A történeti hűséghez tartozik, hogy kezdetben nem szánkózott. A Philips korai CD-játszóiban az analóg lemezjátszókhoz hasonlóan egy kar mozgatta a korong alatt a lézerfejet.

A stabil nyomkövetésre való törekvés vezetett a Philips egysugaras lengőkaros rendszerének kifejlesztéséhez. Az optikai lencseblokk felőli oldalon ellensúllyal állították be a súlyeloszlást és az optikai rendszer mozgatását viszonylag minimális teljesítménnyel. Ezenkívül megkönnyítette a szerkezeti pontosság növelését, és ami talán még fontosabb, lehetővé tette a mozgatások szabályozását egy analóg (!) szervoáramkörrel.

Nemcsak a Philips és az egykor Philips tulajdonban levő Marantz, hanem az Aiwa, az Akai, a Grundig, a JVC, a Kenwood, a Luxman, a NAD, a Nordmende, az Onkyo, a Pioneer, a Saba, a Samsung, a Sansui, a Sanyo, a Scheider, a Sharp, a Siemens, a Technics, a Telefunken, a Toshiba, az Universum márkájú CD játszókba is a Philipstől vásárolt, lengőkaros futóművet szereltek. Sőt, a sorozatban korábban már említett Studer A730-ban szintén Philips CDM3 vagy CDM4 pro mechanika volt, de nem emiatt nem szerettem.

Mi több, a Sony is Philips lengőkarossal kezdte, de persze tartósan nem akart függeni a Philipstől, gyártási jogot se akart tőle vásárolni, ezért a későbbi modelljeiben már saját gyártású, fejlesztésű egységek voltak. A lengőkaros megoldás nem volt elég gyors, a számítógépes CD-ROM meghajtókban nem is használták, viszont bátor emberek még napjainkban is képesek ilyen szerkezeteket javítani.

A másik, és elterjedtebb lézeregység mozgató mechanizmus a Sony által a múlt század ’80-as éveinek végén kifejlesztett radiális változat. Ez a szánkózós.

A lézeregység két vezetősín mentén, a szánmotor által hajtott csigamű segítségével mozog.

A csigaművet később lineáris motor váltotta föl. A lineáris motoros meghajtás fő előnye, hogy az előtoláshoz lényegesen kevesebb súrlódási erőt kell legyőzni, mint a csigamű esetén.

A lineáris motor két mágnesrúdból és egy munkatekercsből áll. A munkatekercsen a szánszervó vezérlőárama folyik át. A kialakuló mágneses térben fellépő erő mozgatja a lézeregységet. A lineáris motoros változat előnye a gyorsaság; a nagypontosságú pozicionálás; a szinte teljesen zajtalan működés; nincsenek mozgó, kopó alkatrészek, fogaskerekek; nincs ebből adódó mechanikai rohadás. Mivel nincs forgás, nincs ebből származó rezonancia, tehát a motor nem rezgeti a lézeregységet, így az olvasási és írási pontosság nagyobb, miközben csökken az áramfelvétel és a zaj. Az egyik legtöbbet tesztelt és magasztalt lineáris motoros CD játszó a Sony X505ES típusa volt.

A lineáris motoros megoldás hátránya a nagy költség és a nagy méret, valamint az, hogy a szervorendszer is drága, mivel bonyolult a vezérlés. A ’90-es évek második felében pénzügyi problémák (magyarán, a gátlástalan profithajhászás) miatt a lineáris motor szép lassan eltűnt a CD játszókból. Ma már az audiofil jószágokban is többnyire az olcsó, műanyag fogasléces megoldásokat használják. A radiális, szánkós mozgatás ugyan kevésbé tartós, mint a lengőkaros, de mivel sokkal fürgébb, ez tette lehetővé a nagyon gyors CD-ROM meghajtók kifejlesztését.

Érdekességképpen megemlítem, hogy a Sonynak volt olyan CD játszója is, amelyben nem a lézeregység szánkózott a lemez alatt, hanem a lemezt tologatta egy motor a lézeregység fölött.

Érdemes egy kicsit visszamenni az alapokig, hogy végre kiderüljön, hogyan is történik a CD olvasása, esetleg írása. A CD lemez 12 cm átmérőjű, 1,2 mm vastag, 1,56-1,64 törésmutatójú műanyag korong, amelynek egyik oldalára tükröző fémréteget visznek fel. Az információt a műanyagba préselt, a fémréteg alatt elhelyezkedő gödrök, (pitek), valamint a köztük levő tükröző részek hordozzák. Ezek a pitek rajzolják ki az egymástól 1,6 μm távolságban, spirális pályán futó sávokat A pitet és környezetét a műanyag rétegen áthaladó, kb.1,  μm átmérőjűre fókuszált lézernyaláb világítja meg, így a visszavert fény intenzitását a pit aljáról és a pit környékéről reflektált sugarak interferenciája határozza meg. A megvilágító fény hullámhossza 680 nm, a pitek mélysége ennek negyedével egyenlő. A CD lézeregység úgy van beállítva, hogy a pitek aljáról és a tükröző felületről visszaverődő sugarak részben kioltják egymást, míg a pitek közötti felületről visszaverődő sugarak esetében nincs kioltás. A lemez forgása közben a fej követi a sávot. A pitek miatti fényingadozást a detektor elektromos jelekké alakítja, amiből megfelelő dekódolás után visszanyerhető az eredeti információ. Az alábbi ábrán a visszaverő réteget kicsit butácskán jelölték, de te tudod, miről van szó: A lézersugár visszaveréséhez legtöbbször alumínium réteget használnak, és a korong tetejét bevonattal védik. A lézerrendszer alulról olvassa vagy írja az adatokat.

De ha már az alapoknál tartunk, mutatok neked valamit, amit biztosan láttál már, ha egy gyári műsoros CD-t a fény felé fordítottál, csak nem tudtad, mi az oka a szép látványnak.

Az atomfizikai laboratóriumokban az atomi átmenetek színképének meghatározásához szuperprizmát használnak, amit diffrakciós rácsnak hívnak. A diffrakciós rács összetevőire bontja a fényt. A CD barázdamenetei között névlegesen 1,6 µm a távolság, ami milliméterenként kb. 625 sávnak felel meg egy laboratóriumi diffrakciós rácsban, vagyis ennyiféle színre tudják vele bontani a fényt. A CD lemez diffrakciós rácsként viselkedik. A Philips korai, egysugaras olvasási technológiájához is diffrakciós rácsot használt, de ezt a módszert nem részletezem, csak egy animációt mutatok róla, mert már régóta nem használják.

Lássuk hát a legelterjedtebb, háromsugaras eljárást! Hasonló ugyan az egysugarashoz, de van néhány, a sávkövetésben és fókuszálásban lényeges különbség.

Itt is lézerdióda állítja elő a fénysugarat, de egy rács rögtön hármat csinál belőle. Mivel a fenti rajzon pont a három sugár nem látszik, amelyik majd fényfoltokat vetít a lemezre, íme, közelebbről:

A rácsról a fény a nyalábosztó prizmán, más néven polarizációs osztókockán keresztül a kollimátor lencsére kerül (lásd a sorozat 484. részét), ami a széttartó sugarat párhuzamosítja, majd egy lencse a párhuzamos fénynyalábot a lemezre fókuszálja. A lemezről visszaverődő és az előbbi lencsén, majd a kollimátoron ismét áthaladó fényt a nyalábosztó prizma a hengerlencsén keresztül a detektorra vetíti, ami a fénysugárból a sugár amplitúdójával arányos elektromos jelet képez. A hengerlencse a fókuszkövetésben játszik szerepet.

A lemeznek mindig a fókuszáló lencse síkjában kell lennie, és a kiolvasó sugárnak mindig a megfelelő sávban kell haladnia. A CD lemez hullámossága miatt a fókuszáló lencse mélységélessége mindössze kb ±2 µm, ezért a fejnek 1 µm-es pontossággal kell követnie a korong mozgását. A lemez excentricitása miatt szükség van a radiális (sáv irányú) követésre, hogy a ±0,1 µm-es pontosságú sávon tartást meg lehessen valósítani. A gyakorlatban nem az egész fej követi a lemez mozgását, csak a sokkal kisebb tömegű (0,1 gramm) fókuszáló lencse. A feladatot csak szabályozott rendszerrel lehet megoldani, mégpedig úgy, hogy a távolságot állandóan mérik, és eltérés esetén ún. optomechatronikai (optikai, mechanikai, elektronikus) rendszerrel korrigálják. Az ezt a célt megvalósító szerkezetet nevezik a szakirodalomban kéttengelyű elemnek. A kéttengelyű elemnél a szabályozásnak olyan gyorsnak kell lennie, hogy a fókuszálás és a sávon tartás a lemez forgása közben se másszon el.

A kéttengelyű elemre két tekercs van rögzítve, amelyek mágneses erőtérben mozognak. A mozgató erőt az állandó mágnesekkel létrehozott mágneses térben elhelyezett tekercsekben folyó áram hozza létre, amivel a fókuszáló lencse fókusz- és sávirányban megfelelő módon pozícionálható.

A kéttengelyű elem csak finomszabályozásra (ez néhányszor 10 μm-es tartományt jelent) alkalmas. A szabályozást a fókusz- illetve a sávszervó végzi. A szervoáramkörök a szabályozójeleket a detektor jeleiből nyerik. A detektornak hat része, szegmense van, amit A,B,C,D,E,F betűkkel jelöltek az alábbi ábrán. A szegmensek érzékelői fotodiódák.

A fókuszkövetés szabályzójelét külföldiül FE-nek (Focus Error) nevezik. Az FE jel előállítása a hatszegmenses detektor középső négy szegmensének felhasználásával történik. A reflektálódott sugár útjába hengerlencsét helyeztek. Ha a CD lemez a fókuszsíkban van, akkor a detektorra eső fényfolt kör alakú, így egyenletesen világítja meg a négy szegmenset.

Ha a lemez nincs a fókuszsíkban, a fényfolt elliptikussá válik. Ha a lemez a fókuszsíkból kimozdulva közeledik a fejhez, akkor a B és a D szegmensek intenzitása nő, az A és a C szegmenseké csökken. Ha viszont a lemez a fókuszsíkból kimozdulva távolodik a fejtől, akkor az A és a C szegmensek intenzitása nő, a B és a D szegmenseké pedig csökken. Ha az FE jelet FE = (A+C)-(B+D) módon képezzük, akkor a lemeznek a fókuszsíkhoz viszonyított helyzetével arányos jelet kapunk.

Mivel a gödrök miatt változó a lemez vastagsága, az ingadozás mérséklésére az FE jelet képező áramkörben van egy 15 ms időállandójú aluláteresztő szűrő.

A fókuszkövetéshez hasonlóan a sávkövetéshez is szükség van egy olyan szabályzó jelre, amely mutatja, hogy a lézersugár a sávon vagy a sáv mellett halad-e. Ez a jel a TE (Track Error) jel, amelynek előállítását az ún. "ikerfoltos" módszerrel valósították meg. Miként erről már volt szó, a lézerdiódából kijövő jel útjába olyan rács került, ami az addigi egyetlen nyalábból három sugarat állít elő. A középső sugár (fősugár) végzi az adatok kiolvasását, a két szélső sugár (segédsugarak) pedig a TE jel előállítását szolgálja.

Ha a fő lézersugár pontosan a sávon tapizik, akkor a két segédsugár képezte mindkét folt intenzitása azonos. Ha a fő lézersugár kis mértékben "lecsúszik" a sávról, akkor az egyik segédfolt a tükröző felületre kerül, intenzitása nő, míg a másik segédfolt a pitekre kerül, intenzitása csökken. Ha a lemezről visszaverődött két segédfoltot a detektor F és E szegmensére vetítjük, a két szegmens intenzitásának különbsége adja a TE jelet: TE = (F-E). A fókusz hibajelhez hasonlóan a TE jelet képező áramkör is tartalmaz egy aluláteresztő szűrőt, amelynek időállandója szintén 15 ms.

A szegmenseket mutató rajzon három kimenet látható. A harmadik kijáratnak HF a neve; ez a hasznos adatjel, erről a sorozat várhatóan következő részében lesz szó.

Most egy olyan rajz következik, amit már láttál a sorozat 484. részében, csak akkor még angol feliratokkal. Annyira jó fej vagyok, hogy lefordítottam magyarra.

Majdnem mindenről szó volt eddig, de mindjárt kiderül, hogy miről mégsem.

A fényforrás egy lézerdióda. Az általa kibocsátott fő sugár egy része a referencia-detektorra jut. Ez egy fotodióda, amit egybeépítettek a lézerdiódával (lásd ismét a sorozat 484. részét). A fotodiódán mindig akkora áramot folyatnak át, hogy a rajta levő feszültség állandó legyen, így az átfolyó áram erősségéből a fotodiódára eső fény mennyiségére lehet következtetni, ugyanis az ellenállása a fény erősségével lineárisan változik. Ezt a detektort használják az egyes CD-funkciókhoz (olvasás, írás, törlés) szükséges lézerdióda-teljesítmények beállítására. A beállítás során megmérik, hogy mekkora áramot kell adott fényteljesítményhez a lézerdiódán fölvenni, és ehhez mekkora áramot kell a fotodiódán átfolyatni.

A fő lézersugár nagy része egy rácson meg keresztül, szétbontva az egyetlen nyalábot háromra. Ezután egy – esetenként hiányzó – polarizáló szűrő következik. A polarizáció a transzverzális hullámok tulajdonsága. Transzverzális az a hullám, amelyben a rezgés a haladás irányára merőleges síkban zajlik. A polarizációval ezt a síkot állítják be.

A térben síkhullámként viselkedő fényről azt mondjuk, hogy lineárisan polarizált. Ha a fény két azonos amplitúdójú síkhullámból áll, amelyek fázisa 90°-ot zár be, akkor a fényt körkörösen polarizáltnak nevezzük. Ha két síkhullám egymással 90°-ot zár be, de az amplitúdójuk különböző, vagy ha a relatív fázis nem 90°, akkor elliptikusan polarizált fényről van szó. A CD esetében csak lineáris és körkörösen polarizált fényt használnak.

A polarizációs osztókocka két, átlósan összeragasztott prizmából áll. A polarizációs osztókocka az egyik irányban lineárisan polarizált nyalábot átengedi, a másik irányban lineárisan polarizációjú fényt pedig 90°-kal eltéríti. Az ábrán az osztókocka után látható, gyorsan, ide-oda forgó tükör a CD lemezre menő, illetve az onnan visszaérkező sugarakat váltogatja, de ez az alkatrész a legtöbb CD játszóból, CD-ROM meghajtóból hiányzik, elég a polarizációs váltás. Ezután a kollimátor lencse, majd egy olyan átlátszó lemez következik, amelyik a lineáris polarizációjú fényt körkörösen polarizálja.

Megpróbáltam megkeresni, hogy mi az oka annak, hogy ez a negyedhullámú lemez megváltoztatja a polarizációt, de mindenhol csak leírják a jelenséget, annak fizikai elemzésével sehol nem találkoztam, igaz, homályosan hivatkoznak a kvantumfizikai sajátosságokra, illetve a Maxwell egyenletekre.

Az biztos, hogy fáziskésleltetésen alapul a cucc, valamilyen kettős prizma. Ha csipázod a matekot, az alábbi linken van egy viszonylag rövid leírás.

https://en.wikipedia.org/wiki/Waveplate

Ám ilyenkor szembesül az ember ismét azzal, hogy még egy ilyen hétköznapi szerkezet megalkotásához, mint amilyen egy digitális optikai rendszer, hányféle tudományág és alkalmazott tudomány szakembereinek kellett együttműködniük. Ráadásul ez a negyedhullámú lemez a CD korongról visszaverődő lézersugarak polarizációját ismét megváltoztatja. A belőle kilépő fénysugár megint lineárisan polarizált lesz, de a lézerdiódából jövő sugárra merőleges polarizációjú.

Ez szellemes trükk, mert a polarizáló osztókocka ilyen módon tudja szétválasztani a CD lemezre menő és az onnan visszavert sugarakat.

Mielőtt azonban a korong felületéről visszaverődnének a fénysugarak, oda is kell érniük. Tehát még átvergődnek a fókuszáló egységen. A visszavert sugarakat a polarizáló osztókocka egy hengerlencsére irányítja, onnan pedig a hat szegmensből álló detektorra jutnak a lézersugarak.

A CD-ROM már fénykorában is lassú jószág volt, ezért a CD-ROM meghajtókat gyártók igyekeztek az olvasás és írás sebességét növelni általában úgy, hogy a fordulatszámot emelték. Más megoldást választott a Zen Research nevű cég. Az eljárást TrueX névre keresztelték, és a Kenwood használta 1988-tól. Először 40-szeres, majd 50-szeres, végül 72-szeres sebességgel olvasó meghajtót készített vele. A lényege az volt, hogy egyetlen fő lézersugár helyett hetet használt, ezekkel hét egymás melletti sávot tapizott le, amit hét négyszegmenses detektor egység egyszerre dolgozott föl. Sávkövető melléksugárból csak kettő volt, az egyik a hét sáv legkülső, a másik a legbelső sáv mellett figyelt, abból kiindulva, hogy az egymás melletti barázdamenetek között a sávkövetés szempontjából nincs eltérés. Az egyes funkciók megvalósításához a Zen alkalmazásspecifikus IC-t (ASIC) gyártott. amely szinkronizáló digitális fáziszárt hurkot (DPLL), digitális processzort, szervomotoros vezérlőt, párhuzamos-soros átalakítót, adatdekódolót, hibaészlelőt és -javítót és illesztőegységet tartalmazott a PATA (lásd a sorozat 447. részét) csatlakoztatáshoz.

A fenti ábra nem jelez különösebb újdonságot. A rács egy sugárból hetet csinál, amely egy ide-odaforgó tükörrel váltja a CD lemez felé tartó sugarakat és a visszaverteket. Prizmák nincsenek.

A kor szokásához hűen a CD-ROM meghajtón füles csatlakozó és hangerőszabályzó is volt. A korabeli tesztek szerint elsősorban a gyári, préselt CD-ket szerette, de azokat nagyon; a CD-RW-kkel nehezen boldogult. A Kenwood azt tervezte, hogy a TrueX technológiát DVD és Blu-ray meghajtók gyártásához is használni fogja, ám ebből semmi nem lett.

A korai CD játszókhoz képest napjaink CD, DVD és Blu-ray játszóinak, meghajtóinak lézeregysége sokkal kisebb. Ennek az az oka, hogy ún. holografikus optikai elemeket (rácsokat, lencséket) és összetett, integrált áramköröket használnak benne, aminek következtében sokkal kevesebb és parányibb alkatrészekre van szükség, ám a működési elvek ugyanazok maradtak.

A fenti képen és az alábbi fotón látható „költségcsökkentett” egység hosszúsága 31 mm, a tömege 12 g.

A következő CD, DVD, Blu-ray optikai blokk 75 mm hosszú és 31 g tömegű. Pedig ez se mai gyerek, egy PlayStation 3-ból mentették ki.