CD-RW — тот же DVD-ROM, но способный записывать на CD-R/RW-диски (комбо-привод).
• привод DVD-RW — привод, способный не только читать DVD-диски, но и записывать на них.
• привод DVD-RW DL — в отличие от предыдущего типа DVD RW, способен также записывать на двухслойные оптические DVD-носители, отличающиеся от обычных большей ёмкостью.
• привод Blu-Ray (BD-ROM) — усовершенствованная технология оптических носителей, в основе которой лежит использование лазера с длиной волны 405 нм «синего» (в действительности фиолетового) цвета.
• привод BD-RE способен читать/записывать на диски формата Blu-Ray.
• привод HD DVD — это новое поколение оптических дисков, которые предназначены в первую очередь для хранения фильмов высокого разрешения (HDTV). Новый формат носителей позволяет записывать в три раза больший объём данных, по сравнению с DVD. Однослойные HD DVD-диски имеют ёмкость 15 Гб, двухслойные — 30 Гб. Как правило, HD DVD-привод может читать все форматы DVD и CD-дисков.
• привод HD DVD-ROM — привод, читающий диски формата HD DVD. Формат закрыт в феврале 2008 года.
• привод HD DVD/DVD-RW — в отличие от предыдущего, способен записывать на диски таких форматов, как DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW, CD-R, CD-RW.
• привод GD-ROM
• привод UMD.

Конструктивно приводы всех типов дисков довольно схожи. Они содержат:

• шасси (с лотком для загрузки, либо щелевым загрузчиком);
• шпиндельный электродвигатель, служит для приведения диска во вращение с постоянной или переменной линейной скоростью.
• Система оптической головки состоит из самой головки и системы её перемещения:
  • в узле головки размещены лазерный излучатель, на основе инфракрасного лазерного светодиода, система фокусировки, фотоприемник и предварительный усилитель. Система фокусировки представляет собой подвижную линзу, приводимую в движение электромагнитной системой voice coil (звуковая катушка), сделанной по аналогии с подвижной системой громкоговорителя — изменение напряженности магнитного поля вызывают перемещение линзы и фокусировку лазерного луча.
  • система перемещения головки имеет собственный приводной двигатель, приводящий в движение каретку с оптической головкой при помощи зубчатой либо червячной передачи. Для исключения люфта используется соединение с начальным напряжением: при червячной передаче — подпружиненные шарики, при зубчатой — подпружиненные в разные стороны пары шестерней.
• плата электроники, где размещены все управляющие схемы привода, интерфейс с контроллером компьютера, разъемы интерфейса и выхода звукового сигнала.

• Образ оптического диска
• Эмулятор CD и DVD дисководов
• Пакетированный объёмный оптический диск
• Режимы записи оптических дисков
• Региональное кодирование оптических дисков
• Защита от копирования
• Компакт-диск

• Reference Guide for Optical Media Архивная копия от 23 сентября 2015 на Wayback Machine by Terence O’Kelly (Memorex Inc.)
• Taylor, J., Zink, M., Crawford, C. & Armbrust, C. Blu-ray Disc Demystified. McGraw-Hill Education, 2008