Optische Disk - Optical disc

Die optische Linse eines CD- Laufwerks .
Die Unterseite einer 12 cm Compact Disc ( CD-R ) zeigt charakteristisches Schillern .
LaserCard von Drexler Technology Corporation.

In der Computer- und optischen Plattenaufzeichnungstechnologie ist eine optische Platte ( OD ) eine flache, normalerweise runde Platte, die binäre Daten ( Bits ) in Form von Pits codiert und auf einem speziellen Material, oft Aluminium , auf einer ihrer flachen Oberflächen landet . Seine wichtigsten Anwendungen sind physische Offline - Datenverteilung und Langzeitarchivierung . Änderungen von Grube zu Land oder von Land zu Grube entsprechen einem binären Wert von 1; während keine Änderung, unabhängig davon, ob in einem Land- oder einem Pit-Bereich, einem binären Wert von entspricht 0.

Nicht runde optische Platten existieren für Modezwecke; siehe Shaped Compact Disc .

Design und Technologie

Das Codiermaterial sitzt auf einem dickeren Substrat (normalerweise Polycarbonat ), das den Großteil der Disc ausmacht und eine Staub-Defokussierungsschicht bildet. Das Codiermuster folgt einem kontinuierlichen spiralförmigen Pfad, der die gesamte Plattenoberfläche bedeckt und sich von der innersten Spur zur äußersten Spur erstreckt.

Die Daten werden mit einer Laser- oder Prägemaschine auf der Disc gespeichert und können abgerufen werden, wenn der Datenpfad mit einer Laserdiode in einem optischen Disc-Laufwerk beleuchtet wird , das die Disc mit Geschwindigkeiten von etwa 200 bis 4.000 U / min oder mehr dreht , je nach der Laufwerkstyp, das Diskformat und der Abstand des Lesekopfes von der Mitte der Disk (äußere Spuren werden aufgrund höherer Lineargeschwindigkeiten bei gleichen Winkelgeschwindigkeiten mit einer höheren Datengeschwindigkeit gelesen ).

Die meisten optischen Platten zeigen ein charakteristisches Schillern als Ergebnis des durch ihre Rillen gebildeten Beugungsgitters . Diese Seite der Disc enthält die eigentlichen Daten und ist typischerweise mit einem transparenten Material, meist Lack, beschichtet .

Auf der Rückseite einer optischen Platte befindet sich normalerweise ein gedrucktes Etikett, das manchmal aus Papier besteht, aber oft auf die Platte selbst gedruckt oder gestempelt ist. Anders als die 3 12 Zoll Diskette haben die meisten optischen Discs kein integriertes Schutzgehäuse und sind daher anfällig für Datenübertragungsprobleme aufgrund von Kratzern, Fingerabdrücken und anderen Umweltproblemen. Blu-rays haben eine Beschichtung namens Durabis , die diese Probleme mildert.

Optische Disks haben normalerweise einen Durchmesser zwischen 7,6 und 30 cm (3 bis 12 Zoll), wobei 12 cm (4,75 Zoll) die gängigste Größe ist. Der sogenannte Programmbereich , der die Daten enthält, beginnt in der Regel 25 Millimeter vom Mittelpunkt entfernt. Eine typische Disc ist etwa 1,2 mm (0,05 Zoll) dick, während der Spurabstand (Abstand von der Mitte einer Spur zur Mitte der nächsten) von 1,6 µm (für CDs ) bis 320 nm (für Blu-ray-Discs ) reicht. .

Aufnahmearten

Eine optische Disk unterstützt einen von drei Aufnahmetypen: nur lesbar (zB: CD und CD-ROM ), beschreibbar (einmal beschreibbar, zB CD-R ) oder wiederbeschreibbar (wiederbeschreibbar, zB CD-RW ) . Einmal beschreibbare optische Disks weisen üblicherweise eine organische Farbstoff (kann auch ein ( Phthalocyanin ) -Azo-Farbstoff , hauptsächlich verwendet von Verbatim , oder ein Oxonol-Farbstoff, verwendet von Fujifilm sein ) zwischen dem Substrat und der reflektierenden Schicht auf. Wiederbeschreibbare Platten enthalten typischerweise eine Aufzeichnungsschicht aus einer Legierung , die aus einem Phasenwechselmaterial besteht , meistens AgInSbTe , einer Legierung aus Silber , Indium , Antimon und Tellur . Azofarbstoffe wurden 1996 eingeführt und Phthalocyanin wurde erst 2002 weit verbreitet. Die Art des Farbstoffs und das Material, das auf der reflektierenden Schicht einer optischen Platte verwendet wird, können durch Durchstrahlen der Platte mit Licht bestimmt werden, da verschiedene Farbstoff- und Materialkombinationen verschiedene Farben haben.

Beschreibbare Blu-ray- Discs verwenden normalerweise keine Aufzeichnungsschicht mit organischem Farbstoff, sondern verwenden stattdessen eine anorganische Aufzeichnungsschicht. Diejenigen, die dies tun, werden als Low-to-High (LTH)-Discs bezeichnet und können in bestehenden CD- und DVD-Produktionslinien hergestellt werden, sind jedoch von geringerer Qualität als herkömmliche beschreibbare Blu-ray-Discs.

Verwendungszweck

Optische Discs werden oft in speziellen Hüllen aufbewahrt, die manchmal als Jewel Cases bezeichnet werden, und werden am häufigsten für die digitale Konservierung verwendet , zum Speichern von Musik (z. B. zur Verwendung in einem CD-Player ), Videos (z. B. zur Verwendung in einem Blu-ray- Player) oder Daten und Programmen für Personal Computer (PC) sowie Offline - Datenverteilung in Papierform aufgrund niedrigerer Stückpreise als bei anderen Medientypen. Die Optical Storage Technology Association (OSTA) förderte standardisierte optische Speicherformate .

Bibliotheken und Archive führen Verfahren zur Aufbewahrung optischer Medien durch , um die kontinuierliche Nutzbarkeit des optischen Laufwerks des Computers oder des entsprechenden Disc-Players zu gewährleisten.

Dateivorgänge von herkömmlichen Massenspeichern wie Flash-Laufwerken , Speicherkarten und Festplatten können mit einem UDF- Live-Dateisystem simuliert werden .

Für die Datensicherung von Computern und die physische Datenübertragung werden optische Datenträger wie CDs und DVDs nach und nach durch schnellere, kleinere Solid-State-Geräte, insbesondere das USB-Flash-Laufwerk, ersetzt . Dieser Trend wird sich voraussichtlich fortsetzen, da die Kapazität von USB-Flash-Laufwerken weiter steigt und der Preis sinkt.

Darüber hinaus haben über das Internet gekaufte, geteilte oder gestreamte Musik, Filme, Spiele, Software und Fernsehsendungen die Zahl der jährlich verkauften Audio-CDs, Video-DVDs und Blu-ray-Discs erheblich reduziert. Dennoch werden Audio-CDs und Blu-rays immer noch bevorzugt und von einigen gekauft, um ihre Lieblingswerke zu unterstützen und im Gegenzug etwas Greifbares zu erhalten, und auch, da Audio-CDs (neben Schallplatten und Kassetten ) unkomprimiertes Audio ohne die eingeführten Artefakte enthalten durch verlustbehaftete Komprimierungsalgorithmen wie MP3 und Blu-rays bieten aufgrund höherer Bitraten und mehr verfügbarem Speicherplatz eine bessere Bild- und Tonqualität als Streaming-Medien, ohne sichtbare Komprimierungsartefakte. Allerdings Blu-rays manchmal sein kann torrented über das Internet, aber torrenting kann keine Option für einige, aufgrund von Beschränkungen an , die von ISPs auf rechtliche oder urheberrechtlichen Gründen, niedrige Download - Geschwindigkeiten oder nicht genug Speicherplatz hat, da die Inhalte können bis zu mehreren Dutzend Gigabyte wiegen. Blu-rays sind möglicherweise die einzige Option für diejenigen, die große Spiele spielen möchten, ohne sie über eine unzuverlässige oder langsame Internetverbindung herunterladen zu müssen. Aus diesem Grund werden sie (Stand 2020) immer noch häufig von Spielekonsolen wie der PlayStation verwendet 4 und Xbox One X . Ab 2020 ist es ungewöhnlich, dass PC-Spiele in einem physischen Format wie Blu-ray verfügbar sind.

Discs sollten keine Aufkleber haben und nicht zusammen mit Papier aufbewahrt werden; Papiere müssen vor der Lagerung aus dem Jewel-Case entfernt werden. Um Kratzer zu vermeiden, sollten Discs an den Rändern angefasst werden, wobei der Daumen am inneren Rand der Disc liegt. Der ISO-Standard 18938:2008 befasst sich mit den besten Handhabungstechniken für optische Disks. Die Reinigung optischer Discs sollte niemals in einem kreisförmigen Muster erfolgen, um zu vermeiden, dass sich konzentrische Kreise auf der Disc bilden. Eine unsachgemäße Reinigung kann die Disc zerkratzen. Beschreibbare Discs sollten nicht über einen längeren Zeitraum dem Licht ausgesetzt werden. Optische Disks sollten trocken und kühl gelagert werden, um die Lebensdauer zu verlängern, bei Temperaturen zwischen -10 und 23 °C, niemals über 32 °C und einer Luftfeuchtigkeit von nie unter 10 %, mit empfohlener Lagerung bei 20 bis 50 % Luftfeuchtigkeit ohne Schwankungen von mehr als ±10%.

Haltbarkeit

Obwohl optische Disks haltbarer sind als frühere audiovisuelle und Datenspeicherformate, sind sie bei unsachgemäßer Handhabung anfällig für Umweltschäden und Schäden durch den täglichen Gebrauch.

Optische Discs sind nicht anfällig für unkontrollierbare katastrophale Ausfälle wie Headcrashs , Stromstöße oder Wassereinwirkung wie Festplatten und Flash-Speicher , da die Speichercontroller optischer Laufwerke nicht wie bei Festplatten und Flash-Speicher an optische Discs selbst gebunden sind Controller , und eine Disc lässt sich normalerweise von einem defekten optischen Laufwerk wiederherstellen, indem man eine unscharfe Nadel in das Notauswurf-Pinhole stößt, und hat keinen Punkt des unmittelbaren Eindringens von Wasser und keine integrierte Schaltung.

Sicherheit

Da auf das Medium selbst nur über einen Laserstrahl zugegriffen wird, keine internen Kontrollschaltkreise, kann es keine bösartige Hardware wie sogenannte Rubber-Duckies oder USB-Killer enthalten .

Malware kann sich nicht über werkseitig gepresste Medien, finalisierte Medien oder -ROM-Laufwerke ( Read Only Memory ) verbreiten, deren Laser nicht die Kraft haben, Daten zu schreiben. Malware wird herkömmlicherweise so programmiert, dass sie herkömmliche Massenspeichergeräte wie Flash-Laufwerke , externe Solid-State-Laufwerke und Festplatten erkennt und über sie verbreitet .

Geschichte

Eine frühere analoge optische Disc, die 1935 für Lichttonorgel (Sampling-Orgel) aufgenommen wurde

Die erste aufgezeichnete historische Verwendung einer optischen Scheibe war im Jahr 1884, als Alexander Graham Bell , Chichester Bell und Charles Sumner Tainter mit einem Lichtstrahl Ton auf einer Glasscheibe aufzeichneten.

Optophonie ist ein sehr frühes (1931) Beispiel für ein Aufnahmegerät, das Licht sowohl für die Aufnahme als auch für die Wiedergabe von Tonsignalen auf einem transparenten Foto verwendet.

Ein frühes optisches Plattensystem existierte 1935 mit dem Namen Lichttonorgel .

Eine frühe analoge optische Platte, die für die Videoaufzeichnung verwendet wurde, wurde 1958 von David Paul Gregg erfunden und 1961 und 1969 in den USA patentiert. Diese Form der optischen Platte war eine sehr frühe Form der DVD ( US-Patent 3,430,966 ). Es ist von besonderem Interesse, dass das US-Patent 4,893,297 , eingereicht 1989, erteilt 1990, Lizenzeinnahmen für die DVA der Pioneer Corporation bis 2007 generierte – dann umfasste das CD-, DVD- und Blu-ray-System. In den frühen 1960er Jahren kaufte die Music Corporation of America Greggs Patente und seine Firma Gauss Electrophysics .

Dem amerikanischen Erfinder James T. Russell wird die Erfindung des ersten Systems zugeschrieben, das ein digitales Signal auf einer optisch transparenten Folie aufzeichnet, die von hinten von einer Hochleistungs-Halogenlampe beleuchtet wird. Russells Patentanmeldung wurde erstmals 1966 eingereicht und 1970 wurde ihm ein Patent erteilt. Nach einem Rechtsstreit lizenzierten Sony und Philips in den 1980er Jahren Russells Patente (damals im Besitz der kanadischen Firma Optical Recording Corp.).

Sowohl Greggs als auch Russells Discs sind Disketten, die im transparenten Modus gelesen werden, was ernsthafte Nachteile mit sich bringt. In den Niederlanden im Jahr 1969, Philips Forschungs Physiker erfunden, Pieter Kramer eine optische Bildplatte in reflektiven Modus mit einer Schutzschicht zu lesen durch einen fokussierten Laser- Strahl US - Patent 5,068,846 , eingereicht 1972, herausgegeben 1991 von Kramer physisches Format in allen optischen Discs verwendet wird. 1975 begannen Philips und MCA zusammenzuarbeiten und präsentierten 1978, kommerziell viel zu spät, ihre lang erwartete Laserdisc in Atlanta . MCA lieferte die Discs und Philips die Player. Die Präsentation war jedoch ein kommerzieller Misserfolg und die Zusammenarbeit endete.

In Japan und den USA war Pioneer mit der Laserdisc bis zum Aufkommen der DVD erfolgreich. 1979 entwickelten Philips und Sony im Konsortium erfolgreich die Audio-CD .

1979 baute Exxon STAR Systems in Pasadena, CA, ein computergesteuertes WORM-Laufwerk, das Dünnfilmbeschichtungen aus Tellur und Selen auf einer Glasscheibe mit einem Durchmesser von 12" verwendete. Das Aufnahmesystem verwendete blaues Licht bei 457 nm zur Aufzeichnung und rotes Licht bei 632,8 nm STAR Systems wurde 1981 von Storage Technology Corporation (STC) gekauft und zog nach Boulder, CO. Die Entwicklung der WORM-Technologie wurde unter Verwendung von Aluminiumsubstraten mit 14" Durchmesser fortgesetzt. Betatests der Diskettenlaufwerke, die ursprünglich als Laser Storage Drive 2000 (LSD-2000) bezeichnet wurden, waren nur mäßig erfolgreich. Viele der Disketten wurden an RCA Laboratories (jetzt David Sarnoff Research Center) versandt, um sie bei den Archivierungsbemühungen der Library of Congress zu verwenden. Die STC-Platten verwendeten eine versiegelte Kassette mit einem optischen Fenster zum Schutz des US-Patents 4,542,495 .

Das CD-ROM- Format wurde von Sony und Philips entwickelt , 1984 als Erweiterung von Compact Disc Digital Audio eingeführt und für jede Form digitaler Daten angepasst. Im selben Jahr demonstrierte Sony ein LaserDisc -Datenspeicherformat mit einer größeren Datenkapazität von 3,28 GB.

In den späten 1980er und frühen 1990er Jahren baute Optex, Inc. aus Rockville, MD, ein löschbares optisches digitales Videoplattensystem US-Patent 5,113,387 unter Verwendung von Elektroneneinfang-optischen Medien (ETOM) US-Patent 5,128,849 . Obwohl diese Technologie in der Dezember-Ausgabe 1994 des Video Pro Magazine beschrieben wurde, die "den Tod des Bandes" versprach, wurde sie nie vermarktet.

Mitte der 1990er Jahre entwickelte ein Konsortium von Herstellern (Sony, Philips, Toshiba , Panasonic ) die zweite Generation der Optical Disc, die DVD .

Magnetplatten fanden beim Speichern großer Datenmengen begrenzte Anwendungen. Es bestand also die Notwendigkeit, weitere Techniken zur Datenspeicherung zu finden. Als Ergebnis wurde herausgefunden, dass unter Verwendung optischer Mittel große Datenspeichervorrichtungen hergestellt werden können, die wiederum zu den optischen Platten führten. Die allererste Anwendung dieser Art war die Compact Disc (CD), die in Audiosystemen verwendet wurde.

Mitte der 1980er Jahre entwickelten Sony und Philips die erste Generation der CDs mit den vollständigen Spezifikationen für diese Geräte. Mit Hilfe dieser Art von Technologie wurde die Möglichkeit der Darstellung des analogen Signals in ein digitales Signal in hohem Maße ausgeschöpft. Zu diesem Zweck wurden die 16-Bit-Abtastungen des analogen Signals mit einer Rate von 44.100 Abtastungen pro Sekunde genommen . Diese Abtastrate basierte auf der Nyquist-Rate von 40.000 Abtastungen pro Sekunde, die erforderlich ist, um den hörbaren Frequenzbereich bis 20 kHz ohne Aliasing zu erfassen, mit einer zusätzlichen Toleranz, um die Verwendung von weniger als perfekten analogen Audio-Vorfiltern zu ermöglichen, um höhere zu entfernen Frequenzen. Die erste Version des Standards erlaubte bis zu 75 Minuten Musik, was 650 MB Speicherplatz erforderte.

Die DVD erschien, nachdem sich die CD-ROM in der Gesellschaft verbreitet hatte.

Die optische Disc der dritten Generation wurde in den Jahren 2000-2006 entwickelt und als Blu-ray Disc eingeführt. Die ersten Filme auf Blu-ray-Discs wurden im Juni 2006 veröffentlicht. Blu-ray setzte sich schließlich in einem Kampf um hochauflösende optische Disc-Formate gegen ein konkurrierendes Format, die HD DVD, durch . Eine Standard-Blu-ray-Disc kann ca. 25 GB Daten aufnehmen, eine DVD ca. 4,7 GB und eine CD ca. 700 MB.

Vergleich verschiedener optischer Speichermedien

Erste Generation

Von Anfang an wurden optische Discs verwendet, um analoges Video in Sendequalität und später digitale Medien wie Musik oder Computersoftware zu speichern. Das LaserDisc- Format speicherte analoge Videosignale für die Verteilung von Heimvideos , ging jedoch kommerziell für das VHS- Videokassettenformat verloren , hauptsächlich aufgrund seiner hohen Kosten und seiner Nicht-Wiederaufnahmefähigkeit; andere Disc-Formate der ersten Generation wurden nur zum Speichern digitaler Daten entwickelt und waren anfangs nicht als digitales Videomedium geeignet .

Die meisten Disc-Geräte der ersten Generation hatten einen Infrarot-Laser-Lesekopf. Die minimale Größe des Laserspots ist proportional zur Wellenlänge des Lasers, daher ist die Wellenlänge ein begrenzender Faktor für die Informationsmenge, die in einem bestimmten physikalischen Bereich auf der Disc gespeichert werden kann. Der Infrarotbereich liegt jenseits des langwelligen Endes des sichtbaren Lichtspektrums und unterstützt daher eine geringere Dichte als sichtbares Licht mit kürzerer Wellenlänge. Ein Beispiel für eine hochdichte Datenspeicherkapazität, die mit einem Infrarotlaser erreicht wird, sind 700 MB Nettonutzerdaten für eine 12-cm-CD.

Andere Faktoren, die die Datenspeicherdichte beeinflussen, sind: das Vorhandensein mehrerer Datenschichten auf der Disc, die Rotationsmethode ( Konstante Lineargeschwindigkeit (CLV), Konstante Winkelgeschwindigkeit (CAV) oder Zonen-CAV), die Zusammensetzung von Lands und Pits, und wie viel Spielraum ungenutzt ist, befindet sich in der Mitte und am Rand der Disc.

Zweite Generation

Optische Platten der zweiten Generation dienten zum Speichern großer Datenmengen, einschließlich digitaler Videos in Sendequalität. Solche Discs werden normalerweise mit einem Laser mit sichtbarem Licht (normalerweise rot) gelesen; die kürzere Wellenlänge und die größere numerische Apertur ermöglichen einen schmaleren Lichtstrahl, was kleinere Pits und Lands in der Platte ermöglicht. Im DVD-Format ermöglicht dies 4,7 GB Speicher auf einer standardmäßigen 12 cm großen, einseitigen Single-Layer-Disc; alternativ können kleinere Medien, wie das DataPlay- Format, eine Kapazität haben, die mit der der größeren 12-cm-Standard-Compact-Disc vergleichbar ist.

Dritte Generation

Optische Platten der dritten Generation werden zum Verteilen von hochauflösenden Videos und Videospielen verwendet und unterstützen größere Datenspeicherkapazitäten, die mit Lasern für sichtbares Licht mit kurzer Wellenlänge und größeren numerischen Aperturen erreicht werden. Blu-ray-Discs und HD-DVDs verwenden blau-violette Laser und Fokussieroptiken mit größerer Apertur zur Verwendung mit Discs mit kleineren Pits und Lands, wodurch eine größere Datenspeicherkapazität pro Schicht erreicht wird. In der Praxis wird die effektive Multimedia - Präsentation Kapazität mit verbessertem Video verbesserte Datenkomprimierung Codecs wie H.264 / MPEG-4 AVC und VC-1 .

Angekündigt, aber nicht veröffentlicht:

Vierte Generation

Die folgenden Formate gehen über die aktuellen Discs der dritten Generation hinaus und haben das Potenzial, mehr als ein Terabyte (1 TB ) an Daten zu speichern, und zumindest einige sind für die kalte Datenspeicherung in Rechenzentren gedacht :

Angekündigt, aber nicht veröffentlicht:

Übersicht der Optiktypen

Name Kapazität Experimental Jahre
LaserDisc (LD) 0,3 GB 1971–2001
Write Once Read Many Disk (WORM) 0,2–6,0 GB 1979–1984
Compact-Disc (CD) 0,7–0,9 GB 1982–heute
Optischer Elektroneneinfangspeicher (ETOM) 6,0–12,0 GB 1987–1996
MiniDisc (MD) 0,14–1,0 GB 1989–heute
Magneto-optische Disk (MOD) 0,1–16,7 GB 1990–heute
Digitale vielseitige Disc (DVD) 4,7–17 GB 1995–heute
LIMDOW (Laser Intensity Modulation Direct OverWrite) 2,6 GB 10 GB 1996–heute
GD-ROM 1,2 GB 1997–heute
Fluoreszierende Mehrschichtscheibe 50–140 GB 1998-2003
Vielseitige Multilayer-Disc (VMD) 5–20 GB 100 GB 1999-2010
Hyper-CD-ROM 1 PB 100 EB 1999?-?
DataPlay 500 MB 1999-2006
Ultra Density Optical (UDO) 30–60 GB 2000–heute
FVD (FVD) 5,4–15 GB 2001–heute
Enhanced Versatile Disc (EVD) DVD 2002-2004
HD-DVD 15–51 GB 1 TB 2002-2008
Blu-ray-Disc (BD) 25 GB
50 GB
100 GB ( BDXL )
128 GB ( BDXL )
1 TB 2002-heute
2010-heute (BDXL)
Professionelle Disk für Daten (PDD) 23 GB 2003-2006
Professionelle Disc 23–128 GB 2003–heute
Digitale Multilayer-Festplatte 22-32 GB 2004–2007
Multiplexierte optische Datenspeicherung (MODS-Disc) 250 GB–1 TB 2004–heute
Universal-Media-Disc (UMD) 0,9–1,8 GB 2004–2014
Holographische Vielseitige Scheibe (HVD) 6,0 TB 2004–2012
Proteinbeschichtete Scheibe  [ es ] (PCD) 50 TB 2005–2006
M-DISC 4,7 GB (DVD-Format)
25 GB (Blu-ray-Format)
50 GB (Blu-ray-Format)
100 GB ( BDXL- Format)
2009–heute
Archiv-Disc 0,3-1 TB 2014–heute
Ultra-HD-Blu-ray 50 GB
66 GB
100 GB
2015–heute
Anmerkungen
  1. ^ Prototypen und theoretische Werte.
  2. ^ Jahre vom (bekannten) Entwicklungsbeginn bis zum Verkaufs- bzw. Entwicklungsende.

Beschreibbare und beschreibbare optische Discs

Es gibt zahlreiche Formate von optischen Direct-to-Disk-Aufzeichnungsgeräten auf dem Markt, die alle auf der Verwendung eines Lasers basieren, um das Reflexionsvermögen des digitalen Aufzeichnungsmediums zu ändern , um die Auswirkungen der Pits und Lands zu duplizieren, die bei einer kommerziellen optischen Disc entstehen wird gedrückt. Formate wie CD-R und DVD-R sind " Write Once Read Many " oder Write-Once, während CD-RW und DVD-RW wiederbeschreibbar sind, eher wie ein magnetisches Festplattenlaufwerk (HDD). Die Medientechnologien variieren, M-DISC verwendet eine andere Aufnahmetechnik und Medien als DVD-R und BD-R.

Oberflächenfehlerscannen

Fehlerratenmessung auf einer DVD+R. Die Fehlerquote liegt noch in einem gesunden Bereich.

Optische Medien können vorausschauend auf Fehler und Medienverschlechterung gescannt werden, lange bevor Daten unlesbar werden.

Eine höhere Fehlerrate kann auf sich verschlechternde und/oder minderwertige Medien, physische Schäden, eine unsaubere Oberfläche und/oder Medien, die mit einem defekten optischen Laufwerk beschrieben wurden, hinweisen. Diese Fehler können bis zu einem gewissen Grad durch Fehlerkorrektur kompensiert werden .

Die Fehlersuchsoftware umfasst Nero DiscSpeed , k-probe , Opti Drive Control (früher "CD Speed ​​2000" ) und DVD info Pro für Windows und QPxTool für plattformübergreifend .

Die Unterstützung der Fehlerscanfunktionalität variiert je nach Hersteller und Modell des optischen Laufwerks.

Fehlertypen

Es gibt verschiedene Arten von Fehlermessungen, einschließlich der sogenannten "C1" , " C2 " und "CU" Fehler auf CDs , und "PI/PO (Pairity Inner/Outer) Fehler" und die kritischeren "PI/PO Fehler" auf DVDs . Feinere Fehlermessungen auf CDs, die von sehr wenigen optischen Laufwerken unterstützt werden, werden als E11 , E21 , E31 , E21 , E22 , E32 bezeichnet .

"CU" und "POF" stehen für nicht korrigierbare Fehler auf Daten-CDs bzw. -DVDs, also Datenverlust , und können Folge von zu vielen aufeinanderfolgenden kleineren Fehlern sein.

Aufgrund der schwächeren Fehlerkorrektur bei Audio-CDs ( Red-Book- Standard) und Video-CDs ( White-Book- Standard) führen C2-Fehler bereits zu Datenverlust. Aber auch bei C2-Fehlern ist der Schaden teilweise nicht hörbar.

Blu-ray- Discs verwenden sogenannte LDC ( Long Distance Code s) und BIS ( Burst Indication Subcode s) Fehlerparameter . Laut dem Entwickler der Opti Drive Control- Software kann eine Disc bei einer LDC- Fehlerrate unter 13 und einer BIS- Fehlerrate unter 15 als fehlerfrei angesehen werden.

Herstellung optischer Disks

Optische Disks werden durch Replikation hergestellt. Dieser Vorgang kann mit allen Disc-Typen verwendet werden. Beschreibbare Discs haben voraufgezeichnete wichtige Informationen, wie Hersteller, Disctyp, maximale Lese- und Schreibgeschwindigkeit usw. Bei der Replikation ist ein Reinraum mit gelbem Licht erforderlich, um den lichtempfindlichen Fotolack zu schützen und zu verhindern, dass Staub die Daten auf der Rabatt.

Bei der Replikation wird ein Glasmaster verwendet. Der Master wird in eine Maschine gelegt, die ihn mit einer rotierenden Bürste und entionisiertem Wasser so gut wie möglich reinigt und für den nächsten Schritt vorbereitet. Im nächsten Schritt prüft ein Oberflächenanalysator die Sauberkeit des Masters, bevor Fotolack auf den Master aufgetragen wird.

Der Photoresist wird dann in einem Ofen gebacken, um ihn zu verfestigen. Dann wird beim Belichtungsprozess der Master in einen Drehtisch gelegt, wo ein Laser den Resist selektiv mit Licht belichtet. Gleichzeitig werden ein Entwickler und entionisiertes Wasser auf die Scheibe aufgebracht, um den belichteten Resist zu entfernen. Dieser Prozess bildet die Pits und Lands, die die Daten auf der Platte darstellen.

Anschließend wird eine dünne Metallschicht auf den Master aufgetragen, wodurch ein Negativ des Masters mit den darin enthaltenen Pits und Lands entsteht. Anschließend wird das Negativ vom Master abgezogen und mit einer dünnen Kunststoffschicht überzogen. Der Kunststoff schützt die Beschichtung, während eine Stanzpresse ein Loch in die Mitte der Scheibe stanzt und überschüssiges Material stanzt.

Das Negativ ist jetzt ein Stempel - ein Teil der Form, der für die Reproduktion verwendet wird. Es wird auf einer Seite der Form platziert, wobei die Datenseite mit den Pits und Lands nach außen zeigt. Dies geschieht in einer Spritzgussmaschine. Die Maschine schließt dann die Form und spritzt Polycarbonat in die von den Wänden der Form gebildete Kavität, die die Scheibe mit den Daten darauf formt oder formt.

Das geschmolzene Polycarbonat füllt die Vertiefungen oder Zwischenräume zwischen den Stegen auf dem Negativ und nimmt ihre Form an, wenn es erstarrt. Dieser Schritt ähnelt in gewisser Weise dem Drücken der Aufnahme .

Die Polycarbonatscheibe kühlt schnell ab und wird umgehend aus der Maschine entfernt, bevor eine weitere Scheibe geformt wird. Die Scheibe wird dann metallisiert und mit einer dünnen reflektierenden Aluminiumschicht bedeckt. Das Aluminium füllt den Raum aus, der einst vom Negativ eingenommen wurde.

Anschließend wird eine Lackschicht aufgetragen, um die Aluminiumbeschichtung zu schützen und eine für den Druck geeignete Oberfläche bereitzustellen. Der Lack wird in der Nähe der Mitte der Scheibe aufgetragen und die Scheibe wird geschleudert, wodurch der Lack gleichmäßig auf der Oberfläche der Scheibe verteilt wird. Der Lack wird mit UV-Licht ausgehärtet. Anschließend werden die Scheiben im Siebdruckverfahren oder auf andere Weise mit einem Etikett versehen.

Beschreibbare Discs fügen eine Farbstoffschicht hinzu, und wiederbeschreibbare Discs fügen stattdessen eine Phasenwechsellegierungsschicht hinzu, die durch obere und untere dielektrische (elektrisch isolierende) Schichten geschützt ist. Die Schichten können gesputtert werden. Die zusätzliche Schicht befindet sich zwischen den Rillen und der reflektierenden Schicht der Scheibe. Grooves werden in beschreibbaren Discs anstelle der traditionellen Pits and Lands, die in replizierten Discs zu finden sind, hergestellt, und beide können in demselben Belichtungsprozess hergestellt werden. Bei DVDs werden die gleichen Prozesse wie bei CDs durchgeführt, jedoch auf einer dünneren Disc. Die dünnere Disc wird dann mit einem UV-härtbaren, optisch klaren Flüssigkleber auf eine zweite, ebenso dünne, aber leere Disc geklebt , wodurch eine DVD entsteht. Dadurch bleiben die Daten in der Mitte der Disc, was für DVDs notwendig ist, um ihre Speicherkapazität zu erreichen. Bei mehrlagigen Discs werden für alle Schichten halbreflektierende statt reflektierende Beschichtungen verwendet, mit Ausnahme der letzten Schicht, die die tiefste ist und eine traditionelle reflektierende Beschichtung verwendet.

Dual-Layer-DVDs werden etwas anders hergestellt. Nach der Metallisierung (mit einer dünneren Metallschicht, um etwas Licht durchzulassen) werden Basis- und Pit-Transferharze aufgetragen und in der Mitte der Scheibe vorgehärtet. Dann wird die Scheibe mit einem anderen Stempel erneut gepresst und die Harze werden mit UV-Licht vollständig ausgehärtet, bevor sie vom Stempel getrennt werden. Anschließend erhält die Scheibe eine weitere, dickere Metallisierungsschicht und wird dann mit LOCA-Kleber mit dem Scheibenrohling verklebt. DVD-R DL- und DVD+R DL-Discs erhalten nach dem Härten, jedoch vor der Metallisierung, eine Farbstoffschicht. CD-R-, DVD-R- und DVD+R-Discs erhalten die Farbstoffschicht nach dem Pressen, jedoch vor der Metallisierung. CD-RW, DVD-RW und DVD+RW erhalten eine Metalllegierungsschicht, die zwischen 2 dielektrischen Schichten eingebettet ist. HD-DVD wird wie DVD erstellt. Bei beschreibbaren und wiederbeschreibbaren Medien besteht der größte Teil des Stempels aus Rillen, nicht aus Pits und Lands. Die Rillen enthalten eine Wobble-Frequenz , die verwendet wird, um die Position des Lese- oder Schreiblasers auf der Platte zu lokalisieren. DVDs verwenden stattdessen Pre-Pits mit einem konstanten Frequenzwobble.

Blu-Ray

HTL - Blu-ray-Discs ( High-to-Low-Typ ) werden unterschiedlich hergestellt. Anstelle eines Glasmasters wird zunächst ein Siliziumwafer verwendet. Der Wafer wird wie ein Glasmaster bearbeitet.

Der Wafer wird dann elektroplattiert, um einen 300 Mikrometer dicken Nickelstempel zu bilden, der vom Wafer abgezogen wird. Der Stempel wird in einer Presse oder Prägemaschine auf eine Form montiert.

Die Polycarbonat-Scheiben werden auf ähnliche Weise wie DVD- und CD-Scheiben geformt. Wenn es sich bei den hergestellten Discs um BD-Rs oder BD-REs handelt, ist die Form mit einem Stempel ausgestattet, der ein Rillenmuster auf die Discs prägt, anstelle der Pits und Lands, die auf BD-ROM-Discs zu finden sind.

Nach dem Abkühlen wird durch Sputtern eine 35 Nanometer dicke Schicht aus einer Silberlegierung auf die Scheibe aufgebracht . Dann wird die zweite Schicht durch Auftragen von Basis- und Pit-Transferharzen auf die Scheibe hergestellt und in ihrer Mitte vorgehärtet.

Nach dem Auftragen und Vorhärten wird die Scheibe mit einem Stempel gepresst oder geprägt und die Harze werden sofort mit intensivem UV-Licht ausgehärtet, bevor die Scheibe vom Stempel getrennt wird. Der Stempel enthält die Daten, die auf die Disc übertragen werden. Dieser Vorgang wird als Prägen bezeichnet und ist der Schritt, bei dem die Daten auf die Disc graviert werden, wodurch der in der ersten Schicht verwendete Pressvorgang ersetzt wird, und wird auch für mehrschichtige DVDs verwendet.

Anschließend wird eine 30 Nanometer dicke Silberlegierungsschicht auf die Scheibe gesputtert und der Vorgang beliebig oft wiederholt. Jede Wiederholung erzeugt eine neue Datenschicht. (Die Harze werden erneut aufgetragen, vorgehärtet, gestanzt (mit Daten oder Rillen) und ausgehärtet, Silberlegierung wird gesputtert usw.)

BD-R- und BD-RE-Discs erhalten (durch Sputtern) eine Metalllegierung (Aufzeichnungsschicht) (die in BD-RE zwischen zwei dielektrischen Schichten eingeschlossen ist, ebenfalls gesputtert), bevor sie die 30-Nanometer-Metallisierung (Silberlegierung, Aluminium oder Gold) Schicht, die gesputtert wird. Alternativ kann die Silberlegierung aufgetragen werden, bevor die Aufzeichnungsschicht aufgetragen wird. Bei Blu-rays werden normalerweise Silberlegierungen verwendet, bei CDs und DVDs wird normalerweise Aluminium verwendet. Gold wird in einigen "Archival"-CDs und -DVDs verwendet, da es chemisch inerter und korrosionsbeständiger ist als Aluminium, das zu Aluminiumoxid korrodiert , das bei Disc-Rot als transparente Flecken oder Punkte in der Disc zu sehen ist, die den Datenträger nicht gelesen werden, da das Laserlicht durch die Scheibe tritt, anstatt zum Lesen zurück in die Laseraufnahmebaugruppe reflektiert zu werden. Normalerweise korrodiert Aluminium nicht, da es eine dünne Oxidschicht hat, die sich bei Kontakt mit Sauerstoff bildet. In diesem Fall kann es aufgrund seiner Dünnheit korrodieren.

Dann wird die 98 Mikrometer dicke Deckschicht mit einem UV-härtbaren flüssigen optisch klaren Klebstoff aufgetragen und eine 2 Mikrometer dicke Hartschicht (wie Durabis ) wird ebenfalls aufgetragen und mit UV-Licht ausgehärtet. Im letzten Schritt wird auf der Labelseite der Disc eine 10 Nanometer dicke Siliziumnitrid- Barriereschicht zum Schutz vor Feuchtigkeit aufgebracht. Blu-rays haben ihre Daten sehr nahe an der Leseoberfläche der Disc, was für Blu-rays notwendig ist, um ihre Kapazität zu erreichen.

Discs in großen Mengen können entweder repliziert oder dupliziert werden. Bei der Replikation wird der oben beschriebene Prozess verwendet, um die Discs herzustellen, während bei der Duplizierung CD-R-, DVD-R- oder BD-R-Discs aufgezeichnet und finalisiert werden, um weitere Aufzeichnungen zu verhindern und eine breitere Kompatibilität zu ermöglichen. (Siehe Erstellung optischer Discs ). Auch die Ausstattung ist anders: Die Vervielfältigung erfolgt durch vollautomatische Spezialmaschinen, deren Kosten auf dem Gebrauchtmarkt Hunderttausende von US-Dollar betragen, während die Vervielfältigung automatisiert (mit einem sogenannten Autoloader) oder von Hand und erfordert nur einen kleinen Tischkopierer.

Spezifikationen

Basis- (1×) und (aktuelle) Höchstgeschwindigkeiten nach Generation
Generation Base Max
(Mbit/s) (Mbit/s) ×
1. (CD) 1,17 65,6 56×
2. (DVD) 10.57 253,6 24×
3. (BD) 36 504 14×
4. (AD) ? ? 14×
Kapazität und Nomenklatur
Bezeichnung Seiten Ebenen
(gesamt)
Durchmesser Kapazität
(cm) ( GB )
BD SS SL 1 1 8 7.8
BD SS DL 1 2 8 15,6
BD SS SL 1 1 12 25
BD SS DL 1 2 12 50
BD SS TL 1 3 12 100
BD SS-QL 1 4 12 128
CD–ROM 74 Minuten SS SL 1 1 12 0,682
CD–ROM 80 Min SS SL 1 1 12 0,737
CD-ROM SS SL 1 1 8 0,194
DDCD-ROM SS SL 1 1 12 1.364
DDCD-ROM SS SL 1 1 8 0,387
DVD–1 SS SL 1 1 8 1.46
DVD–2 SS DL 1 2 8 2.66
DVD–3 DS SL 2 2 8 2.92
DVD–4 DS DL 2 4 8 5.32
DVD–5 SS SL 1 1 12 4.70
DVD–9 SS DL 1 2 12 8.54
DVD–10 DS SL 2 2 12 9.40
DVD–14 DS DL/SL 2 3 12 13.24
DVD–18 DS DL 2 4 12 17.08
DVD-R 1.0 SS SL 1 1 12 3,95
DVD–R (2.0), +R, –RW, +RW SS SL 1 1 12 4.7
DVD-R, +R, –RW, +RW DS SL 2 2 12 9.40
DVD–RAM SS SL 1 1 8 1.46
DVD–RAM DS SL 2 2 8 2.65
DVD–RAM 1.0 SS SL 1 1 12 2.58
DVD–RAM 2.0 SS SL 1 1 12 4.70
DVD–RAM 1.0 DS SL 2 2 12 5.16
DVD–RAM 2.0 DS SL 2 2 12 9.40

Siehe auch

Verweise

Externe Links