コンパクトディスクプレーヤー

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背景

コンパクトディスク 単にCDとしても一般に知られているのは、表面にデジタルデータが記録された光記憶媒体です。コンパクトディスクプレーヤーは、記録されたデータを光ビームで読み取り、元の情報（音楽、写真、データ）を正確に再現するデバイスです。プレーヤーは光学的手段で情報を読み取るため、ディスクに物理的な摩耗や損傷はありません。プレーヤーがオーディオ、ビデオ、またはコンピュータアプリケーション用に設計されているかどうかにかかわらず、すべてのコンパクトディスクプレーヤーで使用される基本的なテクノロジは基本的に同じです。この記事では、オーディオ（特にホームオーディオ）アプリケーション用に設計されたプレーヤーに焦点を当てます。

コンパクトディスクシステムの歴史は、デジタルエレクトロニクス、レーザーオプティクス、および大規模統合（LSI）テクノロジーの急速な進歩が起こった1970年代初頭にさかのぼることができます。多くの企業は、アナログ手段ではなくデジタル手段を使用して、オーディオ信号を光学形式で保存する可能性を模索し始めました。オーディオ信号を変調する実用的な方法は、1948年にClaude E.Shannonという名前の科学者によって発表された理論を使用して発見されました。パルス符号変調（PCM）と呼ばれるこの方法は、短い時間間隔でオーディオ信号をサンプリングし、そのサンプルを数値に変換してデジタル形式で保存します。

デジタル形式でのオーディオの保存（オーディオエンコーディングと呼ばれます） 大量のデータが必要です。たとえば、1秒間の音声情報を保存するには、100万ビットのデータが必要です。非常に小さな領域に数十億ビットのデータを保存できる光ディスクは、このようなアプリケーションに理想的であることがわかりました。光ディスクは、ピンヘッドと同じくらい小さい領域に最大100万ビットのデータを保存できます。デジタルオーディオを録音および保存する技術が見つかると、メーカーは、このような小さな領域に保存されているデータを読み取って処理する方法を探し始めました。レーザーデバイス（レーザーは非常に狭い領域に焦点を合わせることができる非常に狭い光線を放射する）を使った実験は非常に成功したことが証明されました。 LSI技術の開発により、ディスクに保存された大量のデータを十分に高速に処理して、継続的な音楽を提供できるようになりました。これで、完全なコンパクトディスクシステムの開発の準備が整いました。

多くの企業がコンパクトディスクシステムに関連するさまざまな技術の初期の研究と実験に参加しましたが、日本のソニーとオランダのフィリップスの2社は、これらの技術を完全なシステムに統合することに成功したとされています。両社は協力してコンパクトディスクシステムの特定の規格を開発し、35のメーカーのコンソーシアムが1981年にこれらの規格を採用することに合意しました。最初のコンパクトディスクプレーヤーは1982年後半にヨーロッパと日本の市場に、そして米国で1983年初頭。

原材料

コンパクトディスクプレーヤーは、非常に洗練された電子機器です。シンプルな外観には、オーディオ信号を読み取って処理し、非常にクリアで鮮明な音楽にするための複雑な内部メカニズムが含まれています。さまざまなコンポーネントには、ハウジングキャビネット、光ピックアップアセンブリ、およびシステムの電子プロセスを指示するマイクロチップを含むプリント回路基板（PCB）が含まれます。

コンポーネントの迷路を収容するキャビネットは、通常、軽量の強化アルミニウムで作られています。レーザーは、レーザービームを生成するためのガスと小さな電源で満たされた小さなガラス管ですが、フォトダイオード（コンパクトディスクから電気信号に反射される光を電気信号に変換する半導体部品）は、通常、シリコンまたはゲルマニウムでできています。 。光ピックアップのレンズとミラーは、高度に研磨されたガラスまたはプラスチックでできています。このアセンブリは、独自のプラスチック筐体に収納されています。電子部品の大部分（抵抗、トランジスタ、コンデンサ）は、PCBに接続されたマイクロチップに含まれています。これらのコンポーネントのベース材料は通常シリコンです。さまざまなサブアセンブリを接続するハードウェアは、さまざまな金属製およびプラスチック製のナット、ネジ、ワッシャー、プーリー、モーター、ギア、ベルト、およびケーブルで構成されています。

デザイン

コンパクトディスクは、直径4.75インチ（12.065センチメートル）のポリカーボネートプラスチックディスクで、約74分のオーディオ情報が含まれています。ディスク上のすべての情報が音楽であるとは限りません。その一部は、エラー検出、同期、および表示の目的で使用されます。 CDの情報は、ランドと呼ばれるくぼみの形でスパイラルトラックにエンコードされます。 およびピット バイナリの高値と安値を表します。 CDプレーヤーのレーザーが「読み取る」のはこれらのくぼみです。

概念的には、CDプレーヤーのデザインは蓄音機（レコード）プレーヤーのデザインに似ています。レコードのように、コンパクトディスクはターンテーブル上で回転し、オーディオはピックアップデバイスによって読み取られます。ただし、レコードプレーヤーとは異なり、モーターはターンテーブルを一定の速度で回転させるのではなく、ターンテーブルの中心からのピックアップの距離に応じて調整します。さらに、CDプレーヤーのピックアップデバイスは、機械的なスタイラス（針）ではなく、コンパクトディスクと物理的に接触しない光レーザービームです。このレーザーは、ランドとピットを含むディスクトラックにビームを集中させ、CDプレーヤーの検出器（フォトダイオード）は、ランドから反射された光とピットによって反射された光の違いを感知します。フォトダイオードは、この反射光を電気信号に変換します。電子回路基板に中継され、この信号は音に変換されます。

コンパクトディスクプレーヤーには、基本的に3つのサブアセンブリがあります。ディスクドライブメカニズムアセンブリ。光ピックアップアセンブリ;プレーヤー内の他のシステムを調整し、サーボ機構とデータデコード回路を含む電子回路基板アセンブリ。回路基板は、サーボメカニズムに信号を送信することにより、モーター速度、フォーカシング、および光ピックアップの追跡を調整します。デコード回路へのデータの流れを管理します。コントロールパネルのさまざまなボタンに応じて表示情報を提供します。

ディスク駆動機構は、CDを保持するスピンドルとそれを回転させるモーターで構成されています。 スピンドルモーターと呼ばれるモーター プラスチック製のディスクローディングトレイまたはターンテーブルの下に取り付けられています。シャーシ（CDプレーヤーのベースまたはフレーム）に取り付けられた別のモーターが、ローディングトレイをプレーヤーの内外に移動します。これは、モーターに取り付けられ、ディスクを所定の位置に保持するためのクランプを上下させるために、より大きなギアを操作するギアによって行われます。

光ピックアップは、レーザー、フォトダイオード、およびさまざまなレンズとミラーで構成されています。サブアセンブリ全体がレール上を前後にスライドし、回路基板から指示信号を受信するサーボメカニズムによって制御されます。光ピックアップは通常、ディスクを配置するクランプの下にあり、アセンブリを動かすモーターはレールの近くのシャーシに取り付けられています。このメカニズムは、レーザービームをレンズとミラーを通してコンパクトディスクの下側に向けることによって機能します。レンズとミラーは、ビームの焦点を適切に保ちます。ビームがディスクのピットに当たった場合、光は反射されず、フォトダイオードは切り離されたままになります。ビームが土地に当たると、光はレンズとミラーを介してフォトダイオードに反射され、フォトダイオードが電気信号を生成します。この信号は電子回路基板アセンブリに転送され、そこでデータデコードシステムによってオーディオ信号に変換されて再生されます。

電子回路基板アセンブリは、光ピックアップシステム、データデコード、および制御システムを操作するサーボメカニズムの回路を含むプリント回路基板で構成されています。ボードアセンブリには、多くの集積回路チップ、マイクロプロセッサ、および大規模な統合コンポーネントがあります。

コンパクトディスクプレーヤーの重要なアセンブリは、光ピックアップアセンブリです。コンパクトディスクの下を前後に移動できるように、レール上に配置されています。 CDにレーザービームを向けることで機能します。レーザーが陸地に当たると、反射光はフォトダイオードに伝わり、フォトダイオードが電気信号を生成します。次に、信号はCDプレーヤーの回路基板に移動し、CDプレーヤーが信号を音楽に変換します。

製造
プロセス

今日の製造環境では、製造と組み立ての単一の方法はありません。製品はますますサブアセンブリとして作成され、より大きなサブアセンブリまたは最終製品としてまとめられています。ロボット工学とコンピューターの実行ラインにより、プロセスの任意の時点で、実質的にすべての部品をサブアセンブリの任意の状態で取り付けることができます。シーケンスは数分で変更でき、変更や品質管理チェックポイントが可能になります。したがって、ここで詳しく説明する製造プロセスは、業界で使用されている実際の製造プロセスと同様のアプローチに従います。このプロセスは、最初にさまざまなサブアセンブリの観点から説明され、次に、さまざまなサブアセンブリを組み合わせて最終製品を作成する方法について詳しく説明します。

光ピックアップサブアセンブリ

• 1外部の請負業者から購入したレーザーとフォトダイオードは、ディスククランプの下に取り付けられています。アセンブリ内のさまざまなレンズとミラーは、必要に応じて光の焦点を合わせて方向付けることができるように、適切な間隔と位置合わせにする必要があります。その後、アセンブリ全体がプラスチックケースに収納されます。ケースは、押し出し成形や射出成形などの通常のプラスチック成形プロセスの1つで作成され、レンズとミラー（通常はシリコン）は適切な形状にカットされ、研磨剤で細かく研磨されます。半導体フォトダイオードは、シリコンやゲルマニウムなどの物質を準備して研磨し、不純物を加えて層を作ることで作られています。次に、電気接点が追加されます。光学部品が配置された後、光学ピックアップの配置に役立つギアとベルトが配置されます。

ディスクドライブサブアセンブリ

• 2次に、光ピックアップを動かすモーターをギアとベルトに接続し、シャーシに配置します。ローディングトレイが中央に配置され、ディスクを回転させるスピンドルモーターが取り付けられます。光ピックアップが取り付けられたクランプがローディングトレイに隣接して配置された後、トレイ、クランプ、およびピックアップモーターは、CDプレーヤーのキャビネットに配置されたローディングドロワーに取り付けられます。

電子回路基板サブアセンブリ

• 3最後に組み立てられるのは電子部品です。コンピューター支援設計（CAD）パッケージを使用してエンジニアによって設計された回路基板は、パターンが転写された銅被覆ベースで構成されています（マスキング） スクリーン印刷または同様の方法で。感光性材料でコーティングされた後、パターン化された領域が化学的にエッチングされて多層基板が作成されます。これらの層は、回路を構成するさまざまなトランジスタとコンデンサで構成されます。ボードに取り付けられている小さなマイクロチップ（通常はシリコン製）は、はるかに小さいスケールを除いて、同じ方法で作られています。メーカーによっては、CDプレーヤーに1つの大きな回路基板または複数の小さな基板が搭載されている場合があります。 1つまたは複数のパネルに取り付けられた後、回路はCDプレーヤーのフロントコントロールパネル、スイッチアセンブリ、そして最後に電源に取り付けられます。

最終組み立て

• 4さまざまなサブアセンブリの準備ができたら、それらを接続して相互に接続し、最終的なアセンブリを完成させます。この段階で行われる作業のほとんどは、人間の労働者によって行われます。これで、CDプレーヤーがテストされ、パッケージ化のために送信されます。

品質管理

前述のように、コンパクトディスクプレーヤーは非常に洗練されたデバイスであり、業界標準に従ってプレーヤーが適切に機能するように、製造の初期段階から最終段階まで厳格な品質管理措置が採用されています。

コンパクトディスクプレーヤーのコンポーネントの多くは専門のベンダーによって製造されているため、プレーヤーの製造元はこれらのベンダーに依存して高品質の部品を製造する必要があります。最も重要な要素のいくつかは、光ピックアップアセンブリの要素です。たとえば、レーザーピックアップに使用されるレンズとミラーは高品質のガラスでできており、表面を清潔に保ち、汚れを防ぐために、製造プロセス中に人との接触を避ける必要があります。同様に、電子回路コンポーネントは「クリーンルーム」環境（特殊なエアフィルターと衣服の要件を含む）で作成する必要があります。これは、単一のほこりの粒子でも回路の誤動作を引き起こす可能性があるためです。回路基板とチップは、回路の障害を特定するために診断機によって多くのレベルでテストされています。

プレーヤーメーカーによる品質管理については、ディスクドライブアセンブリがモーター、スピンドル、ローディングトレイ、およびさまざまなギアの適切な位置合わせについて検査されます。さらに、光学ピックアップは、レンズとレーザービームの適切な位置合わせについてチェックされます。サブアセンブリがキャビネット内で一緒に結ばれると、すべての配線接続が適切な電気的接触と他のコンポーネントとの正しいインターフェースについて検査されます。ベルト、プーリー、ギアをチェックするための目視検査は、品質管理プロセスの不可欠な部分です。最終検査は、特別な信号とパターンを生成するテストディスクを再生することで構成され、作業者がシステムの障害を追跡できるようにします。さらに、さまざまなフロントパネルのスイッチとボタンがチェックされ、示された機能を実行し、パネルに適切な情報が表示されていることを確認します。

未来

CDシステム技術はここ数年で長い道のりを歩んできました、そしてコンパクトディスクシステムのための新しいアプリケーションは毎日発見されています。市場ではすでにCD-ROM、CD-Videos、CD-Interactiveが導入されています。消費者の注目を集める最新の製品は、テレビやコンピューターの画面に写真を表示できるコダックのフォトCDです。これらの画像は、クリップアート画像と同じように、ユーザーが編集またはトリミングできます。

オーディオCDシステムでは、今後数年間で多くの新機能が導入される予定です。高度なリモコン機能を搭載したプレーヤーは、現在開発段階にあります。 CDプレーヤーのハウジングには、トップカバーまたは「ボンネット」とフロントコントロールパネルが含まれています。コンパクトディスクプレーヤーの内外にスライドするローディングトレイ上にあります。これらの機能により、ユーザーは、曲のタイトル、アーティスト名、曲の実際の歌詞など、リモートコントロールユニット自体の情報を表示できます。カセットテープのように、録音と再生の両方が進行中です。CDの膨大なストレージ機能は、多くの広範なマルチメディアアプリケーションにも役立ち、コンパクトディスクがすべての人のデータ交換の共通媒体になる可能性があります。オーディオ、ビデオ、およびコンピューターアプリケーション。